Aviso: Esta página é uma tradução automática da página original em inglês. Por favor note uma vez que as traduções são geradas por máquinas, não tradução tudo será perfeita. Este site e suas páginas da Web destinam-se a ler em inglês. Qualquer tradução deste site e suas páginas da Web pode ser imprecisas e imprecisos no todo ou em parte. Esta tradução é fornecida como uma conveniência.

Os Peritos expor o papel fundamental do caos e da complexidade no processamento de informação biológico

O caos e a complexidade jogam um papel fundamental no processamento de informação biológico?

A aproximação interdisciplinar aos problemas que até recentemente foram endereçados na estrutura hermético de disciplinas distintas tais como a física, a informática, a biologia ou a Sociologia constitui hoje uma das áreas de ciência as mais activas e as mais inovativas, onde as edições fundamentais encontram problemas do interesse diário.

John Nicolis, um cientista Grego eminente e pensador que passaram afastado inesperada no 20o De abril de 2012, trazido para fora ao grau o mais alto a aproximação interdisciplinar para fechar problemas científicos e, ao mesmo tempo, sua dimensão cultural. A Complexidade estêve no núcleo de seus interesses por quase 40 anos. Imprimiu nela um sentido novo que centra-se sobre a geração e o processamento da informação em sistemas hierárquicos, isso deve dizer, os sistemas que envolvem os componentes de coexistência que evoluem em escalas diferentes e acoplados entre si em uma forma não-linear através dos laços do positivo e de reacção negativa. Definiu três níveis básicos de organização:

- O em nível “sintáctico” onde os processos dinâmicos elementares estão ocorrendo.

- O em nível “semântico”, onde relacionamentos entre os estímulos que usurpam em um sistema e a formação de “categorias” relativas às propriedades globais, colectivas por exemplo os attractors que emergem do nível sintáctico e seguem uma dinâmica do seus próprios.

- “O nível pragmático”, onde os sistemas hierárquicos diferentes são vistos como os jogadores que se comunicam dinâmicamente através de um grupo de regras estratégicas selecionadas tais como a cooperação, competição, se enganando, Etc.

Baseado nesta visão John Nicolis gerou um número fenomenal de ideias e as intuições, Nas avaliações actuais do volume pelos especialistas internacionais eminentes dos mecanismos que presidem no processamento e na comunicação de informação são fornecidas. Os sistemas Físicos, biológicos e cognitivos são aproximados dos pontos de vista diferentes, complementares usando os métodos unificadores da dinâmica não-linear, da teoria do caos, das teorias da probabilidade e de informação e da ciência da complexidade. As conexões Inesperadas entre estas disciplinas são forçadas reunindo as ideias e as ferramentas que tinham sido desenvolvidas até agora independentemente de se. As edições Epistemológicas em relação à incompletude e à auto-referência são endereçadas igualmente.

Os seguintes assuntos são caracterizados no volume.

I. Relances na dinâmica e no caos não-lineares:

A teoria Não-linear da dinâmica e do caos fornece o ajuste geral dentro de que o processamento da complexidade e de informação pode ser formulado. No capítulo da abertura por G. Contopoulos a transição do quantum ao comportamento clássico é analisada e outros no exemplo paradigmático do problema da dispersão. A conexão entre descrições clássicas e do quantum é endereçada mais no capítulo por M. Axenides e por E. Floratos, onde o attractor de Lorenz do clássico é revisitado usando uma formulação desenvolvida originalmente por Nambu no contexto da mecânica quântica. G. Tsironis e outros discutem em seu capítulo o início da complexidade spatio-temporal em estrutura não-lineares. No capítulo por D. Mac Kernan que uma aproximação probabilística sistemática é esboçada baseou em descrição grosseiro-grained e na dinâmica simbólica. A dinâmica Simbólica é pegada outra vez no capítulo de fechamento desta Parte por A. Shilnikov e outros, onde as organizações fractal-hierárquicas do espaço de parâmetro do Lorenz-Tipo sistemas caóticos induzidos por bifurcações homoclinic e heteroclinic são reveladas usando uma representação binária das soluções.

II. Caos e informação:

A teoria de Informação encontra sua origem no papel do clássico de Shannon 1949. No capítulo da abertura desta Parte H. Haken desenvolve a expressão do quantum da informação de Shannon junto com uma extensão do princípio de entropia máximo de Jaynes no domínio do quantum. As circunstâncias sob que complicou estados e a coerência de longo alcance pode ser como necessário condições fixadas para o processamento de informação a nível mecânico do quantum, são endereçadas no seguinte capítulo por S. Nicolis. Uma aproximação dinâmica à informação é desenvolvida subseqüentemente no capítulo por C. Nicolis, devotado aos sistemas não-lineares que causam estados estáveis do múltiplo simultaneamente e à ressonância estocástica. As assinaturas Diferentes do multistability e da ressonância estocástica em uma hierarquia das quantidades entropia-relacionadas que caracterizam o sistema como um processador de informação são identificadas. Finalmente, no capítulo de fechamento por W. Ebeling e por R. Feistel a origem do processamento de informação é endereçada com relação à origem e à evolução da vida. A Central a sua aproximação é a ideia que existe um processo universal de emergência auto-organizada dos sistemas capazes de processar a informação simbólica. Inventam-lhe o nome do “da transição ritualization” e discutem-nos seu estado no que diz respeito às transições de fase cinéticas familiares da física.

III. Processamento de informação Biológico

Indubitàvelmente processamento de Informação e o conceito mesmo da Informação, para essa matéria, achado suas expressões mais emocionantes em matéria viva. No capítulo da abertura desta Parte, P. Schuster endereça os mecanismos de processamento de informação responsáveis para a acumulação de uma memória evolucionária dentro de uma população. As circunstâncias sob que o optimality pode ser conseguido são analisadas igualmente usando simulações computorizadas junto com a modelagem matemática, e conexões à dinâmica não-linear e ao termodinâmica irreversível são sugeridas. Os argumentos Evolucionários são igualmente centrais no capítulo por Y. Almirantis e outros, onde a estrutura do genoma e, em particular, os testes padrões da distribuição das distâncias entre grupos diferentes ao longo dele são explorados e correlacionados com os fenômenos evolucionários conhecidos. A ubiquidade de comportamentos da lei de potência é estabelecida e um modelo baseado na dinâmica agregativa capaz de reproduzir estes testes padrões é propor. A formação de Teste Padrão em uma escala muito maior associada à revelação embrionária é considerada no capítulo de fechamento por S. Papageorgiou. Um modelo biofísico é propor explicar a aparência de um teste padrão seqüencial ao longo da linha central do anterior-traseiro de um embrião vertebrado, na coincidência com o 3' a 5' pedido dos genes no cromossoma.

IV. Complexidade, caos e cognição:

Esta Parte trata as facetas múltiplas do processamento de informação pelo cérebro, uma pergunta que esteja no centro dos interesses de John Nicolis durante todo sua carreira. As aproximações Diferentes à cognição são desenvolvidas e o estado de processos auto-referenciais é discutido. No capítulo W.J. Freeman da abertura resume o papel do caos na função do cérebro “de uma aproximação de baixo para cima”. Discute o estado de “criticidade” do córtice celebral e de suas propriedades calmas de um sistema na borda do caos, uma ideia que J.S. Nicolis empregue em seus estudos dos mecanismos da cognição no cérebro como um sistema hierárquico. W.J. Freeman, ofertas uma discussão no último modelo da introdução de ondas de cérebro, de testes padrões emergentes, de fractality, de considerações do quantum-campo e do papel do ruído na emergência de estados coerentes e intermitentes na dinâmica do cérebro. As propriedades espectrais de gravações do cérebro são estudadas em comparação com as assinaturas espectrais de um Lorenz-Tipo modelo, em seu regime turbulento, por Provata e outros que Traz para fora a importância da dinâmica caótica em compreender a fenomenologia de gravações do cérebro. F.T. Arrechi, está endereçando a introdução da cognição e a língua no que diz respeito à dinâmica do cérebro em uma perspectiva do sistema hierárquico através de uma “parte superior para baixo” aproxima-se. Propor a quantum-como o modelo onde a apreensão, o julgamento e a auto-consciência poderiam ser discutidos. Mostra que a incerteza no índice de informação da gravação do ponto-comboio está ordenada por uma constante do “quantum”, isso pode ser dado um valor numérico segundo os específicos do experimental estabelecido. Subseqüentemente, K. Kaneko apresenta uma aproximação tentativo para construir uma ponte sobre a diferença entre sistemas dinâmicos e o processamento de informação biológico. O itinerancy Caótico em sistemas dinâmicos alto-dimensionais, em interruptores induzidos dos estados, e em interferência entre modos lentos e rápidos através da “super-selecção ordena”, também uma preocupação de J.S. Nicolis, é revisto e aplicado à diferenciação de pilha, à adaptação, e à memória. A necessidade para expandir a estrutura matemática para incluir a dinâmica auto-referencial para tais “regras de selecção super” é forçada igualmente. Fechando esta parte, I. Tsuda, discute a auto-referência e o itinerancy caótico em relação à dinâmica da cognição, da ambigüidade da percepção e de jogos paradoxais puramente de um ponto de vista dos dinâmico-sistemas.

V. Jogos Dinâmicos e comportamentos colectivos:

A Continuação no tema dos jogos C. Grebogi e os colegas de trabalho endereçam o problema proeminente e fundamental da coexistência da espécie. Aproximam este problema que aumenta jogos evolucionários com mobilidade para a dinâmica da espécie, sob competições cíclicas, que as permite de explicar ser a base de mecanismos fundamental não-lineares. A imagem emergente é uma de uma paisagem para a coexistência e de uma extinção complexas, não-triviais, caóticas. As propriedades emergentes do comportamento colectivo dos grupos animais são o tema que segue aonde comportamentos colectivos do estudo de T. Bountis e outros e transições de fase nos modelos da congregação do pássaro. Com uma ênfase na interacção entre topológico e dinâmico força o presente nas interacções complexas dos componentes, elas discutem os testes padrões complexos emergentes do movimento. Na mesma veia mas com um outro modelo biológico do comportamento animal social, isso das formigas, S.C. Nicolis apresenta a evidência de leis de escamação do fractal na actividade ubíquo da construção animal. As leis de escamação do Fractal foram associadas igualmente com o processo subjacente de criticidade auto-organizado, um tema que John Nicolis entusiàstica e freqüentemente discutindo em seu trabalho e estava ensinando. Y. - P. Gunji oferece sua ideia de um criticidade auto-organizado prolongado em autômatos celulares assìncrona ajustados. Fornece uma relação os jogos dinâmicos baseados nos autômatos celulares, distribuídos no espaço, e demonstra as subtileza no fluxo de informação de síncrono contra a actualização assíncrona para seus estados locais. Demonstra que a actualização assíncrona da informação é a causa formativa principal do criticidade auto-organizado.

Fechando o volume, O.E. Rössler dialoga aqui com o John Nicolis e convida-nos em uma viagem no tema de barreiras científicas do espaço tempo do cruzamento da revolução, de Heraclitus a Hubble.

A aproximação geral seguida e as ideias propor neste volume provarão útil aos estudantes, aos pesquisadores e ao público geral atraído pela aproximação interdisciplinar à ciência.

Citações Do Livro:

“Traçar a descrição contínua de um sistema em um grupo discreto de estados igualmente significa que a dinâmica grained original, fina induz uma dinâmica simbólica que descreve como a seqüência das letras de um alfabeto se desdobra a tempo. Isto fornece uma relação natural a ideia de teoria de informação do caos aberta caminho por John Nicolis.” Capítulo 4, Aproximação Grosseira do Graining ao Caos, por Donal MacKernan.

“Nosso interesse [...] é centrado sobre a auto-organização da informação, na maneira como um sistema físico pode ser permitido de criar símbolos e a maquinaria deprocessamento relacionada fora das raizes pre-biológicas ordinárias.”

Capítulo 9, Selforganization dos Símbolos e Informação, por Werner Ebeling e por Rainer Feistel.

“O Professor atrasado J.S. Nicolis sublinhou sempre [...] a importância de uma aproximação de sistemas dinâmicos à biologia. Em particular, ver o genoma como “um texto biológico” captura o carácter dinâmico da evolução e da função dos organismos sob a forma das correlações que indicam a presença de um pedido de longo alcance. Esta estrutura genomic pode ser expressada nos formulários reminiscentes de línguas naturais e diversos de traços temporais e espaciais deixados pelo funcionamento de sistemas dinâmicos: Leis, auto-similaridade e fractality de Zipf”.

Pedido De longo alcance e Fractality do Capítulo 11 na Estrutura e na Organização de Genomas Eucarióticas, por Dimitris Polychronopoulos, por Giannis Tsiagkas, por Labrini Athanasopoulou, por Diamantis Sellis e por Yannis Almirantis.

“Nas últimas décadas uma aproximação wholistic tem visar emerso explicando os fenômenos complexos da vida. Em ramos diferentes deste sentido da Ciência goste da Química, Física, Matemática contribuíram. A Biologia de Sistemas consiste neste campo inter-disciplinar onde a revelação de técnicas computacionais poderosas joga um papel fundamental. Este campo novo visa descobrir propriedades emergentes a nível de pilhas, tecidos, organismos, populações que funcionam no conjunto sistema.”

Capítulo 12, Para a Resolução de Enigma do Gene Collinearity de HOX, por Spyros Papageorgiou

Source: Mundo Científico