4. Понятие нейропластичности.

Нейропластичность - способность одной части мозга брать на себя функции другой. Эта способность мозга связана, главным образом, с пластичностью синапсов, с помощью которых нейроны связываются друг с другом посредством нейромедиаторов. Обучение ведет к укреплению связей между нейронами, в том числе за счет образования новых связей. Такие связи объединяют нейроны в цепочки и сети, которые в конечном итоге определяют некоторое свойство мозговой активности — движение, ощущение, мысль. Высокая пластичность синапсов, в свою очередь, объясняется их нахождением в бифуркационном состоянии — в простейшем случае это бистабильное состояние. Как уже отмечалось выше, фундаментальное свойство критических состояний — независимость их свойств от материала и его структуры. Например, в физике показано, что в критической точке самые разнообразные материалы проявляют одни н те же свойства. Следовательно, пластичность мозга — это просто проявление того, что он находится в критическом состоянии.

4 Вида нейропластичности

5. Нелинейные процессы. Синергетика Синергетика

Синергетика [греч. synergeia – сотрудничество, содружество] — научная теория о самоорганизации в природе и обществе как открытых системах. Предметом С. являются механизмы спонтанного образования и сохранения сложных систем, особенно находящихся в отношении устойчивого неравновесия со средой (к последним относятся, в частности, все биотические и социальные организмы). Т. о., в сферу внимания С. попадают нелинейные эффекты эволюции систем любого типа, кризисы и бифуркации – неустойчивые фазы существования, предполагающие множественность сценариев дальнейшего развития.

Основные постулаты синергетики

Неравновесность - состояние открытой системы, при котором происходит изменение ее макроскопических параметров, то есть ее состава, структуры и поведения. Состояние динамического (неустойчивого) равновесия имеет место тогда, когда изменение параметров влечет за собой дальнейшие изменения в том же направлении и усиливается с течением времени. Важно подчеркнуть, что такого рода устойчивое состояние может возникнуть в системе, находящейся вдали от стационарного равновесия.

Открытость – способность системы постоянно обмениваться веществом (энергией, информацией) с окружающей средой, является необходимым условием существования неравновесных состояний

Нелинейностью называется свойство системы иметь в своей структуре различные стационарные состояния, соответствующие различным допустимым законам поведения этой системы. Математическим объектам с таким свойством соответствует возникновение спектра решений вместо одного единственного решения системы уравнений, описывающих поведение системы. Каждое решение из этого спектра характеризует возможный способ поведения системы. Поведение каждой подсистемы в нелинейной системе определяется в зависимости от координации с другими. Эволюция поведения (и развития) данного типа систем сложна и неоднозначна, поэтому внешние или внутренние воздействия могут вызвать отклонения такой системы от ее стационарного состояния в любом направлении. Одно и то же стационарное состояние такой системы при одних условиях устойчиво, а при других – не устойчиво, то есть возможен переход в другой стационарное состояние.

Оказывается, что система, находящаяся в неравновесном состоянии, чутка к воздействиям, согласованным с ее собственными свойствами(резонансное возбуждение). Поэтому флуктуации во внешней среде оказываются не «шумом», а фактором генерации новых структур.

• Из кибернетики и системного анализа известно о существовании в системе некоторых механизмов коллективного взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов. Однако когда система уходит от равновесия, доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень.

Петля положительной обратной связи обусловлена наличием в системе «катализаторов», то есть компонентов, само присутствие которых стимулирует определенные процессы в системе, она связывает выбор пути с предыдущим состоянием. Катализаторы и предыдущие состояния системы также притягивают ее к определенной ветви или ветвям развития, как магнит – железо. Отрицательные обратные связи, наоборот, отталкивают соответствующие ветви.

• Кумулятивный эффект заключается в том, что незначительная причина вызывает цепь следствий, каждое из которых все более существенно. Кумулятивный эффект способствует накоплению определенных свойств системы и/или под воздействием внешних флуктуаций «запускает» в системе усиливающийся процесс. Нередко он непосредственно связан с петлей положительной обратной связи

Особенности феномена нелинейности

• принцип «развертывания малого» или «усиления флуктуаций».

• пороговость чувствительности. Ниже порога все уменьшается, стирается, забывается, не оставляет никаких следов в природе, науке, культуре, а выше порога, наоборот, все многократно возрастает.

• квантовый эффект - дискретность путей эволюции нелинейных систем (сред). То есть на данной нелинейной среде возможен не любой путь эволюции, а лишь определенный набор этих путей, определяемый спектром устойчивых состояний, структур-аттракторов.

• возможность неожиданных, называемых в философии эмерджентными, изменений направления течения процессов. 

Феномен положительной обратной связи

Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.

Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы(производители). Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень

Стрела времени

Ось вре́мени, временна́я ось (именуемая также в контексте термодинамики стрелою времени) — концепция, описывающая время как прямую (т. е. математически одномерный объект), протянутую изпрошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

• термодинамическая, указывающая направление времени , в котором возрастает беспорядок, или энтропия.

• психологическая . Это направление, в котором мы ощущаем ход времени, направление, при котором мы помним прошлое, но не будущее. Задается в мозгу термодинамической стрелой

• космологическая. Это направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается.

Аттрактор

Аттрактор - (от лат. attrahere) отрезок эволюционного пути от точки бифуркации до необходимого финала.

Аттра́ктор (англ. attract — привлекать, притягивать) — компактное подмножество фазового пространства динамической системы, все траектории из некоторой окрестности которого стремятся к нему при времени, стремящемся к бесконечности. Аттрактором может являться притягивающая неподвижная точка (к примеру, в задаче о маятнике с трением о воздух), периодическая траектория (пример — самовозбуждающиеся колебания в контуре с положительной обратной связью), или некоторая ограниченная область с неустойчивыми траекториями внутри (как у странного аттрактора).

Размерность

Мальдельброт* обратил внимание на то, что довольно широко распространенное мнение о том, будто  размерность  является внутренней характеристикой тела, поверхности, тела или кривой неверно (в действительности, разм-ть  объекта зависит от наблюдателя, точнее от связи объекта с внешним миром).

Суть дела нетрудно уяснить из следующего наглядного примера. Представим себе, что мы рассматриваем клубок ниток. Если расстояние, отделяющее нас от клубка, велико, то клубок мы видим как точку, которая лишена всякой внутренней структуры, т.е. геометрический объект с евклидовой (интуитивно воспринимаемой) разм-тью 0. Приблизив клубок на некоторое расстояние, мы будем видеть его как плоский диск, т.е. как геометрический объект Р.  2. Приблизившись к клубку еще на несколько шагов, мы увидим его в виде шарика, но не сможем различить отдельные нити - клубок станет геометрическим объектом Р. 3. При дальнейшем приближении к клубку мы увидим, что он состоит из нитей, т.е. евклидова Р.  клубка станет равной 1. Наконец, если бы разрешающая способность наших глаз позволяла нам различать отдельные атомы, то, проникнув внутрь нити, мы увидели бы отдельные точки - клубок рассыпался бы на атомы, стал геометрическим объектом Р .

Но если Р. зависит от конкретных условий, то ее можно выбирать по-разному. Математики накопили довольно большой запас различных определений Р. Наиболее рациональный выбор определения Р. зависит от того, для чего мы хотим использовать это определение.

Мозг и синергетика. ЭЭГ с точки зрения синергетики.