Физическим «субстратом» канала передачи биологически значимой информации могут выступать, с равной вероятностью и электромагнитные поля, и акустические поля, а также сенсорные раздражители то, что организм готов принимать из внешней среды. Периодические (механические или электромагнитные) изменения внешней среды приводят к периодическим изменениям определенного параметра (например, колебания атмосферного давления ведут к колебаниям давления внутри грудной клетки, соответственно к изменениям трансмурального давления и давления крови в любой точке). Собственные резонансные частоты могут определять частоты максимального отклика организма, как при воздействии механических колебаний, так и электромагнитных.

Употребляемый здесь термин «резонанс» используется не в общепринятом смысле, а отражает суть определяемая, как не монотонная (резонансная) зависимость реакции объекта от интенсивности внутреннего шума, которым является по факту собственное электромагнитное поле организма, образованное неупорядоченными по частотам, фазам, векторности излучения, поляризации и пр., полями, созданными отдельными клеточными диполями и агрегациями клеток. Мы можем определить его как стохастическое.

Чувствительность организмов к электромагнитным полям связана с реакцией сложных регуляторных систем находящихся в глубоких структурах головного мозга, характер же этих реакций обусловливается организацией каждой такой системы, складываясь не суммированием свойств ее частей, тем более самых элементарных — молекул. Инициацию системы внешним (биоинформационным) электромагнитным сигналом, связывают с интенсификацией процессов обмена свободной энергией в клеточных структурах, понимая под этим взаимную синхронизацию собственных электромагнитных полей данных агрегации. Из-за связанности систем организма периодическое воздействие может передаваться к различным осцилляторным структурам и быть причиной резонансной раскачки колебаний в соответствующих осцилляторах, если воздействие производится на биологически эффективных частотах.

Важнейшую роль в пространственно-временной организации одно- и многоклеточных организмов играет синхронизация. Так известно, что синхронно делятся клетки на ранних стадиях эмбрионального развития, волокна сердечной мышцы сокращаются синхронно, взмахи крыльев при полете птиц и движение плавников рыб происходят синхронно.

С понятием синхронизации в стохастическом резонансе связанно и столь важное явление, как эффект захвата частоты и фазы. Этот эффект знаком радиотехникам (генерация сигналов), где с энергофизических позиций захват частоты внешним облучением означает, как бы «энергетическую перекачку» в шумовом спектре клеточных агрегаций, что имеет наглядные аналогии в тепловых, механических и прочих системах.

Соподчинения системных ритмов в функционалах биосистемы, модулируются ритмом системы более высокого иерархического ранга, посредством внешней синхронизации, и на основе этого, также происходит согласование биоритмов с физическими ритмами внешней среды. При воздействии внешних электромагнитных полей, явление стохастического резонанса может происходить на одной частоте (одночастотный резонанс), на двух (двойной резонанс) или на нескольких частотах (мультирезонанс). Например, стохастический резонанс может участвовать в активирование ионных каналов в мембране нейронов, что повышает их чувствительность к низкоинтенсивным электрическим сигналам, которые не могут преодолеть порог возбудимости.

Явление стохастического резонанса непременным условием предполагает нелинейность биосистемы. Нелинейность изначально неразрывно связана с синхронизацией внешних (возмущающих) воздействий, с одной стороны, а с другой — чувствительностью системы с шумом к слабому возмущающему сигналу, по принципу «корреляционного приема». Было доказано, что в нелинейных системах шум может играть «положительную» роль, вызывая увеличение степени упорядоченности движений в системе или к улучшению рабочих характеристик системы, «приводить к образованию новых структур, увеличивать степень когерентности, вызывать рост усиления и увеличение отношения сигнал/шум».

Механизм стохастического резонанса обеспечивает фильтрацию значимых составляющих спектра из фонового шума. Экспериментально было обнаружено, что наличие источников шума в нелинейных динамических системах (а человек таковой является непосредственно) может привести к принципиально новым режимам функционирования системы, которые как таковые не могут быть реализованы в отсутствие шума. Динамическое накопление выделенных значимых составляющих спектра шумов, служит предпосылкой в управлении бифуркацией, т.е. переходом системы из неравновесного состояния в качественно иное равновесное, по мере накопления полезной информации.

Рассматривая биологический уровень (природный) использования явления стохастического резонанса, в целях обработки информации биообъектами, обычно указываются специальные «системные приспособления» организмов, найденные ими в ходе эволюции. Примерами использование внутреннего шума и шума внешней среды, в процессе эффективного выделения  полезной информации, могут являться антенное устройство бабочек, а также, в этом ряду, можно упомянуть и «естественные антенны» растений, реализованные в листьях и хвое.

По моему мнению, очень интересным с точки зрения рассмотрения предыдущих тем, является поведение сверчка при появлении угрозы со стороны осы. Насекомое должно заблаговременно определить приближения угрозы (осы), поэтому им выделяются периодические колебания воздуха, обусловленные колеблющимися крыльями осы (с частотой примерно от 80 до 100Гц), на фоне значительных внешних акустических помех. Насекомое функционирует, как не динамическая пороговая система, где внешний акустический шум, присутствующий всегда в воздушной среде, помогает ему реализовать эффект стохастического резонанса. С помощью своих механорецепторов он определяет периодический сигнал, — «тревога» — который создается колебаниями воздуха от крыльев осы. Колебательная частотная характеристики определенных движений конечностями сверчка, позволяет ему на резонансных частотах уточнить местоположение осы.

Следующий пример не менее интересен. Он относится к стратегии поведения речного рака, который стремится избежать встречи с хищником в воде. Система механорецепторов рака, располагающаяся в хвостовой части его тела, воспринимает почти периодические колебания водной толщи (около 10Гц), обуславливаясь движением приближающейся рыбы, на фоне широкополосного акустического шума всегда присутствующего в воде. И в этом случае реализуется классический вариант стохастического резонанса. Причиной тому является скорость распространения звуковой волны в воде, которая больше скорости перемещения рыбы, рак своевременно получает информацию о приближении хищника и успевает вовремя спрятаться. Модельные эксперименты на механорецепторах сверчка и речного рака полностью подтвердили механизм работы механорецепторов, как нелинейных систем, в которых реализуется эффект стохастического резонанса.

Также необходимо обратить внимание на одно обстоятельство. В хвостовой части речного рака имеются фоторецепторы, которые хорошо реагируют на световой поток в воде. При возбуждении фоторецепторов изменяется величина внутреннего шума нейронов, связывающих механорецепторы с нервной системой. И в этом случае, также было показано наличие стохастического резонанса, создаваемого световым потоком (внутренним шумом). Таким образом, в зависимости от освещённости и изменения величины внешнего акустического шума воды, приемная система речного рака может «подгонять» (с помощью добавления внутреннего шума) под оптимальное значение суммарную величину шума, необходимую для нормальной реализации стохастического резонанса.

Не так давно было обнаружено, что за счёт стохастического резонанса улучшается эффективность многих нейрофизиологических процессов и у людей. Например, в 2002 году эксперименты Дж. Коллинза и его коллег из Бостонского университета убедительно показали, что подпороговый тактильный шум (то есть слабые беспорядочные вибрации, сами по себе неощутимые пациентом) способны обострять чувство баланса при ходьбе. А это значит, что специальная обувь с хаотически вибрирующей вкладкой в подошве может улучшить координацию пожилых людей или людей с расстройствами баланса. Другое применение той же идеи — специальные перчатки, создающие слабый тактильный шум, -повысит чувствительность пальцев и окажет незаменимую помощь микрохирургу в ходе операции.

В ходе эволюционных процессов организм животных и человека научился использовать все средства для сохранения жизни. Эффект стохастического резонанса, как фундаментальное физическое явление может быть с успехом использован в медико-биологических исследованиях при объяснении механизмов высокой чувствительности биологических систем к слабым внешним электромагнитным полям не только миллиметровом, но и в других диапазонах длин волн. Этот эффект может быть привлечен также для объяснения эволюционно закрепленной способности живых объектов извлекать важную для нормального функционирования информацию из окружающей среды на фоне воздействия на них внешних шумов различной физической природы.

Огромное множество примеров того как организм строит свое поведение с учетом вероятностного прогнозирования, потребного будущего. Хищник, догоняя жертву, не повторяет ее путь, а движется наперерез, в некоторую точку, где окажется одновременно с жертвой. Дети, играющие в мяч («вышибалы») показывают свою ловкость и внимательность, их движения сосредоточены, ловки, быстры, точны. Это связано с тем фактом, что как только теряется внимание, как только потеряна степень контроля положения, тут же сбивается общая реакция  настраивающая рефлексы на то, чтобы мяч не смог попасть в игрока. Если присмотреться к участникам игры, то можно увидеть их внимательный взгляд глаз, следящий за каждым движением, за тем, в чьих руках находится мяч. Мышцы их тела напряжены, малейшее движение руки или головы обладателя мяча, вызывает небольшое, но отчетливое движение всего тела играющего с противоположной стороны.

В описанной ситуации все играющие стараются предугадать, что будет в следующий момент и для наилучшего прогноза им нужно быстро и точно собрать сведения о ситуации – отсюда у них внимательный взгляд и четкость рефлекторных функций. В соответствии с прогнозом, поддерживаются в максимальной готовности к действию именно те мышцы, от действия которых зависит наилучший вероятностный результат,- уклонится играющему от броска мяча. Ловкость и гармоничность движения в большей мере зависит от того, подготавливается ли заранее человек к ним, тем самым преднастраивая те мышцы, которые должны будут осуществить движение.

Так мы приходим к диалогу с телом, в основу которого положен комплекс рефлексов ведущих диалог с сознанием, создавая тем самым, на основе этого процесса отелесненый разум. В ходе этого процесса происходит развитие самовосприятия и самопонимания, где самосознающая себя личность, владея методами самоконтроля, создает все предпосылки для эффективного осуществления своих жизненных задач.

Продолжение следует…

В сложных структурах нейронных сетей головного мозга, состоящих из большого количества реципирующих и промежуточных компонентов, возникают всевозможные функциональные модификации взаимных воздействий, с специфическими и неспецифическими, разного рода автоколебаниями, реверберациями и т.д. и т.п., что в целом порождает весьма сложные структурно-функциональные модели, содержащие разнообразные признаки среды.

И. Пригожин описал принцип «порядок из хаоса», или та же смысловая интенция, только через формулировку кибернетика Х.фон Фёрстера – принцип «порядок через шум». В свете данной формулы у нас появляется возможность раскрыть механизм возникновения порядка в хаосе, рассмотрев данную бинарную пару с позиций синергетики, где к порядку приходят на основе хаотического движения.  Прежде всего, синергетика позволяет говорить о том, что понятие хаос является конструктивным механизмом самоорганизации сложных систем. Для объяснения перехода от хаоса к порядку в процессах самоорганизации наиболее интересно рассмотреть синергетический принцип «детерминированного хаоса». Исходя из этого, человек с позиций теории самоорганизующихся систем, описывается как рискованная система с самоорганизующейся и самоисцеляющейся структурой, которая удерживает равновесие, балансируя на грани порядка и хаоса, как на лезвие бритвы.

Так считается что полный хаос как и полная сверхсинхронизация, в одинаковой степени, опасны для человека. Многие органы в человеческом организме функционируют с определенной внутренней долей хаотичности.  В силу того, что случайности в системе имеют место быть, но только в ограниченных тенденциях, состояния, описывающиеся детерминированным хаосом, являются физически нормальными для всех органов человеческого организма, в том числе и для функциональной активности мозга.

Так, например, существует вариабельность ритма сердца, которая выше у детей, чем у взрослых, и повышение вариабельности ритма сердца означает улучшение здоровья. Исходя из этого, получается, что должна быть определенная доля хаоса и определенная доля порядка в функционировании сердца, и эти доли должны быть сбалансированы. О мозговой активности человека можно сказать то же самое. Экспериментальные исследования нейродинамических процессов в мозгу человека, показали, что в состоянии глубоко сна у нормального (без психических патологий) человека имеются некоторые черты детерминированного хаоса и характеризоваться они могут понятием странного (хаотического) аттрактора. Эпилептические состояние, в отличие от этого, характеризуются чрезвычайно сильной «регулярностью» церебральной активности.

Маломерный хаос характеризует показатели ЭЭГ и ЭКГ работы сердца и мозга. Этим создается возможность четко реагировать на изменяющиеся внешние условия и вследствие этого надлежащим образом действовать походу осуществляющегося взаимодействия. Хаос (ограниченный или детерминированный), некоторого рода разупорядоченность, вариабельность в организме человека являются жизненно важными характеристиками гармоничного состояния человеческой психофизиологии.

Далее, самоорганизующаяся система должна быть нелинейной, со сменяющимися темпами развития, с различными режимами функционирования, она должна быть чувствительной к малым изменениям (флуктуациям) в состояниях неустойчивости. Такого рода подход в синергетической теории создает понимание динамической устойчивости сложноорганизованных структур (подвижное равновесие Л.фон Берталанфи), поддерживающаяся в условиях необходимого разнообразия (по У.Эшби), тем самым создавая подготовленность системы к разнообразным изменениям в будущем.

Чтобы система была способна к самоорганизации, создавая тем самым сложные упорядоченные структуры из неорганизованных, хаотично существующих элементов она должна обмениваться веществом, энергией, информацией с окружающей средой, а также должна быть удалена от своего равновесного состояния, потому как в состоянии равновесности не может возникнуть ничего нового интересного.

Для объектов неживой природы воздействия окружающей среды в большинстве свое губительны, а для живых существ многие объекты и воздействия окружающей среды не только не вредны, но даже необходимы для поддержания существования. Это лежит в основе важного свойства живых существ как активная избирательность по отношению к окружающей среде. Среда, вступая во взаимодействие с организмом, являясь как бы пассивной стороной, активная же избирательность в адресации воздействий и в использовании возникающей при этих воздействиях информации принадлежит только организму, заставляя искать механизм этого явления, по сути, внутри организма, а не между ним и средой. Многие воздействия организма имеют специфическую направленность в среде, что позволяет говорить о том, что воздействия со стороны среды либо воспринимаются, либо блокируются организмом, позволяя говорить о дифференциальной восприимчивости к внешней среде обозначаемой как избирательная активность.

Для раскрытия данной позиции, на мой взгляд, необходимо остановится на концепции стохастического резонанса. Будучи единой, она основана на понятийном базисе теорий управления и систем, и являясь, в сущности,  информационной парадигмой, в рамках которой возможно единообразное описание многообразных явлений взаимодействия организма со слабыми энергетически сигналами, несущими биологически значимую информацию из окружающей среды. В основе информационных процессов в организме положен механизм распознавания внешних воздействий, работающий по принципу стохастического резонанса.

Стохастический резонанс — одна из последних теоретических концепций, которая вполне применима к объяснению механизмов информационных взаимодействий электромагнитных полей с биологическими объектами. Стохастические синхронные и резонансные процессы, играют важную роль в системной регуляции функций организма, и предполагают временную согласованность динамических процессов, усиливая периодический сигнал, при совпадении их фазово-частотных характеристик.

Эта концепция является одним из важных подходов, применительно к низкоинтенсивным электрическим и электромагнитным взаимодействиям в биологических системах. Она показывает как в процессе усиления поступления (накачивания) энергии из широкополосного внутреннего шума объекта, при некотором оптимальном уровне шума, наблюдать максимум эффекта.

Хаотическое воздействие, или попросту шум, обычно считается вредной помехой, препятствующей нормальному функционированию устройств. Физикам, однако, давно известно, что в определённых ситуациях шум может играть и конструктивную роль. Именно это происходит, например, при стохастическом резонансе, когда шум определённой мощности резко улучшает чувствительность системы к слабым внешним воздействиям. Другим примером такой ситуации является возможность подавления внутренних шумов с помощью внешних.

Роль шумовых колебаний, необходимых для реализации стохастического резонанса, может выполнять как внешний, так и внутренний, тепловой шум биологического объекта. Внешний шумоподобный сигнал вызывает в биологической системе ответную реакцию, механизм которой не всегда может быть однозначно интерпретируемым. Изменяя частоты и амплитуды такого сигнала, мы получаем возможность формировать разнообразные типы связей между самим сигналом и спонтанно осциллирующими физиологическими процессами в организме. В некоторых случаях происходит стохастический захват частоты и фазы ритма внешним сигналом (синхронизация), что может оказать значимое воздействие на эндогенный ритм.

Можно утверждать, что внешний шумовой сигнал низкой интенсивности (природный или генерируемый техническими устройствами), воздействуя на живой организм с собственными (имманентными) шумовыми полями (электромагнитным, акустическим, тепловым и т.п.), является инициатором информационной упорядоченности (когерентности) биоинформационных сигналов в самой биосистеме. Происходит инициирование интенсификации, посредством стохастического резонанса, связанной с процессами превращения свободной энергии в клетках и приводящей к коррекции и восстановлению физиологических норм жизнедеятельности организма. Такова роль стохастического резонанса в роли физического явления.

В свете вышесказанного хочется рассмотреть функциональную особенность стохастического резонанса в другом аспекте жизнедеятельности человека, а именно с позиций психофизики. Интересен тот факт, что в психопрактиках таких как гимнастика йогов (хатха-йога), даосская гимнастика, а также разные виды единоборств, в ходе овладения навыками управления своим телом и сознанием, всегда рекомендовались специальные упражнений, в основе которых лежит физическая активность. Овладевая управлением своей “телесности”, человек получал возможность уменьшить влияние «внутреннего диалога» (монотонной постоянно существующей ментальной активности), повысив в разы эффективность той методики, которую он изучал, что еще больше увеличивало степень контроля поведения его ума.

Таким образом «внешняя», так сказать, практика управления своим телом (упражнения гимнастики хатха-йогов например), помогает модулировать поведение «внутренних» психических процессов в сознании,  тем самым управляя эмоциональной и ментальной сторонами личности человека, через шум создаваемый физической активностью ( ведь для мозга физические упражнения в сущности являются шумом).

С позиций управленческих, информационно-системных, специфика и понятный интерес к явлению стохастического резонанса заключается в его функции «упорядочения». В нелинейных системах (человек является таковой) шум индуцирует новые и более упорядоченные режимы функционирования системы, что приводит к образованию более регулярных структур, увеличивая когерентность, усилением накладываемого на шум сигнала, что позволяет определить стохастический резонанс как «индуцированный шумовой эффект увеличения степени порядка».

Продолжение следует …