curs_cibernetica2010-v2-site.pdf

Upload: imariana23o6

Post on 08-Mar-2016

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    BiociberneticBiocibernetic

    UMF Carol Davila BucurestiBiofizica - anul I MG

    Atentie: aceasta prezentare nu este un inlocuitor pentru notele de curs - anul I Biofizica. Este un suport multmedia pentru cursul sustinut in amfiteatru, in cadrul orelor; imaginile si simularile prezente sunt destinate usurarii intelegerii unor fenomene mai complexe. Textul integral al cursului: www.biofizica-umfcd.ro

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Cuprins Definitie formala

    Problematica ciberneticii;

    Ramuri ale ciberneticii:

    a) Elemente de teoria informatiei

    b) Elemente de teoria sistemelor de comanda si control

    Metoda cibernetica

    Exemple biologice de sisteme de transmitere a informatiei si sisteme de comanda si control

    Anexa 1 - Scurt istoric al ciberneticii

    Anexa 2 - frecventa relativa, absoluta si probabilitate.

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    grec. kubernetes

    rom. timonier, navigator

    DefinitiaDefinitia ciberneticiiciberneticii

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Norbert Wiener stiinta comenzii si comunicarii la fiinte si masini

    Academia Franceza disciplina care se ocupa de recunoasterea, analiza, compararea unor structuri abstracte si relatii functionale, mai ales a celor care au rol de comanda si reglaj, in medii complexe, animate si inanimate, dezbracandu-le de suportul lor material

    W. Ross Ashby punctul de vedere nou al ciberneticii consta in aceea ca ea nu intreaba ce este o masina, ci ce face ea.

    DefinitiaDefinitia ciberneticiiciberneticii

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    ProblematicaProblematica ciberneticiiciberneticiiStudiul sistemelorsistemelor din punct de vedere al:

    - fluxului informational- relatiilor de comanda si control

    Distinctia de alte stiinte nu consta atat in obiectul sau de studiu,ci in metoda proprie, unica, de studiu

    Sistem = ansamblu de componente, intre care exista relatii functionale. Exemple:

    - Sisteme mecanice- Sisteme biologice- Sisteme electrice- Sisteme informatice- Sisteme economice etc.

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Elemente cheie: ABSTRACTIZARE si MODELARE

    MetodaMetoda ciberneticacibernetica

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Exemplu

    MetodaMetoda ciberneticacibernetica

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    TEORIA INFORMATIEI

    Ramura a matematicii / fizicii care se ocupa cu cuantificarea informatiei

    Aplicabilitate in orice domeniu care are legatura cu transmitere de date, limbaj, criptografie, sistem nervos, etc

    TEORIA SISTEMELOR CU REGLARE AUTOMATA

    Studiaza relatiile de comanda si control in interiorul unui sistem (interdependente, stabilitate)

    RamuriRamuri ale ciberneticiiale ciberneticii

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Teoria informatieiTeoria informatiei

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    ?? Data inteligibila, de orice natura (are semnificatie cand exista un receptor care s-o inteleaga)

    Se obtine o informatie atunci cand se ia cunostinta de rezultatul unui eveniment (experiment)

    Insusire intrinseca, leaga partile determinante dintr-

    un sistem

    Informatia Informatia masura a surprizeimasura a surprizei

    Cantitate maxima de informatie la aparitia unui eveniment

    neasteptat

    Natura fizica: nu este materie, nu este energie!

    Pentru transmitere are insa nevoie de un suport material oarecare

    Nu scade prin transmitere (nu se pierde)

    Comunicarea unei informatii nu este insotita de stergerea

    informatiei din memoria celui care comunica!

    DefiniDefiniiaia informainformaieiiei

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    ?? Informatia Informatia masura a surprizeimasura a surprizei

    Cantitate maxima de informatie la aparitia unui eveniment

    neasteptat

    Este deci nevoie de un sistem de masurare care sa reflecte cantitatea de

    surpriza sau de lucruri necunoscute.

    Masurarea cantitMasurarea cantitii de informaii de informaieie

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    cantitatea minima de informatie

    Masurarea cantitMasurarea cantitii de informaii de informaieie

    care se poate obtine in urma finalizarii celui mai simplu eveniment imaginabil

    (un experiment cu doua rezultate posibile, egal probabile)

    este denumita bitbit.

    Multiplu: 1 byte (octet) = 23 biti

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Evenimentul sigur:

    Evenimentul imposibil:

    Exprimarea matematica

    (Shannon): ii

    i ppI log1log ==

    01log =

    0log

    [ ) ,0iINu ne aduce nici o informatie ceva ce stim dinainte ca se va intampla! ( 0 biti)

    Cu cat un eveniment este mai neasteptat, cu atat informatia pe care o aduce este mai mare( biti)

    Masurarea cantitMasurarea cantitii de informaii de informaieie

    Exprimarea Shannon are avantajul ca leaga convenabil cantitatea de informatie II a unui eveniment de probabilitatea ppii de aparitie al acelui eveniment.

    Pentru detalii : vezi Anexa 2

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Cuantificarea informatiei

    Exemplu 1: Continutul informational al unei proteineExemplu 1: Continutul informational al unei proteine

    Exemplu 2: Continutul informational al unui lant ADNExemplu 2: Continutul informational al unui lant ADN

    500 aminoacizi in lant (N = 500) 16 aminoacizi diferiti, care apar cu frecventa egala (n=16) Informatia totala: IItt = N log= N log22 nn = 500 log2 16 = 2000 biti

    106 nucleotide in lant (N = 106) 4 baze azotate, care apar cu frecventa egala (n=4) Informatia totala: IItt = N log= N log22 nn = 106 log2 4 = 2x106 biti (aprox. 2Mb)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Paradoxul lui Maxwell

    Informatia inseamna putere!!(in acest caz...)

    (modificat dupa Wikimedia Commons)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Structurarea informatiei

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Transmiterea informatiei

    Aparitia perturbatiilor duce la scaderea cantitatii de informatie care ajunge la receptor

    Redundanta informationala creste probabilitatea ca la receptor sa ajunga intreaga cantitate utila de informatie

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Structurarea informatieiExemple

    SEMNAL: sunetul a (semnal sonor; vibratie a aerului)

    CODIFICAT in:

    SIMBOL: litera a (alfabet latin), litera (alfabet grec)

    TRADUCERE:

    Semnal luminos electric (fotocelula)

    Semnal electric semnal acustic (US; cristal piezoelectric)

    Stimul presional impuls nervos

    AMPLIFICARE:

    Legarea unei molecule de mesager prim induce sinteza mai multor molecule de mesager secund

    MODULARE:

    Cresterea amplitudinii potentialului de receptor in functie de intensitatea stimulului

    Cresterea frecventei PA axonale in functie de intensitatea stimulului

    CONVERSIE:

    AD: inregistrarea pe calculator a unui semnal electric

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sisteme de reglare automata

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Definitii

    Sistem de comanda = ansamblu de elemente in care o marime de intrare (x) aplicata unui element de executie genereaza o marime de iesire (y)

    Relatia intre marimea de intrare si marimea de iesire reprezintafunctia de transfer a sistemului (caracterizeaza elementul de executie).[y=f(x)]

    xf(x)

    y

    black-box; intr-un sistem pot exista oricate astfel de subunitati

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Clasificare

    Sisteme de comanda in circuit deschis (A)

    Sisteme de comanda in circuit inchis (sisteme de reglare automata):

    Sisteme cu reactie pozitiva (B)

    Sisteme cu reactie negativa (C)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sisteme de comanda in circuit deschis

    Sunt sistemele in care marimii de intrare i se aplica o

    functie de transfer pentru a obtine o marime de iesire;

    nu exista legatura inversa (feed-back) intre marimea de iesire si marimea de intrare

    Exemplu:

    Sistemul de directionare a unui automobil

    Intrare: rotirea volanului Iesire: schimbarea directiei vehicolului

    Amplificatoare: Intrare: semnal electric Iesire: semnal electric cu amplitudine

    mai mare

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sisteme de reglare automata

    Sisteme de control cu legatura inversa

    Elementul de masurare evalueaza valoarea raspunsului sistemului

    Un comparator apreciaza diferenta dintre marimea de intrare si marimea de iesire masurata, si aplica o corectie a intrarii in elementul de executie (marimii de actionare)

    Reactie pozitiva: cresterea marimii de iesire determina cresterea marimii de actionare (modificare in acelasi sens)

    Reactie negativa: cresterea marimii de iesire determina scaderea marimii de actionare (modificare in sens opus)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sisteme de reglare automata cu reactie negativa

    Marimea de iesire actioneaza in sensul scaderii marimii

    de intrare

    Sunt sisteme de stabilizare; asigura mentinerea unui

    raspuns intre anumiti parametri

    Exemple:

    Scaderea TA vasoconstrictie cresterea TA (revenirea la valori normale)

    Cresterea glicemiei secretie de insulina scaderea glicemiei

    HOMEOSTAZIA organismului este mentinuta prin sisteme de reglare cu reactie negativa !!

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sisteme de reglare automata cu reactie negativa

    http://library.med.utah.edu/kw/animations/hyperbrain/parasymp_reflex/movie6.swf

    REFLEXUL PUPILAR

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sisteme de reglare automata cu reactie pozitiva

    Marimea de iesire actioneaza in sensul cresterii marimii

    de intrare

    2 tipuri de roluri biologice:

    Sisteme de amplificare

    Deschiderea in avalansa a canalelor de Na+, in faza ascendenta a

    PA

    Retele neurale reverberante

    Sisteme de decompensare:

    Rol patologic dupa depasirea unor praguri pana la care

    organismul poate compensa tulburari ale homeostaziei, apar

    reactii pozitive care agraveaza tulburarile si pot duce la moartea organismului (Ex: aparitia vasodilatatiei paralitice in socul

    septic duce la scaderea si mai mult a TA, fara raspuns la subst.

    vasoactive)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Exemple biologice

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Transcriptia si traducerea informatiei genetice

    ADNsursa de mesaje

    ARNm(mesager)

    canal

    ARNtde transfer

    receptor

    Ribozomdestinatar

    Alfabet sursACGT

    Alfabet canalACGU

    Recepioneaz un codon

    Aparat de sintez

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Canalul neuronal

    S sursa de informatie (neuron presinaptic)

    TT1 traductor transmitator 1; semnal chimic semnal electric (modulate in amplitudine)

    C1 canal de transmitere a informatiei, de tip 1 (potentiale locale, modulate in amplitudine; propagare decrementala)

    TT2 traductor transmitator 2; semnal electric modulat in amplitudine modulat in frecventa

    C2 canal de transmitere a informatiei, de tip 2 (PA modulate in frecventa)

    TR1 traductor receptor 1; semnal electric modulat in frecventa modulat in amplitudine

    TR2 traductor receptor 2; semnal electric modulat in amplitudine semnal chimic

    D destinatar

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Canalul neuronal

    Caracteristicile unui canal neuronal:

    Fluxul de transinformatie (informatia medie transmisa prin canal) bit/s

    Capacitatea canalului valoarea maxima a fluxului de transinformatie pe canalul respectiv

    Exemple:

    Informatia medie/fibra nervoasa: 1150 bit/s

    Capacitatea canalului unei fibre nervoase: 1400 bit/s

    Informatia transmisa de retina: 1010 bit/s

    Informatia medie primita de un om din mediul inconjurator: 1010 1011 bit/s, din care:

    Constientizati: 100 bit/s

    Memorie de scurta durata: 10 bit/s

    Memorie de lunga durata: 1 bit/s

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Retele neuronale

    Sistemul nervos central retea complexa de neuroni

    interconectati, care isi influenteaza reciproc functia

    Premize pentru tratarea ciberneticaPremize pentru tratarea cibernetica (logica) a unei retele neuronale:

    Fiecare neuron are doua stari activ si inactiv

    Fiecare neuron are un prag de excitare caracteristic, ce trebuie atins de excitant pentru a determina trecerea in starea activa

    Transmisia sinaptica se face cu o intarziere de 0.5 ms

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Retele neuronale

    Exemple de retele neuronale simple:

    Retele de sumare (A)

    Retele de intarziere (B)

    Retele reverberante (C)

    Retele de multiplicare (D)

    (A)

    (B)

    (C)

    (D)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Memoria (senzoriala/motorie) = stocare de informatii

    Memorie imediata (instantanee) secunde

    Substrat: circuite reverberante

    Pe termen scurt (memoria de scurta durata, MSD) Pe termen scurt (memoria de scurta durata, MSD) oreore

    Substrat: modificarea unor proteine deja existente

    (activare, expresie)

    Pe termen lung (memoria de lunga durata, MLD) Pe termen lung (memoria de lunga durata, MLD) aniani

    Substrat: sinteza de proteine noi, care vor fi exprimate

    Procesele implicate in MSD + MLD Procesele implicate in MSD + MLD PLASTICITATE SINAPTICAPLASTICITATE SINAPTICA up/down-regulation al numarului de receptori

    Expresie de receptori modulatori

    Cresterea / scaderea numarului de sinapse pe un neuron

    Intarirea unor sinapse intre doi neuroni prin aparitia de ramificatii axonale

    suplimentare care fac sinapsa, la randul lor

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Analizatori

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Analizatori

    Stimulii Stimulii orice natura fizica:

    Mecanici: presionali, vibratorii, acustici

    Luminosi

    Termici

    Olfactivi (chimici)

    Stimuli durerosi orice stimul care depaseste un anume prag (prag dureros) determina senzatie de durere

    Tipuri de receptoriTipuri de receptori (dpv cibernetic)

    Receptori ON activati de initierea stimulului

    Receptori OFF activati de incetarea stimulului

    Receptori ON-OFF activati atat de initierea, cat si de incetarea stimului

    Receptori continui activi pe tot parcursul stimularii

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Reflexul miotaticFS

    Flexor muscle

    F

    R

    s

    dD

    D

    NCF NBF

    Ia

    II

    CNS DRFS

    From the extensor system

    To the extensor system

    CNSC

    dt

    The dynamic element (D)

    +

    ++

    IaR

    II

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    + +

    +

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Reglarea volemiei

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Algoritmi cibernetici de diagnostic

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Exemple optionale:

    Simulari computerizate ale unor modele cibernetice

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Receptori senzoriali

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Autoinhibitie neuronala

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Sinapsa cu prag de activare

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Activarea rodopsinei

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Anexa 1Anexa 1

    Scurt istoricScurt istoric

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Prima mentiune a termenului Cibernetica:

    Platon, Legile - in contextul studiului auto-guvernarii unor grupuri de oameni

    Primul sistem artificial cu reglare automata:

    Ceasul cu apa al lui Ktesibios nivelul de apa in rezervor era mentinut constant cu ajutorul unui plutitor

    Anii 1700 motorul cu abur al lui Watt

    prevazut cu o valva de reglare a vitezei (mecanism de feed-back)

    IstoricIstoric

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    1948: NORBERT WIENER - Cibernetica sau tiina comunicrii i comenzii la fiine i maini; (cibernetica este definita ca stiinta)

    1948: CLAUDE SHANNON - Teoria matematic a comunicaiei

    1948, Cybernetics: Or the Control and Communication in the Animal and the Machine. Paris, France: Librairie Hermann & Cie, and Cambridge, MA: MIT Press.Cambridge, MA: MIT Press.

    C.E. Shannon, "A Mathematical Theory of Communication", Bell System Technical Journal, vol. 27, pp. 379-423, 623-656, July, October, 1948

    Cibernetica moderna

    Courtesy of the Research Laboratory of Electronics at MIT. Wikimedia foundation

    Norbert Wiener Claude Shannon

    IstoricIstoric

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    L. von Bertalanffy Teoria generala a sistemelor

    W. Ross Ashby Teoria sistemelor complexe

    J. von Neumann Automate celulare

    W.S. McCulloch Retele neurale

    Alte contributii notabile

    1945, Zu einer allgemeinen Systemlehre, Bltter fr deutsche Philosophie, 3/4. (Extract in: Biologia Generalis, 19 (1949), 139-164.

    1950, An Outline of General System Theory, British Journal for the Philosophy of Science 1, p.139-164

    1951, General system theory - A new approach to unity of science (Symposium), Human Biology, Dec 1951, Vol. 23, p. 303-361.

    1943, McCulloch & Pitts, A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity, Bulletin of Mathematical Biophysics Vol 5, pp 115-133.

    1940. "Adaptiveness and equilibrium". In: J. Ment. Sci. 86, 478.

    1945. "Effects of control on stability". In: Nature, London, 155, 242-243.

    1946. "The behavioural properties of systems in equilibrium". In: Amer. J. Psychol. 59, 682-686.

    1947. "Principles of the Self-Organizing Dynamic System". In: Journal of General Psychology (1947). volume 37, pages 125--128.

    1966. (with Arthur C. Burks) Theory of Self-Reproducing Automata, Univ. of Illinois Press

    IstoricIstoric

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Anexa 2 Anexa 2

    Frecventa relativa, absoluta si Frecventa relativa, absoluta si probabilitate.probabilitate.

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Experiment. Eveniment. Probabilitati

    ExperimentExperiment = evolutia unui sistem catre o stare finala

    EvenimentEveniment = realizarea unei anumite stari finale, din multiple posibile, ca rezultat al experimentului

    Exemplu:

    Experimentul = aruncarea zaruluiEvenimentul = caderea zarului pe o anumita fata

    6 evenimente posibile: caderea pe fata 1, 2, 3, 4, 5 si 6

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Experiment. Eveniment. Probabilitati

    Frecventa relativa de aparitie a evenimentului Frecventa relativa de aparitie a evenimentului ii

    Probabilitatea de aparitie a evenimentului Probabilitatea de aparitie a evenimentului ii

    f i=ni

    N

    pi= limN

    ni

    N

    unde ni reprezinta numarul de aparitii ale evenimentului i, din totalul de N

    repetari ale experimentului

    i= 1

    n

    pi = 1 suma probabilitatilor de aparitie a tuturor evenimentelor posibile ca rezultat al unui experiment este 1 (ca urmare a efectuarii unui experiment va rezulta intotdeauna un eveniment oarecare!)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Experiment. Eveniment. Probabilitati

    Exemplu: Sa presupunem ca am aruncat de 30 de ori cu zarul (N = 30) si am obtinut urmatoarele rezultate: Fata 1 de 4 ori Fata 2 de 5 ori Fata 3 de 4 ori Fata 4 de 6 ori Fata 5 de 5 ori Fata 6 de 6 ori

    Frecventele relative ale evenimentelor vor fi:

    Fata 1: 4/30 = 1/7.5 Fata 2: 5/30 = 1/6 Fata 3: 4/30 = 1/7.5 Fata 4: 6/30 = 1/5 Fata 5: 5/30 = 1/6 Fata 6: 6/30 = 1/5

    Daca experimentul s-ar repeta de un numar mult mai mare de ori, valorile frecventelor relative s-ar apropia foarte mult de valoarea probabilitatii teoretice 1/6 pentru fiecare eveniment)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Cuantificarea informatieiEntropia informationalaEntropia informationala. . RedundantaRedundanta

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Cuantificarea informatieiEntropia informationalaEntropia informationala. . RedundantaRedundanta

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Entropie informationala si entropie termodinamica

    Entropie informationalaa unui sistem complet

    dezordonat:

    Hmax

    = log n

    Entropia termodinamicaa unui sistem complet

    dezordonat (Boltzman):

    S = k log N

    (N probabilitatea termodinamica a starii)

  • Ca

    t

    e

    d

    r

    a

    d

    e

    B

    i

    o

    f

    i

    z

    i

    c

    a

    M

    G

    -

    U

    M

    F

    C

    .

    D

    a

    v

    i

    l

    a

    Bibliografie

    Curs Biofizica Medicala - C. Ganea

    Curs Biocibernetica - Sonia Herman

    Curs Biocibernetica - Anca Popescu

    Sursele imaginilor:

    O mare parte sunt realizate in cadrul Catedrei de Biofizica Medicala a UMF C. Davila. In celelalte cazuri este trecuta sursa imaginilor sub imagine sau in animatia insotitoare.

    Modelele cibernetice folosite ca exemplu au fost realizate si prezentate cu programul LabView.