Моделювання - незамінний метод вирішення ряду завдань аналізу і синтезу БТС. Не слід забувати, що експерименти (в звичайному природно-науковому сенсі цього слова) над живими системами вельми обмежені, а часом і просто неможливі. Моделювання надає унікальну можливість досліджувати біооб'єкт, не надаючи на нього сильних (а тим більше руйнують) енергетичних впливів.
Предмет, завдання і методи моделювання
Модель - це об'єкт, що відображає окремі, важливі для розв'язуваної задачі, властивості досліджуваного об'єкта. Моделюванням називається сукупність процедур побудови та дослідження моделі.
Біооб'єкт досліджують за його відображенню - моделі.
Відображення - операція, при якій кожному елементу деякого заданого безлічі X ставиться у відповідність один певний елемент безлічі У. Таке відповідність між елементами х безлічі X і елементами у безлічі У записують у вигляді /: X -> У.
Ізоморфні відображенням (ізомоморфізмом ) називається взаімооднозначном відображення кожного властивості одного об'єкта на властивості іншого об'єкта. Гомоморфізм - відображення окремих властивостей досліджуваного об'єкта на властивості іншого об'єкта.
При гомоморфності відображенні властивості вибирають, виходячи з конкретних цілей дослідження. Ці властивості є найбільш важливими і визначальними в поведінці біооб'єкту за даних умов. Моделі являють собою гомоморфні відображення реального об'єкта.
Роль моделювання в науці, безсумнівно, буде зростати в XXI ст. (Управління ризиками, наука про живе, історична механіка). Увага споживачів знань і споживачів наукомістких технологій перемикається на такі об'єкти і процеси, для освоєння яких проведення експериментів в традиційному сенсі вкрай важко, а в ряді випадків і просто неможливо.
При моделюванні з усієї інформації про об'єкт виділяється найбільш значуща структурна інформація. Структурна інформація визначається як відображення структури і властивостей досліджуваного об'єкта на структуру і властивості моделі.
Першим етапом моделювання охоплюється лише частина структури і функцій об'єкта. Після опису взаємозв'язку підсистем об'єкта реконструюються структура і функції об'єкта як цілого.
Основа здійснення процедур моделювання - інформаційні взаємодії з біооб'єктів, які проводяться на низьких енергетичних рівнях.
Перерахуємо різні види моделей.
1. Геометрична (морфологічна) модель відображає зовнішню сторону об'єкта, його геометричну форму. Приклади моделей такого виду - різні іграшки, макети природних об'єктів і технічних пристроїв, що відображають зовнішні, візуально сприймаються характеристики об'єкта-оригіналу (іграшкові моделі літаків і автомобілів, макети будівель, манекен для демонстрації одягу).
Окремим випадком геометричних моделей можна вважати графічні моделі - зображення, наприклад, серцево-судинної системи (рис. 9.1), т. Е. Серця з великим і малим колами кровообігу.
2. Вербальна модель словесно описує і фіксує у вигляді тексту основні частини, властивості і функції об'єкта. Опис будь-якого явища може розглядатися як різновид його вербальної моделі. Приклад вербальної моделі - спрощений опис серцево-судинної системи.
Серцево-судинна система складається з двох насосів (правої і лівої частин) і двох мереж (малого (легеневого) і болипо-
го кіл кровообігу, з'єднаних послідовно).
Мал. 9.1. Геометрична модель серцево-судинної системи:
Кожна частина серця має дві камери - передсердя і шлуночок, причому вхід і вихід другої камери обладнані клапанами, які забезпечують односпрямованість потоку крові через серце.
Мережі являють собою досить складну систему розгалужених еластичних артерій і вен, м'язових артеріол і капілярних систем. Кожне передсердя об'єднано з відповідною веною. Хвилинні обсяги лівої і правої частин серця залежать від тиску в мережах, яке, в свою чергу, залежить від хвилинних обсягів. За рахунок такої механічної зворотного зв'язку в серцево-судинній системі забезпечується саморегуляція. При порушенні рівності хвилинних обсягів під впливом обурення тиск в мережах змінюється так, що рівність знову відновлюється.
3. Функціональна модель відображає основні властивості і функції об'єкта, а також взаємозв'язку його підсистем. Як функціональних моделей виступають фізичні і знакові моделі.
Фізичні моделі описують властивості об'єкта за допомогою тих чи інших фізичних процесів. Приклад - В'язкопружні елемент як механічна модель м'язового скорочення.
Знакові моделі відображають властивості об'єкта за допомогою засобів формальних мов. Приклади - різні математичні співвідношення і хімічні формули.
