Pozitív visszajelzést - Positive feedback

A riasztást vagy a pánikot néha pozitív visszajelzések is elterjeszthetik egy állatállomány között, ami bénulást okozhat .
Ok -okozati hurok diagram , amely pozitív visszacsatolási ciklusként ábrázolja a bukás okait.
A szociológiában a hálózati hatás gyorsan létrehozhat egy banki futtatás pozitív visszajelzését . A fenti kép az Egyesült Királyság Northern Rock 2007 bankfutásáról készült .

A pozitív visszacsatolás ( súlyosbító visszacsatolás , önerősítő visszacsatolás ) olyan folyamat, amely egy visszacsatolási hurokban fordul elő, és súlyosbítja egy kis zavar hatásait. Vagyis a zavarás rendszerre gyakorolt ​​hatásai közé tartozik a zavar mértékének növekedése. Azaz, egy termel több B , amely azután több A . Ezzel szemben egy olyan rendszer, amelyben a változás eredményei csökkentik vagy ellensúlyozzák, negatív visszacsatolással rendelkezik . Mindkét fogalom fontos szerepet játszik a tudományban és a mérnöki tudományban, beleértve a biológiát, a kémiát és a kibernetikát .

Matematikailag a pozitív visszacsatolás az ok -okozati zárt kör körüli pozitív hurok erősítésként definiálható . Vagyis a pozitív visszacsatolás fázisban van a bemenettel, abban az értelemben, hogy növeli a bemenetet. A pozitív visszajelzések rendszerint instabilitást okoznak . Ha a huroknyereség pozitív és 1 fölött van, akkor általában exponenciális növekedés , növekvő lengések , kaotikus viselkedés vagy más egyensúlyi eltérések figyelhetők meg . A rendszer paraméterei általában felgyorsítja felé szélsőértékek, ami károsíthatja vagy tönkreteheti a rendszer, vagy a végén a rendszer becsukott egy új stabil állapot. A pozitív visszacsatolást a rendszerben lévő jelek vezérlik, amelyeket szűrnek , csillapítanak vagy korlátoznak , vagy törölhetők vagy csökkenthetők negatív visszacsatolás hozzáadásával.

Pozitív visszacsatolást használnak a digitális elektronikában, hogy a feszültségeket a közbenső feszültségekről „0” és „1” állapotba kényszerítsék. Másrészt a termikus elszökés egyfajta pozitív visszacsatolás, amely elpusztíthatja a félvezető csomópontokat . A kémiai reakciók pozitív visszajelzése növelheti a reakciók sebességét, és bizonyos esetekben robbanáshoz vezethet . A pozitív visszacsatolás a mechanikus kialakításban azt eredményezi, hogy a fordulópont , vagy „túlközép” mechanizmusok a helyükre pattannak, például a kapcsolókban és a reteszelő fogókban . Ellenőrzés nélkül hidak összeomlását okozhatja . A pozitív visszajelzések a gazdasági rendszerekben fellendülés, majd bukás ciklusokat okozhatnak . A pozitív visszacsatolás ismerős példája a hangos recsegő vagy üvöltő hang, amelyet a hangosbeszélő rendszerek hangvisszajelzése ad ki : a mikrofon felveszi a hangot a saját hangszóróiból, felerősíti, és ismét elküldi a hangszórókon keresztül.

A vérlemezkék alvadása pozitív visszajelzést mutat. A sérült véredényfal olyan vegyi anyagokat bocsát ki, amelyek vérlemezke -gyülekezeten keresztül vérrögképződést kezdeményeznek. Ahogy több vérlemezke gyűlik össze, több vegyi anyag szabadul fel, ami felgyorsítja a folyamatot. A folyamat egyre gyorsabb, amíg az erek fala teljesen le nem záródik, és a pozitív visszacsatolási ciklus véget nem ér. A grafikon exponenciális formája a pozitív visszacsatolási mechanizmust szemlélteti.

Áttekintés

A pozitív visszacsatolás fokozza vagy felerősíti a hatást azáltal, hogy hatással van az azt eredményező folyamatra. Például, amikor egy elektronikus kimeneti jel egy része visszatér a bemenethez, és egy fázisban van vele, akkor a rendszer nyeresége nő. Az eredményről a kiinduló folyamatra adott visszacsatolás lehet közvetlen, vagy más állapotváltozókon keresztül. Az ilyen rendszerek gazdag minőségi magatartást tanúsíthatnak, de az, hogy a visszajelzés azonnal pozitív vagy negatív, rendkívül fontos hatással van az eredményekre. A pozitív visszacsatolás megerősíti, a negatív visszacsatolás pedig mérsékli az eredeti folyamatot. A pozitív és a negatív ebben az értelemben a nullánál nagyobb vagy kisebb huroknövekedésre utal, és nem jelent semmilyen értékítéletet az eredmények vagy hatások kívánatosságát illetően. A pozitív visszajelzések egyik legfontosabb jellemzője, hogy a kisebb zavarok egyre nagyobbak. Amikor egy rendszerben változás következik be, a pozitív visszacsatolás további változásokat idéz elő, ugyanabba az irányba.

Alapvető

Ez a tömbvázlat egy alapvető visszacsatolási rendszert ábrázolhat. A diagramon a + szimbólum összeadó, A és B pedig tetszőleges kauzális függvények.

Az ábrán egy egyszerű visszacsatolási hurok látható. Ha az AB hurokerősítés pozitív, akkor pozitív vagy regeneratív visszacsatolás feltétele van.

Ha az A és B függvények lineárisak, az AB pedig kisebb, mint az egység, akkor a bemenetről a kimenetre érkező teljes rendszer nyereség véges, de nagyon nagy lehet, amikor AB közeledik az egységhez. Ebben az esetben kimutatható, hogy a teljes vagy "zárt hurkú" nyereség a bemenetről a kimenetre:

Ha AB> 1, a rendszer instabil, tehát nincs jól meghatározott erősítése; a nyereséget végtelennek nevezhetjük.

Így a visszajelzéstől függően az állapotváltozások lehetnek konvergensek vagy divergensek. A pozitív visszajelzés eredménye a változások növelése , így a kis zavarok nagy változásokat eredményezhetnek.

Az egyensúlyi rendszer, amelyben pozitív visszajelzés érkezik a jelenlegi állapotából származó bármely változásra, instabil lehet, ebben az esetben azt mondják, hogy a rendszer instabil egyensúlyban van . Azok a erők, amelyek egy ilyen rendszert elmozdítanak az egyensúlyából, nagyságrendje az állapot egyensúlytól való "távolságának" növekvő függvénye .

A pozitív visszacsatolás nem feltétlenül jelenti az egyensúly instabilitását, például stabil be- és kikapcsolási állapotok létezhetnek pozitív visszacsatolású architektúrákban.

Hiszterézis

A hiszterézis hatására a kimeneti érték függ a bemenet előzményeitől
A Schmitt trigger áramkörben az erősítő nem invertáló bemenetére adott visszacsatolás a kimenetet közvetlenül eltávolítja az alkalmazott feszültségtől az erősítő által létrehozható maximális vagy minimális feszültség felé.

A valós világban a pozitív visszacsatolási hurkok általában nem okoznak növekvő növekedést, hanem valamilyen korlátozó hatásokkal módosulnak. Szerint a Donella Meadows :

"A pozitív visszacsatolási hurkok a növekedés, robbanás, erózió és összeomlás forrásai a rendszerekben. Egy ellenőrizetlen pozitív hurokkal rendelkező rendszer végül elpusztítja önmagát. Ezért van ilyen kevés. Általában a negatív hurok előbb -utóbb beindul." "

A hiszterézis, amelyben a kiindulópont befolyásolja a rendszer végét, pozitív visszajelzéssel generálható. Ha a visszacsatolási hurok erősítése 1 felett van, akkor a kimenet eltávolodik a bemenettől: ha a bemenet felett van, akkor a legközelebbi pozitív határ felé mozog, míg ha a bemenet alatt van, akkor a legközelebbi negatív felé határ.

Amint eléri a határértéket, stabil lesz. Ha azonban a bemenet túllépi a korlátot, akkor a visszacsatolás előjele változik, és a kimenet az ellenkező irányba mozog, amíg el nem éri az ellenkező határt. A rendszer tehát bistabil viselkedést mutat .

Terminológia

A pozitív és negatív kifejezéseket először a második világháború előtt alkalmazták a visszajelzésekre . A pozitív visszacsatolás gondolata már az 1920 -as években is aktuális volt a regeneratív kör bevezetésével .

Friis & Jensen (1924) az elektronikus erősítők készletében a regenerációt olyan esetként írta le, amikor a "visszacsatolás" akció pozitív , szemben a negatív visszacsatolási akcióval, amelyet csak mellékesen említenek. Harold Stephen Black klasszikus 1934 -es papírja először részletezi a negatív visszacsatolás használatát az elektronikus erősítőkben. Fekete szerint:

"A pozitív visszacsatolás növeli az erősítő erősítését, a negatív visszacsatolás pedig csökkenti."

Szerint Mindell (2002) idézi elő a szempontból merült fel röviddel a:

"... Friis és Jensen ugyanazt a különbséget tett a fekete között, amelyet a" pozitív visszacsatolás "és a" negatív visszacsatolás "között használtak, nem a visszajelzés jelei alapján, hanem inkább az erősítő nyereségére gyakorolt ​​hatása alapján. , Nyquist és Bode, amikor Black munkájára építettek, a negatív visszacsatolásokra hivatkoztak, amikor a jel megfordult. Fekete nehezen tudta meggyőzni másokat találmányának hasznosságáról részben azért, mert zavartság volt a meghatározás alapvető kérdései miatt. "

Ezek a zűrzavarok, valamint a pozitív és a „jó”, valamint a negatív és a „rossz” mindennapi asszociációi sok rendszerelméleti szakembert arra késztettek, hogy alternatív kifejezéseket javasoljanak. Például Donella Meadows a „megerősítés” és a „kiegyensúlyozás” kifejezéseket részesíti előnyben.

Példák és alkalmazások

Az elektronikában

Vintage stílusú regeneráló rádióvevő. A pozitív visszacsatolás szabályozott használata miatt elegendő erősítés nyerhető egyetlen vákuumcsőből vagy szelepből (középen).

A regeneráló áramköröket 1914 -ben találták fel és szabadalmazták nagyon gyenge rádiójelek erősítésére és vételére. A gondosan vezérelt pozitív visszacsatolás egyetlen tranzisztoros erősítő körül megsokszorozhatja nyereségét 1000 -gyel vagy többel. Ezért egy jelet 20 000 vagy akár 100 000 -szer lehet erősíteni egy szakaszban, aminek a nyeresége általában csak 20-50 lehet. A probléma a nagyon nagy nyereséggel működő regeneratív erősítőkkel az, hogy könnyen instabillá válnak és rezegni kezdenek. A rádiókezelőnek készen kell állnia arra, hogy a visszajelzések mennyiségét meglehetősen folyamatosan csípje a jó vétel érdekében. A modern rádióvevők szuperheterodin kialakítást használnak , sokkal több erősítési fokozatot, de sokkal stabilabb működést és pozitív visszajelzést nem tartalmaznak.

A regeneráló rádióáramkörben kitörni képes rezgést elektronikus oszcillátorokban használják . Használata által hangolt áramköröket vagy piezoelektromos kristály (általánosan kvarc ), a jelet, hogy amplifikáljuk a pozitív visszacsatolási lineáris marad, és szinuszos . Az ilyen harmonikus oszcillátoroknak számos tervezése létezik , beleértve az Armstrong oszcillátort , a Hartley oszcillátort , a Colpitts oszcillátort és a Wien híd oszcillátort . Mindannyian pozitív visszacsatolást használnak rezgések létrehozásához.

Sok elektronikus áramkör, különösen az erősítők negatív visszacsatolást tartalmaznak . Ez csökkenti a nyereségüket, de javítja a linearitásukat, a bemeneti impedanciájukat , a kimeneti impedanciájukat és a sávszélességüket , és stabilizálja ezeket a paramétereket, beleértve a zárt hurkú erősítést is. Ezek a paraméterek kevésbé függnek az erősítő eszköz részleteitől, és inkább a visszacsatoló komponensektől, amelyek kevésbé valószínűek a gyártási tűrés, az életkor és a hőmérséklet függvényében. A váltóáramú jelek pozitív és negatív visszacsatolása közötti különbség a fázis egyike : ha a jelet visszajuttatják a fázisból, a visszacsatolás negatív, és ha fázisban van, akkor a visszacsatolás pozitív. A negatív visszacsatolást használó erősítőtervezők egyik problémája az, hogy az áramkör egyes összetevői fáziseltolódást vezetnek be a visszacsatolási útvonalon. Ha van olyan frekvencia (általában nagyfrekvenciás), ahol a fáziseltolódás eléri a 180 ° -ot, akkor a tervezőnek biztosítania kell, hogy az erősítő erősítése ezen a frekvencián nagyon alacsony (általában aluláteresztő szűréssel ). Ha a hurokerősítés (az erősítő erősítésének szorzata és a pozitív visszacsatolás mértéke) bármely frekvencián nagyobb, mint egy, akkor az erősítő ezen a frekvencián oszcillál ( Barkhausen -féle stabilitási kritérium ). Az ilyen rezgéseket néha parazita rezgéseknek nevezik . Az egyik körülmények között stabil erősítő egy másikban parazita rezgésbe törhet. Ennek oka lehet a hőmérséklet, a tápfeszültség, az előlapi kezelőszervek beállítása vagy akár egy személy vagy más vezetőképesség közelsége.

Az erősítők gyengéden oszcillálhatnak olyan módokon, amelyeket oszcilloszkóp nélkül nehéz észlelni , vagy az oszcillációk olyan kiterjedtek lehetnek, hogy csak nagyon torz vagy egyáltalán nem szükséges jel jut át, vagy károsodás lép fel. Az alacsony frekvenciájú parazita rezgéseket „motorcsónakázásnak” nevezték, mivel hasonlítanak az alacsony fordulatú kipufogóhang hangjához.

A Schmitt trigger (B) használata összehasonlító (A) helyett

Sok közös digitális elektronikus áramkör pozitív visszacsatolást alkalmaz. Míg a normál, egyszerű logikai logikai kapuk általában egyszerűen a nyereségre támaszkodnak, hogy a digitális jelfeszültségeket a közbenső értékektől elhagyják a logikai „0” és „1” értékekhez , de sok összetettebb kapu visszajelzést használ. Ha a bemeneti feszültség analóg módon változik , de éles küszöbértékekre van szükség a későbbi digitális feldolgozáshoz, a Schmitt trigger áramkör pozitív visszacsatolást használ annak biztosítására, hogy ha a bemeneti feszültség óvatosan kúszik a küszöb felett, akkor a kimenet okosan és gyorsan kényszerül egyik logikai állapotból a másikba. A Schmitt -trigger pozitív visszacsatolásának egyik következménye az, hogy ha a bemeneti feszültség ismét óvatosan lefelé mozog ugyanazon a küszöbön, a pozitív visszacsatolás változatlan állapotban tartja a kimenetet. Ezt a hatást hiszterézisnek nevezik : a bemeneti feszültségnek egy másik, alacsonyabb küszöbön kell átesnie ahhoz, hogy „kioldja” a kimenetet, és visszaállítja eredeti digitális értékére. A pozitív visszacsatolás mértékének csökkentésével a hiszterézis szélessége csökkenthető, de nem teljesen felszámolható. A Schmitt trigger bizonyos mértékig reteszelő áramkör.

A pozitív visszacsatolás olyan mechanizmus, amellyel a kimenet javul, például a fehérje szintje. A fehérje szint ingadozásának elkerülése érdekében azonban a mechanizmus sztochasztikusan gátolt (I), ezért amikor az aktivált fehérje (A) koncentrációja meghaladja a küszöbértéket ([I]), a hurokmechanizmus aktiválódik, és A koncentrációja exponenciálisan nő, ha d [A] = k [A]
Az RS ("reset-set") flip-flop illusztrációja, amely két digitális és nem kapuból készült, pozitív visszacsatolással. A piros és a fekete logikai 1 -et és 0 -t jelent.

Az elektronikus flip-flop , vagy "retesz", vagy "bistabil multivibrátor " olyan áramkör, amely a magas pozitív visszacsatolás miatt nem stabil kiegyensúlyozott vagy köztes állapotban. Egy ilyen bistabil áramkör egy bit elektronikus memória alapja . A flip-flop pár erősítőt, tranzisztort vagy logikai kaput használ egymáshoz csatlakoztatva, így a pozitív visszacsatolás fenntartja az áramkör állapotát a két kiegyensúlyozatlan stabil állapot egyikében a bemeneti jel eltávolítása után, amíg megfelelő alternatív jelet nem kap az állam megváltoztatására alkalmazták. A számítógépes véletlen hozzáférésű memória (RAM) ilyen módon készíthető, minden memória bithez egy reteszelő áramkörrel.

A termikus kifutás azért fordul elő az elektronikus rendszerekben, mert az áramkör bizonyos aspektusai melegedéskor nagyobb áramot engednek át, majd minél melegebb lesz, annál több áram folyik át, ami még jobban felmelegíti, és így tovább áramlik. A hatások általában katasztrofálisak a szóban forgó eszközre nézve. Ha az eszközöket a maximális teljesítmény-kezelési kapacitásuk közelében kell használni, és bizonyos körülmények között lehetséges vagy valószínű, hogy a termikus kifutás lehetséges, a fejlesztéseket általában gondos tervezéssel lehet elérni.

A fonográf lemezjátszó hajlamos az akusztikus visszajelzésekre.

Az audio- és videorendszerek pozitív visszajelzéseket mutathatnak. Ha egy mikrofon felveszi a hangszórók erősített hangkimenetét ugyanabban az áramkörben, akkor a hangvisszajelzés üvöltő és sikító hangjai (az erősítő maximális teljesítményénél) hallatszanak, mivel a véletlenszerű zajt a pozitív visszacsatolás erősíti és az audiorendszer és a szoba jellemzői szűrik .

Hang és élő zene

A hangvisszacsatolás (más néven akusztikus visszacsatolás, egyszerűen visszajelzés vagy Larsen -effektus) egy speciális pozitív visszacsatolás, amely akkor fordul elő, amikor hanghurok van az audiobemenet (például mikrofon vagy gitárfelvétel ) és az audio kimenet között (például hangosan erősített hangszóró ). Ebben a példában a mikrofon által vett jelet felerősítik és kivezetik a hangszóróból. A hangszóróból érkező hangot a mikrofon ismét fogadhatja, tovább erősítheti, majd ismét elhallgathatja a hangszórón keresztül. A frekvencia a keletkező hang határozza meg a rezonancia frekvenciák a mikrofon, az erősítő és a hangszóró, az akusztika a szobában, az irányított pick-up és a kibocsátási mintákat a mikrofon és a hangszóró, és a köztük lévő távolság. Kis PA rendszereknél a hang könnyen felismerhető hangos nyikorgásként vagy zúgásként.

A visszajelzést szinte mindig nemkívánatosnak tartják, ha az énekes vagy a nyilvános beszélő mikrofonjával történik egy eseményen hangerősítő rendszer vagy PA rendszer használatával . Az audiomérnökök különféle elektronikus eszközöket, például hangszínszabályozókat és a kilencvenes évektől automatikus visszajelzés -érzékelőket használnak, hogy megakadályozzák ezeket a nemkívánatos sikoltozásokat vagy sikító hangokat, amelyek rontják a közönség élvezetét az eseményben. Másrészt, mivel a 1960-as, elektromos gitár játékos rock zenekarok segítségével hangos gitár erősítő és torzítás hatásait szándékosan létrehozott gitár visszacsatolás létrehozása kívánatos zenei hatást. A Beatles "I Feel Fine" az egyik legkorábbi példája annak, hogy a visszacsatolást rögzítő effektusként használják a népszerű zenében. Egyetlen, ütős visszacsatoló hanggal kezdődik, amelyet az A vonó levágásával hoznak létre Lennon gitárján. Az olyan előadók, mint a Kinks és a Who már élőben is használták a visszajelzéseket, de Lennon továbbra is büszke volt arra a tényre, hogy a Beatles volt talán az első olyan csoport, amely szándékosan tette fel vinylre. Utolsó interjúinak egyikében azt mondta: "Dacolok bárkivel, hogy megtaláljon egy lemezt - hacsak nem valami régi blues lemezről 1922 -ben -, amely így használja a visszajelzést."

Az audio visszacsatolás elveit először Søren Absalon Larsen dán tudós fedezte fel . A mikrofonok nem az egyetlen jelátalakítók, amelyekre ez a hatás vonatkozik. A hangrögzítő fedélzeti hangszedőpatronok ugyanezt tehetik, általában az alacsony frekvenciatartományban, körülbelül 100 Hz alatt, ami alacsony zúgásként nyilvánul meg. Jimi Hendrix újító volt a gitár visszacsatolás szándékos felhasználásában gitárszólóiban egyedi hanghatások létrehozásához. Segített az elektromos visszacsatolás ellenőrzött és zenei felhasználásának fejlesztésében az elektromos gitárjátékban , később Brian May híres híve volt a technikának.

Videó

Hasonlóképpen, ha egy videokamerát a monitor saját képernyőjére mutat, amely a kamera saját jelét jeleníti meg, akkor pozitív visszacsatolás révén ismétlődő minták alakulhatnak ki a képernyőn. Ezt a videó visszacsatolási effektust használták a Doctor Who televíziós műsor első tíz sorozatának kezdő sorozataiban .

Kapcsolók

Az elektromos kapcsolókban , beleértve a bimetál szalag alapú termosztátokat, a kapcsoló általában hiszterézissel rendelkezik a kapcsolási műveletben. Ezekben az esetekben a hiszterézist mechanikusan érik el a pozitív visszacsatoláson keresztül a döntési pont mechanizmusán belül. A pozitív visszacsatolási művelet minimalizálja a kapcsolás során az ívelés időtartamát, és nyitott vagy zárt állapotban tartja az érintkezőket.

A biológiában

A pozitív visszacsatolás a szervezet ingerre adott válaszának felerősödése. Például a szülés során, amikor a magzat feje a méhnyaknak nyomódik (1), stimulálja az idegimpulzust a méhnyakból az agyba (2). Amikor az agy értesítést kap, jelzi az agyalapi mirigy oxitocin nevű hormonjának felszabadítását (3). Az oxitocint ezután a véráramon keresztül a méhbe szállítják (4), ami összehúzódásokat okoz, és a magzatot a méhnyak felé tolja, ami végül szüléshez vezet.

A fiziológiában

A pozitív visszacsatolási rendszerek számos példája megtalálható a fiziológiában .

  • Az egyik példa a kezdete összehúzódások a szülés , ismert, mint a Ferguson reflex . Amikor összehúzódás következik be, az oxitocin hormon idegi ingert okoz, amely arra ösztönzi a hipotalamuszt , hogy több oxitocint termeljen, ami növeli a méhösszehúzódásokat. Ennek eredményeként az összehúzódások amplitúdója és gyakorisága növekszik .
  • Egy másik példa a véralvadási folyamat . A hurok akkor kezdődik, amikor a sérült szövet jelző vegyi anyagokat bocsát ki, amelyek aktiválják a vérlemezkéket a vérben. Az aktivált vérlemezke vegyi anyagokat bocsát ki, hogy több vérlemezkét aktiváljon, ami gyors kaszkádot és vérrögképződést okoz.
  • A szoptatás pozitív visszacsatolást is magában foglal, mivel amikor a baba a mellbimbót szopja, idegválasz érkezik a gerincvelőbe és az agy hipotalamuszába, ami ezután arra ösztönzi az agyalapi mirigyet, hogy több prolaktint termeljen, hogy több tejet termeljen.
  • A tüske a ösztrogén során follikuláris fázisban a menstruációs ciklus okoz ovuláció .
  • A generációs idegi jelek egy másik példa, amelyben a membrán egy idegrost okoz enyhe szivárgás a nátrium-ionok keresztül nátrium-csatornák, így a változás a membránpotenciál, ami viszont további csatornákat nyit, és így tovább ( Hodgkin ciklus ). Tehát egy enyhe kezdeti szivárgás a nátrium -szivárgás robbanását eredményezi, ami létrehozza az ideg működési potenciálját .
  • A szív gerjesztő -összehúzódó kapcsolásakor az intracelluláris kalciumionok számának növekedését észlelik a szív miocitáiban a szarkoplazmatikus retikulum membránjában található rianodin receptorok, amelyek pozitív visszacsatolású fiziológiai válaszként szállítják ki a kalciumot a citoszolba.

A legtöbb esetben az ilyen visszacsatolási hurkok csúcspontja az ellenjelzések felszabadulása, amelyek elnyomják vagy megszakítják a hurkot. A szülés összehúzódásai leállnak, amikor a baba kiesik az anya testéből. A vegyi anyagok lebontják a vérrögöt. A szoptatás leáll, amikor a baba már nem szoptat.

A génszabályozásban

A pozitív visszacsatolás jól tanulmányozott jelenség a génszabályozásban, ahol leggyakrabban a bistabilitáshoz kapcsolódik . Pozitív visszacsatolás akkor következik be, amikor egy gén közvetlenül vagy közvetve aktiválja magát egy kettős negatív visszacsatolási cikluson keresztül. A genetikai mérnökök egyszerű pozitív visszacsatolási hálózatokat építettek és teszteltek a baktériumokban, hogy bemutassák a bistabilitás fogalmát. A klasszikus példa a pozitív visszacsatolás a lac operon az E. coli . A pozitív visszacsatolás szerves szerepet játszik a sejtek differenciálódásában, fejlődésében és a rák progressziójában, ezért a pozitív visszacsatolás a génszabályozásban jelentős élettani következményekkel járhat. A molekuláris dinamika véletlenszerű mozgásai pozitív visszacsatolással párosulva érdekes hatásokat válthatnak ki, például fenotípusosan különböző sejtek populációját hozhatják létre ugyanabból a szülősejtből. Ez azért történik, mert a pozitív visszacsatolás által a zaj felerősödhet. A pozitív visszacsatolás is előfordulhat más formái sejtjelzés , mint például enzim-kinetikai vagy metabolikus utak.

Az evolúciós biológiában

Pozitív visszacsatolási ciklusokat használtunk a biológiai evolúció változásának dinamikájának aspektusainak leírására . Például a makroszinten kezdve Alfred J. Lotka (1945) azzal érvelt, hogy a faj evolúciója lényegében szelekció kérdése, amely visszatáplálja az energiaáramokat, hogy egyre több energiát gyűjtsön az élő rendszerek számára. Emberi szinten Richard D. Alexander (1989) azt javasolta, hogy a társadalmi verseny az emberi csoportok között és azokon belül táplálkozzon vissza az intelligencia kiválasztásához, ezáltal folyamatosan egyre kifinomultabb emberi intelligenciát produkálva. Crespi (2004) számos más példát tárgyalt az evolúció pozitív visszacsatolási ciklusaira. Az evolúciós fegyverkezési versenyek analógiája további példákat mutat a biológiai rendszerek pozitív visszacsatolására.

A Phanerozoic korszakában a biológiai sokféleség folyamatos, de nem monoton növekedést mutat a nullához közelről több ezer nemzetségre.

Kimutatták, hogy a biológiai sokféleség változásai a fanerozoikumon keresztül sokkal jobban korrelálnak a hiperbolikus modellel (amelyet széles körben használnak a demográfiában és a makroszociológiában ), mint az exponenciális és logisztikai modellekkel (hagyományosan a populációbiológiában használják, és széles körben alkalmazzák a fosszilis biológiai sokféleségre is). Az utóbbi modellek azt sugallják, hogy a sokszínűség változásait elsőrendű pozitív visszajelzés (több ős, több leszármazott) és/vagy az erőforrás-korlátozásból eredő negatív visszacsatolás vezérli . A hiperbolikus modell másodrendű pozitív visszacsatolást jelent. A világ népességnövekedésének hiperbolikus mintája bebizonyosodott (lásd alább), hogy a populáció mérete és a technológiai növekedés üteme közötti másodrendű pozitív visszacsatolásból származik . A biológiai sokféleség növekedésének hiperbolikus jellege hasonlóan magyarázható a sokféleség és a közösségszerkezet összetettsége közötti pozitív visszacsatolással. Felmerült, hogy a biológiai sokféleség és az emberi populáció görbéi közötti hasonlóság valószínűleg abból fakad, hogy mindkettő a hiperbolikus trend (a pozitív visszacsatolás által előidézett) ciklikus és sztochasztikus dinamikával való interferenciájából származik.

Immunrendszer

A citokin vihar vagy hipercitokinémia potenciálisan halálos immunreakció, amely a citokinek és az immunsejtek közötti pozitív visszacsatolási hurokból áll , és magas a különböző citokinek szintje. Normál immunfunkcióban pozitív visszacsatolási hurkok használhatók fel a B -limfociták hatásának fokozására. Amikor egy B -sejt az antitesteket egy antigénhez köti, és aktiválódik, elkezdi az antitestek felszabadulását és a C3 nevű komplement fehérje kiválasztását. Mind a C3, mind a B -sejt antitestei kötődhetnek egy kórokozóhoz, és ha egy B -sejt antitestei kötődnek egy C3 -as kórokozóhoz, felgyorsítja, hogy a B -sejt több antitestet és több C3 -at válasszon ki, ami pozitív visszacsatolási ciklust hoz létre.

Sejthalál

Az apoptózis a sejthalál kaszpáz által közvetített folyamata, amelynek célja a hosszú életű vagy sérült sejtek eltávolítása. Ennek a folyamatnak a kudarca olyan kiemelkedő állapotokkal jár, mint a rák vagy a Parkinson -kór . Az apoptotikus folyamat lényege a kaszpázok automatikus aktiválása, amely pozitív visszacsatolású hurkon keresztül modellezhető. Ez a pozitív visszacsatolás közbenső kaszpázok révén automatikusan aktiválja az effektor kaszpázt. Az apoptotikus út többi részétől elkülönítve ez a pozitív visszacsatolás csak egy stabil egyensúlyi állapotot mutat, függetlenül az effektor kaszpáz köztes aktiválási lépéseinek számától. Ha ezt az alapvető folyamatot kiegészítik a kaszpázhatások gátlóival és fokozóival, ez a folyamat bistabilitást mutat, ezáltal modellezve a sejt élő és haldokló állapotát.

A pszichológiában

Winner (1996) a tehetséges gyerekeket úgy jellemezte, hogy azokat a pozitív visszacsatolási hurkok vezérlik, amelyek magukban foglalják a saját tanulási kurzusuk beállítását, ez pedig az elégedettség visszacsatolását, ezáltal tovább növelve a tanulási célok magasabb szintjét stb. Winner ezt a pozitív visszacsatolási ciklust "mesteri dühnek" nevezte. Vandervert (2009a, 2009b) azt javasolta, hogy a csodagyerek magyarázható legyen a pozitív visszacsatolási ciklusban a gondolkodás/teljesítmény munkamemóriában történő kimenete között , amelyet ezután a kisagyba táplálnak, ahol áramvonalasítják, majd visszaadják a munkához memória, így folyamatosan növelve a munkamemória mennyiségi és minőségi kimenetét. Vandervert azzal is érvelt, hogy ez a munkamemória/kisagyi pozitív visszacsatolási hurok felelős a munkamemória nyelvfejlődéséért .

A közgazdaságtanban

Társadalmi befolyással bíró piacok

Bebizonyosodott, hogy a termék ajánlásai és a korábbi vásárlásokkal kapcsolatos információk jelentősen befolyásolják a fogyasztók választását, legyen szó zene, film, könyv, technológiai és más típusú termékekről. A társadalmi befolyás gyakran egy gazdag-gazdagodó jelenséget idéz elő ( Máté-effektus ), ahol a népszerű termékek hajlamosak még népszerűbbé válni.

Piaci dinamika

A Soros György által kifejlesztett reflexivitás -elmélet szerint az árváltozásokat egy pozitív visszacsatolási folyamat vezérli, amelynek során a befektetők várakozásait az ármozgások befolyásolják, így viselkedésük megerősíti az irányba történő mozgást, amíg az nem tarthatóvá válik, majd a visszacsatolás az árakat befolyásolja. az ellenkező irányba.

Szisztémás kockázat

A rendszerszintű kockázat az a kockázat, amelyet egy erősítés, tőkeáttétel vagy pozitív visszacsatolási folyamat jelent a rendszer számára. Ez általában ismeretlen, és bizonyos körülmények között ez a folyamat exponenciálisan felerősödhet, és gyorsan destruktív vagy kaotikus viselkedéshez vezethet . A Ponzi-séma jó példa a pozitív visszacsatolási rendszerre: az új befektetők pénzeszközeit szokatlanul magas hozamok kifizetésére használják, ami viszont több új befektetőt vonz, ami gyors növekedést okoz az összeomlás felé. W. Brian Arthur tanulmányozott és írt a gazdasági visszajelzésekről is (pl. W. Brian Arthur, 1990). Hyman Minsky egy olyan elméletet javasolt, amely szerint bizonyos hitelbővítési gyakorlatok a piacgazdaságot "eltérés -erősítő rendszerré" tehetik, amely hirtelen összeomolhat, néha " Minsky -pillanatnak " is nevezik .

Az egyszerű rendszerek, amelyek egyértelműen elkülönítik a bemeneteket a kimenetektől, nem hajlamosak a rendszerkockázatra . Ez a kockázat nagyobb valószínűséggel nő a rendszer összetettségével, mivel körültekintő stressztesztelési körülmények között is nehezebb látni vagy elemezni a rendszerben a változók összes lehetséges kombinációját. Minél hatékonyabb egy összetett rendszer, annál valószínűbb, hogy hajlamos a rendszerszintű kockázatokra, mert csak kis eltérés szükséges a rendszer megzavarásához. Ezért a jól megtervezett komplex rendszerek általában beépített funkciókkal rendelkeznek, hogy elkerüljék ezt az állapotot, például kis súrlódást, ellenállást, vagy tehetetlenséget, vagy késleltetést a kimenetek és a rendszer bemeneteinek leválasztására. Ezek a tényezők nem hatékonyak, de szükségesek az instabilitás elkerülése érdekében.

A 2010-es Flash Crash incidenst a nagyfrekvenciás kereskedés (HFT) gyakorlatáért tették felelőssé, bár az, hogy a HFT valóban növeli-e a rendszerkockázatot, továbbra is vitatott.

Az emberi népesség növekedése

A mezőgazdaság és az emberi populáció pozitív visszacsatolási módnak tekinthető, ami azt jelenti, hogy az egyik egyre intenzívebben hajtja a másikat. Javasolt, hogy ez a pozitív visszacsatolási rendszer valamikor katasztrófával végződjön, mivel a modern mezőgazdaság felhasználja az összes könnyen hozzáférhető foszfátot, és nagy hatékonyságú monokultúrákhoz folyamodik, amelyek érzékenyebbek a rendszerszintű kockázatokra .

A technológiai innovációt és az emberi populációt hasonlóan lehet figyelembe venni, és ezt az egyszerűbb exponenciális növekedés helyett a múltban az emberi populáció látszólagos hiperbolikus növekedésének magyarázataként hozták fel . Azt javasolják, hogy a növekedés üteme gyorsuljon a lakosság és a technológia közötti másodrendű pozitív visszajelzések miatt. A technológiai növekedés növeli a föld teherbíró képességét az emberek számára, ami a népesség növekedéséhez vezet, és ez további technológiai növekedést eredményez.

Előítéletek, társadalmi intézmények és szegénység

Gunnar Myrdal a növekvő egyenlőtlenségek és a szegénység ördögi körét írta le , amelyet " körkörös halmozott okozati összefüggésnek " neveznek .

A meteorológiában

A szárazság fokozódik a pozitív visszajelzések révén. Az eső hiánya csökkenti a talaj nedvességtartalmát, ami elpusztítja a növényeket és/vagy kevesebb vizet enged ki belőlük párologtatással . Mindkét tényező korlátozza az elpárologtatást , azt a folyamatot, amelynek során vízgőz kerül a légkörbe a felületről, és száraz port ad a légkörbe, amely elnyeli a vizet. A kevesebb vízgőz alacsony harmatpont -hőmérsékletet és hatékonyabb nappali fűtést jelent, csökkentve a légköri páratartalom esélyét, ami felhőképződéshez vezet. Végül felhők nélkül nem lehet eső, és a hurok teljes.

A klimatológiában

Az éghajlatváltozás „kényszerítheti” a klímaberendezést a felmelegedés vagy a hűtés irányába, például az üvegházhatású gázok légköri megnövekedett koncentrációja felmelegedést okozhat a felszínen. A kényszerítések kívül esnek a klímaberendezésen, a visszajelzések pedig a rendszer belső folyamatai. Néhány visszacsatolási mechanizmus viszonylag elszigetelten működik az éghajlati rendszer többi részétől, míg mások szorosan összekapcsolódnak. A kényszerítések, visszajelzések és az éghajlati rendszer dinamikája határozzák meg, hogy mennyit és milyen gyorsan változik az éghajlat. A globális felmelegedés fő pozitív visszajelzése az a tendencia, hogy a felmelegedés növeli a vízgőz mennyiségét a légkörben, ami további felmelegedéshez vezet. A fő negatív visszacsatolás a Stefan – Boltzmann -törvényből származik, a Földből az űrbe sugárzott hőmennyiség arányos a Föld felszínének és légkörének negyedik hatványával.

A klimatológia pozitív visszacsatolási alrendszereire további példák a következők:

  • A melegebb légkör megolvasztja a jeget, és ez megváltoztatja az albedót, ami tovább melegíti a légkört.
  • A metán -hidrátok instabilak lehetnek, így a felmelegedő óceán több metánt bocsáthat ki , ami szintén üvegházhatású gáz.
  • A tőzeglápokban természetesen előforduló tőzeg szénat tartalmaz. Amikor a tőzeg megszárad, elbomlik , és tovább éghet. A tőzeg nitrogén -oxidot is kibocsát .
  • A globális felmelegedés befolyásolja a felhők eloszlását. A magasabb tengerszint feletti felhők fokozzák az üvegházhatást, míg az alacsony felhők elsősorban a napfényt tükrözik vissza, ellenkezőleg, a hőmérsékletre.

Az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület (IPCC) negyedik értékelő jelentése kimondja, hogy "az antropogén felmelegedés hirtelen vagy visszafordíthatatlan hatásokhoz vezethet, az éghajlatváltozás mértékétől és mértékétől függően."

A szociológiában

Az önbeteljesítő prófécia társadalmi pozitív visszacsatolási hurok a hiedelmek és a viselkedés között: ha elegendő ember hisz abban, hogy valami igaz, akkor viselkedésük valóra válthatja, és viselkedésük megfigyelései viszont növelhetik a hitet. Klasszikus példa a bankfutás .

A pozitív visszacsatolás másik szociológiai példája a hálózati hatás . Ha több embert arra ösztönöznek, hogy csatlakozzon egy hálózathoz, ez növeli a hálózat elérhetőségét, ezért a hálózat egyre gyorsabban bővül. A vírusos videó egy példa arra a hálózati hatásra, amelyben egy népszerű videó linkjeit megosztják és újra elosztják, biztosítva, hogy minél többen lássák a videót, majd újra közzétegyék a linkeket. Ez az alapja számos társadalmi jelenségnek, beleértve a Ponzi -sémákat és a láncleveleket . Sok esetben a populáció mérete korlátozza a visszacsatolási hatást.

A kémiában

Ha egy kémiai reakció hőt bocsát ki , és maga a reakció gyorsabban megy végbe magasabb hőmérsékleten, akkor nagy a valószínűsége a pozitív visszacsatolásnak. Ha a keletkező hőt nem távolítják el elég gyorsan a reaktánsokból, akkor termikus elszökés következhet be, és nagyon gyorsan kémiai robbanáshoz vezethet .

A természetvédelemben

Sok vadon élő állatot vadásznak a részeiért, amelyek igen értékesek lehetnek. Minél közelebb kerülnek a kihaláshoz a célzott fajok, annál magasabb az áruk. Ez egy példa a pozitív visszajelzésekre.

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

  • Wiener Norbert (1948), Kibernetika vagy vezérlés és kommunikáció az állatban és a gépben , Párizs, Hermann et Cie - MIT Press, Cambridge, MA.
  • Katie Salen és Eric Zimmerman. Játékszabályok . MIT Nyomja meg . 2004. ISBN  0-262-24045-9 . 18. fejezet: A játékok mint kibernetikus rendszerek.

Külső linkek