|
2.2. Авторские методы моделирования регуляции произвольных и непроизвольных движений человека в рамках компартментно-кластерного подхода На сегодняшний день остается мало исследованной проблема моделирования произвольных и непроизвольных движений человека и животных. Работы ряда авторов в рамках компартментного подхода и стохастического описания двигательных функций человека позволяют объяснить флуктуационные характеристики движений под действием статических и динамических нагрузок. Однако квазипериодический режим, наблюдаемый при регистрации непроизвольных движений объяснить в рамках таких подходов затруднительно. В этой связи возникает потребность в моделировании произвольных и непроизвольных движений, выполняемых человеком в различных условиях, а также организацию двигательных функций в аспекте филогенеза. Исследованию этих проблем посвящена данная глава. Отметим, что исследованию непроизвольных движений в опорнодвигательной системе уделяется большое внимание со стороны физиологов и врачей. Известны модели, описывающие тремор как сумму автоколебаний, связанных с наличием обратных связей в нервно-мышечной системе и существованием времени запаздывания в ней сигнала, и вынужденных колебаний, обусловленных сокращением мышечных волокон. В рамках такого подхода возможно построение не только биомеханических систем, но и процессов формирования многоклеточных систем тканей, органов и организмов, т.е. систем разного уровня. Предполагаются некоторые сквозные критерии разобщения сложных многоуровневых конгломератов структурнофункционалыю-кибернетических отношений. Конкретное решение такой проблемы может рассматриваться на тканевом уровне биоорганизации и именно этот уровень (тканевый) является уровнем исследований в настоящей диссертационной работе. Одно из перспективных направлений в этой области связано с работами В. В. Смолянинова [118], который впервые предложил обобщенный системно81 |
ГЛАВА 3. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОЛЬНЫХ И НЕПРОИЗВОЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА. 3.1. СИСТЕМНЫЙ КОМПАРТМЕНТНЫЙ ПОДХОД В РАЗРАБОТКЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕГУЛЯЦИИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА С НЕСКОЛЬКИМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ. СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ. На сегодняшний день остается мало исследованной проблема моделирования произвольных и непроизвольных движений человека и животных. Работы ряда авторов в рамках компартментного подхода и стохастического описания двигательных функций человека позволяют объяснить флуктуационные характеристики движений под действием статических и динамических нагрузок. Однако квазипериодический режим, наблюдаемый при регистрации непроизвольных движений, объяснить в рамках таких подходов затруднительно. В этой связи возникает потребность в моделировании произвольных и непроизвольных движений, выполняемых человеком в различных условиях, а также организации двигательных функций в аспекте филогенеза. Исследованию этих проблем посвящена данный раздел. Многие регуляторные системы организма человека и млекопитающихся животных организованы и функционируют по принципу организации компартментных систем (КС). Универсальность компартментного подхода объясняется сравнительно большим и универсальным набором базовых принципов организации таких систем в рамках разрабатываемой сейчас компартментно-кластерная теория биосистем (ККТБ). Напомним эти основные принципы [45]. 1. В рамках этого постулата утверждается, что биологическая система или ее составные части (кластеры) состоят из компартментов. Под последними мы 56 регуляции эти влияния легко проявляются при приеме лекарственных веществ, действующих на ЦНС экстракта валерианы, кофеина и др. Таким образом, восемь перечисленных принципов и положений могут претендовать на наиболее общие постулаты организации и функционирования весьма разных БДС. При построении математической модели регуляции движений человека с несколькими степенями свободы был выбран именно компартментный подход. Этот выбор диктовался возможностью учета наибольшего числа базовых биологических принципов (компартментная организация управления биосистемами, диссипативность структур, наличие тормозных и возбуждающих процессов, существование информационных и возбуждающих связей между компартментами, выполнение принципов оптимального управления и иерархичность в организации движений). Отметим, что исследованию непроизвольных движений в опорно двигательной системе уделяется большое внимание со стороны физиологов и врачей. Известны модели, описывающие тремор как сумму автоколебаний, связанных с наличием обратных связей в нервно-мышечной системе и существованием времени запаздывания в ней сигнала, и вынужденных колебаний, обусловленных сокращением мышечных волокон. В рамках такого подхода возможно построение не только биомеханических систем, но и процессов формирования многоклеточных систем тканей, органов и организмов, т.е. систем разного уровня. Конкретное решение такой проблемы может рассматриваться на тканевом уровне биоорганизации и именно этот уровень является уровнем исследований в настоящей диссертационной работе. Одно из перспективных направлений в этой области связано с работами В.В. Смолянинова [71], который впервые предложил обобщенный системно-конструктивный подход (новое математическое направление), базирующийся на основе категорий и функторов. В рамках этого подхода сформулированы основные понятия 61 |