Återkopplingsslingor är en nyckelfunktion i de system som denna artikel fokuserar på, såsom ekosystem och enskilda organismer. De finns också i den mänskliga världen, samhällen, organisationer och familjer.
Konstgjorda system av detta slag inkluderar robotar med kontrollsystem som använder negativ feedback för att upprätthålla önskade tillstånd.
nyckelfunktioner
I ett adaptivt system ändras parametern långsamt och har inget föredraget värde. Men i ett självreglerande system beror värdet på parametern på historiken för systemets dynamik. En av de viktigaste egenskaperna hos självreglerande system är förmågan att anpassa sig till kanten av kaos, eller förmågan att undvika kaos. Rent praktiskt kan betraktaren agera spontant, men utan katastrofer, genom att bege sig mot kanten av kaos utan att gå längre. Fysiker har bevisat att anpassning till kanten av kaos förekommer i nästan alla återkopplingssystem. Låt läsaren inte bli överraskad av pretentiös terminologi, eftersom sådana teorier direkt påverkar teorinkaos.
Practopoesis
Practopoiesis som en term myntad av Danko Nikolic är en referens till ett slags adaptivt eller självreglerande system där autopoiesis av en organism eller cell sker genom allopoetiska interaktioner mellan dess komponenter. De är organiserade i en poetisk hierarki: en komponent skapar en annan. Teorin antyder att levande system uppvisar en hierarki av fyra sådana poetiska operationer:
evolution (i) → genuttryck (ii) → icke-genrelaterade homeostatiska mekanismer (anapoiesis) (iii) → cellfunktion (iv).
Practopoesis utmanar modern neurovetenskaplig doktrin genom att argumentera att mentala operationer mestadels sker på den anapoetiska nivån (iii), det vill säga att sinnen kommer från snabba homeostatiska (adaptiva) mekanismer. Detta står i kontrast till den utbredda uppfattningen att tänkande är synonymt med neural aktivitet (cellfunktion på nivå iv).
Varje lägre nivå innehåller kunskap som är mer generell än den högre. Till exempel innehåller gener mer allmän kunskap än anapoetiska mekanismer, som i sin tur innehåller mer allmän kunskap än cellfunktioner. Denna kunskapshierarki tillåter den anapoetiska nivån att direkt lagra de begrepp som är nödvändiga för sinnets uppkomst.
Komplext system
Ett komplext adaptivt system är en komplex mekanism där en perfekt förståelse av enskilda delar inte automatiskt ger en perfekt förståelse av helhetenmönster. Studiet av dessa mekanismer, som är en sorts delmängd av icke-linjära dynamiska system, är i hög grad tvärvetenskaplig och kombinerar kunskapen inom natur- och samhällsvetenskap för att utveckla modeller och representationer av högsta nivå som tar hänsyn till heterogena faktorer, fasövergång och andra nyanser.
De är komplexa genom att de är dynamiska nätverk av interaktioner, och deras relationer är inte samlingar av separata statiska objekt, det vill säga ensemblens beteende förutsägs inte av komponenternas beteende. De är adaptiva genom att individuella och kollektiva beteenden muterar och självorganiserar sig i enlighet med en förändringsinitierande mikrohändelse eller uppsättning händelser. De är en komplex makroskopisk samling av relativt lika och delvis relaterade mikrostrukturer, formade för att anpassa sig till en föränderlig miljö och förbättra deras överlevnad som en makrostruktur.
Application
Termen "komplexa adaptiva system" (CAS) eller vetenskapen om komplexitet används ofta för att beskriva det löst organiserade akademiska området som har vuxit fram kring studier av sådana system. Komplexitetsvetenskap är inte en enda teori - den täcker mer än en teoretisk ram och är mycket tvärvetenskaplig och söker svar på några grundläggande frågor om levande, anpassningsbara, föränderliga system. CAS-forskning fokuserar på de komplexa, framväxande och makroskopiska egenskaperna hos ett system. John H. Holland sa att CAS är system som har en storantalet komponenter, ofta kallade agenter, som interagerar, anpassar sig eller lär sig.
Exempel
Typiska exempel på adaptiva system inkluderar:
- klimat;
- städer;
- firms;
- markets;
- regeringar;
- industri;
- ekosystem;
- sociala nätverk;
- elektriska nätverk;
- förpackningar med djur;
- trafikflöden;
- sociala insektskolonier (t.ex. myror);
- hjärna och immunförsvar;
- celler och embryo under utveckling.
Men det är inte allt. Den här listan kan också inkludera adaptiva system inom cybernetik, som vinner mer och mer popularitet. Organisationer baserade på sociala grupper av människor som politiska partier, samhällen, geopolitiska gemenskaper, krig och terroristnätverk anses också vara CAS. Internet och cyberrymden, som består, samarbetar och hanteras av en komplex uppsättning människa-dator-interaktioner, ses också som ett komplext adaptivt system. CAS kan vara hierarkiskt, men det kommer alltid att visa aspekter av självorganisering oftare. Således kan vissa moderna tekniker (till exempel neurala nätverk) kallas självlärande och självjusterande informationssystem.
Differences
Det som skiljer CAS från ett rent multiagent-system (MAS) är uppmärksamheten på egenskaper och funktioner på toppnivå som självlikhet, strukturell komplexitet och självorganisering. MAS definierassom ett system som består av flera interagerande agenter, medan i CAS är agenterna och systemet adaptiva, och själva systemet är sig självlikt.
CAS är en komplex samling av interagerande adaptiva agenter. Sådana system kännetecknas av en hög grad av anpassning, vilket gör dem ovanligt motståndskraftiga inför förändringar, kriser och katastrofer. Detta bör beaktas när man utvecklar ett adaptivt system.
Andra viktiga egenskaper är: anpassning (eller homeostas), kommunikation, samarbete, specialisering, rumslig och tidsmässig organisation och reproduktion. De kan hittas på alla nivåer: celler specialiserar sig, anpassar sig och förökar sig precis som större organismer gör. Kommunikation och samarbete sker på alla nivåer, från agent till systemnivå. De krafter som driver samarbete mellan agenter i ett sådant system kan i vissa fall analyseras med hjälp av spelteori.
Simulering
CAS är anpassningsbara system. Ibland modelleras de med hjälp av agentbaserade och komplexa nätverksmodeller. De som baseras på agenter utvecklas med olika metoder och verktyg, främst genom att först identifiera olika agenter inom modellen. En annan metod för att utveckla modeller för CAS innebär att utveckla komplexa nätverksmodeller genom att använda interaktionsdata från olika CAS-komponenter, såsom ett adaptivt kommunikationssystem.
Under 2013SpringerOpen / BioMed Central har lanserat en onlinetidskrift med öppen tillgång om komplexa systemmodellering (CASM).
Levande organismer är komplexa adaptiva system. Även om komplexitet är svår att kvantifiera inom biologi, har evolutionen producerat några fantastiska organismer. Denna observation har lett till att den vanliga missuppfattningen om evolution är progressiv.
Sträva efter komplexitet
Om ovanstående generellt sett var sant, skulle evolutionen ha en stark tendens till komplexitet. I denna typ av process kommer värdet av den vanligaste svårighetsgraden att öka med tiden. Vissa konstgjorda livssimuleringar tyder faktiskt på att CAS-generering är ett oundvikligt inslag i evolutionen.
Idén om en allmän trend mot komplexitet i evolutionen kan dock också förklaras av en passiv process. Detta inkluderar att öka variansen, men det vanligaste värdet, mode, ändras inte. Den maximala svårighetsgraden ökar alltså med tiden, men bara som en indirekt produkt av det totala antalet organismer. Denna typ av slumpmässig process kallas också en gränsad slumpmässig promenad.
I den här hypotesen är den uppenbara tendensen att komplicera organismers struktur en illusion. Det uppstår genom att koncentrera sig på ett litet antal stora, mycket komplexa organismer som bebor den högra svansen av komplexitetsfördelningen, och ignorera det enklare och mycket vanligareorganismer. Denna passiva modell betonar att den stora majoriteten av arterna är mikroskopiska prokaryoter, som utgör ungefär hälften av världens biomassa och den stora majoriteten av jordens biologiska mångfald. Därför förblir det enkla livet dominerande på jorden, medan komplext liv verkar mer mångsidigt bara på grund av provtagningsbias.
Om biologi saknar en allmän tendens till komplexitet, kommer detta inte att hindra existensen av krafter som driver system mot komplexitet i en delmängd av fall. Dessa mindre trender kommer att motverkas av andra evolutionära påtryckningar som driver system mot mindre komplexa tillstånd.
Immunsystem
Det adaptiva immunsystemet (även känt som det förvärvade eller, mer sällan, det specifika immunsystemet) är ett delsystem av det allmänna immunsystemet. Den består av högt specialiserade celler och processer som eliminerar patogener eller förhindrar deras tillväxt. Det förvärvade immunsystemet är en av de två huvudsakliga immunstrategierna hos ryggradsdjur (den andra är det medfödda immunsystemet). Förvärvad immunitet skapar ett immunologiskt minne efter ett initi alt svar på en viss patogen och leder till ett förstärkt svar på efterföljande möten med samma patogen. Denna process av förvärvad immunitet är grunden för vaccination. Liksom det medfödda systemet inkluderar det förvärvade systemet inte bara komponenter av humoral immunitet, utan också komponenter av cellulär immunitet.
Begreppets historia
Termen "adaptiv" introducerades förstanvändes av Robert Good i relation till antikroppssvar hos grodor som en synonym för förvärvat immunsvar 1964. Goode erkände att han använde termerna omväxlande, men förklarade bara att han föredrog att använda termen. Kanske tänkte han på den då osannolika teorin om antikroppsbildning, där de var plastiska och kunde anpassa sig till antigeners molekylära form, eller konceptet med adaptiva enzymer vars uttryck kunde orsakas av deras substrat. Frasen användes nästan uteslutande av Goode och hans elever, och av flera andra immunologer som arbetade med marginalorganismer fram till 1990-talet. Sedan blev det allmänt använt i samband med termen "medfödd immunitet", som blev ett populärt ämne efter upptäckten av Toll-receptorsystemet. i Drosophila, tidigare en marginell organism för studiet av immunologi. Termen "adaptiv" som används inom immunologi är problematisk eftersom förvärvade immunsvar kan vara antingen adaptiva eller maladaptiva i en fysiologisk mening. I själva verket kan både förvärvade och immunsvar vara adaptiva och icke-adaptiva i en evolutionär mening. De flesta läroböcker idag använder uteslutande termen "adaptiv", och noterar att det är synonymt med "förvärvad".
Biologisk anpassning
Sedan upptäckten har den klassiska betydelsen av förvärvad immunitet kommit att betyda antigenspecifik immunitet medierad av omarrangemang av somatiskgener som skapar antigenreceptorer som definierar kloner. Under det senaste decenniet har termen "adaptiv" i allt högre grad applicerats på en annan klass av immunsvar som ännu inte har associerats med somatiska genomarrangemang. Dessa inkluderar expansionen av naturliga mördarceller (NK) med ännu oförklarad antigenspecificitet, expansionen av NK-celler som uttrycker könslinjekodade receptorer och aktiveringen av andra medfödda immunceller till ett aktiverat tillstånd som ger korttids immunminne. I denna mening är adaptiv immunitet närmare begreppet "aktiverat tillstånd" eller "heterostas", vilket återgår till den fysiologiska betydelsen av "anpassning" till miljöförändringar. Enkelt uttryckt är det idag nästan synonymt med biologisk anpassning.
