Петров О. А., Попов С. М.
НИИ физиологии им. А.А .Ухтомского СПбГУ, 199034 Санкт-Петербург
Любой живой организм с
точки зрения физики представляет собой открытую систему, находящуюся
далеко от термодинамического равновесия и обладающую сложно организованным
внутренним строением. Сохранение такой системы в изменяющихся
условиях существования возможно лишь при наличии разветвленной
структуры управления, включающей те элементы системы, которые
способны сильно влиять на ее динамику сравнительно слабыми возмущениями -
сигналами. Сигнал (информация) должен быть кодирован, иначе даже
слабые посторонние возмущения (флуктуации, шум) нарушат нормальную
работу структуры управления и сохранение живой системы станет
невозможным. В первом приближении код информации, содержащейся
в некотором объекте - носителе информа
ции, -
можно определить как характеристику этого объекта проявляющую
себя при его взаимодействии с другим объектом - приемником
информации. В частности, таким кодом могут быть геометрические
(шире - топологические) характеристики носителя информации.
При этом для кодирования информации могут быть использованы не
только изменения сигнала во времени, но и его пространственные
характеристики, поэтому в общем случае речь должна идти о геометрии
(топологии) носителя в четырехмерном пространственно-временном
континууме. Анализ информационных процессов в живых организмах
показывает, что геометрическое кодирование биологической информации
используется на всех уровнях регуляции, начиная с клеточного и
кончая поведенческими реакциями организма на изменения окружающей
среды. Например, пространственная конфигурация определенного учас
тка
сигнальной макромолекулы (гормона,
медиатора, и т.д.) используется для у
знавания
данной молекулы мембранными рецепторами клетки - мишени.
С другой стороны, физиологические эксперименты показывают, что
многое в
сенсорно
м
(чувственном) опыте живых органи
змов
состоит и
з сложных
пространственно-временных
обра
зов (паттернов), воспринимаемых
как единое целое. Возникновение таких обра
зов
в процессе жи
знедеятельности также
можно рассматривать как геометрическое кодирование информации,
поступающей и
з внешнего мира. Математической
моделью такого кодирования могут служить, например, аттракторы
дифференциальных уравнений, описывающих функционирование нейронных
сетей. И
зучение геометрического
кодирования информации в живых системах подразумевает, в первую
очередь, экспериментальное и теоретиче
ское
исследование геометрических харак
теристик
носителей биологической информации, включая исследование геометрии
пространства решений уравнений описывающих динамику различных
информационных систем организма. Учитывая изменчивость биологических
форм, особое внимание при таких исследованиях следует уделять
отысканию сохраняющихся геометрических свойств носителей информации
(различных групп симметрий, топологических инвариантов). Информация
играет ведущую роль в процессах самоорганизации и самоуправления
живых систем. Поэтому исследование геометрического кодирования
биологической информации может способствовать созданию новых математических
моделей самооргани
зации живых систем,
учитывающих информационный аспект проблемы.