Охарактеризувати ендогенні механізми негативного зворотного зв’язку

Механізм зворотного зв’язку – це реакція системи на зовнішній вплив. Більш точно можна сказати, що механізм зворотного зв’язку – це механізм, що визначає зміна стану, що є реакцією на зовнішній вплив і який визначається цією реакцією.

Існують негативні зворотні зв’язки, які підтримують гомеостаз, тобто компенсують зовнішній вплив, і позитивні зворотні зв’язки, які погіршують стабільність системи.

Прагнення догомеостазу формує механізми не тільки негативних, але й позитивних зворотних зв’язків, так як вона компенсується тенденцією різноманітності.

Зворотний зв’язок це зворотний вплив результатів процесу на його протікання або керованого процесу на керуючий орган. Зворотній зв’язок характеризує системи регулювання і управління у живій природі, суспільстві і техніці. Розрізняють позитивну і негативну зворотний зв’язок. Зворотній зв’язок класифікують також у відповідності з природою тіл і середовищ, за допомогою яких вони здійснюються. Зворотній зв’язок в складних системах розглядають як передачу інформації про протікання процесу,на основі якої виробляється те або інше керуючий вплив. У цьому випадку зворотний зв’язок називають інформаційною. Поняття зворотного  зв’язку як форми взаємодії грає важливу роль в аналізі функціонування і розвитку складних систем управління в живій природі і суспільстві, в розкритті структури матеріальної єдності світу. Роль позитивних і негативних зворотних зв’язків різна. Негативні зворотні зв’язки забезпечують стабільність функцій живих систем, їх стійкість до зовнішніх впливів. Вони є основним механізмом енергетичного і метаболічного балансу в живих системах, контролю чисельності популяцій, саморегуляції еволюційного процесу. Позитивні зворотні зв’язки відіграють позитивну роль підсилювачів процесів життєдіяльності. Особливу роль вони відіграють для росту і розвитку.

Зворотнім зв’язком називається зворотний вплив системи у відповідь на вплив зовнішній. Наприклад, своєю поведінкою системи може впливати на чинник, який діє на неї з боку зовнішнього середовища, зокрема, гасити або, навпаки, підсилювати його.

Цим чинником може бути механічна, теплова, електромагнітна, хімічна та інші види дії.

Розрізняють негативний зворотний зв’язок, коли своєю поведінкою системи послаблює дію чинника, і позитивний зворотний зв’язок, коли своєю поведінкою системи підсилює його.

При негативному зворотному зв’язку для компенсації змін впливу зовнішнього середовища включаються допоміжні механізми системи, що діють у напрямку, зворотному напрямку дії середовища. Саме тому вони називаються механізмами негативного зв’язку. З їх проявом нам доводиться стикатися щодня.

Механізм негативного зворотного зв’язку забезпечує підтримання існуючого гомеостазу.

Механізми негативного зворотного зв’язку діють в напрямку, зворотному впливу зовнішнього середовища

Механізми негативного зворотного зв’язку діють у природі (пригадаємо хоча б регулювання відносин в системах типу “хижак -жертва”).

Механізми негативного зворотного зв’язку діють в організмі людини і реалізуються системою фізіологічних регуляторних механізмів. Найважливішу функцію виконує центральна нервова система і кора головного мозку та ендокринна система (нейрогуморальна регуляція)

На використанні подібного механізму побудована більшість регулювання приладів у техніці. Дія негативного зворотного зв’язку науково узагальнена фізиками Ле Ательє (1884) і К. Браном (1887) на прикладі термодинамічних систем. Принцип Ле Ательє – Браном в сучасному викладі визначає, що стаціонарна система, виведена зовнішньою дією зі стану з мінімальним виробництвом ентропії, стимулює розвиток процесів, спрямованих на ослаблення зовнішньої дії (Дубнищева и др., 1998).

Механізми негативного зворотного зв’язку.

1. 3а видом компенсаційної реакції системи умовно можна виділити два види механізмів негативного зворотного зв’язку: підвищувальні і знижувальні.

Підвищувальні пов’язані з необхідністю підвищення певних параметрів системи. Наприклад, при зниженні температури зовнішнього середовища організм змушений “розірвати” себе, інтенсифікуючи кругообіг. У цьому випадку діяльність системи найчастіше пов’язана з додатковою активністю (інтенсифікацією).

Завдяки дії знижувальних механізмів система прагне зменшити значення певних своїх параметрів. Наприклад, при підвищенні температури середовища організм ” скидає” додаткове тело внаслідок підвищеного потовиділення. Безумовно, обидва види механізмів пов’язані з витратами енергії.

2. 3а напрямком дії дані механізми умовно можна об’єднати у дві групи — ендогенну і екзогенну. До першої групи (ендогенної) умовно можна віднести механізми, що діють усередині самої системи. До другої (екзогенної) — механізми, спрямовані назовні, із системи.

Внутрішньо   системні   механізми.   Можна   виділити   декілька основних   напрямків   реалізації   ендогенних   механізмів   негативного зворотного зв’язку. Комплексне застосування механізмів усієї системи.

Даний напрям пов’язаний з перебудовою всього організму системи для “гасіння ” несприятливих чинників дії. Зокрема, при терморегуляції людини звичайно задіється практично весь потенціал організму: система кругообігу, шкіра, нервова система, органи виділення і т.д.

1. Створення резервних компенсаційних підсистем (органів).

Іноді буває значно ефективніше задіювати не весь потенціал системи, а лише деякі її субсистеми (органи). Цим шляхом іде багато біологічних видів. У них загальносистемна регуляція доповнюється спеціалізованою функцією деяких органів (звичайно шкіри або підшкірної клітковини).

Створення буферних зон, що пом’якшують дію зовнішнього середовища. На відміну від попереднього напрямку дія буферних механізмів спрямована не компенсацію (“гасіння”) впливового, а на попередження його дії або зменшення амплітуди зміни (перепадів) цих впливових чинників. Це захисний бар’єр усередині самої системи, хоч він і знаходиться на її периферії. Подібні захисні бар’єри мають: наша планета (декілька шарів атмосфери), її тверде ядро (грунт), живі організми (шкіра), підприємства (вхідний контроль якості ресурсів, захист комерційних секретів, ін.), країн (силові структури).

Зовнішньо системні механізми. Дана група механізмів спрямована на корекцію умов зовнішнього середовища. У даному випадку система впливає на зовнішнє середовище з метою поліпшити умови свого метаболізму. Можна виділити декілька основних напрямків реалізації екзогенних механізмів негативного зворотного зв’язку.

Створення буферних зон. Ізоляційні бар’єри створюються системою в зовнішньому середовищі. Як інструменти реалізації даного виду механізмів можна назвати захисні споруди (огорожі), одяг, скафандри і захисні маски, на щастя, такою невід’ємно оболонкою поки не стали. Оцієї ж групи захисних інструментів належать різні світлозахисні козирки, рукавички, окуляри, види взуття, мастила, покриття, ін.

В окремі підгрупи, мабуть, можна виділити:

засоби захисту від інформаційної дії (передбачають попередження інформаційного впливу, яке може руйнувати саме інформаційний код організації системи);

інформаційні засоби захисту(використовують інформацію як засіб захисту від різних видів впливу. Найчастіше подібний захист будується на інструментах відлякування).

Обробка метаболічних    потоків.    Використовується    для адаптації  обмінних  потоків  речовини,   енергії  та  інформації,   тобто
доведення їх до оптимальних параметрів.

Кондиціювання.

Просторова міграція.

Сезонна міграція або міграція в часі.

Просторово-часова міграція.

Кооперація з іншими системами.

З точки зору економіки, механізм негативного зворотного зв’язку, означає, що дотримуючись оптимальної структури виробничих факторів, виконується умова максимізації прибутку. Рівень гомеостазу підприємства можна охарактеризувати й іншими показниками, що слугують одній меті – підвищенню ефективності виробництва. Завдяки механізмам негативного зворотного зв’язку відбувається підтримка існуючого гомеостазу економічної системи, тобто забезпечується встановлений метаболізм – обмін речовиною, енергією та інформацією з зовнішнім середовищем. Без цього механізму система існувати не може, навіть незначні відхилення параметрів зовнішнього чи внутрішнього середовища могли б повністю зруйнувати систему (на рівні фірми це виробничий процес). Негативний зворотний зв’язок компенсує зміни впливу зовнішнього середовища, використовуючи додаткові механізми системи в напрямку, протилежному дії фактора, що негативно впливає. Наприклад, для того щоб застрахувати виробничий процес від простою внаслідок перебоїв у постачанні сировини і матеріалів, створюються їх відповідні запаси на складах підприємства. Збільшення ціни і зменшення обсягу виробництва буде цілком зрозумілим як реакція на падаючий попит.

З наведених прикладів можна побачити, що досягти рівня стаціонарності можна двома шляхами:

1 спрямувати механізм негативного зворотного зв’язку на зміну самої економічної системи (ендогенний напрямок);

2 оптимум досягається завдяки зміні зовнішнього середовища (екзогенний напрямок).

Можна виділити декілька основних напрямків реалізації ендогенних механізмів негативного зворотного зв’язку:

Створення резервних компенсаційних підсистем. Кожна окрема фірма встановлює запаси продукції і сировини на кінець кварталу, року, а також грошові залишки на банківських рахунках, які є відносно ліквідними засобами і можуть бути використані при змінах економічної кон’юнктури. Система страхування певною мірою компенсує збитки, пов’язані з економічними ризиками та невизначеністю, а обов’язкові грошові резерви призначені для розрахунку з кредиторами в випадку банкрутства.

Створення буферних зон пом’якшує дію зовнішнього середовища. На відміну від попереднього напрямку, дія буферних зон спрямована не на компенсацію впливових факторів, а на їх попередження чи зменшення амплітуди коливань (змін) цих факторів. Прикладом може бути служба охорони підприємства, антивірусні програми для комп’ютерної техніки, захист комерційних таємниць, поради кваліфікованого юриста щодо укладання контрактів (їх легальність і можливі наслідки). Побудувавши захисний бар’єр на межі із зовнішнім середовищем, фірма може значною мірою контролювати процеси метаболізму. В одному випадку вдається попередити втручання шкідливих елементів у систему, в іншому – демпфувати (пом’якшувати) їх вплив.

Комплексне використання механізмів усієї економічної системи. Даний напрямок пов’язаний з певними організаційними змінами без суттєвих структурних перетворень, наприклад, застосування більш ефективних методів організації праці в поєднанні з упорядкуванням взаємовідносин між підсистемами підприємства.

Створення інформаційного поля навколо фірми без змін у структурі виробничих факторів. Товари з маркуванням добре відомих торгових марок, як правило, користуються більшим попитом за інших однакових умов. Підприємствам-початківцям досить важко знайти своє місце на ринку, тому сьогодні досить поширеним стає явище франчайзингу – новостворена фірма користується добре відомими торговими марками і використовує апробований механізм виробництва, здійснюючи при цьому необхідні відрахування на користь свого наставника. Ці два приклади показують, що для утвердження певного стаціонарного стану економічної системи потрібно враховувати не лише якість і ціну продукції, а й фактори, які навряд чи можна віднести до сфери виробництва.

Таким чином, важливою стороною управління в живих системах є наявність зворотних зв’язків. Принцип зворотних зв’язків є однією з основних принципів самоврядування, саморегуляції і самоорганізації. Без наявності зворотних зв’язків процес самоврядування неможливий. За допомогою зворотних зв’язків самі відхилення об’єкта від заданого стану формують керуючі впливи, які призводять стан об’єкта в заданий.

Зворотній зв’язок є фундаментальним поняттям кібернетики, особливо теорії управління і теорії інформації. Зворотній зв’язок дозволяє контролювати і враховувати дійсний стан керованої системи (тобто, в кінцевому рахунку, результати роботи керуючої системи) і вносити відповідні коригування в її алгоритм управління. Зворотній зв’язок може бути позитивним і негативним.

Негативний зворотний зв’язок (ООС) – тип зворотного зв’язку, приякому вхідний сигнал системи змінюється таким чином, щобпротидіяти зміні вихідного сигналу.

Негативний зворотний зв’язок робить систему більш стійкою до випадкової зміни параметрів.

Негативний зворотний зв’язок широко використовується живими системами різних рівнів організації – від клітини до екосистем – для підтримки гомеостазу. Наприклад, в клітинах на принципі негативного зворотного зв’язку засновані багато механізми регуляції роботи генів, а також регуляція роботи ферментів (інгібування кінцевим продуктом метаболічного шляху). В організмі на цьому ж принципі заснована система гіпоталамо-гіпофізарної регуляції функцій, а також багато механізмів нервової регуляції, що підтримують окремі параметри гомеостазу (терморегуляція, підтримання постійної концентрації діоксину вуглецю і глюкози в крові та ін.) У популяціях негативні зворотні зв’язки забезпечують гомеостаз чисельності.

Фізіологічний сенс негативного зворотного зв’язку полягає в тому, що збільшення регульованої величини (наприклад, активності органу) понад якусь межу викликає знижуючу дію з боку сполученої з нею підсистеми; різке зменшення регульованої величини обумовлює протилежну дію.

Негативний зворотний зв’язок також підтримує температуру тіла людини близько 37 В° С.

Людина і всі живі істоти, які є саморегульованими гомеостатичності системами, живуть головним чином завдяки негативного зворотного зв’язку.

1. Основи стійкого розвитку: Навчальний посібник / За заг. ред. проф. Л.Г.Мельника. – Суми: “Університетська книга”, 2005. – 654 с.
2. Основи стійкого розвитку: Практикум / За заг. ред. Л.Г.Мельника та O.I. Корінцевої. – Суми: “Університетська книга”, 2005. – 358 с.
3. Стратегія сталого розвитку природи та суспільства. Навчально – методичний посібник / В.А. Прилипко, В.М. Боголюбов, Л.Е. Піскунова. – Київ, Видавничий центр НАУ – 2008, 118 с.
4. Мельник Л.Г. Фундаментальные основы развития. – Сумы: ИТД «Университетская книга», 2003. – 288 с.