Biologische Kybernetik: Regelungsvorgänge in Organismen by Rainer Röhler

By Rainer Röhler

Bereits im vorigen Jahrhundert erkannten einige Physiologen wie z. B. C 1 a u d e B e r n a d, r dass im Organismus zahlreiche Regelungssysteme wirken. Sie betreffen zum Teil Vorgange im autonomen approach, die unbewusst ablaufen und auf die Stabilisierung zahlreicher physiologischer Parameter - des sog. i n n e r e n M i - I i e u -gerichtet s sind, als auch Vorgange, die bewusste Informationen der Sinnes organe zur zero p tim i er u n g der Verhaltensweise des Organismus ausnutzen. Seit No r b e r Wie t n e r zusammen mit einigen Mitarbeitern Ende des zweiten Welt krieges die kybernetische Betrachtungsweise einfuhrte, begnugt guy sich nicht mit der qualitativen Einsicht in den Wirkungszusammenhang der biologischen Regelungs systeme, sondern strebt eine quantitative Beschreibung an. Das wurde moglich, weil zu dieser Zeit die Regelungstechnik eine solide theoretische Grundlage mit wirksamen mathematischen Methoden erhalten hatte und guy daran denken konn te, diese Methoden auch auf die Beschreibung und die examine biologischer Syste me anzuwenden. Es liegt auf der Hand, dass der Ingenieur, der ein technisches Regelungssystem kon struiert, eine quantitative Beschreibung des platforms erarbeiten muss, denn er kann sich nur auf diese Weise davon uberzeugen, dass sein method in der vorgesehenen Weise funktionieren wird. Demgegenuber ist es weit weniger deutlich, dass dem Biologen eine quantitative

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Hier scheint ein sehr allgemeines Prinzip der Organisation biologischer Systeme deutlich zu werden. Zwar sind die biologischen Regelkreise, wie schon mehrfach bemerkt, in vielfältiger Weise ineinander vernetzt, es lassen sich jedoch deutlich drei hierarchische Stufen erkennen [6]. Die unterste Stufe bilden die Festwertregelungen, die die Aufgaben der Homöostase erfiillen. Auf der nächsten Stufe werden die Sollwerte ermittelt, die fiir den Organismus in einer gegebenen Situation optimal sind. Diese Stufe ist also fiir Adaptationsvorgänge verantwortlich, indem sie die Sollwerte geeignet variiert und damit Folgeregelungen auslöst.

Beim Durchlaufen des Systems nicht und bleibt auch deren Gesamtmenge gleich, so ist die statische Verstärkung des Systems gleich Eins. 24) sagt aus, daß die gleiche Signalquantität, die durch den 8-Impuls in das System eingeflossen ist, es auch wieder verläßt, wenn auch in anderer zeitlicher Verteilung. _ T Die FC des Systems erster Ordnung erhält man durch Fourier-Transformation von h(t); sie lautet (s. Obungsaufgabe 7c): 52 2. 26) so kann man schreiben G(w) = V 1 +t. 27) Diese FC hat die gleiche Form wie die FC des aufgeschnittenen Regelkreises: vl V 1 F(w)= 1 +.

In Bild 8 sind die Zeit- und Frequenzfunktionen, die bei der Hintereinanderschaltung zweier linearer Systeme Bedeutung haben, angedeutet. Da derartige Zusammenschaltungen in Regelkreisen oft vorkommen, ist es Bild 8 Serienschaltungzweier linearer Systeme. wichtig, aus den Impulsreaktionen Die Systeme werden durch die Impulsreaktionen h 1(t), h 2 (t) oder durch die Frequenz- bzw. Frequenzcharakteristiken der einzelnen Komponenten diejenige des Gecharakteristiken F 1(w), F 2 (w) gekennzeichsamtsystems berechnen zu können.

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