Концептуальные модели живых систем, основанные на качественной оценки их способности к самоорганизации

Как было показано в первом разделе, адаптационные способности человека могут рассматриваться как латентная переменная, информацию о которой можно получить посредством индикаторных переменных, построив соответствующие модели, обеспечивающие устойчивые связи между ними.

Согласно [24] система - это совокупность «активированных» и «не активированных» СФЕ. Система рассчитана на некий номинальный режим работы, под которым будем понимать минимальное количество «активированных» СФЕ, необходимое для обеспечения гомеостазиса системы в нормальных условиях. Под нормальными условиями будем понимать условия внешней среды, в которой находится система большую часть своего времени. Адаптационные возможности системы определяются возможностями ее самоорганизации. Возможности самоорганизации системы определяются числом «свободных» СФЕ, то есть таких СФЕ, которые могут принять участие в модификации структуры системы. «Активированные» СФЕ могут, как принимать, так и не принимать участие в адаптационных процессах самоорганизации в зависимости от того, имеют ли они

возможность «разорвать» свои прежние связи и установить новые с другими СФЕ. Поэтому в отличие от [24], введем дополнительный (третий) класс СФЕ - «вибрирующие» СФЕ, то есть те СФЕ, которые принимают участие в поддержании гомеостазиса системы, но их структурные связи с другими СФЕ в любой момент могут быть разорваны и перестроены.

Для пояснения необходимости введения этого класса определим, с точки зрения СФЕ, понятие ресурса СФЕ системы и резерва СФЕ системы.

По определению сложной системы, предложенному в [24], система - это объект определённой степени сложности, который может подстраивать свои функции под нагрузку (под внешнее воздействие), результат действия которой имеет число градаций, равное числу СФЕ, входящих в состав системы. Из этого определения следует, что ФС системы (ФСС) θсвязано некоторой функциональной зависимостью с двумя другими латентными параметрами: ресурса СФЕ системы и резерва СФЕ системы.

На рисунке 2.1 представлена графическая модель ФСС с позиции резерва и ресурса СФЕ.

Согласно этой модели система располагает ресурсом в количестве N СФЕ. Эти СФЕ разделены на три класса. Часть СФЕ находится в активном состоянии (оно относится к классу «1» и обозначено на рисунке состоянием 1). Вторая часть СФЕ - не активирована. Это состояние на рисунке показано нулевым уровнем. Находящиеся в этом состоянии СФЕ (они относятся к классу «2») составляют функциональный ресурс (ФР) системы для данного

ФС. Третья часть СФЕ в каждом ФС может находиться в активированном или не активированном состоянии (в зависимости от состояния внешней среды) и осуществлять обратимые переходы в/из этих состояний. Это вибрирующие СФЕ, которые составляют ФР в данном ФС - мы относим их к классу «3».

Рисунок 2.1 - Графическая модель, иллюстрирующая ФСС с позиций резерва и ресурса СФЕ

Переход системы из одного ФС в другое связан с ее структурными изменениями, которые могут быть как обратимыми, так и не обратимыми.

При фиксированном соотношении между ресурсом и резервом системы ее структура, то есть топология и взаимодействие СФЕ системы друг с другом, остаются неизменными. Перераспределение ресурса системы приводит к изменению структуры системы. Поэтому модель, основанную на такой гипотезе, назовем моделью с динамической структурой [179].

Адаптационный потенциал (АП) с позиции функциональный резерв СФЕ - Функциональный ресурс СФЕ - это соотношение СФЕ, находящихся в трех состояниях, определяющее возможности системы переходить адекватно стимулу в новое ФС в соответствие с текущими вызовами внешней среды.

Концептуальная модель управления ФС сложной системы, основанная на введенном понятии СФЕ, представлена на рисунке 2.2. Такая модель системы ориентирована на использование в лечебно-профилактических мероприятиях.

Рисунок 2.2 - Концептуальная модель управления сложной системой

В модель включен классификатор ФС, который позволяет отнести систему к определенному классу. Отметим, что в общем случае ФС не отождествляется с классом, так как ФС измеряется на интервальной шкале, а классы - на шкале наименований. В общем случае ФСС - это объективное свойство системы, определяемое ее латентными переменными, тогда как класс определен субъективными требованиями лица, принимающего решения (ЛИР). Согласно модели, представленной на рисунке 2.1, ФСС зависит от двух латентных переменных: функционального ресурса СФЕ и функционального резерва СФЕ. Функциональный ресурс может принимать только дискретные значения: после того, как функциональный резерв в данном ФС будет исчерпан, запускается регламентированный процесс перераспределения функционального резерва между функциональным

ресурсом для нового ФС и функциональным резервом в новом ФС (на рисунке 2.1 это отрезок на оси абсцисс, характеризующий функциональный ресурс, который делится в определенной пропорции при переходе всех СФЕ функционального резерва в класс «1») [179].

Так как принята гипотеза, что СФЕ системы могут быть в трех состояниях, то ФС определяется количеством СФЕ, находящихся в этих трех типах состояний, причем эти величины выражаются в относительных единицах, так как общее число СФЕ в системе неизвестно.

Для модели тестирования системы, то есть прогнозирования ее функционального состояния при взаимодействии с внешней средой, необходимо использовать концептуальную модель, представленную на

Рисунок 2.3 - Концептуальная модель прогнозирования состояния сложной

системы

Биообъект в данной модели представлен в виде двух информативных модулей: функциональное состояние и адаптационный потенциал, и наблюдается посредством индикаторных переменных, которые несут информацию, как о функциональном состоянии, так и об адаптационном потенциале. Биообъект может взаимодействовать непосредственно с внешней средой (в случае прогнозирования профессиональных заболеваний) и/или на него осуществляется управляемое воздействие (акция), которое осуществляется через модель внешней среды и управляется непосредственно ЛПР.

Профессиональную пригодность или риск профессионального заболевания определяют на выходе модуля прогнозирования, который анализирует состояние окружающей среды. ФСС и АП определяют на основе индикаторных переменных, которые разделяются на статические и динамические блоки. Индикаторные переменные в статическом блоке не привязаны к «акции», тогда как индикаторные переменные в динамическом блоке управляются «акцией».

Следующий вопрос, который должен быть решен при построении модели с динамической структурой - это выбор способа, позволяющего оценить, сколько СФЕ из ресурса выбирается резервом при переходе системы из одного ФС в другое. Здесь можно воспользоваться принципом «пятьдесят на пятьдесят» или принципом «Золотого сечения» [19].

Процесс перехода системы из одного структурного состояния в другое сопровождается перераспределением ресурса системы и с позиции теории сложных систем может быть описан посредством двух латентных переменных.

активизированных СФЕ) и отражает «напряженность» внешней среды, а вторая ( а ) - уровень возмущающего (тестового или терапевтического) воздействия. Под переменной а понимается «измеряемое» воздействие на систему. Однако шкала измерения этого воздействия определена во внешней, относительно системы, среде. При переносе на системную шкалу имеют

место определенные искажения, обусловленные отображением пространства возмущающего воздействия на системные координаты. Так как у каждой системы свои системные координаты (своя шкала), то отображение возмущающего воздействия для различных систем будет различно.

Таким образом, исследована возможность управления и прогнозирования функциональным состоянием (ФС) сложной системы на основе понятия структурно-функциональной единицы. Предложены концептуальные модели перехода сложной системы из одного ФС в другое, которые обусловлены управляемыми внешними воздействиями на систему. Модели позволяют осуществлять контроль динамики ФС сложной системы. При должном выборе индикаторных переменных, позволяющих определять переход системы из одного ФС в другое, имеется возможность осуществлять мониторинг эффективности внешних воздействий на систему. Модель системы рассматривается как динамика соотношений «функциональный ресурс - функциональный резерв», которые в рассмотренных моделях являются качественными латентными переменными [179].

2.2