Curs Cibernetica
description
Transcript of Curs Cibernetica
![Page 1: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/1.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Cibernetica medicala
![Page 2: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/2.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Cuprins
● Definitie, Istoric● Problematica ciberneticii; Metoda● Elemente de teoria informatiei● Elemente de teoria sistemelor de comanda si
control● Exemple biologice de sisteme de transmitere a
informatiei si sisteme de comanda si control
![Page 3: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/3.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Definitie
• Norbert Wiener – stiinta comenzii si comunicarii la fiinte si masini
• Academia Franceza – disciplina care se ocupa de recunoasterea, analiza, compararea unor structuri abstracte si relatii functionale, mai ales a celor care au rol de comanda si reglaj, in medii complexe, animate si inanimate, dezbracandu-le de suportul lor material
• W. Ross Ashby – punctul de vedere nou al ciberneticii consta in aceea ca ea nu intreaba ce este o masina, ci ce face ea.
![Page 4: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/4.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Istoric
● Prima mentiune a termenului “Cibernetica”:– Platon, “Legile” - in contextul studiului auto-guvernarii
unor grupuri de oameni
● Primul sistem artificial cu reglare automata:– Ceasul cu apa al lui Ktesibios – nivelul de apa in rezervor
era mentinut constant cu ajutorul unui plutitor
● Anii 1700 – motorul cu abur al lui Watt– prevazut cu o valva de reglare a vitezei (mecanism de feed-
back)
![Page 5: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/5.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Istoric
● 1948: NORBERT WIENER - Cibernetica sau ştiinţa comunicării şi comenzii la fiinţe şi maşini; (cibernetica este definita ca stiinta)
● 1948: CLAUDE SHANNON - Teoria matematică a comunicaţiei
1948, Cybernetics: Or the Control and Communication in the Animal and the Machine. Paris, France: Librairie Hermann & Cie, and Cambridge, MA: MIT Press.Cambridge, MA: MIT Press.
C.E. Shannon, "A Mathematical Theory of Communication", Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379-423, 623-656, July, October, 1948
Cibernetica moderna
Courtesy of the Research Laboratory of Electronics at MIT. Wikimedia foundationNorbert Wiener Claude Shannon
![Page 6: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/6.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Istoric
● L. von Bertalanffy – Teoria generala a sistemelor
● W. Ross Ashby – Teoria sistemelor complexe
● J. von Neumann – Automate celulare
● W.S. McCulloch – Retele neurale
Alte contributii notabile
1945, Zu einer allgemeinen Systemlehre, Blätter für deutsche Philosophie, 3/4. (Extract in: Biologia Generalis, 19 (1949), 139-164.
1950, An Outline of General System Theory, British Journal for the Philosophy of Science 1, p.139-164
1951, General system theory - A new approach to unity of science (Symposium), Human Biology, Dec 1951, Vol. 23, p. 303-361.
1943, McCulloch & Pitts, A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity, Bulletin of Mathematical Biophysics Vol 5, pp 115-133.
1940. "Adaptiveness and equilibrium". In: J. Ment. Sci. 86, 478.
1945. "Effects of control on stability". In: Nature, London, 155, 242-243.
1946. "The behavioural properties of systems in equilibrium". In: Amer. J. Psychol. 59, 682-686.
1947. "Principles of the Self-Organizing Dynamic System". In: Journal of General Psychology (1947). volume 37, pages 125--128.
1966. (with Arthur C. Burks) Theory of Self-Reproducing Automata, Univ. of Illinois Press
![Page 7: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/7.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
● Studiul SISTEMELOR din punct de vedere al:➔ Fluxului informational➔ Relatiilor de comanda si control
● Sistem = ansamblu de componente, intre care exista relatii functionale
➔ Sisteme mecanice➔ Sisteme biologice➔ Sisteme electrice➔ Sisteme informatice➔ Sisteme economice etc.
● Distinctia de alte stiinte nu consta atat in obiectul sau de studiu, ci in metoda proprie, unica, de studiu
Problematica ciberneticii
![Page 8: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/8.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Metoda cibernetica● Elemente cheie: ABSTRACTIZARE si MODELARE
![Page 9: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/9.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Metoda cibernetica● Exemplu
![Page 10: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/10.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Ramuri ale ciberneticii
● TEORIA INFORMATIEI– Ramura a matematicii care se ocupa cu cuantificarea
informatiei– Aplicabilitate in orice domeniu care are legatura cu
transmitere de date, limbaj, criptografie etc
● TEORIA SISTEMELOR CU REGLARE AUTOMATA– Studiaza relatiile de comanda si control in interiorul unui
sistem (interdependente, stabilitate)
![Page 11: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/11.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Teoria informatiei
![Page 12: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/12.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Experiment. Eveniment. Probabilitati
ExperimentExperiment = evolutia unui sistem catre o stare finala
EvenimentEveniment = realizarea unei anumite stari finale, din multiple posibile, ca rezultat al experimentului
Exemplu:
Experimentul = aruncarea zaruluiEvenimentul = caderea zarului pe o anumita fata
6 evenimente posibile: caderea pe fata 1, 2, 3, 4, 5 si 6
![Page 13: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/13.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Experiment. Eveniment. Probabilitati
Frecventa relativa de aparitie a evenimentului Frecventa relativa de aparitie a evenimentului ii
Probabilitatea de aparitie a evenimentului Probabilitatea de aparitie a evenimentului ii
f i=niN
pi= limN∞
niN
unde ni reprezinta numarul de aparitii ale evenimentului i, din totalul de N repetari ale experimentului
∑i=1
n
pi=1 → suma probabilitatilor de aparitie a tuturor evenimentelor posibile ca rezultat al unui experiment este 1 (ca urmare a efectuarii unui experiment va rezulta intotdeauna un eveniment oarecare!)
![Page 14: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/14.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Experiment. Eveniment. Probabilitati
Exemplu: Sa presupunem ca am aruncat de 30 de ori cu zarul (N = 30) si am obtinut urmatoarele rezultate:
● Fata 1 – de 4 ori● Fata 2 – de 5 ori● Fata 3 – de 4 ori● Fata 4 – de 6 ori● Fata 5 – de 5 ori● Fata 6 – de 6 ori
Frecventele relative ale evenimentelor vor fi:
● Fata 1: 4/30 = 1/7.5● Fata 2: 5/30 = 1/6● Fata 3: 4/30 = 1/7.5● Fata 4: 6/30 = 1/5● Fata 5: 5/30 = 1/6● Fata 6: 6/30 = 1/5
Daca experimentul s-ar repeta de un numar mult mai mare de ori, valorile frecventelor relative s-ar apropia foarte mult de valoarea probabilitatii teoretice 1/6 pentru fiecare eveniment)
![Page 15: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/15.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Definitia informatiei
?? Se obtine o informatie atunci cand se ia cunostinta de rezultatul unui experiment
Data inteligibila, de orice natura (are semnificatie cand exista un receptor care s-o inteleaga)
Insusire a materiei, leaga partile determinante dintr-un sistem
Informatia – masura a surprizeiInformatia – masura a surprizei➔ Cantitate maxima de informatie la aparitia unui eveniment neasteptat
Natura fizica: nu este materie, nu este energie! Pentru transmitere are nevoie de un suport material Nu scade prin transmitere (nu se pierde)
➔ Comunicarea unei informatii nu este insotita de “stergerea” informatiei din memoria celui care comunica!
![Page 16: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/16.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Cuantificarea informatieiCantitatea de informatieCantitatea de informatie
Shannon: ii
i pp
I log1log −==
01log =−
∞→− 0log
Evenimentul sigur:
Evenimentul imposibil:
[ )∞⊂ ,0iI
Unitatea de masuraUnitatea de masura - bitul- bitul
Nu ne aduce nici o informatie ceva ce stim dinainte ca se va intampla!
Cu cat un eveniment este mai neasteptat, cu atat informatia pe care o aduce este mai mare
Bitul este cantitatea de informatie obtinuta in urma unui experiment cu doua rezultate posibile, egal probabile
Multiplu: 1 byte (octet) = 23 biti
![Page 17: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/17.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Cuantificarea informatieiEntropia informationalaEntropia informationala. . RedundantaRedundanta
![Page 18: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/18.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Cuantificarea informatieiEntropia informationalaEntropia informationala. . RedundantaRedundanta
![Page 19: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/19.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Cuantificarea informatieiExemplu 1: Continutul informational al unei proteineExemplu 1: Continutul informational al unei proteine
Exemplu 2: Continutul informational al unui lant ADNExemplu 2: Continutul informational al unui lant ADN
● 500 aminoacizi in lant (N = 500)
● 16 aminoacizi diferiti, care apar cu frecventa egala (n=16)
● Informatia totala: It = N log2 n = 500 log2 16 = 2000 biti
● 106 nucleotide in lant (N = 106)
● 4 baze azotate, care apar cu frecventa egala (n=4)
● Informatia totala: It = N log2 n = 106 log2 4 = 2x106 biti
![Page 20: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/20.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Entropie informationala si entropie termodinamica
Entropie informationala a unui sistem complet dezordonat:
Hmax
= log n
Entropia termodinamica a unui sistem complet dezordonat (Boltzman):
S = k log N
(N – probabilitatea termodinamica a starii)
![Page 21: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/21.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Paradoxul lui Maxwell
Information is power!!(modificat dupa Wikimedia Commons)
![Page 22: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/22.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Structurarea informatiei
![Page 23: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/23.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Structurarea informatieiExemple
● SEMNAL: sunetul “a” (semnal sonor; vibratie a aerului)
➔ CODIFICAT in:● SIMBOL: litera “a” (alfabet latin), litera “α” (alfabet grec)
● TRADUCERE:
– Semnal luminos electric (fotocelula)→
– Semnal electric semnal acustic (US; cristal piezoelectric)→
– Stimul presional impuls nervos→
● AMPLIFICARE:
– Legarea unei molecule de mesager prim induce sinteza mai multor molecule de mesager secund
● MODULARE:
– Cresterea amplitudinii potentialului de receptor in functie de intensitatea stimulului
– Cresterea frecventei PA axonale in functie de intensitatea stimulului
● CONVERSIE:
– AD: inregistrarea pe calculator a unui semnal electric
![Page 24: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/24.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Transmiterea informatiei
➔ Aparitia perturbatiilor duce la scaderea cantitatii de informatie care ajunge la receptor
➔ Redundanta informationala creste probabilitatea ca la receptor sa ajunga intreaga cantitate utila de informatie
![Page 25: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/25.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sisteme de reglare automata
![Page 26: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/26.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
DefinitiiSistem de comanda = ansamblu de elemente in care o marime de intrare (x) aplicata unui element de executie genereaza o marime de iesire (y)
Relatia intre marimea de intrare si marimea de iesire reprezinta functia de transfer a sistemului (caracterizeaza elementul de executie).[y=f(x)]
xf(x)
y
black-box; intr-un sistem pot exista oricate astfel de subunitati
![Page 27: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/27.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Clasificare
● Sisteme de comanda in circuit deschis (A)
● Sisteme de comanda in circuit inchis (sisteme de reglare automata):
– Sisteme cu reactie pozitiva (B)– Sisteme cu reactie negativa (C)
![Page 28: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/28.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sisteme de comanda in circuit deschis● Sunt sistemele in care marimii de intrare i se aplica o
functie de transfer pentru a obtine o marime de iesire;– nu exista legatura inversa (feed-back) intre marimea de
iesire si marimea de intrare
Exemplu:
● Sistemul de directionare a unui automobil
➔ Intrare: rotirea volanului➔ Iesire: schimbarea directiei vehicolului
● Amplificatoare:➔ Intrare: semnal electric➔ Iesire: semnal electric cu amplitudine
mai mare
![Page 29: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/29.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sisteme de reglare automata
● Sisteme de control cu legatura inversa
● Elementul de masurare evalueaza valoarea raspunsului sistemului
● Un comparator apreciaza diferenta dintre marimea de intrare si marimea de iesire masurata, si aplica o corectie a intrarii in elementul de executie (marimii de actionare)
● Reactie pozitiva: cresterea marimii de iesire determina cresterea marimii de actionare (modificare in acelasi sens)
● Reactie negativa: cresterea marimii de iesire determina scaderea marimii de actionare (modificare in sens opus)
![Page 30: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/30.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sisteme de reglare automata cu reactie negativa● Marimea de iesire actioneaza in sensul scaderii marimii
de intrare● Sunt sisteme de stabilizare; asigura mentinerea unui
raspuns intre anumiti parametri● Exemple:
– Scaderea TA vasoconstrictie cresterea TA (revenirea la → →valori normale)
– Cresterea glicemiei secretie de insulina scaderea → →glicemiei
– HOMEOSTAZIA organismului este mentinuta prin sisteme de reglare cu reactie negativa!!
![Page 31: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/31.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sisteme de reglare automata cu reactie negativa
http://library.med.utah.edu/kw/animations/hyperbrain/parasymp_reflex/movie6.swf
REFLEXUL PUPILAR
![Page 32: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/32.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sisteme de reglare automata cu reactie pozitiva● Marimea de iesire actioneaza in sensul cresterii marimii
de intrare● 2 tipuri de roluri biologice:
– Sisteme de amplificare➔ Deschiderea in avalansa a canalelor de Na+, in faza
ascendenta a PA➔ Retele neurale reverberante
– Sisteme de decompensare:➔ Rol patologic – dupa depasirea unor praguri pana la care
organismul poate compensa tulburari ale homeostaziei, apar reactii pozitive care agraveaza tulburarile si pot duce la moartea organismului (Ex: aparitia vasodilatatiei paralitice in socul septic duce la scaderea si mai mult a TA, fara raspuns la subst. vasoactive)
![Page 33: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/33.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Comportamentul sistemelor de reglare
![Page 34: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/34.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Comportamentul sistemelor de reglare
● In mod normal, prin interventia buclei de reactie negativa, valoarea marimii de iesire se stabilizeaza la valoarea dorita dupa un numar de oscilatii amortizate
● Sisteme in care exista oscilatii neamortizate – Oscilatori biologici: celulele sistemului excitoconductor cardiac, neuroni
tonici din SRAA sau gangl. Bazali
● Prin interventia buclei de reactie pozitiva, oscilatiile sistemului se pot amplifica (o caracteristica a starilor de boala); evolutie ulterioara:
– Sistemele de control sunt depasite, sistemul intra intr-un regim de oscilatii haotice urmate de moarte biologica (parametrii biologici scad la 0)
– Oscilatiile depasesc un anume prag si se realizeaza o stabilizare la o stare diferita de situatia fiziologica (ex: la pacientii cu hipertensiune arteriala cronica, sistemele de reglaj ale organismului mentin constanta o valoare diferita de valoare normala)
![Page 35: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/35.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Exemple biologice
![Page 36: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/36.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Transcriptia si traducerea informatiei genetice
ADNsursa de mesaje
ARNm(mesager)
canal
ARNtde transfer
receptor
Ribozomdestinatar
Alfabet sursăACGT
Alfabet canalACGU
Recepţionează un codon
Aparat de sinteză
![Page 37: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/37.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Canalul neuronal
S – sursa de informatie (neuron presinaptic)
TT1 – traductor transmitator 1; semnal chimic semnal →electric (modulate in amplitudine)
C1 – canal de transmitere a informatiei, de tip 1 (potentiale locale, modulate in amplitudine; propagare decrementala)
TT2 – traductor transmitator 2; semnal electric modulat in amplitudine modulat in frecventa→
C2 – canal de transmitere a informatiei, de tip 2 (PA modulate in frecventa)
TR1 – traductor receptor 1; semnal electric modulat in frecventa modulat in amplitudine→
TR2 – traductor receptor 2; semnal electric modulat in amplitudine semnal chimic→
D – destinatar
![Page 38: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/38.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Canalul neuronal● Caracteristicile unui canal neuronal:
➔ Fluxul de transinformatie (informatia medie transmisa prin canal) – bit/s
➔ Capacitatea canalului – valoarea maxima a fluxului de transinformatie pe canalul respectiv
● Exemple:➔ Informatia medie/fibra nervoasa: 1150 bit/s➔ Capacitatea canalului unei fibre nervoase: 1400 bit/s➔ Informatia transmisa de retina: 1010 bit/s➔ Informatia medie primita de un om din mediul inconjurator:
1010 – 1011 bit/s, din care:➢ Constientizati: 100 bit/s➢ Memorie de scurta durata: 10 bit/s➢ Memorie de lunga durata: 1 bit/s
![Page 39: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/39.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Retele neuronale
● Sistemul nervos central – retea complexa de neuroni interconectati, care isi influenteaza reciproc functia
● Premize pentru tratarea ciberneticaPremize pentru tratarea cibernetica (logica) a unei retele neuronale:
– Fiecare neuron are doua stari – activ si inactiv– Fiecare neuron are un prag de excitare caracteristic, ce
trebuie atins de excitant pentru a determina trecerea in starea activa
– Transmisia sinaptica se face cu o intarziere de 0.5 ms
![Page 40: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/40.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Retele neuronale● Exemple de retele neuronale simple:
➔ Retele de sumare (A)
➔ Retele de intarziere (B)
➔ Retele reverberante (C)
➔ Retele de multiplicare (D)
(A)
(B)
(C)
(D)
![Page 41: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/41.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Memoria (senzoriala/motorie)= stocare de informatii
● Memorie imediata (instantanee) – secunde➔ Substrat: circuite reverberante
● Pe termen scurt (memoria de scurta durata, MSD) – orePe termen scurt (memoria de scurta durata, MSD) – ore➔ Substrat: modificarea unor proteine deja existente
(activare, expresie)● Pe termen lung (memoria de lunga durata, MLD) – aniPe termen lung (memoria de lunga durata, MLD) – ani
➔ Substrat: sinteza de proteine noi, care vor fi exprimate
Procesele implicate in MSD + MLD – PLASTICITATE SINAPTICAProcesele implicate in MSD + MLD – PLASTICITATE SINAPTICA● up/down-regulation al numarului de receptori● Expresie de receptori modulatori● Cresterea / scaderea numarului de sinapse pe un neuron● Intarirea unor sinapse intre doi neuroni prin aparitia de ramificatii axonale suplimentare care fac sinapsa, la randul lor
![Page 42: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/42.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Analizatori
![Page 43: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/43.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Analizatori● Stimulii Stimulii – orice natura fizica:
– Mecanici: presionali, vibratorii, acustici– Luminosi– Termici– Olfactivi (chimici)– Stimuli durerosi – orice stimul care depaseste un anume
prag (prag dureros) determina senzatie de durere● Tipuri de receptoriTipuri de receptori (dpv cibernetic)
– Receptori ON – activati de initierea stimulului– Receptori OFF – activati de incetarea stimulului– Receptori ON-OFF – activati atat de initierea, cat si de
incetarea stimului– Receptori continui – activi pe tot parcursul stimularii
![Page 44: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/44.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Reflexul miotatic αF
S
Flexor muscle
αF
R
γs
γd
D
D
NCF NBF
Ia
II
CNS DRFS
From the extensor system
To the extensor system
CNS C
dt
The dynamic element (D)
+–++––
–
Ia
R
II
++
+
+
++
++
+
+
+
+
+
– + – +
–
+
![Page 45: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/45.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Reglarea volemiei
![Page 46: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/46.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Algoritmi cibernetici de diagnostic
![Page 47: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/47.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Simulari computerizate ale unor modele cibernetice
![Page 48: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/48.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Receptori senzoriali
![Page 49: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/49.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Autoinhibitie neuronala
![Page 50: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/50.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Sinapsa cu prag de activare
![Page 51: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/51.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009
Activarea rodopsinei
![Page 52: Curs Cibernetica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013103/563dbb5e550346aa9aac93db/html5/thumbnails/52.jpg)
UMF Carol DavilaCatedra de Biofizica Medicala
Curs de BiociberneticaAn universitar 2008-2009