książki
Autor: Andrzej Bielecki | dodano: 2012-07-19
Najtrudniejszy pierwszy krok

Ryszard Tadeusiewicz (redakcja naukowa) - NEUROCYBERNETYKA TEORETYCZNA, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2009

Cybernetyka, czyli nauka o przetwarzaniu informacji w systemach, głównie w kontekście sterowania, jest dziedziną stosunkowo młodą. Jej powstanie datuje się na rok 1948, kiedy to Norbert Wiener napisał książkę Cybernetyka, czyli sterowanie i komunikacja w zwierzęciu i maszynie (pod tym tytułem wydano ją w 1971 roku w języku polskim). Od tego momentu losy tej dziedziny układały się dość ciekawie. Najpierw, w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, dynamicznie się rozwijała, aby potem podzielić się na dyscypliny co prawda wzajemnie ze sobą spokrewnione, ale jednak traktowane jako oddzielne gałęzie nauki, takie jak sztuczna inteligencja, sterowanie, informatyka czy teoria gier.

Dzisiaj status cybernetyki jest nieco dwuznaczny. Z jednej strony rzadko postrzega się ją jako spójną naukę pokroju matematyki czy fizyki. Z drugiej jednak strony, istnieją czasopisma naukowe, również bardzo prestiżowe, wydawane przez największe na świecie oficyny naukowe, wyłącznie jej poświęcone. Pojęcie systemu – podstawowego obiektu będącego przedmiotem badań cybernetyki – jest niezwykle uniwersalne i dlatego może być ona wykorzystywana do analizy wielu aspektów rzeczywistości. Tak więc, ze względu na obszar zastosowań, wyróżniamy cybernetykę techniczną, biocybernetykę, cybernetykę ekonomiczną czy też socjologiczną. Jedną z podstawowych gałęzi biocybernetyki jest neurocybernetyka, czyli cybernetyka układu nerwowego.

Neurocybernetyka teoretyczna to monografia złożona z prac wielu autorów, której redaktorem naukowym jest profesor Ryszard Tadeusiewicz, wybitny polski cybernetyk, autor wielu artykułów naukowych, w tym również publikowanych w prestiżowych czasopismach zagranicznych, członek PAN i PAU, doktor honoris causa polskich i zagranicznych uczelni. Poszczególne rozdziały – jest ich 14 – traktują o różnych aspektach neurocybernetyki, ujmując zagadnienie w bardzo szerokim kontekście.

Mamy więc omówienia budowy układu nerwowego zwierząt i ludzi, ze szczególnym uwzględnieniem mózgu, przekazywania i przetwarzania sygnałów w systemie nerwowym oraz biochemii mózgu w schorzeniach neurologicznych i psychicznych (rozdziały 1, 2 i 13 oraz, częściowo, rozdział 11). Druga grupa tematyczna to eksperymentalne metody analizy układu nerwowego – radiologiczne badania mózgu (rozdział 10), molekularne mechanizmy jego działania (rozdział 11) oraz elektroencefalografia (rozdział 12). Najwięcej miejsca poświęcono modelowaniu aspektów strukturalnych i funkcjonalnych układu nerwowego na różnych poziomach ogólności. Poruszone są tu takie problemy, jak modelowanie pojedynczych neuronów (rozdziały 4 i 5) oraz pewnych struktur układu nerwowego (rozdziały 5 i 6).

Kolejna klasa modeli to te, które nie są wzorowane na strukturze połączeń nerwowych, ale wykazują pewne własności większych struktur neuronalnych w aspekcie dynamicznego przetwarzania sygnałów. Opisano więc sieci pulsujące (rozdział 7), modele populacyjne (rozdział 8) i tzw. obliczenia płynowe (rozdział 9). Na zakończenie przedstawiono przegląd modeli najwyższych funkcji psychicznych badanych w ramach kognitywistyki – przedmiotem dyskusji są ich różne klasy, możliwości i próby implementacji, a także otwierające się przed nimi perspektywy i dotychczasowe osiągnięcia.

Książka jest rekomendowana jako podręcznik dla studentów i doktorantów wielu kierunków studiów (wymienia się medycynę, biologię, biofizykę, biochemię, farmakologię, psychologię, filozofię, biocybernetykę, kognitywistykę, inżynierię biomedyczną, informatykę, automatykę, robotykę, mechatronikę i bionikę, a dodać by można jeszcze kilka innych, np. matematykę stosowaną), jednak niewątpliwie ta publikacja to coś znacznie więcej niż kolejny podręcznik akademicki – zalicza się do monografii naukowych traktujących o skomplikowanych, bo interdyscyplinarnych zagadnieniach. Jej dodatkowy atut polega na tym, że chociaż pewne tradycje uprawiania cybernetyki w Polsce istnieją, a uzyskiwane przez naszych naukowców wyniki w tej dziedzinie bywały znaczące, to jednak nigdy krajowe środowisko cybernetyczne nie było liczne ani silnie reprezentowane w strukturach akademickich.

Tym większy szacunek budzi podjęcie takiego przedsięwzięcia edytorskiego. A jaki cel przyświecał napisaniu tej książki? Oddajmy głos jej Redaktorowi: „Studiowanie neurocybernetyki pozwala spojrzeć na układ nerwowy i na fenomen ludzkiego mózgu z bardzo specjalnej perspektywy. Dzięki neuroanatomii można mózg zwiedzić, dzięki neurofizjologii – poznać jego działanie, natomiast neurocybernetyka daje tę unikatową możliwość, że dzięki jej metodom i modelom można spróbować mózg zrozumieć.[…] Widząc jednak zalety neurocybernetyki i jej szerokie możliwości, autorzy tej książki stoją na stanowisku, że w przyszłości właśnie ta dyscyplina będzie odgrywała istotną rolę w kompleksie nauk o biologii układu nerwowego, w modelowaniu procesów kognitywnych, w systemowych analizach mózgu oraz w tworzeniu zrębów sztucznej inteligencji”.

Ta wypowiedź skłania do głębszej refleksji. Otóż każda nauka przyrodnicza ma pewną bazę teoretyczną oraz gromadzi fakty, które interpretuje w ramach istniejących teorii. Takie podejście pozwala na dogłębne zrozumienie istoty badanych zjawisk, które następnie staje się punktem wyjścia ich praktycznego wykorzystania. Bez dobrej teorii można co najwyżej zarejestrować dany fakt. Sztandarowym przykładem jest tu fizyka. Już w starożytności zauważono, że potarty bursztyn przyciąga skrawki papieru. Ale dopiero rozwój elektrodynamiki jako teorii fizycznej pozwolił na skonstruowanie silnika elektrycznego, żarówki i poprowadzenie linii energetycznych. Powstanie elektroniki półprzewodnikowej, optoelektroniki i laserów umożliwiła natomiast fizyka kwantowa. Wielkimi teoriami biologicznymi są genetyka, komórkowa teoria budowy organizmów żywych i teoria ewolucji. Każda z nich wnosi pewien wkład do zrozumienia działania układu nerwowego, ale żadna nie jest w stanie w pełni wyjaśnić jego funkcjonalności.

Badania neurocybernetyczne są próbą stworzenia adekwatnej teorii w celu pełnego zrozumienia układu nerwowego. Oczywiście do sukcesu jest niezmiernie daleko, nie wiadomo nawet, czy jest on osiągalny. Dobrze jednak, że polskie środowisko naukowe postanowiło aktywnie włączyć się w tę fascynująca przygodę intelektualną.

W „Przewodniku po treści książki” profesor Tadeusiewicz zachęca do dyskusji nad jej treścią i zawartością. Poszczególne rozdziały zostały napisane przez bardzo dobrych specjalistów, co znajduje odzwierciedlenie w wysokim poziomie merytorycznym. Warto jednak porozmawiać o tym, czego w książce zabrakło. Otóż we współczesnej cybernetyce nastąpiło wyraźne ożywienie badań nad jej teoretycznymi podstawami. Przedmiotem analizy są trzy główne tematy: systemy samotworzące się (tzw. systemy autopoetyczne), problemy związane ze złożonością systemów (complexity) oraz samoorganizacja w systemach.

Książka jednak do tych teorii w żaden sposób się nie odnosi. Matematyka jest w niej obecna tylko w kontekście wykorzystania równań różniczkowych w modelowaniu dynamiki sygnałów, metod falkowych w przetwarzaniu obrazów oraz metod numerycznych. Szkoda, że w publikacji nic nie wspomniano o MR-systemach (metabolic repairing systems) – wartościowej i bardzo zaawansowanej matematycznie teorii systemów samonaprawiających się, stworzonej i rozwijanej od kilkudziesięciu lat przez Roberta Rosena.

Przydałby się też rozdział o elektronicznym modelowaniu struktur nerwowych. Z zagadnień bardziej szczegółowych – o sygnałowych aspektach komórek glejowych w mózgu zaledwie wspomniano w jednym miejscu, a o wolnym transporcie neuropeptydów nie napisano nic. Chyba warto byłoby te zagadnienia poruszyć w kolejnym, rozszerzonym wydaniu tej niezwykle wartościowej i unikatowej na polskim rynku pozycji, co, mam nadzieję, nastąpi za kilka lat, choćby z konieczności uaktualnienia zawartej w niej wiedzy.

Poszczególne rozdziały mogą być czytane osobno, gdyż każdy stanowi spójną całość, a zarazem układają się one w logiczny ciąg. Książka jest warta polecenia nie tylko specjalistom. Każdy czytelnik, zainteresowany zjawiskami związanymi z układem nerwowym, znajdzie w niej coś dla siebie. Trzeba jednak uczciwie przyznać, że nie jest to lektura łatwa, choć niewątpliwie bardzo ciekawie napisana.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 09/2010 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
23
W 2003 r. miało miejsce całkowite zaćmienie Słońca widoczne w Australii, Nowej Zelandii, Antarktyce i Ameryce Południowej.
Warto przeczytać
Zmyl trop to użyteczna, ale i pełna powabu oraz przekonująca, kieszonkowa esencja wszystkiego, co chcielibyście wiedzieć o obronie przed inwigilacją.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Bielecki | dodano: 2012-07-19
Najtrudniejszy pierwszy krok

Ryszard Tadeusiewicz (redakcja naukowa) - NEUROCYBERNETYKA TEORETYCZNA, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa 2009

Cybernetyka, czyli nauka o przetwarzaniu informacji w systemach, głównie w kontekście sterowania, jest dziedziną stosunkowo młodą. Jej powstanie datuje się na rok 1948, kiedy to Norbert Wiener napisał książkę Cybernetyka, czyli sterowanie i komunikacja w zwierzęciu i maszynie (pod tym tytułem wydano ją w 1971 roku w języku polskim). Od tego momentu losy tej dziedziny układały się dość ciekawie. Najpierw, w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, dynamicznie się rozwijała, aby potem podzielić się na dyscypliny co prawda wzajemnie ze sobą spokrewnione, ale jednak traktowane jako oddzielne gałęzie nauki, takie jak sztuczna inteligencja, sterowanie, informatyka czy teoria gier.

Dzisiaj status cybernetyki jest nieco dwuznaczny. Z jednej strony rzadko postrzega się ją jako spójną naukę pokroju matematyki czy fizyki. Z drugiej jednak strony, istnieją czasopisma naukowe, również bardzo prestiżowe, wydawane przez największe na świecie oficyny naukowe, wyłącznie jej poświęcone. Pojęcie systemu – podstawowego obiektu będącego przedmiotem badań cybernetyki – jest niezwykle uniwersalne i dlatego może być ona wykorzystywana do analizy wielu aspektów rzeczywistości. Tak więc, ze względu na obszar zastosowań, wyróżniamy cybernetykę techniczną, biocybernetykę, cybernetykę ekonomiczną czy też socjologiczną. Jedną z podstawowych gałęzi biocybernetyki jest neurocybernetyka, czyli cybernetyka układu nerwowego.

Neurocybernetyka teoretyczna to monografia złożona z prac wielu autorów, której redaktorem naukowym jest profesor Ryszard Tadeusiewicz, wybitny polski cybernetyk, autor wielu artykułów naukowych, w tym również publikowanych w prestiżowych czasopismach zagranicznych, członek PAN i PAU, doktor honoris causa polskich i zagranicznych uczelni. Poszczególne rozdziały – jest ich 14 – traktują o różnych aspektach neurocybernetyki, ujmując zagadnienie w bardzo szerokim kontekście.

Mamy więc omówienia budowy układu nerwowego zwierząt i ludzi, ze szczególnym uwzględnieniem mózgu, przekazywania i przetwarzania sygnałów w systemie nerwowym oraz biochemii mózgu w schorzeniach neurologicznych i psychicznych (rozdziały 1, 2 i 13 oraz, częściowo, rozdział 11). Druga grupa tematyczna to eksperymentalne metody analizy układu nerwowego – radiologiczne badania mózgu (rozdział 10), molekularne mechanizmy jego działania (rozdział 11) oraz elektroencefalografia (rozdział 12). Najwięcej miejsca poświęcono modelowaniu aspektów strukturalnych i funkcjonalnych układu nerwowego na różnych poziomach ogólności. Poruszone są tu takie problemy, jak modelowanie pojedynczych neuronów (rozdziały 4 i 5) oraz pewnych struktur układu nerwowego (rozdziały 5 i 6).

Kolejna klasa modeli to te, które nie są wzorowane na strukturze połączeń nerwowych, ale wykazują pewne własności większych struktur neuronalnych w aspekcie dynamicznego przetwarzania sygnałów. Opisano więc sieci pulsujące (rozdział 7), modele populacyjne (rozdział 8) i tzw. obliczenia płynowe (rozdział 9). Na zakończenie przedstawiono przegląd modeli najwyższych funkcji psychicznych badanych w ramach kognitywistyki – przedmiotem dyskusji są ich różne klasy, możliwości i próby implementacji, a także otwierające się przed nimi perspektywy i dotychczasowe osiągnięcia.

Książka jest rekomendowana jako podręcznik dla studentów i doktorantów wielu kierunków studiów (wymienia się medycynę, biologię, biofizykę, biochemię, farmakologię, psychologię, filozofię, biocybernetykę, kognitywistykę, inżynierię biomedyczną, informatykę, automatykę, robotykę, mechatronikę i bionikę, a dodać by można jeszcze kilka innych, np. matematykę stosowaną), jednak niewątpliwie ta publikacja to coś znacznie więcej niż kolejny podręcznik akademicki – zalicza się do monografii naukowych traktujących o skomplikowanych, bo interdyscyplinarnych zagadnieniach. Jej dodatkowy atut polega na tym, że chociaż pewne tradycje uprawiania cybernetyki w Polsce istnieją, a uzyskiwane przez naszych naukowców wyniki w tej dziedzinie bywały znaczące, to jednak nigdy krajowe środowisko cybernetyczne nie było liczne ani silnie reprezentowane w strukturach akademickich.

Tym większy szacunek budzi podjęcie takiego przedsięwzięcia edytorskiego. A jaki cel przyświecał napisaniu tej książki? Oddajmy głos jej Redaktorowi: „Studiowanie neurocybernetyki pozwala spojrzeć na układ nerwowy i na fenomen ludzkiego mózgu z bardzo specjalnej perspektywy. Dzięki neuroanatomii można mózg zwiedzić, dzięki neurofizjologii – poznać jego działanie, natomiast neurocybernetyka daje tę unikatową możliwość, że dzięki jej metodom i modelom można spróbować mózg zrozumieć.[…] Widząc jednak zalety neurocybernetyki i jej szerokie możliwości, autorzy tej książki stoją na stanowisku, że w przyszłości właśnie ta dyscyplina będzie odgrywała istotną rolę w kompleksie nauk o biologii układu nerwowego, w modelowaniu procesów kognitywnych, w systemowych analizach mózgu oraz w tworzeniu zrębów sztucznej inteligencji”.

Ta wypowiedź skłania do głębszej refleksji. Otóż każda nauka przyrodnicza ma pewną bazę teoretyczną oraz gromadzi fakty, które interpretuje w ramach istniejących teorii. Takie podejście pozwala na dogłębne zrozumienie istoty badanych zjawisk, które następnie staje się punktem wyjścia ich praktycznego wykorzystania. Bez dobrej teorii można co najwyżej zarejestrować dany fakt. Sztandarowym przykładem jest tu fizyka. Już w starożytności zauważono, że potarty bursztyn przyciąga skrawki papieru. Ale dopiero rozwój elektrodynamiki jako teorii fizycznej pozwolił na skonstruowanie silnika elektrycznego, żarówki i poprowadzenie linii energetycznych. Powstanie elektroniki półprzewodnikowej, optoelektroniki i laserów umożliwiła natomiast fizyka kwantowa. Wielkimi teoriami biologicznymi są genetyka, komórkowa teoria budowy organizmów żywych i teoria ewolucji. Każda z nich wnosi pewien wkład do zrozumienia działania układu nerwowego, ale żadna nie jest w stanie w pełni wyjaśnić jego funkcjonalności.

Badania neurocybernetyczne są próbą stworzenia adekwatnej teorii w celu pełnego zrozumienia układu nerwowego. Oczywiście do sukcesu jest niezmiernie daleko, nie wiadomo nawet, czy jest on osiągalny. Dobrze jednak, że polskie środowisko naukowe postanowiło aktywnie włączyć się w tę fascynująca przygodę intelektualną.

W „Przewodniku po treści książki” profesor Tadeusiewicz zachęca do dyskusji nad jej treścią i zawartością. Poszczególne rozdziały zostały napisane przez bardzo dobrych specjalistów, co znajduje odzwierciedlenie w wysokim poziomie merytorycznym. Warto jednak porozmawiać o tym, czego w książce zabrakło. Otóż we współczesnej cybernetyce nastąpiło wyraźne ożywienie badań nad jej teoretycznymi podstawami. Przedmiotem analizy są trzy główne tematy: systemy samotworzące się (tzw. systemy autopoetyczne), problemy związane ze złożonością systemów (complexity) oraz samoorganizacja w systemach.

Książka jednak do tych teorii w żaden sposób się nie odnosi. Matematyka jest w niej obecna tylko w kontekście wykorzystania równań różniczkowych w modelowaniu dynamiki sygnałów, metod falkowych w przetwarzaniu obrazów oraz metod numerycznych. Szkoda, że w publikacji nic nie wspomniano o MR-systemach (metabolic repairing systems) – wartościowej i bardzo zaawansowanej matematycznie teorii systemów samonaprawiających się, stworzonej i rozwijanej od kilkudziesięciu lat przez Roberta Rosena.

Przydałby się też rozdział o elektronicznym modelowaniu struktur nerwowych. Z zagadnień bardziej szczegółowych – o sygnałowych aspektach komórek glejowych w mózgu zaledwie wspomniano w jednym miejscu, a o wolnym transporcie neuropeptydów nie napisano nic. Chyba warto byłoby te zagadnienia poruszyć w kolejnym, rozszerzonym wydaniu tej niezwykle wartościowej i unikatowej na polskim rynku pozycji, co, mam nadzieję, nastąpi za kilka lat, choćby z konieczności uaktualnienia zawartej w niej wiedzy.

Poszczególne rozdziały mogą być czytane osobno, gdyż każdy stanowi spójną całość, a zarazem układają się one w logiczny ciąg. Książka jest warta polecenia nie tylko specjalistom. Każdy czytelnik, zainteresowany zjawiskami związanymi z układem nerwowym, znajdzie w niej coś dla siebie. Trzeba jednak uczciwie przyznać, że nie jest to lektura łatwa, choć niewątpliwie bardzo ciekawie napisana.