Кибернетика и автоматизация транспортных процессов. Учебное пособие

Теория управления и контуры обратной связи в той или иной форме можно найти в большинстве современных технологий. Например, в системной инженерии теория управления используется для проектирования и реализации автоматизированных систем управления, а в исследованиях операций теория управления используется в задачах линейного программирования. В информатике и системной инженерии контуры обратной связи также используются для проектирования и реализации сетей электронной связи. Многие современные формы вычислений имеют как реализацию, основанную на теории управления, так и основанную на модели или абстракцию, основанную на кибернетике.

В теории архитектуры кибернетика имеет долгую и иногда противоречивую историю. В философию кибернетики встроена концепция, согласно которой целью научного изучения явлений жизни является достижение интеллектуального контроля над ними. Другими словами, кибернетика стремилась достичь абсолютного контроля над предметом. Поскольку кибернетика занимается механикой сложной системы, она оказывает сильное влияние на физические аспекты строительства зданий. Примером этого является строительство Олимпийской деревни для летних Олимпийских игр 1996 года, которое было признано Американским обществом инженеров-строителей самой передовой технологией в архитектуре, поскольку для управления зданиями использовались встроенные компьютерные системы, управляемые данными. Компьютерные системы обеспечивали эффективное удаление отходов, чтобы сэкономить деньги на санитарии. Основные здания были оптимизированы для эффективного энергопотребления и спроектированы таким образом, чтобы можно было легко заменить простые силовые кабели. Это привело к меньшему повреждению зданий в случае пожара. В зданиях были встроены многие устройства и компьютерным управлением. Во многих смыслах Олимпийская деревня является символом утопического кибернетического архитектурного движения.

Биология

Теории человеческого поведения и принятия решений известны сотни лет. Однако только относительно недавно психологи получили представление о факторах, которые способствуют принятию решений людьми, и о том, как на их решения влияют сенсорная, моторная и когнитивная обработка информации. Современная психология изучает влияние этих факторов на людей, чтобы понять, как люди думают, действуют и взаимодействуют друг с другом. Современные открытия в области психологии используют компьютеры для помощи в своих экспериментах. Компьютеры могут моделировать процессы в мозге человека и позволяют исследователям проводить новые эксперименты в этой области.

Революция в молекулярной генетике стала водоразделом для нейробиологов, поскольку молекулярная биология в сочетании с относительно недавними достижениями в области электрохимии и оптогенетики создала множество экспериментальных инструментов для изучения мозга. Это позволило нейробиологам понять функциональную архитектуру и организацию мозга, а также определить роль нейронных сетей в мозге, особенно в познании. Идея нейронных сетей в головном мозге возникла в результате изучения биологической модели нервной системы, в которой клетки были разделены на определенные функционально интегрированные группы, причем группы, обладающие одним и тем же типом функций, имели наиболее сильную взаимосвязь. Благодаря открытию молекулярно-генетических основ функционирования нервной системы, таких как роль факторов транскрипции и белков в формировании нейронной сети, а также биофизики экспрессии генов, появился ряд генетических инструментов для изучения взаимосвязи между молекулярной генетикой нейронных сетей. Сегодня понимают, что нейробиологические механизмы, лежащие в основе познания, являются результатом глобальных сетей мозга, образованных десятками тысяч нейрональных клеток.

Разработки в области нейробиологии включают визуализацию мозга, анализ биоэлектрического импеданса, магнитно-резонансную томографию, функциональную магнитно-резонансную томографию, транскраниальную магнитную стимуляцию и электроэнцефалографию, которые являются одними из наиболее важных инструментов для нейробиологических исследований.

Эти инструменты также играют важную роль в соединении нейронных сетей мозга с корой головного мозга, которая отвечает за наши высшие когнитивные функции, такие как язык, восприятие, память, внимание, мышление, рассуждение и эмоции. Это связь, которую раньше не устанавливали, связывая функциональную архитектуру области мозга с фундаментальной работой этой области.

Нейропсихология – это раздел психологии, посвященный изучению психологии человеческого сознания и человеческого разума в целом. Нейропсихология пытается понять человеческий разум на нейронной основе, то есть на основе взаимодействия различных нейронных цепей (нейронов и синапсов). Это также считается наиболее строгим и надежным разделом клинической психологии. Он может помочь людям со всеми аспектами функционирования мозга, разума и тела и может помочь дать ответы на вопросы: «Что происходит в мозге в процессе психических процессов?» и «Каковы нейронные основы таких процессов, как: зрение, слух, эмоции, память, самосознание, мысль, принятие решений, мыслительный процесс, язык, понимание, рассуждение, сон или сознание?». Он обеспечивает единый язык и общий язык, выходящий за рамки различных дисциплин. Нейропсихология пытается быть всеобъемлющей наукой в области психологии и науки, понимая механизмов, лежащих в основе психических функций человека, и используя результаты когнитивных, неврологических и физиологических наук для выяснения основных процессов и объяснения человеческого познания. Нейропсихология изучает возникновение человеческого разума из его нервных источников и является ведущей научной областью исследований мозга и поведения.

Исследования нейрохимии мотивации и приобретения навыков в спорте привели к лучшему пониманию взаимодействия между приобретением навыков и физиологией мозга. Исследования музыкантов показали, что, хотя у них большая лобная кора, большая часть эмоциональных областей их мозга перегружена поступающей информацией. Это вызывает необходимость постоянно переключать внимание с конкретных деталей задачи на абстрактное мышление. Тот же эффект можно увидеть и у художников высокого уровня; они должны постоянно переключать свое внимание с анализа произведения искусства на работу над другим.

Исследования показали, что гиппокамп участвует в принятии решений. Гиппокамп участвует в памяти и принятии решений, предоставляя входные данные во время обработки решений. Леволатерализованный гиппокамп участвует в принятии решений, которые более эффективно обрабатываются влиянием левого полушария. Эта активация правого полушария мозга при принятии решения известна как латерализованный эффект. Другими словами, правое полушарие с большей вероятностью будет использовать логику и рассуждения при принятии решений, в то время как левое полушарие использует эмоции и чувства для принятия решений. Правое полушарие использует аффект как базовый вход, в то время как левое полушарие использует аналитические рассуждения. Правое полушарие мозга более доминирует при принятии решений. Исследования латерализованного принятия решений и правого полушария и левого полушария мозга показали, что обработка в левом полушарии во время принятия решений способствует кодированию информации в эпизодической памяти и принятию решений. Активация правого полушария во время принятия решений связана с гамма-колебаниями в коре головного мозга. Было обнаружено, что гамма-колебания в коре головного мозга запускаются кодированием поступающих сенсорных данных в эпизодическую память. Гиппокамп участвует в восстановлении и сохранении долговременной памяти. Гиппокамп работает вместе с медиальной височной долей и энторинальной корой для создания пространственной памяти. Следовательно, обработка пространственной информации приводит к созданию эпизодической памяти. Также было замечено, что правое полушарие мозга может легче получить доступ к эпизодической памяти. Это может быть связано с тем, что правая часть мозга играет гораздо более важную роль в пространственной обработке и генерации информации в долговременной памяти. Это подтверждает гипотезу о том, что правая часть мозга лучше извлекает и обрабатывает пространственную информацию.

Медиальная височная доля связана с кратковременной памятью, семантической памятью, языком, производством речи, пониманием и производством языка, обработкой речи, обработкой лиц, а также эмоциональной и просодической обработкой. Гиппокамп тесно связан с медиальной височной долей, в том числе с областью Брока и областью Вернике.

Было высказано предположение, что медиальная височная доля связана с консолидацией памяти, тогда как гиппокамп может отвечать за удержание, обучение и знания. Это подтверждается исследованиями, которые показывают, что во время консолидации формирование гиппокампа работает, чтобы интегрировать эпизодическую память и выбрать, какую информацию из исходной памяти сохранить. Напротив, зона Вернике и ассоциативная зона помогают поддерживать целостность и доступность памяти.

Многие другие структуры мозга способствуют памяти. Однако гиппокамп в первую очередь отвечает за создание пространственно-временных карт. Гиппокамп играет важную роль в контекстной информации. Например, пространственно-временные карты используются, чтобы выяснить, где находится тело по отношению к окружающей среде. Медиальная височная доля связана со сложным мышлением, речью и более высокими когнитивными функциями. Кроме того, он играет важную роль в обработке эмоций. Медиальная височная доля также функционирует как соединение между двумя полушариями мозга и помогает в эмоциональной и аффективной обработке.