Книга состоит, по существу, из двух частей. Первая часть посвящена изложению основ теории автоматического регулирования для биологов, желающих освоить её принцип и методы. Во второй части показано, как могут быть использованы описанные методы при изучении физиологических систем регуляции. Эта часть книги интересна не только физиологам, но и инженерам, специализирующимся в области теории и практики автоматического регулирования.

Предназначена для физиологов, биофизиков, специалистов в области бионики и кибернетики, а также для инженеров ряда специальностей.

Хотя физиологи уже со времён Клода Бернара поняли, что организм представляет собой совокупность сложных взаимосвязанных биологических регуляторов, мысль об использовании теории автоматического регулирования для изучения биологических систем возникла совсем недавно. Частично это объясняется тем, что сама теория автоматического регулирования зародилась не так уж давно и развивалась вначале математиками, физиками и инженерами, которые исследовали физические системы и пользовались языком, не всегда знакомым биологам. Этот языковый барьер скрывал от постороннего взора основное достоинство этой теории — её общность. Вообще говоря, с позиции теории регулирования не важно, является ли рассматриваемая система физической и построена ли она человеком или же это самая сложная и самая удивительная из известных нам систем — сам человек. Это, конечно, не означает, что для исследования биологических систем — систем, значительно более сложных, чем физические, достаточен тот теоретический аппарат, которым мы располагаем в настоящее время. Так, существующая теория автоматического регулирования является в основном теорией линейных систем, а почти все биологические системы существенно нелинейны. В то время как для линейных дифференциальных уравнений построена исчерпывающая аналитическая теория, для нелинейных систем ничего подобного по общности не существует…

Однако своеобразие и ценность теории автоматического регулирования заключаются в том, что в ней применяется один общий подход к исследованию любой системы независимо от вида описывающих её уравнений. Именно на это я и собираюсь делать основной упор в этой книге. Сама формулировка задач с помощью блок-схем и математических соотношений, требующая строгого определения ранее расплывчатых понятий и точного измерения характеристик систем, даёт единственную в своём роде возможность лучше разобраться в природе явлений и уточнить уже имеющиеся представления. В этом смысле детали математических манипуляций, необходимых для решения полученных таким образом конкретных уравнений, имеют второстепенное значение.

Конечно, мы не должны закрывать глаза на традиционное сопротивление внедрению математических методов в биологию. Хотя биологи и не отрицают значения математических теорий в физике, они зачастую, кажется, забывают, что в этих теориях рассматриваются почти исключительно не существующие на самом деле абстракции — идеальные газы, идеальные растворы, абсолютно упругие частицы, невесомые пружины, невесомые поршни без трения и т. д. до бесконечности. Во всяком случае, попытка использовать аналогичный подход к исследованию биологических систем часто наталкивается на яростное сопротивление. Возможно, это объясняется непониманием целей абстрактной теории. Никто не претендует на то, чтобы такая теория до мельчайших деталей описывала каждый мыслимый аспект структуры или функции системы. Цель абстрактной теории заключается в том, чтобы дать «язык», на котором можно разговаривать о системе, дать удобную схему, в рамках которой можно расшифровывать происходящие с ней явления. О том, что выработка такого «языка» в конце концов приводит к полезным практическим результатам, свидетельствуют многие достижения современной техники.

Я надеюсь, что, познакомившись с этой книгой, читатель увидит, какие широкие возможности открывает использование теории регулирования для анализа сложных биологических регуляторов, и убедится в том, что такой подход способствует более глубокому пониманию регуляторных механизмов, действующих в организме. Но для рассмотрения биологических систем необходимо знакомство с основами теории регулирования. Поэтому мы начнём с изучения систем вообще, затем рассмотрим некоторые частные физические системы и лишь после этого перейдём к рассмотрению процессов регуляции в двух биологических системах, а именно в дыхательной и сердечно-сосудистой системах…

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К АНГЛИЙСКОМУ ИЗДАНИЮ

Книги на ту же тему

1. Жизнеспособность популяций: Природоохранные аспекты, Сулей М., ред, 1989
2. Математические методы в медицине, Беллман Р., 1987
3. Концепция информации и биологические системы, Филдс У. С., Эббот У., ред., 1966
4. Явления переноса в живых системах: Биомедицинские аспекты переноса количества движения и массы, Лайтфут Э., 1977
5. Динамика численности лесных насекомых-филлофагов: модели и прогнозы, Исаев А. С., Пальникова Е. Н., Суховольский В. Г., Тарасова О. В., 2015
6. Модели в экологии, Смит Д. М., 1976
7. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине, Винер Н., 1958
8. Биофизика: Учебник. — 3-е изд., испр. и доп.: В 2 т. (комплект из 2 книг), Рубин А. Б., 2004
9. Математическое моделирование в биологии и химии. Новые подходы, 1992
10. Биофизика: Учебное пособие. — 3-е изд., стер., Волькенштейн М. В., 2008
11. Основы физики биосферы, Хильми Г. Ф., 1966
12. Математические проблемы в биологии, Фомин С. В., Беркинблит М. Б., 1973
13. Возникновение биологической организации, Кастлер Г., 1967
14. Молекулярная и клеточная биофизика, Франк Г. М., ред., 1977
15. Проблемы биологической физики, Блюменфельд Л. А., 1974
16. Математическая биофизика, Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Д. С., 1984
17. Бионика, Жерарден Л., 1971
18. Теория автоматического регулирования. — 3-е изд., перераб. и доп., Айзерман М. А., 1966
19. Динамический синтез систем автоматического регулирования, Бесекерский В. А., 1970
20. Синтез структур систем автоматического регулирования высокой точности, Мееров М. В., 1959
21. Кибернетика в медицине и физиологии, Парин В. В., Баевский Р. М., 1963
22. Компьютерные модели и прогресс медицины, 2001
23. Медицина в зеркале информатики, 2008
24. Механизмы электрической возбудимости нервной клетки, Костюк П. Г., Крышталь О. А., 1981
25. Нервное возбуждение: Макромолекулярный подход, Тасаки И., 1971
26. Термодинамика и кинетика биологических процессов: Проблемы неравновесной термодинамики, кинетики переходных процессов, экстремальные принципы, переходные процессы в живых системах, Зотин А. И., ред., 1980
27. Термодинамика и макрокинетика природных иерархических процессов, Гладышев Г. П., 1988
28. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии, Свирежев Ю. М., 1987