8.4 Sisteme naturale de prelucrare a informaţiei

Spre deosebire de sistemele materiale abiotice, care au un comportament pasiv la variaţiile condiţiilor de mediu, există o clasă de SM - biosistemele - care reacţionează activ, uneori chiar anticipativ, modificându-şi starea internă şi externă în funcţie de condiţiile de mediu, în aşa fel încât efectul variaţiilor externe asupra interiorului să fie cât mai mici.

Existenţa biosistemelor, ca şi a oricărui SM de altfel, nu este posibilă în orice condiţii de mediu ci doar în condiţii favorabile. Termenul condiţii favorabile trebuie înţeles deocamdată ca o reuniune de intervale admise pentru atributele mediului exterior ce pot permite viaţa unui biosistem deja dezvoltat (nu ne referim la condiţiile de mediu ce au dus la apariţia biosistemelor). Aceste condiţii se referă la parametrii fizico-chimici ai mediului, cum ar fi presiunea, temperatura, reactivitatea chimică (pH), concentraţia substanţelor utile şi/sau dăunătoare, sau la parametrii biologici ai acestuia, cum ar fi prezenţa altor biosisteme în imediata apropiere, biosisteme care pot fi ori o sursă de hrană ori de pericol. Pentru a fi în stare să supravieţuiască (să evite condiţiile nefavorabile care le-ar scurta durata de viaţă şi aşa limitată) şi să-şi exercite funcţiile caracteristice, biosistemele sunt capabile de procese specifice, inexistente la sistemele abiotice.

Un astfel de proces este achiziţia şi prelucrarea informaţiei, proces care alături de alte procese (hrănire, excreţie, reproducere etc.) formează grupul proceselor fundamentale (de model) ale clasei biosistemelor (descrise în anexa X.11). Acest proces este realizat de o anumită parte a biosistemului, numită sistem de prelucrare a informaţiei (SPI). Procesul de prelucrare a informaţiei a fost posibil datorită apariţiei unei clase de sisteme (tot materiale) interne specializate, a căror structură (configuraţie) este direct şi univoc dependentă de condiţiile externe de mediu, mai exact spus de distribuţia densităţii fluxurilor externe pe SRS a biosistemului. Starea acestor sisteme, specializate în stocarea şi transportul informaţiei, perceptibilă de către anumite componente ale SPI se numeşte informaţie internă, iar sistemele respective se numesc sisteme suport de informaţie (SSI) interne.

Condiţiile de mediu exterior sunt foarte importante pentru realizarea funcţiilor specifice biosistemelor, aşa cum arătam mai sus. Biosistemele trebuie să evite pe cât posibil condiţiile nefavorabile şi să declanşeze procesele de hrănire şi reproducere dacă aceste condiţii sunt favorabile. Pentru realizarea acestui deziderat, biosistemele dispun de capacitatea de a sesiza diferenţa dintre o stare prezentă a mediului ambiant şi o stare anterioară a aceluiaşi mediu. Este evident că operaţia de comparaţie a două condiţii de mediu diferite, evaluate la două momente diferite, se reduce la comparaţia internă a structurii (configuraţiei, stării) celor două sisteme interne purtătoare ale informaţiei achiziţionate la momentele respective. în urma acestei operaţii (de comparaţie a informaţiei), rezultă un alt SSI a cărui stare reprezintă diferenţa celor două informaţii comparate. Informaţia conţinută în acest ultim SSI, împreună cu stocul de informaţie de referinţă, vor determina reacţia, modificarea stării interne şi apoi externe a biosistemului faţă de noua situaţie a mediului ambiant. Prin similitudine cu sistemele abiotice, la care modificarea stării interne ca urmare a pătrunderii unui flux Y o numim acţiune a fluxului Y asupra sistemului, putem numi reacţia biosistemului la noile condiţii de mediu ca acţiunea fluxului de informaţie asupra biosistemului. A nu se confunda acţiunea informaţională (produsă de stimuli), cu acţiunea fizică, produsă de fluxurile energetice exterioare asupra suportului abiotic al biosistemului. Aşa cum arătam la începutul capitolului, această modificare externă a stării biosistemului ca urmare a acţiunii unui flux informaţional este cunoscută sub numele mai general de comportament. Este vorba bineînţeles de modificările de stare "vizibile" din exterior de către un alt biosistem observator; modificările de stare interne, care şi în cazul biosistemelor le preced pe cele externe, nu sunt perceptibile din exterior, fiind în domeniul extrem de complicat al fluxurilor interne ale biosistemului.

Din cunoaşterea acumulată până în prezent de oameni ştim că biosistemele[1] dispun de două tipuri de SPI:

-    SPI de sinteză structurală, sistem care prelucrează informaţia genetică al cărei SSI principal este gigantica moleculă de ADN, care dirijează procesele de sinteză ale unui nou biosistem, sau procesele de menţinere structurală şi funcţională a unuia existent. Acest sistem (SPI de sinteză) este distribuit la nivelul şi în interiorul fiecărei celule componente a biosistemului, dar există o corelaţie generală între aceste celule prin fluxurile recirculate între celulele vecine sau prin sistemul de comunicaţie sanguin sau limfatic.

-    SPI de relaţii, care dirijează comportamentul biosistemului şi funcţiile fiziologice ale acestuia în funcţie de condiţiile de mediu, sistem format cum am mai spus dintr-o mulţime de celule specializate (neuronii) ce alcătuiesc sistemul nervos al biosistemelor superioare.

Pentru scopul prezentului paragraf ne interesează doar SPI de relaţii (mai exact cel de relaţii externe biosistemului) pentru că acesta este responsabil de percepţia fluxurilor din mediul exterior suprafeţei reale de separaţie a biosistemului. Pentru acest tip de SPI natural şi pentru o clasă evoluată de biosisteme (la care SPI este de tip neuronal) sunt cunoscute componentele sale esenţiale:

1)    Organele senzoriale, responsabile de receptarea fluxurilor din exterior, diferenţiate pe tipuri de fluxuri, aşadar pe tipuri de atribute transmisibile;

2)    Ansamblul neuronilor ce formează unităţile de prelucrare a informaţiei provenite de la organele senzoriale;

3)    Ansamblul terminaţiilor nervoase ce comandă organele efectoare (sistemul muscular şi cel al organelor cu secreţie internă şi externă);

4)    Ansamblul fibrelor nervoase (nervii) ce leagă între ele organele senzoriale, neuronii şi organele efectoare, ansamblu ce constituie sistemul intern de comunicaţie (al SPI);

La toate aceste componente recunoscute ca existente de literatura ştiinţifică actuală se mai adaugă (conform acestei lucrări) mediul intern SPI format din mulţimea SSI interne, sisteme care sunt obiecte ale fluxurilor interne (chiar intracelulare) de informaţie, care stochează informaţia şi care circulă prin sistemul intern de comunicaţie.

Ca oricare alt SM, şi SPI natural (precizăm că este vorba de cel neuronal) are o SRS ce separă în interiorul biosistemului părţile implicate în structura SPI discutate mai sus, de restul componentelor biosistemului. Cu alte cuvinte, fluxurile de SSI interne sunt obligate să rămână (sunt închise) în interiorul acestei SRS. Singurele "porţi" de acces pentru fluxurile de intrare sau de ieşire sunt organele senzoriale (pentru fluxurile de intrare) şi terminaţiile nervoase (pentru fluxurile de ieşire). Organele senzoriale externe au o parte a suprafeţei lor de separaţie comună cu SRS a biosistemului, formând o porţiune specializată de SRS cu o proprietate remarcabilă - permeabilitatea acesteia este diferită de zero doar la un anumit tip de flux, iar valoarea acestei permeabilităţi poate fi comandată de SPI. De exemplu senzorii tactili sunt sensibili la fluxuri stocastice cinetice (de presiune), cei termici la fluxuri de fotoni temici, cei vizuali la fluxuri de fotoni din domeniul vizibil, cei gustativi, olfactivi şi feromonici la fluxuri moleculare, cei acustici la fluxuri sonore (unde de presiune) etc.

Tipul de flux la care SRS specializată este permeabilă defineşte proprietatea SM extern la care respectivul organ senzorial este sensibil. în interiorul organului senzorial are loc conversia intensităţii şi distribuţiei spaţiale a fluxului imergent prin SRS, în structură a SSI intern, conversie repetată la anumite intervale de timp. Acest proces are loc simultan pentru toate canalele elementare de informaţie existente la SPI biotic (toate celulele senzoriale ale tuturor organelor senzoriale din "dotarea" biosistemului). în interiorul SPI, o anumită structură a SSI generate la un anumit moment de un anumit organ senzorial, este percepută de către biosistem ca o anumită senzaţie în domeniul de specializare al organului respectiv.

Totalitatea informaţiei interne stocate pe SSI furnizate de organele de simţ este apoi prelucrată în unităţile specializate pentru astfel de procese - neuronii - prelucrare tot paralelă şi sincronă în ansamblul neuronilor ce formează sistemul nervos central. Acest proces de prelucrare are ca obiect tot mulţimea SSI interne, orice operaţie asupra informaţiei conţinute în acestea însemnând o intervenţie asupra structurii (configuraţiei) acestor SSI. Unul din procesele cele mai frecvente de prelucrare a informaţiei pe care l-am menţionat mai înainte îl reprezintă comparaţia dintre structura SSI corespunzătoare stării prezente a mediului exterior (deabia furnizate de sistemul senzorial) şi structura SSI corespunzătoare unei stări imediat anterioare a aceluiaşi mediu, furnizate tot de sistemul senzorial şi memorate (stocate) la o poziţie spaţială adiacentă în mediul SSI de intrare în neuron. Rezultatul acestei comparaţii, materializat tot pe un SSI, dar cu altă structură, va fi informaţia finală (diferenţa dintre stările mediului), informaţie ce va determina (în urma altor procese de prelucrare), reacţia, modificarea de comportament a biosistemului, prin fluxul SSI de ieşire trimis spre terminaţiile nervoase ce comandă organele efectoare. Nu insistăm asupra proceselor de prelucrare a informaţiei, pentru scopul acestui paragraf fiind importantă doar compoziţia, elementele de structură ale SPI biotic, cu o menţiune specială: orice proces de prelucrare a informaţiei are loc asupra structurii SSI interne din care unele rămân nealterate (pe cât posibil) pe toată durata de viaţă a biosistemului (formând aşa numita "experienţă de viaţă" a acestuia, baza informaţională de referinţă), iar celelalte vor fi folosite pentru procese de prelucrare temporare având ca referinţă (etalon de comparaţie) respectiva bază.