Rückkopplungsschleifen sind ein Schlüsselmerkmal der Systeme, auf die sich dieser Artikel konzentriert, wie Ökosysteme und einzelne Organismen. Sie existieren auch in der Menschenwelt, in Gemeinschaften, Organisationen und Familien.
Künstliche Systeme dieser Art umfassen Roboter mit Steuerungssystemen, die negatives Feedback verwenden, um gewünschte Zustände aufrechtzuerh alten.
Hauptmerkmale
In einem adaptiven System ändert sich der Parameter langsam und hat keinen bevorzugten Wert. In einem selbstregulierenden System hängt der Wert des Parameters jedoch von der Geschichte der Dynamik des Systems ab. Eine der wichtigsten Eigenschaften selbstregulierender Systeme ist die Fähigkeit, sich an den Rand des Chaos anzupassen oder Chaos zu vermeiden. Praktisch kann der Betrachter spontan handeln, indem er ohne weiteres auf den Rand des Chaos zusteuert, aber ohne Katastrophen. Physiker haben bewiesen, dass in fast allen Rückkopplungssystemen eine Anpassung an den Rand des Chaos auftritt. Lassen Sie den Leser nicht von prätentiöser Terminologie überrascht sein, denn solche Theorien wirken sich direkt auf die Theorie ausChaos.
Praktopoese
Practopoiesis als ein von Danko Nikolic geprägter Begriff bezieht sich auf eine Art adaptives oder selbstregulierendes System, in dem die Autopoiesis eines Organismus oder einer Zelle durch allopoetische Wechselwirkungen zwischen seinen Komponenten erfolgt. Sie sind in einer poetischen Hierarchie organisiert: Eine Komponente erzeugt eine andere. Die Theorie legt nahe, dass lebende Systeme eine Hierarchie von vier solchen poetischen Operationen aufweisen:
Evolution (i) → Genexpression (ii) → Nicht-Gen-bezogene homöostatische Mechanismen (Anapoese) (iii) → Zellfunktion (iv).
Practopoesis stellt die moderne neurowissenschaftliche Doktrin in Frage, indem sie argumentiert, dass mentale Operationen hauptsächlich auf der anapoetischen Ebene (iii) stattfinden, das heißt, dass der Geist aus schnellen homöostatischen (adaptiven) Mechanismen hervorgeht. Dies steht im Gegensatz zu der weit verbreiteten Meinung, dass Denken gleichbedeutend mit neuraler Aktivität ist (Zellfunktion auf Ebene IV).
Jede niedrigere Ebene enthält Wissen, das allgemeiner ist als die höhere Ebene. Beispielsweise enth alten Gene mehr Allgemeinwissen als anapoetische Mechanismen, die wiederum mehr Allgemeinwissen enth alten als Zellfunktionen. Diese Wissenshierarchie ermöglicht es der anapoetischen Ebene, die für die Entstehung des Geistes notwendigen Konzepte direkt zu speichern.
Komplexes System
Ein komplexes adaptives System ist ein komplexer Mechanismus, bei dem ein perfektes Verständnis einzelner Teile nicht automatisch ein perfektes Verständnis des Ganzen liefertEntwürfe. Die Untersuchung dieser Mechanismen, die eine Art Teilmenge nichtlinearer dynamischer Systeme darstellen, ist stark interdisziplinär und kombiniert die Erkenntnisse der Natur- und Sozialwissenschaften, um Modelle und Darstellungen auf höchstem Niveau zu entwickeln, die heterogene Faktoren, Phasenübergänge und andere Nuancen.
Sie sind insofern komplex, als sie dynamische Netzwerke von Interaktionen sind und ihre Beziehungen keine Sammlungen separater statischer Objekte sind, das heißt, das Verh alten des Ensembles wird nicht durch das Verh alten der Komponenten vorhergesagt. Sie sind insofern anpassungsfähig, als individuelle und kollektive Verh altensweisen mutieren und sich gemäß einem veränderungsinitiierenden Mikroereignis oder einer Reihe von Ereignissen selbst organisieren. Sie sind eine komplexe makroskopische Sammlung relativ ähnlicher und teilweise verwandter Mikrostrukturen, die so geformt sind, dass sie sich an eine sich verändernde Umgebung anpassen und ihr Überleben als Makrostruktur verbessern.
Bewerbung
Der Begriff "komplexe adaptive Systeme" (CAS) oder die Wissenschaft der Komplexität wird oft verwendet, um das locker organisierte akademische Feld zu beschreiben, das sich um das Studium solcher Systeme herum entwickelt hat. Komplexitätswissenschaft ist keine einzelne Theorie – sie deckt mehr als einen theoretischen Rahmen ab und ist in hohem Maße interdisziplinär, indem sie nach Antworten auf einige grundlegende Fragen zu lebenden, anpassungsfähigen und sich verändernden Systemen sucht. Die CAS-Forschung konzentriert sich auf die komplexen, emergenten und makroskopischen Eigenschaften eines Systems. John H. Holland sagte, dass CAS Systeme sind, die eine große habendie Anzahl der Komponenten, oft als Agenten bezeichnet, die interagieren, sich anpassen oder lernen.
Beispiele
Typische Beispiele für adaptive Systeme sind:
- Klima;
- Städte;
- Firmen;
- Märkte;
- Regierungen;
- Branche;
- Ökosysteme;
- soziale Netzwerke;
- Stromnetze;
- Tierrudel;
- Verkehrsströme;
- soziale Insektenkolonien (z. B. Ameisen);
- Gehirn und Immunsystem;
- Zellen und sich entwickelnder Embryo.
Aber das ist noch nicht alles. Diese Liste kann auch adaptive Systeme in der Kybernetik enth alten, die immer mehr an Popularität gewinnen. Als CAS gelten auch Organisationen, die auf sozialen Gruppen von Menschen wie politischen Parteien, Gemeinschaften, geopolitischen Gemeinschaften, Kriegen und terroristischen Netzwerken basieren. Das Internet und der Cyberspace, die aus einer komplexen Reihe von Mensch-Computer-Interaktionen bestehen, zusammenarbeiten und verw altet werden, werden ebenfalls als komplexe adaptive Systeme angesehen. CAS kann hierarchisch sein, aber es wird immer häufiger Aspekte der Selbstorganisation zeigen. Daher können einige moderne Technologien (z. B. neuronale Netze) als selbstlernende und selbstanpassende Informationssysteme bezeichnet werden.
Unterschiede
Was CAS von einem reinen Multi-Agenten-System (MAS) unterscheidet, ist die Aufmerksamkeit für Top-Level-Features und -Funktionen wie Selbstähnlichkeit, strukturelle Komplexität und Selbstorganisation. MAS ist definiertals ein System, das aus mehreren interagierenden Agenten besteht, während in CAS die Agenten und das System adaptiv sind und das System selbst selbstähnlich ist.
CAS ist eine komplexe Sammlung interagierender adaptiver Agenten. Solche Systeme zeichnen sich durch einen hohen Anpassungsgrad aus, was sie gegenüber Veränderungen, Krisen und Katastrophen außergewöhnlich widerstandsfähig macht. Dies sollte bei der Entwicklung eines adaptiven Systems berücksichtigt werden.
Weitere wichtige Eigenschaften sind: Anpassung (oder Homöostase), Kommunikation, Kooperation, Spezialisierung, räumliche und zeitliche Organisation und Reproduktion. Sie sind auf allen Ebenen zu finden: Zellen spezialisieren, passen sich an und vermehren sich genauso wie größere Organismen. Kommunikation und Zusammenarbeit finden auf allen Ebenen statt, vom Agenten bis zur Systemebene. Die Kräfte, die die Zusammenarbeit zwischen Agenten in einem solchen System antreiben, können in einigen Fällen mithilfe der Spieltheorie analysiert werden.
Simulation
CAS sind anpassungsfähige Systeme. Manchmal werden sie mithilfe agentenbasierter und komplexer Netzwerkmodelle modelliert. Diejenigen, die auf Agenten basieren, werden unter Verwendung verschiedener Methoden und Werkzeuge entwickelt, hauptsächlich indem zuerst verschiedene Agenten innerhalb des Modells identifiziert werden. Eine andere Methode zur Entwicklung von Modellen für CAS ist die Entwicklung komplexer Netzwerkmodelle unter Verwendung der Interaktionsdaten verschiedener CAS-Komponenten, beispielsweise eines adaptiven Kommunikationssystems.
2013SpringerOpen / BioMed Central hat ein Open-Access-Online-Journal zur Modellierung komplexer Systeme (CASM) herausgebracht.
Lebende Organismen sind komplexe adaptive Systeme. Während Komplexität in der Biologie schwer zu quantifizieren ist, hat die Evolution einige erstaunliche Organismen hervorgebracht. Diese Beobachtung hat dazu geführt, dass das verbreitete Missverständnis über die Evolution fortschreitend ist.
Streben nach Komplexität
Wenn das obige allgemein wahr wäre, würde die Evolution eine starke Tendenz zur Komplexität haben. Bei dieser Art von Verfahren steigt der Wert des häufigsten Schwierigkeitsgrades im Laufe der Zeit. Tatsächlich deuten einige künstliche Lebenssimulationen darauf hin, dass die CAS-Erzeugung ein unvermeidliches Merkmal der Evolution ist.
Die Idee eines generellen Trends zur Komplexität in der Evolution lässt sich aber auch durch einen passiven Prozess erklären. Dazu gehört das Erhöhen der Varianz, aber der häufigste Wert, Modus, ändert sich nicht. Der maximale Schwierigkeitsgrad steigt also mit der Zeit, aber nur als indirektes Produkt der Gesamtzahl der Organismen. Diese Art von Zufallsprozess wird auch als Bounded Random Walk bezeichnet.
In dieser Hypothese ist die offensichtliche Tendenz, die Struktur von Organismen zu verkomplizieren, eine Illusion. Es ergibt sich aus der Konzentration auf eine kleine Anzahl großer, hochkomplexer Organismen, die den rechten Schwanz der Komplexitätsverteilung bewohnen, und das Ignorieren der einfacheren und viel häufigerenOrganismen. Dieses passive Modell betont, dass die überwiegende Mehrheit der Arten mikroskopisch kleine Prokaryoten sind, die etwa die Hälfte der weltweiten Biomasse und die überwiegende Mehrheit der Biodiversität der Erde ausmachen. Daher dominiert einfaches Leben auf der Erde, während komplexes Leben nur aufgrund von Stichprobenverzerrungen vielfältiger erscheint.
Wenn der Biologie eine allgemeine Tendenz zur Komplexität fehlt, wird dies nicht verhindern, dass Kräfte existieren, die Systeme in einer Teilmenge von Fällen zur Komplexität treiben. Diese kleinen Trends werden durch andere evolutionäre Zwänge ausgeglichen, die Systeme zu weniger komplexen Zuständen treiben.
Immunsystem
Das adaptive Immunsystem (auch bekannt als erworbenes oder seltener spezifisches Immunsystem) ist ein Teilsystem des allgemeinen Immunsystems. Es besteht aus hochspezialisierten Zellen und Prozessen, die Krankheitserreger eliminieren oder deren Wachstum verhindern. Das erworbene Immunsystem ist eine der beiden wichtigsten Immunstrategien bei Wirbeltieren (die andere ist das angeborene Immunsystem). Die erworbene Immunität schafft nach einer anfänglichen Reaktion auf einen bestimmten Erreger ein immunologisches Gedächtnis und führt zu einer verstärkten Reaktion auf nachfolgende Begegnungen mit demselben Erreger. Dieser Prozess der erworbenen Immunität ist die Grundlage der Impfung. Wie das angeborene System umfasst auch das erworbene System nicht nur Komponenten der humoralen Immunität, sondern auch Komponenten der zellulären Immunität.
Geschichte des Begriffs
Der Begriff "adaptiv" wurde zuerst eingeführt1964 von Robert Good in Bezug auf Antikörperreaktionen bei Fröschen als Synonym für erworbene Immunantwort verwendet. Goode räumte ein, dass er die Begriffe austauschbar verwendete, erklärte jedoch nur, dass er es vorziehe, den Begriff zu verwenden. Vielleicht dachte er an die damals unglaubwürdige Theorie der Antikörperbildung, wonach sie plastisch seien und sich an die molekulare Form von Antigenen anpassen könnten, oder an das Konzept adaptiver Enzyme, deren Expression durch ihre Substrate verursacht werden könnte. Der Ausdruck wurde fast ausschließlich von Goode und seinen Studenten sowie von mehreren anderen Immunologen verwendet, die bis in die 1990er Jahre an Randorganismen arbeiteten. Dann wurde es häufig in Verbindung mit dem Begriff "angeborene Immunität" verwendet, der nach der Entdeckung des Toll-Rezeptorsystems zu einem beliebten Thema wurde. in Drosophila, früher ein marginaler Organismus für das Studium der Immunologie. Der Begriff "adaptiv", wie er in der Immunologie verwendet wird, ist problematisch, da erworbene Immunantworten im physiologischen Sinne entweder adaptiv oder maladaptiv sein können. Tatsächlich können sowohl erworbene als auch Immunantworten im evolutionären Sinne adaptiv und nicht-adaptiv sein. Die meisten Lehrbücher verwenden heute ausschließlich den Begriff „adaptiv“und weisen darauf hin, dass er gleichbedeutend mit „erworben“ist.
Biologische Anpassung
Seit der Entdeckung bedeutet die klassische Bedeutung der erworbenen Immunität eine antigenspezifische Immunität, die durch somatische Umlagerungen vermittelt wirdGene, die Antigenrezeptoren erzeugen, die Klone definieren. In den letzten zehn Jahren wurde der Begriff "adaptiv" zunehmend auf eine andere Klasse von Immunantworten angewendet, die noch nicht mit somatischen Genumlagerungen in Verbindung gebracht wurden. Dazu gehören die Expansion natürlicher Killerzellen (NK) mit noch ungeklärter Antigenspezifität, die Expansion von NK-Zellen, die Keimbahn-codierte Rezeptoren exprimieren, und die Aktivierung anderer angeborener Immunzellen in einen aktivierten Zustand, der ein kurzfristiges Immungedächtnis bereitstellt. In diesem Sinne kommt die adaptive Immunität dem Konzept des „aktivierten Zustands“oder der „Heterostase“näher und kehrt damit zur physiologischen Bedeutung der „Anpassung“an Umweltveränderungen zurück. Einfach gesagt, ist es heute fast gleichbedeutend mit biologischer Anpassung.
