19 Информационное обеспечение пространственной навигации животных.

Рис 19

Рис. 4. Функциональная схема взаимодействия органов чувств в организме животного

В живых организмах линейные и угловые ускорения измеряются не одним, и несколькими различными способами:

– вестибулярным анализатором, воспринимающим результирующие векторы активных сил () с помощью отолитовых датчиков и моментов– полуокружными каналами;

– проприоцептивным анализатором, обеспечивающим организм информацией о величинах результирующих векторов сил мускульной «тяги» , за счет которой животное движется поступательно, и мускульных моментов, вызывающих вращение его тела вокруг центра масс;

– вибриссным анализатором (у птиц и млекопитающих) или органами боковой линии (у рыб, амфибий и рептилий), измеряющим вектор силы сопротивления среды.

Другим способом получения дополнительной навигационной информации является использование сигналов информационных систем, обслуживающих и оптимизирующих работу анализаторов: систем настройки и адаптации. Они имеют собственный рецепторный аппарат, каналы связи и средства обработки информации, с помощью которых обеспечивают изменение параметров приемных устройств анализаторов в соответствии с характеристиками воспринимаемых сигналов, свойства которых во многом определяются их навигационным содержанием.

20 Обеспечение точности и надежности функционирования навигационных биосистем.

1. Многократное элементное резервирование. Используемые в биодатчиках чувствительные элементы отличаются большими (по сравнению с рецепторными клетками) массами, монолитностью и однородностъю структуры, а также простотой устройства (например, кольца жидкости и кристаллические пластины в вестибулярном аппарате, чувствительная мембрана в органах слуха, светочувствительный пигмент в зрительном аппарате и т.п.), что обусловливает их значительную надежность. Рецепторные клетки, преобразующие реакцию чувствительных элементов в эквивалентный сигнал, имеют сложную микроструктуру и, следовательно, их надежность значительно ниже надежности чувствительных элементов. Для ее увеличения в навигационных биодатчиках рецепторные клетки многократно резервируются. Благодаря этому также увеличивается и точность получения навигационного параметра (в раз, гдеn – число параллельно и независимо работающих преобразователей – рецепторов).

2. Методическое дублирование. Наличие двух одинаковых по своим функциям комплектов (левого и правого) биодатчиков обеспечивает увеличение точности и надежности измерений. Однако дублирование биодатчиков в навигационных анализаторах животных реализуется не так, как это принято в технических системах. Биодатчики удалены от центра масс тела, разнесены в пространстве, а их оси чувствительности развернуты одна относительно другой. Такая организация измерений (назовем ее методическим дублированием) позволяет вскрыть новые резервы навигационной информации и организовать контроль состояния парных биодатчиков (инерциальных, зрительных, слуховых и др.).

3. Функциональное резервирование. Отдельные параметры движения животного измеряются в одном анализаторе несколькими функциональными подсистемами, имеющими различный принцип действия, например, угловые движения головы в вестибулярных аппаратах, дальность ориентиров в зрительных аппаратах и др. Поскольку подсистемы анализатора обладают разными динамическими и информационными свойствами, то их погрешности (как методические, так и инструментальные) взаимно не коррелируются. Создаваемая при этом избыточная информация позволяет за счет совместной обработки сигналов подсистем анализатора исключить влияние погрешностей и существенно повысить надежность получения информации.

Функциональное резервирование. Отдельные параметры движения животного измеряются в одном анализаторе несколькими функциональными подсистемами, имеющими различный принцип действия, например, угловые движения головы в вестибулярных аппаратах, дальность ориентиров в зрительных аппаратах и др.

Погрешности (как методические, так и инструментальные) взаимно не коррелируются.

4. Распределенная система обработки избыточной информации.

Первый этап осуществляется на уровне рецепторных клеток - получаемая избыточная информация обрабатывается непосредственно в нейронных цепях биодатчика для увеличения точности и расширения диапазона измерений, уменьшения динамических погрешностей чувствительных элементов, формирования дополнительной информации с производных измеряемых параметров.

Второй этап обработки избыточной информации проводится на уровне биодатчиков.Разностные сигналы однородных биодатчиков содержат качественно новую информацию, используемую организмом для определения навигационных параметров, а также для контроля функционирования парных органов.

Третий этап осуществляется на уровне анализаторов, в которых информационная избыточность создается за счет измерения одних и тех же параметров существенно различными способами, что позволяет в анализаторах “фильтровать” погрешности, повышать помехозащищенность и надежность измерений.

5. Оптимизация параметров биодатчиков - В процессе эволюции геометрические размеры чувствительных элементов приняли оптимальные величины.

6. Вибрационная компенсация погрешностей. Многие навигационные биодатчики животных имеют подвижные чувствительные элементы (глазные яблоки в зрительном анализаторе, отолитовые пластины в инерциальных биодатчиках, система косточек в слуховом аппарате и др.), из – задействия сил трения и гистерезиса упругих связей возникают погрешности измерений, избежать которых можно с помощью явления вибрации.

7. Регулирование параметров биодатчиков.Например, в полуокружьях вестибулярных аппаратов и в органах боковой линии рыб поддерживаются одинаковыми плотность жидкости и твердого вещества заслонок путем регулирования их химического состава.