Smyčky zpětné vazby jsou klíčovým prvkem systémů, na které se tento článek zaměřuje, jako jsou ekosystémy a jednotlivé organismy. Existují také v lidském světě, komunitách, organizacích a rodinách.
Umělé systémy tohoto druhu zahrnují roboty s řídicími systémy, které používají negativní zpětnou vazbu k udržení požadovaných stavů.
Klíčové funkce
V adaptivním systému se parametr mění pomalu a nemá preferovanou hodnotu. V samoregulačním systému však hodnota parametru závisí na historii dynamiky systému. Jednou z nejdůležitějších vlastností samoregulačních systémů je schopnost přizpůsobit se hraně chaosu, neboli schopnost se chaosu vyhnout. Prakticky řečeno, tím, že pozorovatel míří k okraji chaosu, aniž by šel dále, může jednat spontánně, ale bez katastrof. Fyzici dokázali, že adaptace na okraj chaosu se vyskytuje téměř ve všech systémech zpětné vazby. Ať se čtenář nediví domýšlivé terminologii, protože takové teorie teorii přímo ovlivňujíchaos.
Practopoesis
Praktopoéza jako termín, který vytvořil Danko Nikolic, je odkazem na jakýsi adaptivní nebo samoregulační systém, ve kterém k autopoéze organismu nebo buňky dochází prostřednictvím alopoetických interakcí mezi jejich složkami. Jsou organizovány v poetické hierarchii: jedna složka vytváří druhou. Teorie naznačuje, že živé systémy vykazují hierarchii čtyř takových poetických operací:
evoluce (i) → genová exprese (ii) → genově nesouvisející homeostatické mechanismy (anapoéza) (iii) → buněčná funkce (iv).
Praktopoéza zpochybňuje moderní doktrínu neurověd argumentací, že mentální operace se většinou odehrávají na anapoetické úrovni (iii), to znamená, že se mysl vynořuje z rychlých homeostatických (adaptivních) mechanismů. To je v kontrastu s široce rozšířeným názorem, že myšlení je synonymem pro nervovou aktivitu (funkce buňky na úrovni iv).
Každá nižší úroveň obsahuje znalosti, které jsou obecnější než vyšší úroveň. Například geny obsahují více obecných znalostí než anapoetické mechanismy, které zase obsahují obecnější znalosti než funkce buněk. Tato hierarchie znalostí umožňuje anapoetické úrovni přímo ukládat pojmy nezbytné pro vznik mysli.
Složitý systém
Komplexní adaptivní systém je komplexní mechanismus, ve kterém dokonalé pochopení jednotlivých částí automaticky nezajistí dokonalé pochopení celkunávrhy. Studium těchto mechanismů, které jsou jakousi podmnožinou nelineárních dynamických systémů, je vysoce interdisciplinární a spojuje poznatky přírodních a společenských věd s cílem vyvinout modely a reprezentace nejvyšší úrovně, které berou v úvahu heterogenní faktory, fázový přechod a další nuance.
Jsou složité v tom, že se jedná o dynamické sítě interakcí a jejich vztahy nejsou kolekcemi samostatných statických objektů, to znamená, že chování souboru není předpovídáno chováním komponent. Jsou adaptivní v tom, že individuální a kolektivní chování mutuje a samoorganizuje se podle mikroudálosti nebo souboru událostí, které iniciují změnu. Jedná se o komplexní makroskopickou sbírku relativně podobných a částečně příbuzných mikrostruktur, tvarovaných tak, aby se přizpůsobily měnícímu se prostředí a zlepšily jejich přežití jako makrostruktury.
Aplikace
Pojem „komplexní adaptivní systémy“(CAS) nebo věda o složitosti se často používá k popisu volně organizovaného akademického pole, které vyrostlo kolem studia takových systémů. Věda o složitosti není jedinou teorií – pokrývá více než jeden teoretický rámec a je vysoce interdisciplinární a hledá odpovědi na některé základní otázky o živých, adaptabilních a měnících se systémech. Výzkum CAS se zaměřuje na komplexní, vznikající a makroskopické vlastnosti systému. John H. Holland řekl, že CAS jsou systémy, které mají velkýpočet komponent, často označovaných jako agenti, které interagují, přizpůsobují se nebo se učí.
Příklady
Typické příklady adaptivních systémů zahrnují:
- klima;
- cities;
- firmy;
- markets;
- vlády;
- průmysl;
- ecosystems;
- sociální sítě;
- elektrické sítě;
- balíčky zvířat;
- provozní toky;
- společenské kolonie hmyzu (např. mravenci);
- mozek a imunitní systém;
- buňky a vyvíjející se embryo.
To ale není všechno. Také tento seznam může zahrnovat adaptivní systémy v kybernetice, které si získávají stále větší oblibu. Organizace založené na sociálních skupinách lidí, jako jsou politické strany, komunity, geopolitické komunity, války a teroristické sítě, jsou také považovány za CAS. Internet a kyberprostor, složené, spolupracující a spravované složitým souborem interakcí člověk-počítač, jsou také považovány za komplexní adaptivní systém. CAS může být hierarchická, ale vždy bude častěji vykazovat aspekty sebeorganizace. Některé moderní technologie (například neuronové sítě) lze tedy nazvat samoučícími se a samonastavitelnými informačními systémy.
Rozdíly
To, co odlišuje CAS od čistého multiagentního systému (MAS), je pozornost věnovaná funkcím a funkcím nejvyšší úrovně, jako je sebepodobnost, strukturální složitost a sebeorganizace. MAS je definovánjako systém sestávající z několika interagujících agentů, zatímco v CAS jsou agenti a systém adaptivní a samotný systém je sobě podobný.
CAS je komplexní soubor vzájemně se ovlivňujících adaptivních agentů. Takové systémy se vyznačují vysokým stupněm adaptace, díky čemuž jsou neobvykle odolné vůči změnám, krizím a katastrofám. To by mělo být vzato v úvahu při vývoji adaptivního systému.
Další důležité vlastnosti jsou: adaptace (neboli homeostáza), komunikace, spolupráce, specializace, prostorová a časová organizace a reprodukce. Lze je nalézt na všech úrovních: buňky se specializují, přizpůsobují a množí stejně jako větší organismy. Komunikace a spolupráce probíhá na všech úrovních, od agenta po systémovou úroveň. Síly řídící spolupráci mezi agenty v takovém systému lze v některých případech analyzovat pomocí teorie her.
Simulace
CAS jsou adaptabilní systémy. Někdy jsou modelovány pomocí modelů založených na agentech a komplexních síťových modelů. Ty založené na agentech jsou vyvíjeny pomocí různých metod a nástrojů, především nejprve identifikací různých agentů v rámci modelu. Další metoda pro vývoj modelů pro CAS zahrnuje vývoj komplexních síťových modelů pomocí interakčních dat různých komponent CAS, jako je adaptivní komunikační systém.
V roce 2013SpringerOpen / BioMed Central spustil online časopis s otevřeným přístupem o modelování komplexních systémů (CASM).
Živé organismy jsou složité adaptivní systémy. Zatímco složitost je v biologii obtížné kvantifikovat, evoluce vytvořila úžasné organismy. Toto pozorování vedlo k běžné mylné představě o evoluci, že je progresivní.
Snaha o složitost
Pokud by výše uvedené obecně platilo, evoluce by měla silnou tendenci ke složitosti. U tohoto typu procesu se hodnota nejběžnějšího stupně obtížnosti časem zvýší. Některé umělé simulace života skutečně naznačují, že generování CAS je nevyhnutelným rysem evoluce.
Myšlenku obecného trendu ke složitosti v evoluci však lze vysvětlit také pasivním procesem. To zahrnuje zvýšení rozptylu, ale nejběžnější hodnota, režim, se nemění. Maximální úroveň obtížnosti se tedy časem zvyšuje, ale pouze jako nepřímý produkt celkového počtu organismů. Tento typ náhodného procesu se také nazývá ohraničená náhodná procházka.
V této hypotéze je zjevná tendence komplikovat strukturu organismů iluzí. Vzniká soustředěním se na malý počet velkých, vysoce komplexních organismů, které obývají pravý konec distribuce složitosti, a ignorováním jednodušších a mnohem častějších organismů.organismy. Tento pasivní model zdůrazňuje, že naprostá většina druhů jsou mikroskopičtí prokaryota, která tvoří asi polovinu světové biomasy a velkou většinu biodiverzity Země. Jednoduchý život proto zůstává na Zemi dominantní, zatímco složitý život se zdá rozmanitější pouze kvůli vzorkování.
Pokud biologie postrádá obecnou tendenci ke složitosti, nezabrání to existenci sil, které pohánějí systémy ke složitosti v podmnožině případů. Tyto drobné trendy budou vyváženy jinými evolučními tlaky, které pohánějí systémy směrem k méně komplexním stavům.
Imunitní systém
Adaptivní imunitní systém (také známý jako získaný nebo vzácněji specifický imunitní systém) je podsystémem obecného imunitního systému. Skládá se z vysoce specializovaných buněk a procesů, které eliminují patogeny nebo zabraňují jejich růstu. Získaný imunitní systém je jednou ze dvou hlavních imunitních strategií u obratlovců (druhou je vrozený imunitní systém). Získaná imunita vytváří imunologickou paměť po počáteční reakci na konkrétní patogen a vede k zesílené reakci na následná setkání se stejným patogenem. Tento proces získané imunity je základem očkování. Stejně jako vrozený systém zahrnuje získaný systém nejen složky humorální imunity, ale také složky buněčné imunity.
Historie výrazu
Pojem „adaptivní“byl poprvé představenpoužil Robert Good ve vztahu k protilátkovým odpovědím u žab jako synonymum pro získanou imunitní odpověď v roce 1964. Goode uznal, že tyto termíny používá zaměnitelně, ale vysvětlil pouze, že dává přednost použití tohoto termínu. Možná přemýšlel o tehdy nepravděpodobné teorii tvorby protilátek, ve které byly plastické a mohly se přizpůsobit molekulárnímu tvaru antigenů, nebo o konceptu adaptivních enzymů, jejichž expresi by mohla být způsobena jejich substráty. Fráze byla používána téměř výhradně Goodem a jeho studenty a několika dalšími imunology pracujícími na okrajových organismech až do 90. let 20. století. Poté se začal široce používat ve spojení s pojmem „vrozená imunita“, který se stal oblíbeným tématem po objevu systému receptorů Toll. u Drosophila, dříve okrajového organismu pro studium imunologie. Termín "adaptivní", jak se používá v imunologii, je problematický, protože získané imunitní reakce mohou být buď adaptivní, nebo maladaptivní ve fyziologickém smyslu. Získané i imunitní reakce mohou být adaptivní a neadaptivní v evolučním smyslu. Většina dnešních učebnic používá výhradně termín „adaptivní“, přičemž poznamenává, že je synonymem pro „získaný“.
Biologická adaptace
Od objevu se klasický význam získané imunity stal antigenově specifickou imunitou zprostředkovanou přestavbami somatickýchgeny, které vytvářejí antigenní receptory definující klony. V posledním desetiletí se termín "adaptivní" stále více používá pro jinou třídu imunitní odpovědi, která dosud nebyla spojena se somatickými přestavbami genů. Patří mezi ně expanze přirozených zabíječů (NK) s dosud nevysvětlenou antigenní specifitou, expanze NK buněk exprimujících receptory kódované zárodečnou linií a aktivace dalších vrozených imunitních buněk do aktivovaného stavu, který poskytuje krátkodobou imunitní paměť. V tomto smyslu je adaptivní imunita blíže pojmu „aktivovaný stav“nebo „heterostáza“, čímž se vrací k fyziologickému významu „adaptace“na změny prostředí. Jednoduše řečeno, dnes je téměř synonymem biologické adaptace.
