Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
-
Upload
simionescu-alin -
Category
Documents
-
view
16 -
download
3
description
Transcript of Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
1/35
NONOIUNI DEIUNI DE
BIOBIOCIBERNETICCIBERNETIC
CIBERNETICA = tiina comenzii i comunicriila fiine i maini (Norbert Wiener)
Sistemele ciberneticeSistemele cibernetice - ansamble finite de
elemente materiale care interacioneaz unelecu altele i cu mediul exterior prininteraciuni informaionale
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
2/35
Abordarea ciberneticAbordarea cibernetic
1.Abstractizare
1.Schema structural
2.Schema comportamental
2.Modelare
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
3/35
Elemente de teoria informaElemente de teoria informaieiiei
ExperimentExperiment evoluia unui sistem ctre o stare
finalnumitevenimenteveniment Un experiment se poate solda cu un numr
oarecare, n, de evenimente diferite, fiecare dintreaceastavnd o anumitfrecvenfrecvende aparide apariieie, ni.
FrecvenFrecvena relativa relativde aparide apariieie, fi, a unui
eveniment
N
nf ii=
==n
i
inN1
numrul total de repetri ale experimentului
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
4/35
Dacnumrul de repetri ale experimentului va fifoarte mare ( ), se definete probabilitatea deprobabilitatea de
realizare a evenimentuluirealizare a evenimentuluii, ppii
posibilecazurinr
favorabilecazurinrp
.
.=
N
np i
Ni
= lim
0 p 1
pi =1
p=0 eveniment imposibilp=1 eveniment cert
p=p1+p2 pentru evenimente de tip saup=p1*p2 pentru evenimente de tip i
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
5/35
Pentru evenimente egal probabileevenimente egal probabile idiferitentre ele, probabilitatea de apariie
Aruncarea zarului
npppn
1...21 ====
6
1=p
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
6/35
InformaInformaiaia Rezultatul unui experiment
Cu ct gradul de surprizla obinerea unei informaii este mai
mare, cu att cantitatea de informaie obinuteste mai mare
Nu produce nici o surprizevenimentul cert, avndp = 1.
Pentru a putea fi transmis, ea are nevoie de un suportmaterial i de o cantitate de energie.
Spre deosebire de energie, prin transmitere cantitatea de
informaie nu va fi diminuat.
Informaia captsemnificaieatunci cnd existun receptorcare so n
eleag.
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
7/35
Cantitatea de informaCantitatea de informaie Iie I
(Shannon)
pp
I 22 log1log ==
Se msoarn bii (1bit este cantitatea deinformaie obinutn urma unui experimentcu dourezultate egal probabile)
01log1log 22 ===i
ip
Ipentru evenimentul cert
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
8/35
MultipliiMultiplii b i tb i t --ului (b)ului (b)
1B (byte)=23b
1kB=210B=1024 B
1MB=210kB=220 B
1GB=210MB=230 B
1TB=210
GB=240
B
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
9/35
InformaInformaia medieia medie II
mm
Media aritmetica cantitilor de informaie
obinute n urma repetrii de N ori a unuiexperiment
Pentru N foarte mare
NIIII Nm
+++= ...
21
==
iii
im ppppI 22 log
1
log
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
10/35
Entropia informaEntropia informaionalionalHH
Shannon a numit informaia medie (Im )
entropie informaional
(H) H este maximpentru evenimente egal
probabile
nnn
nHm 22 loglog1 =
=
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
11/35
Pe baza formulei cantitii de informaie, It,
se poate calcula coninutul informaional al
unei macromolecule, formatdin Nuniti:
undepi
este probabilitatea cu care poate fi
ntlnitspecia i.
i
itp
pNI 1log2=
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
12/35
Cazul ICazul I
Macromolecula este o proteinformatdin N= 500aminoacizi.
Fiecare dintre cei n = 20 aminoacizi diferii cunoscuipoate saparcu aceeai probabilitate:
Informaia totalconinutn lanul de aminoacizi vafi:
It= N log2 n = 500 log220 2200 bit
20
1
=ip
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
13/35
Cazul IICazul II
Macromolecula este un lan de ADN, cu N= 106 bazeazotate.
Cele 4 baze azotate distincte apar cu aceeaiprobabilitate
It= N log2 n = 106 log2 4 = 2 106 bit
4
1
=ip
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
14/35
EntropiaEntropia informainformaionalional
Paradoxul lui Maxwell
Informaia nseamnputerea de a asigura ordinea
proprie
=
=n
i
ii ppkS1
log NkS ln=iientropia termodinamicentropia termodinamic
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
15/35
AlfabetAlfabet
Transmiterea informaTransmiterea informaieiiei
Totalitatea semnelor (valorilor unei mrimi)folosite pentru scrierea unei informaii.
Poate fi analogicanalogic(valorile variazcontinuu)
digitaldigital(valorile variazdiscret i pot fireprezentate prin cifre); mai puin afectat deperturbaii
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
16/35
Schema generalSchema generala unui sistema unui sistem
simplu de transmitere a informasimplu de transmitere a informaieiiei
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
17/35
PrelucrareaPrelucrarea semnalelorsemnalelor --etapeetape
1.1. codificareacodificarea = stabilirea unor
corespondene ntre diferite alfabete aparinnd unoretape diferite n transmiterea informaiei
2.2. traducereatraducerea= transformarea dintr-un alfabet n altul
3.3. modulareamodularea= modificarea unuia dintre parametriisuportului fizic utilizat pentru transmiterea informaiei
n concordancu caracteristicile acesteia
4.4. cconversiaonversia analoganalog--digitadigitall
5.5. amplificareaamplificarea
// 66.. decodificareadecodificarea
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
18/35
Sisteme cu reglare automatSisteme cu reglare automat
Sistem care modificmrimea de intrare nfuncie de mrimea de ieire
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
19/35
LegLegtura inverstura invers((feedfeed--backback))
NegativNegativ se opune variaiei mrimii de
ieire asigurstabilitatea sistemului
PozitivPozitiv amplificvariaia mrimii deintrare i, implicit, a celei de
ieire destabilizeazsistemul pnla distrugere sau blocare
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
20/35
Elemente de biociberneticElemente de biocibernetic
Orice sistem biologic dispune de informaiiproprii care i asigurfuncionarea
n orice sistem biologic are loc schimb deinformaii ntre prile sale componente
Orice sistem biologic schimbinformaii cumediul extern
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
21/35
CanalulCanalul
neuronalneuronal
Sursa este mediatorul chimic ce ajunge la membrana
postsinaptic Membrana postsinapticeste traductorul canalului transformnd
semnalul chimic (AM) n secvene de poteniale de aciune (FM)
Canalul este membrana corpului neuronal Traductorul destinatarului este membrana presinapticundesemnalul electric elibereazmediatorul chimic (FMAM)
Destinatarul poate fi o celulmuscular, glandularsau altcelulneuronal
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
22/35
ReReele neuronaleele neuronale
Un neuron poate fi n stare de repaus
sau de excitaie Trecerea din starea de repaus n cea de
excitaie are loc dacstimululdepete un anumit prag
Transmisia semnalului (inclusiv prinsinaps) duce la ntrzieri
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
23/35
ReReeaua de sumareeaua de sumare Neuronul 3 rspunde doar dacprimete simultansimultan semnale
de la neuronii 1 i 2 (funcia logici)
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
24/35
ReReeaua deeaua dentrzierentrziere
Rspunsul neuronului 3 este ntrziat prin
intercalarea neuronului 2
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
25/35
ReReeaua deeaua de reverberareverberaieie
La primirea unui singur semnal de la neuronul 1neuronul 2 rspunde de un numr nedefinit de ori.
Joac un rol important n memoria de scurtdurat
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
26/35
ReReeaua de multiplicareeaua de multiplicare
La un singur semnal primit de la neuronul
1 neuronul 4 r
spunde de 3 ori
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
27/35
nvnvareare ii memoriememorie
nvnvareare procesul de dobndire a unor
informaii (noi) despre lume.
MemorareMemorare procesul de reinere pentru oanumitperioadde timp a acestor informaii.
MemorieMemorie totalitatea aspectelor funcionale istructurale legate de nvarea i de memorareainformaiilor, de regsirea la nevoie a informaiilor
memorate i de uitarea parialsau total
ainformaiilor memorate.
Cl ifiClasific i l i iri ale memoriei
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
28/35
ClasificClasificri ale memorieiri ale memoriei
senzorial ce reine datele primite prin organele de sim
motorie ce se referla un anumit comportament sau la ungrad sporit de ndemnare
memoria imediat de ordinul secundelor.
la baza sa stapariia unor reele reverberante
st
la baza memoriei de scurt
durat
MSD i memoriei de lung
duratMLD.
memorie de scurtdurat (MSD) minute, ore
opereaz
f
r
a avea nevoie de sinteza unor proteine, limitndu-sela modificarea celor deja existente sau la etalarea lor funcionalncazul n care ar fi mascate de alte molecule.
memorie de lungdurat (MLD) zile, sptmni, luni, ani
presupune sinteza proteinelor
l il i fFl il i f i l ii l i
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
29/35
Fluxurile informaFluxurile informaionale prinionale prin
fibrele nervoasefibrele nervoase Un canal neuronal poate fi caracterizat prin doumrimi:
1.1. informainformaia medieia medie care se transmite prin canal sau fluxulde transinformaie, avnd ca unitate bit/s;
2.2. capacitatea canaluluicapacitatea canalului, repezentnd valoarea maximafluxului de transinformaie.
Omul primete din mediul exterior 10101010--10101111 bitbit
ss
contientizai 100 bit/s
memoria de scurtdurat10 bit/s
memoria de lungdurat1 bit/s
Schema ciberneticSchema cibernetic aa
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
30/35
Schema ciberneticSchema ciberneticaa
analizoriloranalizorilor Analizorii (vizuali auditivi tactili etc.) asigur
preluarea informaiilor din mediul extern Au un receptor specific ce transformsemnalul n
poteniale de aciune Semnalele electrice sunt transmise prin intermediul
neuronilor spre scoara cerebral
Pe scoarinformaiile sunt stocate i analizate prin
intermediul reelelor neuronale
Semnalele luminoase, acustice, termice, chimice,
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
31/35
mecanice, din exterior sunt traduse la nivelulreceptorilorreceptorilorn semnale electrice
Receptorii fotoreceptori
mecanoreceptori
termoreceptori
chemoreceptori (gust, miros)
nociceptori (durere) etc.
n funcie de proveniena informaiilor:
exteroceptori (informaiile provin din mediul exterior), interoceptori (informaiile provin din mediul intern de exemplu cele privind
presiunea sngelui, concentraia glucozei i nu sunt contientizate)
proprioceptori (informaiile provin de la esuturi i organe)
Din punctul de vedere al rspunsului, dacnotm cu onnceputulstimulului i cu off sfritul lui, receptorii pot fi on
off
on off
continui
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
32/35
n urma analizei prin, intermediul fibrelor
nervoase eferente, se realizeazatt olegturinversce duce la adaptareareceptorului extern (reflexul pupilar,
amplificarea sau atenuarea sunetelor nurechea medie etc.) ct i rspunsul
organismului
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
33/35
Sisteme biologice de comandSisteme biologice de comand
cu reglare automatcu reglare automat
1. Homeostazia
2. Reflexul pupilar3. Arcul reflex neuromuscular
4. Potenialul tot-sau-nimic
Reflexul pupilarReflexul pupilar
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
34/35
Reflexul pupilarReflexul pupilarmmrimea de intrarerimea de intrare diametrul pupilei
elementul de execuelementul de execuieie irisul
mmrimea de ierimea de ieireire fluxul luminos pe retin
elementul de melementul de msuraresurare retina
comparatorulcomparatorul centrul pupilo-motor dinmezencefal
Arcul reflex neuromuscularArcul reflex neuromuscular
-
5/21/2018 Biocibernetica MG 2010-2011 Prezentare Power Point
35/35
Arcul reflex neuromuscularArcul reflex neuromuscular
mmrimea de intrarerimea de intrare impulsul nervos
elementul de execuelementul de execuieie muchiul
mmrimea de ierimea de ieireire contracia
elementul de melementul de msuraresurare corpusculii Golgi din tendon i fusurile neuromuscularecomparatorulcomparatorul centrii nervoi