Нейрофизиологическая модель логистических отношений при компенсационных и адаптационных реакциях организма
Нейрофизиологическая модель основана на сетевом строении головного мозга, его высшего анализатора — коры. Согласно [1] n–мерная матрица параметров и их фазовых отношений является главным зеркалом, отражающим состояние внутренней и внешней среды. Множество нейронов, отражающих качественно разные параметры, связаны между собой интернейронами1, формирующими функциональные отношения между параметрами. Рассмотрим выделенный гомеостат — один нейрон как регулятор конкретного параметра и остальную сеть нейронов, как второе плечо этого гомеостата (см. рис. 4).
При поступлении информации из блока мотивации на нейрон N1для коррекции состояния гомеостата 1 сигнал от нейрона по разветвлениям аксона пойдет также в сеть интернейронов, формирующих матрицу отношений между параметрами, и далее ко всем связанным с ними нейронам матрицы параметров. При этом возможны следующие ответные реакции сети:
а) б)
Рис. 4. а) Блок–схема нейронной сети матрицы параметров и отношений между ними; б) блок–схема гомеостатических отношений отдельно выделенного параметра и остальной нейронной сети матрицы параметров организма. Х1…Х6 – входы из системы анализа состояния параметра, У1…У6 – выходы, регулирующие работу гомеостатов
состояние возбудимости мембран нейронов второго плеча гомеостата (правая часть схемы, рис. 3б) такова, что спайковая активность либо не возникает, либо совместная активность нейронов первого и второго плеча затухает за несколько шагов. Таким образом, сигнал в матрицу параметров поступает, но ответной реакции нет. Это первая ареактивная фаза, соответствующая величине коэффициента «а» от 0 до 1 в уравнении (2);
состояние возбудимости мембран нейронов второго плеча гомеостата таково, что начинают реагировать отдельные нейроны в ответ на активность первого плеча гомеостата и, по мере повышения общей возбудимости сети, линейно растет число ответных реакций нейронов второго плеча гомеостата. Это вторая фаза, соответствующая величине коэффициента «а» от 1 до 3 в уравнении (2) — фаза активации;
состояние возбудимости нейронного субстрата еще выше. Значительная часть нейронов сети матрицы параметров задействовано и начинают включаться механизмы торможения активности части этих нейронов. Третья фаза, соответствующая величине коэффициента «а» от 3,0 до 3,6 — стадия тренировки;
высокое состояние возбудимости нейронного субстрата. «Хаотическая» спайковая активность нейронов второго плеча гомеостата. Четвертая фаза, соответствующая величине коэффициента «а» от 3,6 до 4,0 — стадия стресса.
Первые две фазы можно относить к компенсаторным реакциям организма, а вторые — к адаптационным, так как здесь происходят структурные физические перестройки самих объектов управления гомеостатами к изменившимся потокам информации из внешней среды, причем третья фаза соответствует задействованию адаптационных механизмов программного типа без изменения связей существующих нейронных структур, в то время как четвертая фаза предполагает функциональную перестройку нейронной структуры.
Разные ответные реакции системы возникают под действием раздражителей в широком диапазоне доз. Выявленная определенная зависимость «доза — эффект», указывает на неспецифическую связь величины дозы раздражителя с состоянием возбудимости нейронной сети. Причем Л. Гаркави и др. [3] пишут: «Было обнаружено, что триады адаптационных реакций по мере увеличения силы (дозы) раздражителя от минимальной действующей до максимальной (смертельной) повторялись неоднократно (около 10 раз), т. е. в настоящее время обнаружено уже около 10 таких уровней реагирования («этажей»). Применение раздражителей, превышающих максимальную (стрессорную) для каждого уровня («этажа») интенсивность, приводит — через зону ареактивности — к переходу на уровень следующего «этажа», в пределах которого раздражители также различаются по силе (дозе), однако параметры уже совершенно иные: слабые раздражители для последующего уровня «этажа» превышают величину сильных для предыдущего». И далее: «…Исследования показали, что независимо от уровня («этажа») для получения каждой следующей реакции предыдущую дозу необходимо увеличить, умножив на один и тот же коэффициент — шаг между реакциями, включая зону арективности. Величина коэффициента индивидуальна, но довольно постоянна для каждого. У больных этот коэффициент меньше, чем у здоровых, и при старении снижается».
С гомеостатической точки зрения, наличие «этажей» реагирования указывает на функциональные перестройки гомеостатов в структуре переработки информационных потоков на уровне нейрональных связей, используя для этих целей механизм блока анализа мощности потока информации [1]. При этом гомеостаты организуются в новые иерархические структуры и подключаются другие биохимические и функциональные системы для обработки поступающей информации и/или энергии, веществ и т.п. Но каждая такая перестройка системы обработки информации, которая сопровождается включенностью новых эффекторных механизмов компенсации–адаптации, обладает свойствами функционально единого гомеостата и ее взаимоотношение с остальной частью нейронной сети строится на описанном выше механизме (уравнение (2)).
Необходимо отметить также важное обстоятельство в диалоговых механизмах переработки информации между отдельными нейронами или группами нейронов — это ограничение по числу диалоговых актов. Управление числом диалоговых шагов при одной и той же информации на входе (первый шаг итерации) будет давать разные решения. Продемонстрируем это рисунком 5.
Рис. 5 Траектории орбит решений в зависимости от числа итераций в логистическом уравнении (2). На каждом графике представлены по две орбиты последовательных итераций. На последнем графике — все итерации от первой до 50-й.