Цукерман В. Д., Светличный А. В.
Ростовский государственный университет, НИИ нейрокибернетики им. А.Б.Когана 344090, Ростов-на-Дону, пр.Стачки 194/1, Россия, E-mail: vdtc@krinc.rnd.runnet.ru
Биологические ритмы, широко представленные на различных уровнях организации
живых систем, являются отражением коллективной осцилляторной деятельности.
Процессы синхронизации и десинхронизации, переходы от регулярной динамики
к хаотической и наоборот, широкий динамический репертуар осцилляторных
мод (паттернов) и т.д. ввиду сложного нелинейного характера взаимоотношений
между переменными и влияний большого числа параметров делают основной в
подобного рода исследованиях метод численного моделирования чрезвычайно
трудоемкимew Roman">, а его результаты сложными для анализа и обобщений.
Среди проблем, с которыми приходится сталкиваться в ходе исследований ритмогенеза
можно отметить следующие.
Проблема 1: анализ множества "отведений"
выходной активности осцилляторных единиц на наличие простых и странных
аттракторов в фазовом пространстве системы желательно проводить в интерактивном
режиме, т.е. в реальном или близком к нему масштабе времени.
Проблема
2: процессы самоорганизации ритмогенеза (переходные процессы, управляемые
переключения между аттракторами и т.д.) могут носить чрезвычайно длительный
временной характер, в связи с чем накопление и обработка больших объемов
цифровых данных становится нетривиальной задачей.
Проблема 3: интерпретация
экологической целесообразности полученных знаний в ходе модельных исследований
конкретной физиологической системы, по-нашему мнению, возможна лишь при
большом визуальном опыте наблюдения ее динамического поведения.
Одной из основных задач наших исследований является создание средств
когнитивной компьютерной графики, позволяющих решать перечисленные выше
проблемы в исследованиях механизмов регуляции позы, локомоторного двигательного
поведения и некоторых других систем организма. С этой целью исследовался
специальный класс нейронных сетей с четным циклическим торможением, рассматриваемый
в качестве базовой структуры для исследования самоорганизации ритмических
процессов, лежащих в основе шагательной ритмики и переключений в локомоторном
поведении (походках). Применение высокопроизводительных средств вычислительной
техники в непрерывном фоновом режиме интегрирования систем дифференциальных
уравнений, разработанные нами методы трехмерного отображения фазовой динамики,
специальные приемы накопления и многооконного сканирования, т.е. динамического
просмотра выходной активности осцилляторных единиц сети, позволяют наблюдать:
а) динамическую смену эффективных степеней свободы; б) управляемые переключения
между аттракторами, свидетельствующие о мультистабильности системы; в)
сосуществование осцилляторных мод (паттернов) и конкурентную борьбу между
ними; г) различные типы осцилляторного поведения: пачечный (веретенообразный);
непрерывный и непрерывный с фазовым сбросом; д) фазовые (качественные)
переходы между различными типами осцилляторной активности; е) специфический
набор пространственно-временных структур фрактальной природы. Обсуждаются
возможности дальнейшего развития интерактивных средств когнитивной компьютерной
графики.