Аналитические оценки перспектив матмоделирования

1. Аналитические оценки перспектив матмоделирования живых систем.

«В качестве постулатов моделей используются экспериментальные факты, но необходимость некоторых допущений и предположений является важным теоретическим компонентом моделирования. Эти допущения и предположения являются гипотезами, которые могут быть подвергнуты экспериментальной проверке. Таким образом, модели становятся источниками гипотез, притом экспериментально верифицируемых».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Практика создания электронных микропроцессорных систем, обладающих зачатками разума, а в перспективе – искусственным интеллектом (ИИ) странным образом переплелась с создаваемыми последнее время средствами математического моделирования живых систем. Речь не только о генной инженерии на микроуровне, но и моделировании видовых эволюционных процессов, экосистем. Разум – способность ставить цели и прогнозировать последствия действий. Компьютерные системы лишены способности ставить цели – этим занимаются программисты, однако интуитивно понятно, что даже в этом машины могут превзойти человека, если смогут отличать полезные результаты от вредных (учитывая, что цели, которые ставит человек далеко не всегда полезны, порой целенаправленно деструктивны). Скорость генерации и анализа спектра всевозможных вариантов с появлением суперкомпьютеров с оптическими процессорами и логикой кубитов в перспективе позволит находить и просчитывать дальние последствия вмешательства в генетические процессы биосистем, что сделает естественный отбор атавизмом экосистемы.
Очевидно ИИ способен возникнуть только в результате интеграции моделей развития электронно-механических и биологических форм существования материи. В настоящее время развитие матмоделирования успешно ведётся в независимых специализированных областях и ориентировано оно на совершенно различные цели:
1. Микропроцессорные системы развиваются и оптимизируются для получения универсальных вычислительных систем на «рельсах» Неймановской архитектуры.
2. Биосистемы изучаются для объяснения существующих генетических механизмов эволюционного развития и аналитических способов прогноза биогеоценологического взаимодействия.
ИИ должен уметь находить нечто общее в столь непохожих областях знаний и предлагать разумные объяснения смысла их существования. Многолетнее обучение человека, его познание окружающего мира постоянно сталкивается с противоречиями, но разум человека способен отбрасывать необъяснимое, непознанное и базироваться на практическом опыте, принимая ошибочные решения. ИИ не будет иметь право на самостоятельное существование до тех пор, пока в его ответах и действиях будут возможны ошибки. Познание мира – единая теория поля и всеобщее понимание взаимосвязей - причинно-следственных и флуктуационно-стохастических, диапазонные методы представления информации и генерация «абсолютной истины» в качестве фундамента для следующего поколения систем ИИ – вот на мой взгляд самые важные задачи математического моделирования.
«В настоящее время особенно бурно развиваются специализированные области применения математического моделирования живых систем — математическая физиология, математическая иммунология, математическая эпидемиология». Вот этим и займусь ближайшее время – интересно, будет ли научное сообщество возмущаться тем фактом, что я без разрешения профилирующих академиков решил написать пару статей на эту тему? Пусть это будет новогодним сюрпризом.
«Качественные методы затруднительно (если вообще возможно) применять для сложных систем большой размерности, и в таких случаях требуется предварительное применение специальных методов редукции (декомпозиции) систем». Предлагаемые в книге способы создания моделей, основанные на «фазовых точках и векторах» сразу немного разочаровали, поскольку введение в генную инженерию, основанное на вероятностных моделях и «мутационном давлении» пока не даёт полной картины эволюции биосферы, аналогично не создано пока единой теории поля, несмотря на тщательные исследования свойств различных полевых компонент. Метод декомпозиции как видим в таких случаях не срабатывает.
Поразительно, но математические способы описания квазистационарных биосистем (гомеостаза) в 2013 году напомнили мне лекции по электронике в БГУИР в 1992-93 годах: «Стационарное состояние х = х уравнения устойчиво по Ляпунову, если для любого е > 0 найдется такое б > 0, что если | х (/0) - х |< 5, то | x(t) - х |< г для всех t0<t< 00.». Неужели конструктора микропроцессоров так обгоняли биологов? Но если говорить серьёзно, то готовить специалистов без понимания общей картины методом древних философов – от частного к общему (когда этого общего не создано) всё же несколько неправильно. Это равносильно углубленному изучению процессов в ламповых телевизорах в то самое время, когда перед вами стоит панель ЖК 3Д смарт. Бедные студенты… Мы то получали стипендию, а они сами за всё это платят…


«Анализ особенностей модели с постоянной квотой позволяет предложить компромиссный оптимальный способ управления охотой, сохраняющий устойчивость точки покоя системы. Следует, например, заменить жесткое планирование обратной связью».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Практика управления рыночными механизмами хозяйствования весьма сложна и неоднозначно воспринимается даже ведущими специалистами аппарата госуправления. Очевидно профессура России, пришедшая на смену своим предшественникам – апологетам планового хозяйствования в советские времена, понимает смысл перехода к «естественному» регулированию спроса и предложения. Иначе невозможно объяснить, по какой причине в математических моделях присутствует всё то же планирование, только более «умное» - с обратной связью. Я считаю эту подмену понятий способом психологического воздействия на общественное мнение, которое не терпит управления собой, будучи при этом полностью подконтрольным и регулируемым де-факто. Общество, построенное на вере в свободу, лучше работает, чем основанное на рабстве. Это поняли ещё при феодальном строе, что и привело к революциям. Понятно, что для студентов, которые только начинают моделировать экосистемы, вопросы политики и реформ систем управления не могут входить в курс обучения, а факторы воздействия общественного мнения и подавно не учитываются.
Очевидно баланс межвидовых интересов способен возникнуть только с учётом интеграции моделей развития электронно-механических и биологических форм существования материи. В предлагаемых же в книге методиках рассматриваются только одновидовые и упрощённые, цитата: «Итак, введение обратной связи (т. е. зависимости принимаемых решений от реального состояния дел, а не только от идеальных планов) стабилизирует систему, которая без обратной связи разрушилась бы». Однако даже эти примитивные способы моделирования популяционных процессов в случае с распадом СССР (где не было обратной связи от реальной жизни людей) показали свою действенность. Для вида «гомосапиенс» и планеты Земля была предложена цифра порядка 18-20 миллиардов, как предельная численность популяции, однако подобные «звериные» методики «с охотой» на мой взгляд неуместны. Смысл жизни человечества не в том, чтобы подтверждать математические методики биологов, политтехнологии «управляемого хаоса» политологов и им подобные: «В отличие от непрерывных скалярных уравнений в дискретных моделях при определенных условиях мы можем получить не только монотонные решения, но и колебательные процессы и даже так называемый детерминированный хаос».
Узнав, что моделирование поведения всего человечества лишь немного сложнее, чем моделирование поведения одного человека, можно сделать следующий логический шаг – создать вариант цивилизационного регулирующего алгоритма, принести его правительству и пояснить, что только так мы сможем избежать коллапса. Заметьте – не экономического, а видового в дальней перспективе. Сейчас, с появлением новых технических средств, человечество уподобилось кроликам, заселившим Австралию – которые пожирали все ресурсы и привели к исчезновению некоторых других видов. Земля возможно некоторое время сможет «кормить» 20 миллиардов, однако в этот период вымрут многие другие виды. Вопрос заключается в том, представляется ли разумным состояние дел в нашей системе управления, которая упорно ползёт (или ведёт нас) к очередному глобальному вымиранию, при которых исчезали до 99 процентов видов, а выживали в основном менее приятные существа, вроде тараканов? Экстенсивный путь развития, как вы понимаете, не приводит к усложнению модели поведения социума, если не усложняется персональная модель поведения среднего представителя. А политика некоторых государств, направленная на поголовное оболванивание с помощью СМИ своих граждан, с целью сделать их «толерантными» и законопослушными, одурманивание теизмами и религиозными вероучениями, приводит именно к такому результату – замене многовидовой биологической жизни одним большим стадом верующих баранов, которые ненавидят науку за её непонятность.

«Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях (более 4000), протекающих в живых организмах, направляя и регулируя обмен веществ организма. Известно более 3000 ферментов, они делятся на шесть классов по типу катализируемой реакции».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Химия была самым нелюбимым моим предметом. Не потому, что были плохие учителя, скорее наоборот. Однако меня не устраивало то, как непонятные процессы записывались в упрощённой символьной форме. От глубокого понимания переходить к условной записи было бы логично, но пытаться понять, что на самом деле происходит, глядя на стандартные символы и закорючки, которые во многих других областях знаний писались абсолютно так же, сбивая с толку и вызывая путаницу… Видимо нашим предкам не хватало фантазии, чтоб нарисовать оригинальные символы. Китайцы молодцы – у них достаточно иероглифов для каждого катализатора, а нам остаётся радоваться, что мы родились не в том месте и не во времена, когда запись велась цветными нитями, завязываемыми разными узелками. Книги сматывались в клубок, а носители письменности напоминали бабушек - вязальщиц. Возможно любительницы вышивать крестиком в своих генах несут закодированную информацию о тех давних временах и своих предках. Современные технические средства наконец позволяют в электронном виде представлять физику химических процессов, моделировать и даже прогнозировать возможные химические соединения и фазы веществ, не открытые до сих пор. Такие возможности с недавних пор резко поменяли моё отношение – как говорят от ненависти до любви один шаг. Химия играет важную роль в производстве микропроцессоров, но даже зная технологию их производства, я не могу ощутить себя сведущим в биохимии, настолько она сложна и интересна в электронном представлении. Программные сэмплы (моделирующие элементарный процесс), наверное, можно воспринимать как буквы нового алфавита, на котором будут разговаривать будущие химики.

«Биологи долго не предполагали существования промежуточного состояния ферментсубстратного комплекса, участвующего в преобразовании субстрата в продукт, поскольку быстрые изменения его концентрации происходят, вообще говоря, прежде, чем начинаются какие-либо экспериментальные измерения. Поэтому биологов, как правило, устраивает псевдостационарное решение, хорошо согласующееся с результатами экспериментальных наблюдений».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Физика была самым любимым моим предметом. Возможно потому, что строгие учителя относились ко мне лучше, чем к другим, посылая на олимпиады по физике и математике, видимо зная, что уже с седьмого класса моими настольными книгами стали «Штурм термоядерной крепости», «Занимательная астрофизика», «Мир, построенный на вероятности» и конечно двухтомник «Занимательная физика» Перельмана. В те давние годы середины восьмидесятых не вполне понимая высшую математику, используемую в упомянутых источниках, я получал представление о физических основах по логическим и словесным описаниям, сопровождавшим формулы. В отличие от современной академической литературы профессора, доктора наук и даже академики тогда ещё разговаривали на понятном простым смертным языке. Сейчас, увы всё изменилось и специалистом считается только тот, кто изъясняется совершенно загадочно и наукообразно, россыпью в тексты вставляя математические химеры. Это помогает засекречивать новейшие разработки от населения, но сильно тормозит прогресс общества «в целом». Приведённая выше цитата из книги Соловьёвой, которую я продолжаю читать и параллельно критиковать, несомненно имеет не только биологическое значение – в физике точно так же долгое время не подозревали о наличии быстротекущих промежуточных состояний материи, возникающих в момент ядерных взаимодействий или излучения квантов энергии. БАК помогает рассматривать эти процессы, помогая экспериментально подтвердить или опровергнуть теоретические варианты и матмодели сверхсветовых процессов, всё ещё скрытых от обывателей. Тахионы в виде обособленных частиц возможно и не существуют, но природа связи между кварками, притяжение между которыми увеличивается с увеличением расстояния, вероятно объясняется именно тахионным взаимодействием.
Однако вернёмся к нашим субстратам. Цитата: «Для одного и того же химического превращения скорость реакции, измеренная в разные моменты времени, будет величиной различной, определяющейся концентрациями веществ в текущий момент измерения» - формализованные фундаментальные зависимости подобного рода в сочетании с футурологическими концепциями «дизайна будущего», где элементарной ячейкой общества является город с замкнутым циклом обменных процессов (своеобразным локальным круговоротом веществ), могут стать основой матмоделирования экологических циклов и управления системами жизнеобеспечения. Собственно, такие разработки уже давно ведутся в космической области - группы исследователей герметично закрываются на длительный срок в достаточное для выживания пространство и живут «ни в чём себе не отказывая», выращивая гидропонные продукты и прочую биомассу, занимаясь наукой в виртуальном интернет-сообществе. Идеальный вариант – используя возобновляемую (солнечную, ветра, волн и т. п.), а также атомную энергию создавать всё необходимое для жизни. Автономные плавающие города с населением в миллион человек, живущие в комнатах с видом из окна на подводный мир, аналогичные космические и инопланетные колонии полностью снимут ограничение в 18-20 миллиардов человек, упомянутое ранее. Дело за малым – устранить малозаметные «ползучие» изменения в замкнутой модели, вызвавшие провал в конце прошлого века экспериментов, сделать автономные города самодостаточными, добавив туда недостающие биокомпоненты и обеспечить суперкомпьютерную поддержку, 3Д принтинг необходимых пищевых и медицинских продуктов, сложных электронных изделий, модернизацию и разработку оригинальных элементов, необходимых для жизни.   
Футорологам двадцатого века приходилось делать красивые дизайнерские проекты городов в виде маленьких макетов, которые снимали на плёнку кинокамерой для создания представления о «спроектированном будущем», в котором не будет проблем, сейчас реальной стала возможность создавать проекты городов на достаточно хороших домашних серверах, кроме того спустя всего двадцать с небольшим лет становится понятна наивность прожектёров, увлечённо спорящих о внешнем виде, но не задумывающихся о гораздо более сложной внутренней стороне систем жизнеобеспечения, которая начинается с биохимических и информационно-логических процессов в клетках. Детальная проработка многоуровневой структуры города, в котором жители пользуются ресурсами без традиционных рыночных посредников – денежных знаков, покажется на первый взгляд странной и нереальной. Но задумайтесь – могут ли быть на космическом корабле денежные отношения между космонавтами? А ведь мы все попутчики, поэтому не хотелось бы, чтоб «Земля натолкнулась на небесную ось» из-за того, что «космонавты» передрались из-за денежных знаков.

2. Механизмы генерации живых систем.

«При конкуренции выживает только один из видов, а другой вымирает. При этом либо в системе возможен лишь один из указанных вариантов (имеются две точки покоя), либо возможны оба (четыре точки покоя) и тогда система имеет возможность переключения между ними. Наконец, при определенных условиях возможно существование стационарной точки с ненулевыми значениями для обоих видов».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Генетические механизмы – не единственный способ выращивать и генерировать сложные органические и биологические структуры. Тщательно изучаемый наследственный механизм (по мнению некоторых светил уже полностью расшифрованный) сформированный за миллиарды лет выживания в меняющихся условиях, для одних является чем-то вроде незыблемой догмы, которая только и способна порождать жизнь и менять которую нельзя, для других – способ улучшить природу человека, продлив активную жизнь, добавив возможности, не предусмотренные естественными видовыми особенностями, для третьих – способ создать искусственно выращиваемые кристаллы процессоров, представляющие собой новую форму жизни. Очевидно межвидовое конкурирование существует на самых разных уровнях – от слона до вирусных инфекций, но до сих пор использовался похожий наследственных механизм генерации белковых тел, позволяющий делать математические допущения для вычисления прогнозных показателей, подобных приведённым в книге:
«В результате почти столетней регистрации вылова канадской рыси и североамериканского зайца одной пушной компанией были показаны близкие к периодическим колебания их численности с периодом около 10 лет. При этом максимум численности зайцев опережает, как правило, максимум численности рысей на один год. Можно полагать, что мы видим регулярные колебания, осложненные случайными факторами.
 При построении (других зависимостей) сделаны следующие допущения:
1. Жертвы в отсутствие хищников размножаются по закону Мальтуса (экспоненциально), не испытывая ограничений в еде и т. д. — т. е. пропорционально текущей численности.
2. Жертвы погибают при контакте с хищниками с константой скорости, пропорциональной численности хищников.
3. Хищники, поедая жертвы, воспроизводят потомство со скоростью, пропорциональной численности жертв: прирост потомства в пересчете на каждого хищника в единицу времени пропорционален количеству жертв.
4. Хищники в отсутствие жертв (еды) вымирают по закону Мальтуса (экспоненциально), т. е. пропорционально текущей численности с постоянной константой скорости».
   Спрашивается – какие допущения необходимо сделать, рассматривая перспективы совместного существования не только видов, но и способов формирования живых организмов? Можно ли вообще использовать математическую логику для анализа подобных процессов, или нужно создать специальный язык и новый тип обработки информации для получения принципиальной возможности самого прогноза? Использование универсальных вычислительных архитектур и Неймановской логики по моим оценкам не позволит за приемлемое время получить результат без использования информационного подхода, который пока нигде не реализован. Речь всё о той же теореме Котельникова, с помощью которой рассчитываются сигнальные пропускные способности цифровых каналов, непригодной для оценки характеристик информационных каналов. В который раз мне приходится объяснять суть своей теоремы, согласно которой информационная пропускная способность канала может быть в миллионы и миллиарды раз выше сигнальной пропускной способности, определяемой теоремой Котельникова. Определяется она архитектурой системы и может считаться критерием интеллектуальности компьютера, поскольку зависит от способа кодирования и наличия компонентов информации (сэмплов) на исходной и конечной стороне. Традиционный способ оценки суперкомпьютерных систем количеством петафлоп/с – типично сигнальный. Но информационный подход позволяет передать терабайт информации по каналу связи всего одним битом – битом подтверждения наличия этой информации на приёмной стороне и не засорять линию. Собственно, что мы наблюдаем в структурах ДНК? Именно информационный подход, выработанный природой в нарушение существующих законов математической статистики, где методы расчёта вероятности мутации обычно ведутся с помощью сигнальных способов. Однако стоит применить мой метод – и карты лягут очень красиво без вмешательства потусторонних сил или инопланетян. Впрочем, теорию панспермии исключать нельзя.
   Но представим себе, каким образом могут конкурировать выращенные разумные кристаллиты с гомосапиенс? Возможен ли взаимовыгодный симбиоз? Эти вопросы гораздо интереснее моделируемых в книге Соловьёвой, а интерес студентов – залог успеха в учёбе. Повторюсь – скучно изучать ламповый телевизор, если перед вами рядом стоит 3Д смарт система с вогнутым экраном.



  Этапы эволюции.

«С термодинамической точки зрения живая клетка представляет собой открытую систему. Она поглощает пищевые продукты извне, использует их для построения собственных структур и энергообеспечения. Все живые клетки находятся вдали от термодинамического равновесия. Они могут быть в стационарном состоянии, но не в равновесном».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

По какой-то причине момент зарождения жизни на Земле представляется многими авторами как нечто одномоментное – раз и навсегда. Однако судя по логике процесса нельзя установить точную дату появления высокоорганических соединений, обладающих наследственным аппаратом. Вызвано это несколькими причинами, в частности слово жизнь можно трактовать различными способами и только на этом основании сдвиг по времени ключевой точки может составлять от сотен миллионов до полутора миллиардов лет. Эволюционная модель на мой взгляд подразумевает наличие продолжительного периода «мерцаний» - когда высокоорганические процессы в первичном «бульоне» стали напоминать деление и поглощение (питание), что привело к постепенной смене баланса химических концентраций, выработке достаточного уровня кислорода и прочих элементов для появления белковой жизни в её современном понятии. Итак, даже несмотря на наличие следов органических соединений, относящихся к ранней стадии формирования планеты (более 4 миллиардов лет назад), говорить о том, что жизнь возникла именно тогда несколько преждевременно. Эти следы могли быть всего лишь результатом «мерцания» - локального появления очагов биохимических процессов, напоминающих живые. Однако глобальные экологические факторы смены химического состава среды (частое падение комет на ранней стадии или длительные извержения супервулканов) приводили к последующему выравниванию и полному исчезновению начальных флуктуаций, тем не менее «мерцания» обеспечивали градиентное смещение условий существования в сторону более стабильных способов размножения и многовариантного питания. Исходя из этих соображений недавние заявления учёных о находках, свидетельствующих о переносе на значительно более ранний срок «точки» возникновения жизни могут быть преждевременными.
«Основные функции биомембран:
1. Барьерная - регулирует избирательный обмен веществ с окружающей средой.
2. Транспортная – обеспечивает доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующей ионной концентрации. Например, транспорт ионов осуществляется через ионные каналы, которые представляют собой макромолекулы — белковые структуры.
3. Электрическая - генерация электрических потенциалов и проведении электрического сигнала от клетки к клетке. Различие количества ионов внутри и снаружи клетки создает разность потенциалов на мембране, обеспечивая возбуждение, например, нервных или сердечных клеток.
Внутриклеточная и внеклеточная среда состоит из ионизованных водных растворов солей, преимущественно NaCl и КС1, которые в диссоциированном состоянии разлагаются на ионы Na+, К+ и СГ. Концентрации Na+ и Са24 внутри клетки меньше, чем снаружи клетки, а концентрация К+ больше внутри, чем снаружи клетки. Поддержание такого неравновесного соотношения концентраций требует затрат энергии, которая, в частности, расходуется на транспорт ионов против градиентов концентрации».
 Из приведённой выше цитаты следует, что разумная (творческая жизнь) ничуть по своей биохимии не отличается от высокорганических биохимических процессов, протекавших в естественной среде ещё до появления жизни даже по самым «древним» прогнозам… Предположения о возможности инопланетных форм жизни, зародившихся в «бульонах» с другим химическим составом таким образом абсолютно обоснованы, поскольку наличие аналогичных обменных процессов возможно и с участием иных химических элементов, в других химических средах и балансах концентраций.
Но единственный ли это вариант подобных жизни обменных процессов? В частности, речь может идти о информационно-ориентированной вторичной модели, возникшей в результате эволюции технократических систем искусственного интеллекта. Если целью оптимизации искусственно создаваемой формы жизни будет не совершенствование химических обменных процессов, улучшение приспособляемости и выживание, а повышение интеллектуальных способностей распределённой среды? Мы все наблюдаем сейчас, как глобальная сеть обеспечила каждому пользователю «тонкого клиента» всю вычислительную мощь суперкомпьютерной системы для выполнения запросов и поиска, перевода и прочих задач. Частным случаем этого является мобильное устройство - смартфон. По определению некоторых профессоров интеллект – всего лишь электрохимическая высшая нейронная деятельность мозга, в котором обучением сформированы устойчивые нервные связи. Сформировать электромагнитные импульсы между триггерными ячейками (элементами памяти) можно без участия биологической белковой материи с присущим ей ограничениями и недостатками. Фотонные процессоры с их архитектурным окружением (памятью, каналами связи и системами энергообеспечения) – в перспективе возможные кандидаты на роль интеллектуальных центров, обладающих разумом.
Матмоделирование разумной жизни – что важнее?

«С термодинамической точки зрения живая клетка представляет собой открытую систему. Она поглощает пищевые продукты извне, использует их для построения собственных структур и энергообеспечения. Все живые клетки находятся вдали от термодинамического равновесия. Они могут быть в стационарном состоянии, но не в равновесном».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Информационно-ориентированная вторичная модель эволюции математически непредсказуема. Именно этот фактор вызывает панический страх у всех противников систем искусственного интеллекта. Целью матмоделирования биологических систем обычно являются либо приближённое описание естественного процесса, способное пролить свет на понимание того, «что происходит», либо прогноз экспериментов, невозможных в естественных условиях. Генная инженерия – та область, где панический ужас перед непредсказуемыми последствиями, навеянный социуму голливудской бредятиной, а впоследствии перекинувшийся на «выразителей интересов народа» заставил принять законы, запрещающие эксперименты с геномом. Однако у правил есть исключения – рекомендации медицинского характера по улучшению наследственности запретить невозможно.
«Наличие правил не означает предсказуемость результата» - эта фраза американского профессора относится не только к игре в бейсбол, правила которого, изложенные в письменном виде составляют небольшую книжечку. Физические законы, по которым происходит взаимодействие элементов – мяча, биты и окружающих объектов, можно выразить всего несколькими физико-математическими формулами, но это не делает игру предсказуемой – статистическое количество вариантов развития событий стремится к бесконечности. Математическая расходимость подобного рода тем не менее устраняется функционально-логическим анализом влияющих на победу факторов. Среди них – уровень подготовки игроков, их здоровье и настроение на момент игры, наличие «заказных» или коррупционных составляющих, иногда просто погода. Учитывая наиболее значимые можно предсказать результат, несмотря на отсутствие математической возможности рассчитать «от микроуровня» всего один бит – победа или проигрыш. Функционально-логический уровень моделирования процессов для симуляции и анализа жизни (тем более разумной) таким образом эффективнее предлагаемых низкоуровневых матмоделей, пригодных скорее для «натаскивания» студентов. Математическое чутьё, однако не поможет в случаях «расходимости» биологических рядов. Это заявление, кстати, ставит под сомнение «эффект бабочки», который часто используют фантасты – вернувшись в прошлое и случайно наступив на бабочку якобы можно до неузнаваемости изменить настоящее. Увы, это красивая гипербола. В реальной жизни есть некоторое пороговое значение, изменения до которого не влияют на глобальную ситуацию. Пороговый уровень критериев – величина переменная, что делает прогноз весьма сложным. Впрочем, все наверняка сталкивались с подобной «стеной», характерной не только для микромира или животных, но и для современной общественной жизни, даже на уровне политики. Одним из её проявлений являются бюрократические препоны.
Что же касается физики Вселенной, то математическое чутьё физиков играет с ними ту же злую шутку – многие из них убеждены в «расходимости», множественности миров и даже бесконечности параллельных Вселенных, что обусловлено математическим аппаратом, лежащим в основе матмоделирования. Заменяя в космологической модели проблему необъяснимого момента возникновения Вселенной из сингулярности фантазиями о существовании до этого момента энергии, флуктуация которой спровоцировала сначала инфляцию, а позже возникновение наблюдаемой Вселенной, современные учёные уподобляются древнегреческим мудрецам, создавшим прекрасные мифы о том, как из Хаоса родилась Гея (Земля), которая сама из себя родила Урана (небо), а затем взяла его в супруги.
Воспользовавшись мудростью баснописца Крылова, можно предположить, что «ларчик просто открывался». Однако это уже совсем другая история, выходящая за рамки темы книги, которую мы взялись с вами критиковать. Совершенство матаппарата определяется не только точностью результатов, но ещё и такими важными характеристиками, как удобство использования людьми. Оптимальность может быть проанализирована по параметрам времени обучения, соответствия уровню аппроксимации, информативности и уникальности символики, адекватности аппаратной части и оборудованию для вычислений (люди давно перестали считать на пальцах). Очевидно язык математики должен совершенствоваться, а не «застыть в своём непогрешимом великолепии» символов и обозначений, оптимальном для берестяных грамот и пергаментов. Осознав это, пора выделить финансовые средства на совершенствование пока единственного общемирового коммуникатора – математического, создав базу для появления языка мирового общения, который уже и позволит моделировать более результативно «расходящиеся» процессы, а главное – в перспективе напрямую общаться с искусственным интеллектом.

 

Потерянные логические элементы. Бионика – симбионт электроники?

«Клетки делятся на два типа — возбудимые (разность потенциалов в них под действием электрического тока значительно изменяется) и невозбудимые (стимулирующее воздействие электрическим током не приводит к значительным отклонениям от потенциала покоя, равного примерно -80 ...-90 мВ). К невозбудимым клеткам относятся, например, эпителиальные клетки, выстилающие стенки кишечника. К возбудимым клеткам относятся нервные, мышечные и секреторные клетки. После кратковременного воздействия стимулирующим током мембранный потенциал проходит через ряд стадий изменения, которые формируют так называемый потенциал действия, после чего мембрана возвращается в состояние покоя».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Как ни странно, но перечень электронных компонентов, на которых строилась ВСЯ электроника до недавнего времени (до появления ИС) можно было делить на два типа – пассивные (резисторы и т п) и активные (транзисторы и т п). Токи в пассивных зависели от приложенных внешних напряжений, а в состоянии покоя не превышали шумовых напряжений, наведённых в результате воздействия внешних полей и сильно зависели от способов экранирования. Токи в активных элементах после кратковременного управляющего импульса проходили через ряд стадий, которые формировали характеристики элемента, обычно предлагавшиеся в радиоэлектронном справочнике. Не правда ли, логика вышеприведённой цитаты из учебника по биологии полностью соответствует нашим стареньким учебникам по радиоэлектронике? Возможно скоро народ уже забудет такие подробности, как переходные амплитудно-частотные характеристики транзисторов и прочих элементов, поскольку на смену им придёт более высокоуровневая логика работы микропроцессоров, которые представляются «чёрными ящиками», обеспечивающими на выходных контактах ИС управляющие потенциалы, зависящие от комбинации напряжений на контактах входов. ИС стали называть логическими элементами, забыв о «начинке». Собственно, учитывая отставание биологов в развитии от конструкторов ИС можно предположить, что спустя некоторое время они так же перейдут к анализу логики работы клеток, строя математические алгоритмы работы организма в виде, удобоваримом для неприспособленных к вычислительной работе очень серых студенческих извилин, согласно рассматриваемой в книге модели представляющих из себя низкоскоростной аналоговый компьютер с очень небольшим объёмом памяти.
Ну а пока вернёмся к нашим элементам. Вспоминая свою поездку в Россию если не ошибаюсь в 2007 году, посещение Воронежского университета и общение с профессорско-преподавательским составом, где речь шла о других типах элементов (не входящих в стандартную типологию), я начинаю понимать, что вероятно именно тогда родилась идея создания электронных компонентов для системы счисления выше двоичной. Очевидно нестандартная логика и более сложные архитектурные решения в условиях диктата зарубежных производителей не могла заинтересовать только-только выползающую из кризиса российскую науку и тем более машиностроение (ноу-хау нельзя было бы применить не то что в межконтинентальных, но даже в тактических ракетах). Спустя 9 лет очевидно, что «родившие», наконец собственный слегка недоношенный компьютер (поскольку идеи новой элементной базы в нём так и не реализованы) россияне могли бы уже наконец заинтересоваться моими предложениями почти десятилетней давности, но тут внезапно грянуло снижение цен на нефть…
Как обычно бывает в таких случаях идея перестала быть ценной не потому, что её не за что купить, а потому, что появилось новое поколение вычислительных архитектур (фотонный процессор и технология выращивания кристаллов), которое превратило дальнейшее совершенствование транзисторной логики подобным улучшению ламповой техники. Другой пример - совершенствование техники лазерной оптической записи на диски стало бессмысленным с появлением технологии скоростной флэш-памяти большой ёмкости. Скорость смены поколений как видим растёт – если в 20 веке для этого требовалось лет 50, то сейчас 10, а скоро и 5 лет. При таком темпе можно ожидать, что бионические элементы скоро перестанут ассоциироваться с медицинскими протезами, а наконец займут своё достойное место в ряду кирпичиков, из которых мы вместе – биологи и конструктора РЭС, будем строить «светлое будущее».

Греческие мифы – генетика для детишек?

«В основе сократительной функции сердечных клеток лежит кинетика поперечных мостиков — головок миозина, взаимодействующих с активными центрами на актиновых нитях. Известно, что в процессе активации актиновых центров на тонкой нити принимают участие регуляторные белки, входящие в тропонин-тропомиозиновый комплекс. В состоянии покоя (в бескальциевой среде) молекулы тропомиозина, лежащие вдоль бороздок актиновой нити, препятствуют образованию актомиозиновых комплексов. Для того чтобы взаимодействие актина и миозина стало возможным, требуется участие Са2+ в достаточной концентрации. Присоединение Са2+ молекулами специфического тропонина С (ТпС) приводит к конформации тропонинового комплекса и изменению аксиального положения тропомиозиновой нити, что и открывает доступ для поперечных мостиков к актиновым центрам».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.


Пописывая иногда «сказочки» для детишек – будущих профессоров бионики, генной инженерии и философии, я не могу им сразу прямым текстом сказать, как всё устроено, что такое рибонуклеиновая кислота или структура ДНК, как происходит нанизывание на «нить жизни» белков, пептидов и прочих ферментов при делении. Маленькие детишки выглядят в сравнении с клеточными масштабами гигантами. Основной принцип обучения – заставить маленького человека сопереживать внутриклеточным процессам, которые и есть жизнь. Для любой бактерии мы – боги, которые способны сотворить любое чудо. Очевидно опытные генетики уже побывали в древней Элладе.  Мифы Древней Греции пестрят примерами хирургических успехов, содержат социальные шаблоны, в аллегоричной форме рассказывают о генетических механизмах. Вот мифологический пример, который в 21 веке станет понятен студентам-биологам. Мойры – богини судьбы, их три: Клото, Лахесис и Атропос. Клото прядёт на веретене нить жизни человека, Лахесис ещё до рождения назначает его жребий и проводит через все превратности судьбы, следя за тем, чтобы нить жизни не оборвалась раньше времени, Атропос – отрезает нить, спрядённую другими. Утверждают, что мойрам подвластен даже сам бессмертный Зевс. Мудрые мойры помогли людям изобрести алфавит (пять гласных и две согласные).
Ну а что древние греки говорят о возможностях изменения внешнего облика инопланетян для незаметного внедрения в жизнь людей и изучения их психологии, истории, обычаев и культуры? Оказывается Зевс принял облик обычного человека и имел тайную любовную связь с фиванской царевной Семелой, видимо устав от космического путешествия. Этот научный эксперимент, однако провалился – богиня Гера, истинная супруга Зевса посоветовала Семеле, которая была уже на шестом месяце беременности, поставить возлюбленному условие: пусть он приоткроет своё истинное обличие – иначе откуда ей знать, что он не урод? Семела поставила условие Зевсу, а когда он отказал – не захотела делить с ним ложе. Тогда разъярённый Зевс предстал перед ней в грохоте грома и молний (очевидно носил при себе лучевое или плазменное оружие, вероятно имплантированное прямо в тело) и испепелил и её и терем – так обычно инопланетная разведка поступает со всеми, получившими доступ к секретной информации простыми смертными... Биологический вид, посещавший Землю, внешне вероятно был не слишком похож на людей и засекречен исходя из неизвестных нам соображений. Современные любители фантастики в продукции Голливуда найдут много гипотез о внешности «богов», но пока она остаётся для нас тайной. Однако самым интересным было то, как поступил Зевс далее - он успел выхватить из пламени недоношенный плод (подозреваю Семела перед смертью пообещала избавиться от него, за что и поплатилась) и зашил его себе в бедро. В положенное время он родил Диониса, распустив швы на бедре. А что – очень удобно для космонавтов размножаться почкованием! Я бы ещё и Гере за такое «западло» по шее надавал, но человеческая история об этом умалчивает - режим секретности… Инопланетный спецотдел наверняка мог бы уничтожить всю планету, если бы произошла утечка. Остаётся только позавидовать ребятишкам из древней Греции – у них были такие интересные учебники, не то, что нынешние, с формулами, в которых чёрт ногу сломает… Их метод обучения – это именно функционально-логическое понимание, закладываемое в подсознание, чтобы взрасти в зрелости в научное мировоззрение.

Эпилог. Судьба «виртуального человека».

«Понимание значения матмоделирования для анализа живых систем наряду с физиологическими и клиническими экспериментами обусловило появление международных программ и проектов, связанных с разработкой количественных методов описания биологических систем и их компьютерных моделей. Глобальным международным проектом в этой области является научный проект ;Физиом; (1997 г., 33-съезд IUPS), который является естественным продолжением проекта ;ГЕНОМ; и предназначен для перехода от расшифровки генов к пониманию механизмов реализации кодируемых ими физиологических функций в рамках создаваемых моделей».

«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ»
под общей редакцией доктора физико-математических наук, профессора О. Э. Соловьевой.

Процесс перехода от теоретических исследований к практическому применению в радиоэлектронике часто осуществляется скачкообразно – внезапно появляется новое поколение устройств, часто несовместимых с устаревшими, но обладающих значительно лучшими характеристиками и возможностями. Начиная с 2003 года, когда я собрал свой первый сервер на процессоре пентиум-4, двухъядерном, с частотой 2400 МГц, 32 разрядном, с целыми 512 мегабайтами оперативной памяти и веником на 120 ГБт, я сменил три компа, каждый из которых был в разы лучше по производительности и объёму памяти, чем предыдущий. Сегодняшнему, на котором пишутся эти строки, уже более четырёх лет, он устарел, но тем не менее это 64-разрядная архитектура, 6-ти ядерный процессор 3.3 ГГц, 6 ТБт веник, 4ГБт оперативки, почти миллиард транзисторов на чипе. Превосходство над первым, который некоторое время был топовой системой в районе – по скорости в 8,25 раза, по памяти – в 50 раз. Однако новое поколение мобильных устройств с такой же производительностью, как у моего «подстольного» – 8-ми ядерные смартфоны с частотой 2,4 ГГц сделали невозможной конкуренцию моего «мощного» процессора, который полезен теперь только в зимний период для отопления помещений, а не в интернете и сетевых соревнованиях.
В биологии разработка оборудования для генетических исследований и способы моделирования совершенствуются столь же быстрыми темпами. Однако «кирпичики» для строительства физиома разбросаны по всему миру – штатовские датчики, европейские данные по клиническим исследованиям и прочие элементы модели по отдельности почти не способны улучшить жизнь людей. Но стоит включить коллективный разум, реформировав для этого систему патентования и авторского права, отказаться от политических амбиций и экономических санкций – и ближайшее время будет создана система «физиом» - а это реальная возможность резко снизить затраты на здравоохранение в результате индивидуальных профилактических мер, рекомендуемых собственным смартфоном на основе показаний дополнительных датчиков и регулярного анализа состояния организма, рекомендаций по микроэлементному балансу для умного питания. Пропадёт необходимость обращаться к врачам, у которых появится возможность не лечить болезнь, а улучшать здоровье, переквалифицировавшись в службу генетического контроля и развития. Однако некомпетентный спрос на электронную технику и наплевательское отношение к собственному здоровью (сколько минздрав не предупреждает «курение опасно» или «алкоголь вреден») убивает надежду на быстрый результат.
Тем не менее в перспективе сетевые специализированные медицинские суперкомпьютеры будут служить исключительно целям совершенствования человечества как вида, осуществляя многоуровневый анализ, прогнозирование и координацию действий миллиардов периферийных устройств, медицинская и профилактическая функциональность которых сейчас не реализована. Никого не удивляет, что в смартфонах есть приличная видеокамера, сканер отпечатков, распознавание лица, компас, датчики перемещения, ускорения и прочие приятные возможности. Однако всех должно удивлять, почему при этом нет химического датчика (контроль ядов), радиационного контроля и главное – биологического анализатора. Без них проект «физиом» прикажет долго жить и останется только теоретическим приложением. Я мог бы долго рассказывать о необходимых функциях биологического анализатора, о том, как можно их реализовать, но это уже совсем другая история, выходящая за рамки критики учебника Соловьёвой. Сейчас 21 век, но, как и прежде действующее патентное право и рыночные отношения не способствуют бесплатному просвещению. Цитата: «Многомиллионные проекты, направленные на разработку и использование математических моделей в физиологии и медицине, широко финансируются Национальным институтом здоровья США (программа Predictive Multiscale Models of the Physiome in Health and Disease), Японии, Новой Зеландии, Китая и других стран». Беларусь, как видите, в сей список не входит... Конечно жаль, но даже литр молока у нас стоит 15 тысяч рублей, вот только мои публикации никто не оплачивает. Но несмотря на то, что владельцам суперкомпьютеров наверняка будет хватать на молоко, они будут использовать оборудование не для бесплатного оздоровления, а для нового витка «электронного рабства», продавая здоровье по сходной цене. Возможно будут придуманы тарифные планы «Бизнесмен», «Спортсмен», «Домохозяйка» и прочие. Не исключено, что будет и безлимитный план с большой скидкой «Кащей Бессмертный» - глупости рекламных агентов и маркетологов нет границ.

15 января 2016 г.                Конструктор   Гаврук  В.  В.                МТС  + 375 29 8464082        ©