Информация и время в биосистемах Часть I. Презентация книги Часть II. Информация и время. Функции времени.

М.П. Чернышева ВРЕМЕНН á Я СТРУКТУРА БИОСИСТЕМ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ «napisanoperom» Санкт-Петербург 2014

Главы: I. Биологическое время II. Временная структура организма. Временные процессы. III. Временная структура организма. Клеточные генераторы временных процессов. IV. Тканевые водители ритма и таймеры физиологических систем. V. Системы синхронизации генераторов временных процессов. VI. Саморегуляция эндогенного времени.

Гераклит Эфесский (Темный) гг. до н. э. «О природе»

Об изменчивости во времени и о временных процессах: «Огонь как самый изменчивый – начало всего: он сгущает воздух в воду, та уходит в землю, а оттуда в воздух» (цикл). «Этот космос, тот же самый для всех, не создал никто ни из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим» (ритм)

О времени как потоке: «Все течет, все изменяется во времени» (направленное время); «Нельзя дважды войти в одну реку» (необратимость времени). Но: «Народ должен сражаться за попираемый закон, как за стену» (города).-(поддержание гомеостазиса социального времени)

Рафаэль Санти Леонардо да Винчи в образе Платона и Аристотель на фреске "Афинская школа», Станца делла Сеньятура Кабинет Папы римского

Платон: 1. то, что существует вечно, не рождено и не создано – Единое (существующее), вечный образец (т.е. Вечность), подражая которому демиург создал Время (2). Вечность –нечто неизменное, постоянное, тождественное самому себе и пребывает в себе. О вечности нельзя сказать, что она «была» или «будет»: у нее нет начала и конца, ее нельзя измерить. Вечность порождает Время, но имеет другую сущность и качества.

2. Демиург творит Время одновременно с Космосом (т.е. Пространством), по образцу Вечности. Время не подвержено гибели (т.е. имеет начало, но не имеет конца). Время Платона сходно в определенном смысле с Субстанциональным временем Тс Н.А. Козырева.

3. «Становление - то, что существует временно, возникает и погибает,- изменчивые и преходящие явления» (назовем их временными процессами). Время как становление подвижный образ Вечности, оно явлено в движении небесных тел Космоса(т.е. отражено во временных процессах- референтах Времени) Время – меняющееся, текучее, оно возникает и пропадает, у него есть прошлое, настоящее и будущее

- Аристотель Стагирит ( гг до н.э.) : Время –мера движения/изменен ия; для Аристотеля Парменид, заявлявший, что «движения нет» – «установщик природы».

Г.В. Лейбниц: Время как мера изменения движения имеет свойства,сходные с кинетической энергией. Н.А.Козырев: Суб- станции анальному Времени присуща Энергия; Время обладает активными свойствами и воздействует на вещество( ) )

ВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА биосистем и Биологическое ВРЕМЯ

Биосистемы как открытые неустойчивые т/д системы обмениваются с окружающей средой материей, энергией, информацией и временем, для обмена биосистемы должны создавать: Материю, Энергию, Информацию и Время

Назовем временными (Т-) процессы, возникающие в биосистеме и обладающие темпоральными параметрами и кинетикой. Постулируем, что временные процессы являются референтами Тс, а их совокупность на уровне биосистемы примем за ее эндогенное (Тэнд) или биологическое время биосистемы. Тогда Тэнд и Тс имеют как сходные, так и различные свойства.

Свойства Тс и Тэнд : Сходные: Направленность и непрерывность. Свойства Тэнд, отсутствующие у Тс: Дискретность Латентность Скорость Длительность Плотность

Тс косм тела генераторы временных процессов: осцилляторы пейсмекеры таймеры физиологических систем; хронотоп организма временные процессы: - Стрела времени; -Тенденции; - Монофазные процессы; - Циклы; - Ритмы механизмы субъективного времени З ЕМЛЯ

Необходимые условия для генеза в биосистемах Т-процессов как референтов Тс : 1. Наличие генераторов Т-процессов со свойствами: : - сенсора Тс и Тэнд и кодиратора Инф; - усилителя влияний Тс; - передачи воздействий Тс на внутриклеточные (внутриорганные, или внутриорганизменные эффекторы); - способность к генезу Т-процессов.

Временной порог для воздействий биологического и других спецификаций Времени: 2. Воздействие Времени вызывает генез Т-процесса (референта Времени) лишь при условии достижения временного порога.

Различие частотных порогов ПД для выделения и обратного захвата медиатора (т.е. для запуска разных Т-процессов)

Часть II. Информация и Т в биосистемах 2.1. Информация как сигнал или сообщение Аристотель: Время как мера изменения (информации о нем в биосистемах);Аристотель: Время как мера изменения (информации о нем в биосистемах); М.И. Сычев (1974), Hicks et al., (1976) :М.И. Сычев (1974), Hicks et al., (1976) : Время как функция объема информации.

Информация – возникает в рецепторах Информация – возникает в рецепторах сенсорных нейронов в результате преобразования энергии воздействия (св, мех, хим, и т.д) в РППД, темпоральные характеристики которых кодируют информацию и переводят ее на единый электро-хемо-временной «язык». Время и Информация возникают одновременно.

Информация как сигнал может запускать комплексы временных процессов с разной латентностью и другими темпоральными параметрами, изменяя эндогенное время организма.

Информация как негэнтропия (-I = S) Снижению хаоса/обобщенной энтропии (снятию неопределенности) способствуют: Увеличение числа сенсорных органов или сигналов; Концентрация внимания ( в том числе, внимания временного); Доминанта; Селективный фильтр (м.б. Т-зависимым) при введении информации в память и извлечении ее.

Метаболизм как источник I и T Метаболизм (обмен веществ и энергии) – основа процессинга информации; Метаболизм – комплекс метаболических (временных) процессов, формирующих метаболическое Т как часть эндогенного Т. Метаболическое Т обладает всеми свойствами Тэнд: направленностью, дискретностью, латентностью, скоростью, длительностью. Особенность МТ в живых системах: обратные связи, саморегуляция, Влияние на циркадианные осцилляторы.

Пороги метаболического Т (М-процессов) 1. Метаболические внутриклеточные реакции, изм концентрации кислорода, СО и т.д. в жидкостных средах: все переключения в соответствии с порогами по закону «все или ничего» 2. пороги и зон «все или ничего» в применении к Тэнд : рост или укорочение длительности (скорости, направленности, ЛП) за пределы рабочего диапазона (соотв пороги). Например, - длительности и скорости нарастания фаз сердечного цикла, дыхательного, овариального, стадий сна, соотн-е БВС и МВС на разных циклах сна в течение ночи) т.п.

Информация об интенсивности и направленности метаболизма опосредуется: 1. Конечными и промежуточными продуктами метаболизма (например, аминокислоты, жирные кислоты, триглицериды, глюкоза и ее метаболиты); 2. локальными значениями температуры и рН как интегративных показателей интенсивности обмена веществ и энергии. 3. соотношением ключевых молекул энергетического обмена NADH/NAD+, АТФ/АМФ.

Сенсоры метаболизма, запускающие последовательно каскады М-реакций и формирующие М-пространство Транспортеры клеточных мембран; Ядерные рецепторы; NAD+-зависимые ферменты – каскады метаболических реакций

Печень как метаболические часы Печень включает клетки с циркадианными водителями ритма разных систем синхронизации: 1. фото-чувствительной системы, - опосредованно через кожу и «сетчатка-СХЯ-надпочечники» - Экспрессия часовых генов (примерно 15% клеток); 2. redoх-чувствительной – пероксиредоксиновой; 3. Нутриент-чувствительной (доминирует по отношению к фото-чувствительной). Каждая из групп клеток запускает свои комплексы метаболических временных реакций.

Функции метаболизма в отношении I и Т 1. Метаболическое обеспечение энергией процессинга информации; 2. Регуляция скорости процессинга Инф; 2. Регуляция объема воспринимаемой информации; 3. создание метаболических сетей и метаболического пространства, Тметаб; 4. Влияние М. на генераторы Т-процессов и биологическое Т. 5. Генез информационных сигналов и влияние на информационный гомеостазис.

Гепатоцит как метаболический осциллятор Гепатоцит как метаболический осциллятор Центральный молекулярный комплекс: А. Комплекс специфических для печени транскрипционных факторов- метаболических сенсоров и сенсоров повышения/понижения температуры ядра тела (кожи?); Б. Комплекс специфических для печени метаболических реакций (другое мТ и М-пространство, чем, например, в мышцах, мозге или жировой клетчатке).

Время как фактор генеза Информации, определяющий реакцию био структур Поскольку Т-процессы биосистемы = референты Времени, то судить о роли Т в генезе Информации можно по влиянию изменений темпоральных параметров процессов на реакции структур биосистемы. Примеры: 1. Развитие LTP или LTD на уровне одного синапса зависит от частоты пресинапт ПД и длительности синаптической задержки;

2. Зависимость типа секретируемого гормона от частоты секреции гонадолиберина

Функции времени в ЦНС 1. Т-зависимая регуляция процессов метаболических, синаптических, Инф-х; 2. Т-зависимый запуск образования шипиков, плотности белков синапса, формирования памяти; 3. Т-зависимое формирование временных нейронных ансамблей с генезом сонных веретен в ЭЭГ (сон, память); 4. В слуховых структурах ЦНС: нейроны длительности звука, нейроны узкой видоспецифичной звуковой настройки, латентность ответа, пост. Т мембраны образуют комплекс оценки временного профиля слухового воздействия.

5. смена запускаемых пакетов Т- процессов ( ГС: эстрадиол, инсулин; В ЦНС: Т-зависимая смена типа инф кода (по скорости или по длительности разряда ПД); переключение асинхронных на синхронизированные процессы с изменением объема информации; 6. включение информационно значимых сигналов в Т-контекст (опережающий ответ);

7. Стабилизация хронотопа организма через регуляцию метаболического, информационного и энергетического гомеостазиса посредством Время- зависимой системы синхронизации генераторов эндогенного времени

Благодарю за внимание!