자동 저장

Autowave

자동 저장기는 활성 매체에서 자체적으로 지원하는 비선형 파동(즉, 분산 에너지원을 제공하는 파동)이다.이 용어는 일반적으로 파동이 비교적 낮은 에너지를 전달하는 과정에서 사용되는데, 이는 활성 매체를 동기화하거나 전환하는데 필요하다.

소개

목적적합성 및 중요성

자동 저장장치(AW)는 점 와이즈 시스템에서 관찰되는 자기 스케일링의 분포 유사점이다.그 예로는 연소파, 신경충동, 분배터널 전환파(반도체 내) 등이 있다.자동 저장 프로세스(AWP)는 생물학적 시스템에서 관리 및 정보 전달의 대부분의 프로세스의 기초가 된다. (...) 활성 매체의 흥미로운 특징은 자동 저장 구조(AWS)가 그 안에서 발생할 수 있다는 것이다. (...) 이 작업의 중요성은 다음과 같다.
1. AW와 AWS는 모두 등식 (1)로 기술된 모든 물리적 성질의 시스템에서 발생할 수 있다.
2. 이것은 국소적 상호작용을 통해 거시적 선형 스케일을 상승시키는 새로운 형태의 동적 프로세스로, 각각은 선형 스케일을 가지지 않는다.
3. AWS는 살아있는 유기체(즉 생물학적 시스템)에서 형태생식의 기초를 제공한다.
4. AWS의 출현은 활성 환경에서 난기류의 새로운 메커니즘이다.

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Автоволны (АВ) являются распределёнными аналогами автоколебаний в сосредоточенных системах.Их примерами являются волны горения, нервные импульсы, волны распределения туннельных переходов (в полупроводниках) и т.п. Автоволновые процессы (АВП) лежат в основе большинства процессов управления и передачи информации в биологических системах. (...) Интересной особенностью активных сред является то, что в них могут возникать автоволновые структуры (АВС) (...) Важность АВС определяется следующим:
1. АВ и АВС могут осуществляться в системах любой физической природы, динамика которых описывается уравнениями вида (1).
2. Это новый тип динамических процессов, порождающих макроскопический линейный масштаб за счёт локальных взаимодействий, каждое из которых линейным масштабом не обладает.
3. АВС являются основой морфогенеза в биологических системах.
4. Возникновение АВС — новый механизм турбулентности в активных средах.
— (1981), [B: 1]

In 1980, the Soviet scientists G.R. Ivanitsky, V.I. Krinsky, A.N. Zaikin, A.M. Zhabotinsky,[A: 1][A: 2][B: 2] B.P. Belousov became winners of the highest state award of the USSR, Lenin Prize "for the discovery of a new class of autowave processes and the study of them in disturbance of stability of the distributed excitable systems."

간단한 자동차 연구 기록

자기계발을 활발하게 연구한 최초의 사람은 학술적 AA 안드로노프였으며, 러시아어 용어로 "자동계"라는 용어는 AA 안드로노프에 의해 1928년에 도입되었다.로바체프스키 대학 출신의 그의 추종자들은[note 1] 오토웨이브 이론의 발전에 더욱 크게 기여했다.

연소 과정을 기술하는 가장 간단한 자동 저장 방정식은 A.N. Kolmogorov,[A: 3] I.E. Petrovsky, N.S. Piskunov, Ya.B.가 연구했다. 젤도비치 vich.A. 1938년 프랑크 카메네츠키[A: 4]

심근에 오토워브스가 있는 고전적인 자명감 모델은 1946년 노르베르트 비너와 아르투로 로젠블루에스에 의해 출판되었다.[A: 5]

1970-80년 사이에 오토바브스를 연구하기 위한 주요 노력은 모스크바 근교 도시 푸시치노에 위치한 USSR 과학아카데미 생물 물리학 연구소에 집중되었다.V.I.의 안내로 여기 있었다.A.V.로 자동차 연구 분야의 전문가인 크린스키.판필로프, I.R.에피모프, R.R.알리예프, K.I. 아글래즈, O.A.모르네프, 검시관치가노프는 교육과 훈련을 받았다.브이비크타셰프, 유에엘킨, A.V. 모스칼렌코는 E.E의 지도 아래 이웃한 생물학 수학적 문제 연구소의 푸시치노에서도 오토웨이브 이론에 대한 경험을 얻었다.셔놀.

이 모든 (그리고 다른) 현상에 대한 "자동 공정"이라는 용어는 구소련의 물리학자 R.V. Khokhlov에 의해 만들어졌다.이러한 오토웨이브와 사이너게틱스 및 자기 조직으로부터의 아이디어 사이에는 분명하고 중요한 관계가 있다.

— V. A. Vasiliev etc. (1987), [B: 3]

"자동화"라는 용어는 아마도 이전의 "자동화"와 유사하게 제안되었다.

소비에트 연방 해체 직후, 이 러시아 과학자 중 많은 수가 외국 기관에서 일하기 위해 모국을 떠났고, 그곳에서 그들은 여전히 오토워브에 대한 연구를 계속하고 있다.특히 E.R.에피모프는 제세동 중 발생하는 일부 효과를 설명하는 가상 전극 이론을 개발하고 있다.[A: 6]

이러한 조사에 종사하는 다른 저명한 과학자 중에는 A.N. 자이킨과 E.E.가 있다.Shnoll(혈액 응고 시스템의 자동 및 분기 기억 장치);[A: 7][A: 8] A.Yu. Loskutov(일반 자동 저장 이론과 자동 저장에서의 동적 혼란);[B: 4] V.G. Yakhno(일반 자동 저장 이론과 자동 저장과 사고 과정 사이의 연관성);[A: 9] K.I. Agladze(화학 매체에 있는 자동차);[A: 10][A: 11] V.N.비크타셰프(일반적인 오토웨이브 이론과 다른 종류의 오토웨이브 드리프트);[A: 12][A: 13] O.A.Mornev (일반 자동 저장 이론);[A: 14][A: 15] M.A.Tsyganov(인구 역학에서 자동 저장 역할)[A: 16]Yu.E. Elkin, A.V. Moskalenko, (심장조직의 모델에서 bifuration memory).[A: 17][A: 18]

심장조직의 자동포장 모델을 연구하는 데 있어서 큰 역할은 데니스 노블과 옥스포드 대학의 그의 팀원들에게 있다.

기본 정의

autowaves의 첫 번째 정의 중 하나는 다음과 같다.

이제 오토워브를 초기 조건과 경계 조건 모두에서 충분히 작은 변화에도 변화가 없는 비평형 환경에서 어떤 자생파 과정으로 간주하는 것이 허용된다.(...) 오토워브를 기술하기 위한 수학적 기구는 종종 능동적인 비선형성을 갖는 확산형의 방정식이다.

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Под автоволнами принято сейчас понимать самоподдерживающийся волновой процесс в неравновесной среде, остающийся неизменным при достаточно малых изменениях как начальных, так и граничных условий. (...) Математическим аппаратом для описания автоволн чаще всего служат уравнения диффузионного типа с активной нелинейностью.
— (1981), [B: 1]

보수적인 시스템에 내재되어 있고 선형 2차 순서 쌍곡 방정식(파동 방정식)으로 수학적으로 기술되는 음파, 전자파 등과 달리, 미분방정식의 측면에서 자동 포워브의 역학은 특수 자유부재의 비선형 자유부재를 갖는 포물 방정식으로 설명할 수 있다.형체를 이루다

프리f →(→){\{fu}})의 구체적인 형태는 다음과 같은 이유로 매우 중요하다.

...포인트 시스템 → = →(u→ → )의 비선형 역학에 의해 생성되는 모든 파동 프로세스 이것은 자가 분해되거나 잠재적으로 자가 분해되는 것이다.

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все волновые процессы порождаются динамикой нелинейной точечной системы , которая является автоколебательной или потенциально автоколебательной.
— (1981), [B: 1]

때문에 f(u){\displaystyle f(u)}에 두 매장의 아주 복잡한 형태가 일반적으로, f{\displaystyle f}{N\displaystyle}이런 의미에서 u{\displaystyle u}.[해명 필요한]에 의존 -shaped, 등식들의 그 제도가 Aliev–Panfilov model,[A:19]으로 알려져 있다. 매우 이국적인 예를 들어, N의 형태를 띤다.mo 외에도 secting 포물선,두 개의 직선으로 교차되어 이 모델의 비선형 특성이 더욱 뚜렷하게 나타난다.

자동 저장은 분산된 에너지원을 포함하는 광범위한 비선형 시스템에서 자생하는 파동 프로세스의 한 예다.단순한 자동 저장에 대해서는 정확하다. 이 기간, 파장, 전파 속도, 진폭 및 자동 저장의 일부 다른 특성은 매체의 국부적 특성에 의해서만 결정된다.그러나 21세기 들어 연구자들은 '전통적' 원칙을 어길 때 자기파 해결의 예가 점점 많아지는 것을 발견하기 시작했다.

(예: 문헌의[B: 5][B: 3][B: 6][B: 4][A: 20][A: 17][A: 18][A: 7][A: 8] 일반 정보도 참조하십시오.)

가장 간단한 예

피셔 방정식을 위한 전환파 전면 솔루션(자세한 내용은 반응-확산 참조).

가장 단순한 오토웨이브 모델은 가장 바깥쪽에 있는 도미노 효과(일명 "도미노 효과")를 떨어뜨리면 차례로 떨어지는 도미노의 등급이다.이것은 전환파의 한 예다.

오토브스의 또 다른 예로 들판에 서서 풀밭에 불을 지른다고 상상해보라.기온이 문턱을 밑도는 동안에는 풀에 불이 붙지 않는다.임계 온도(자동점화 온도)에 도달하면 연소 프로세스가 시작되고, 가장 가까운 영역에 충분한 열이 방출된다.그 결과 연소 전선이 형성되어 전장을 통해 퍼지게 된다.이러한 경우 자가포장이 발생했다고 말할 수 있는데, 이는 비균형 열역학 시스템에서 자가 조직화의 결과 중 하나이다.얼마 후 새 잔디가 불에 탄 잔디를 대체하고, 들판은 다시 점화 능력을 얻게 된다.이것은 흥분파의 한 예다.

오토웨이브 과정에도 고려되는 많은 다른 천연물들이 있다: 활성 매체에서의 진동 화학 반응(예: 벨루소프-자보틴스키 반응), 신경 섬유에 따른 흥분 펄스의 확산, 특정 미생물의 군집에서의 파동 화학 신호 전달, 강전 및 반도체에서의 자동 전달.필름, 인구 파동, 전염병 및 유전자의 확산, 그리고 많은 다른 현상들.

회복과 함께 활성 매체에서 오토워브의 전형적인 예로서 작용하는 신경 자극은 헤르만 폰 헬름홀츠에 의해 1850년까지 연구되었다.가장 단순한 자기파 솔루션(범용 형태와 진폭, 초기 조건과 무관하며 충돌 시 소멸)에 전형적으로 나타나는 신경 자극의 성질은 1920년대와 1930년대에 확인되었다.

파동이 세포막의 한 지점을 통과할 때 발생하는 다양한 단계를 보여주는 작용 전위의 전기생리학적 기록의 도식.

원소로 구성된 2D 활성 매체를 고려해 보십시오. 각 매체는 휴식, 호기 및 굴절성의 세 가지 상태에서 찾을 수 있다.외부의 영향이 없을 때는 원소가 정지해 있다.그것에 대한 영향의 결과, 활성제의 농도가 임계값에 도달하면 원소는 흥분 상태로 전환되어 인접 원소를 흥분시키는 능력을 획득하게 된다.소자가 흥분한 후 얼마 후 소자는 흥분할 수 없는 내화 상태로 전환된다.그러면 원소는 다시 흥분된 상태로 변신할 수 있는 능력을 얻으면서 초기의 휴식 상태로 돌아온다.

"일반적인" 흥분파는 감쇠 없이 흥분성 매체로 이동하며, 그 모양과 진폭은 일정하게 유지된다.통과하면서 에너지 손실(분산)은 활성 매체의 요소로부터 에너지 입력에 의해 완전히 상쇄된다.예를 들어 심근 샘플에 대한 전체 맥박 지속시간 대비 선행 전면 지속시간의 비율은 약 1:330이다.

매우 다른 운동학적 특성을 가진 2차원 및 3차원 활성 매체에서 자동 저장 프로세스를 연구할 수 있는 독특한 기회에는 컴퓨터를 이용한 수학적 모델링 방법이 제공된다.오토워브스의 컴퓨터 시뮬레이션을 위해, 일반화된 Wiener-Rosenblueth 모델뿐만 아니라 많은 다른 모델들을 사용하며, 그 중에서도 특별한 장소는 피츠후그-나구모 모델(활성 매체의 가장 단순한 모델과 그 다양한 버전)과 호지킨-이 차지하고 있다.헉슬리 모델(신경 충동).또한 많은 자동 저장 심근 모델도 있다.Beeler-Reuter 모델, 여러 Noble 모델(Denis Noble에 의해 개발됨)알리예프-판필로프 모델, 펜톤-카르마 모델 등

자동 저장의 기본 속성

또한 가장 단순한 자동 저장 체제는 특정 활성 매체를 설명하는 복잡성의 미분 방정식의 모든 시스템에 공통되어야 한다는 것이 증명되었다[A: 21]. 그러한 시스템은 두 개의 미분 방정식으로 단순화될 수 있기 때문이다.

알려진 주요 자동 저장 개체

무엇보다도 먼저, 우리는 활성 미디어의 요소들이 적어도 세 가지 매우 다른 유형들, 즉 자기 흥분, 흥분, 흥분, 그리고 촉발(또는 비스트레이블) 정권들 중 하나일 수 있다는 것을 알아야 한다.이에 따라 이들 요소로 구성된 동질 활성 매체에는 세 가지 유형이 있다.

바이스트 가능 원소는 두 가지 안정된 정지 상태를 가지며, 이 전환은 외부 영향이 특정 임계값을 초과할 때 발생한다.그러한 원소의 매체에서는 전환파가 발생하며, 이는 매체를 하나의 주에서 다른 상태로 전환한다.예를 들어, 그러한 전환 자동 저장(아마도 가장 단순한 자동 저장 현상)의 전형적인 사례는 떨어지는 도미노(이미 주어진 예)이다.바이스트 가능 매체의 또 다른 간단한 예는 종이를 태우는 것이다: 전환파는 불꽃의 형태로 전파되어 종이를 정상 상태에서 재로 바꾼다.

흥분성 원소는 오직 하나의 안정된 정지 상태를 가지고 있다.임계 수준에 대한 외부 영향은 그러한 원소를 정지 상태에서 벗어나 원소가 다시 정지 상태로 돌아오기 전에 진화를 수행할 수 있다.그러한 진화 동안에 활성 원소는 인접한 원소에 영향을 미칠 수 있고, 나아가 이들을 정지 상태에서 벗어나게 할 수 있다.그 결과 흥분파가 이 매개체에서 전파된다.이것은 신경조직이나 심근과 같은 생물학적 매체에서 가장 흔한 형태의 자가포장이다.

자체 스케일링 소자는 정지 상태가 없으며 일정한 형태, 진폭 및 주파수의 안정적인 진동을 지속적으로 수행한다.외부의 영향은 이러한 진동을 방해할 수 있다.어느 정도 여유 시간이 지나면 단계를 제외한 모든 특성이 다시 안정된 가치로 돌아가지만, 그 위상은 바뀔 수 있다.그 결과 위상파는 그런 원소의 매개체에서 퍼졌다.그러한 위상파는 전기 화분이나 특정 화학 매체에서 관측할 수 있다.자가 스케일링 매체의 예로는 흥분 펄스가 자연적으로 발생하는 심장의 SA 노드가 있다.

활성 매체를 기술하는 방정식의 기본 계통의 위상 초상화(그림 참조)에서 활성 매체의 이 세 가지 유형의 행동 사이에 중요한 차이가 단수 점의 양과 위치에 의해 발생한다는 것을 명확히 알 수 있다.실제로 관찰되는 자동 포장의 형태는 서로 매우 유사할 수 있으며, 따라서 흥분 맥박의 형태만으로 원소의 종류를 평가하기 어려울 수 있다.

게다가 관찰하고 조사할 수 있는 자동포장 현상은 활성 매체의 기하학적, 위상학적 특성에 크게 좌우된다.

1차원 자동 저장

1차원 사례로는 케이블에서의 자동 포장과 링에서의 확산이 포함되며, 후자 모드는 2차원 활성 매체에서의 회전파의 제한적인 사례로 간주되는 반면, 첫 번째 경우는 곡률 제로(즉, 반경이 무한대)의 링에서의 자동 포장의 확산으로 간주된다.

2차원 자동 저장

상기 피츠휴-나구모 타입의 2개 성분 반응-분해 시스템에서 발견된 자동 전파 반향기.

2차원 활성 매체에는 많은 자동 저장 소스가 알려져 있다.이와 같이 고리, 나선파, 반향기(즉, 2차원 자동포장 소용돌이) 및 세동주위를 돌고 있는 [note 2]최소 5종류의 재진입이 구별된다.이 문헌은 2D 활성 매체에서 동심 자동 저장의 두 가지 유형의 원천을 식별한다. 이들은 심장박동기와 선도 센터들이다.선두 센터와 반향기는 모두 흥미롭다. 왜냐하면 그것들은 매개체의 구조에 얽매이지 않고 다른 부분에서 나타나거나 사라질 수 있기 때문이다.자동화가 증가한 영역도 자동 저장소의 한 예가 될 수 있다.세 가지 유형의 향상된 자동화가 현재 알려져 있다.[B: 7]

  1. 유도 자동주의
  2. 초기 탈분열이라는 메커니즘으로 자동주의를 촉발하다.
  3. 탈분열 후기 메커니즘으로 자동주의를 촉발하다

추가적으로[A: 22][A: 13] 2D 정도

Spiral wave(나선형 파동) 또는 자동 저장 반향기로 나타날 수 있는 회전 자동 저장 기사의 세부 정보도 참조하십시오.

분리 기억의 현상은 알리예프-판필로프 모델에서 자동 저장 반향기의 동작에서 관찰되었다.[A: 17]

3차원 오토웨이브

3D.[A: 23][A: 12]

자연에서 자동 저장 프로세스의 예

끓는 자동포장제

화학 용액 자동 저장

화학반응의 예로서, 특정 상황에서 자가포장을 일으킬 수 있는 것은 벨루소프-자보틴스키 반응이다.[A: 1][A: 2][B: 2][B: 8][A: 24]

생물학적 조직의 자동 저장 모델

망막 자동포장 모델

신경섬유 자동포장 모델

페이지 주요 항목 "호지킨-헉슬리 모델"

심근 모형 자동 저장

클래식한 Wiener—Rosenblueth 모델,[A: 5] 그에 따라 Norbert Wiener와 Arturo Rosenblueth에 의해 개발되었다.

그 밖의 예로는 다음과 같다.FitxHue-Nagumo, Beeler-Reuter 모델.[A: 22][A: 25]

주요 기사는 특별 페이지 "심근 모델 자동 저장"에 실릴 예정이다.

혈액 응고 시스템에 자동 저장

참조를 참조하십시오.[A: 7][A: 8]

인구가 자동 저축하다.

단세포 유기체로 충분한 공급량을 가진 집단 아메배 디스코스텔리움 디스코시디움.하지만, 굶주리는 동안 그들은 다세포 유기체를 형성하면서 함께 기어가고, 이것은 나중에 불리한 조건에서도 살아남을 수 있는 포자를 준다.아메배의 움직임은 환경 내 모포겐 cAMP라는 어떤 물질의 분포에 의해 제어되는 것으로 밝혀졌다.그러한 아메바 세포는 cAMP의 분자를 합성하여 축적하고, 그 안에 있는 cAMP의 농도가 증가하면 이 예비물을 환경으로 "방출"할 수 있다.방출된 cAMP의 양은 환경을 통해 확산되며, 모포겐의 일부를 밖으로 던져 다음과 같은 셀 아메바를 "작동"하게 한다.그 결과, 고농도 cAMP의 자동 포장이 환경을 통해 확산된다.파동이 지나간 후, "방전된" 세포는 합성에 의해 cAMP의 새로운 부분을 다시 축적하기 시작하고, 얼마 후 다시 "실전에 스냅할 수 있다"는 것을 가능하게 된다.따라서 집단 아메배의 인구는 능동매체의 대표적인 예다.

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Коллективные амёбы Dictyostelium discoideum при наличие достаточного питания живут в виде одноклеточных организмов.Однако при голодании они сползаются и образуют ru:Многоклеточный организм, который впоследствии даёт ru:споры, способные пережить неблагоприятные условия.Установлено, что движение амёб управляется распределением по среде некоторого вещества — морфогена цАМФ.Клетки амёб синтезируют и накапливают в себе молекулы цАМФ и способны «высвободить» его запас в окружающую среду, если концентрация цАМФ в ней повысилась.Освободившееся количество цАМФ распространяется за счёт диффузии по среде и заставляет следующие клетки амёб «сработать», выбросив свою порцию морфогена.В результате по среде распространяется автоволна — повышенная концентрация цАМФ.После прохождения волны «разрядившиеся» клетки начинают вновь накапливать за счёт синтеза определённую порцию цАМФ и по прошествии некоторого времени способны «срабатывать» вновь.Таким образом, популяция коллективных амёб служит типичным примером активной среды.
— Krinsky & Mikhailov, (1984)[B: 5]

모집단 자동 축척의 개별 기반 모형 예제

하나의 종으로 구성된 생태계의 논리적 결정론적 개별 기반 세포 자동 모델.그 모델은 S자형 인구 증가의 메커니즘을 보여준다.
단일 한정된 자원에 대한 특정 간 경쟁의 논리적 결정론적 개별 기반 셀룰러 오토마타 모델.한 종을 다른 종으로 경쟁적으로 배제하는 메커니즘.

참고 항목

메모들

  1. ^ 예를 들어, "확산 시스템에 프로세스 자동 저장"(1981)의 편집자인 Nizhny Novgorod 명예시민과 RSFSR M.T. Grekhova의 명예과학자일 뿐이다 —참고를 참조하십시오.
  2. ^ 이제 다양한 심장 부정맥의 원인으로서 재입학의 슬픈 역할이 잘 인식되고 있다.기본 계획 재진입은 1914년까지 제안되었고, 격리된 심장 조직 고리(GR 광산 — Trans) 연구에서 얻어졌다.R.Soc.Can, 1914, 8, 43).T.Lewis 등은 1921년에 심방 동요가 오른쪽과 왼쪽 심방 위쪽으로 흥분파의 순환에 의해 조절될 수 있다는 것을 입증했다(Heart, 1921, 8, 361).이 사실은 20세기 중반 C.E에 의해 다시 실험적으로 확인되었다.카브레라와 D.솔리폴라레스(아치)심돌.Mex, 1947, 17,850).초심실 빈맥의 병적 메커니즘으로서 재진입의 필수적인 역할은 F.O.에 의해 1928년에 제안되었다.슈미트와 J.얼랑거(암).J. 물리.1928-1929, 87, 326).또한 심실빈맥과 심실세동에도 여러 가지 원인이 있다.

참조

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