Системах

Пример 4.1. Устройство и принцип действия нервной клетки (нейрона).

В основе управления животными лежат нейронные сети (см.§ 5.6).Нейрон (рисунок 4.5) представляет собой клетку, отличающуюся от других наличием отростков. Один из них - самый длинный - именуется аксон 2 и оканчивается разветвлениями, именуемыми коллатералями 4. Остальные отростки называются дендритами 3. На дендритах, их разветвлениях и на теле нейрона имеются специальные области, именуемые синапсами 5. Аксон покрыт миелиновой оболочкой 6. Коллатерали соединяются с синапсами других таких же нервных клеток. Количество синапсов и коллатералей у конкретных клеток сильно варьируется. Есть такие, у которых их число доходит до нескольких тысяч.

По своему действию нейроны делятся на три вида - рецепторные (чувствительные), промежуточные и мотонейроны. Первые воспринимают световые, звуковые, тепловые, вкусовые и многие другие сигналы окружающей среды, вторые передают сигналы от одних нейронов к другим, и третьи воздействуют на мышечные волокна эффекторов, вызывая их сокращение.

Принцип действия нейронов следующий. При подаче электрических сигналов на ряд синапсов в нейроне возникает электрический импульс, передаваемый коллатералями другим нейронам или эффекторам (мышечным клеткам). При подаче электрических сигналов другим синапсам того же нейрона возбужденное состояние прекращается, а вместе с ним и выработка электрического импульса.

Строго говоря, возбуждение нейрона возникает при определенной комбинации электрических сигналов, поступающих на возбуждающие и тормозящие синапсы.

Рисунок 4.5

Нейрон: 1 – цитоплазма с ядром; 2 – аксон; 3 – дендрит; 4 – коллатерали; 5 – синапс; 6 – миелиновая оболочка.

Сигналы, поступающие на синапсы, расположенные на теле клетки нейрона, воздействуют сильнее, чем на дендритах. Миелиновая оболочка способствует увеличению скорости прохождения сигнала по аксону.

На рисунке 4.6,а и б изображены упрощенные и уточненные логические схемы нейрона. На схеме рисунка 4.6 входные сигналы х₁ и х_n соответствуют возбуждающим, а х ₂ и х₃ - тормозящим синапсам.

а б

Рисунок 4.6.Логическая схема нейрона:а – упрощённая;б – уточнённая

Таймер свидетельствует о том, что выходной сигнал нейрона у поступает на следующий нейрон с запаздыванием по времени. В отличие от логического элемента параграфа 4.3 выходной сигнал зависит еще от уровня (количества) входных сигналов. Если какой-нибудь из них меньше величины , то выходной сигнал формируется только двумя оставшимися (рис. 4.6,б). Благодаря этому возможности нейрона как логического элемента возрастают. Кроме этого, на выходе установлено два таймера, один из которых, с соответствует прохождению сигнала по миелиновой оболочке.

Синапсы нейрона могут выступать в роли инверсорных и прямых входов. Коллатерали других нейронов мозга достаточно подвижны и либо подсоединяются к одним синапсам, либо к другим, либо вообще не подсоединяются. Все это также существенно увеличивает объем передаваемой нервной клеткой информации. В среднем один нейрон имеет порядка несколько сотен синапсов и столько же коллатералей [2,33].Согласно (4.18), следовательно, одна клетка может передавать до

ΔI_к =10² (2¹⁰⁰-1) ≈10³² бит ≈ 10³⁰ байт

Если учесть, что число нейронов в головном мозге составляет 10¹¹, то нетрудно сосчитать, что один человек по объему вычислительной мощности и памяти превосходит сумму всех компьютеров на земном шаре.

Пример 4.2. Принцип действия белков - ферментов в клетке.

Клетка представляет собой сложную систему управления, носящего дискретный характер [39]. В основе функционирования отдельных звеньев этой системы лежит свойство белков-катализаторов (ферментов) находиться в двух состояниях – активном и неактивном. Как правило, переход из одного состояния в другое связан с присоединением к основной молекуле белка небольшой молекулы. В качестве молекулы-довеска может выступать какой-нибудь пептид (аминокислота) из набора, приведённого в §4.3. Присоединение этого довеска инициируется либо другим белком, либо факторами внешней среды, если часть молекулы белка высовывается за пределы оболочки клетки. В активном состоянии белок-фермент катализирует процессы полимеризации (или деполимеризации) других белков или нуклеиновых кислот. При этом каталитический эффект носит чётко адресный характер: один активный белок вызывает вполне определённую химическую реакцию вполне определённого белка. Таким образом, в клетке формируются все органы управляемой системы (см. §4.2) - измерительный (датчик), усилительный, сравнения и исполнительный.

---

Дата добавления: 2015-08-27