علم التحكم الحيوي

علم التحكم الحيوي هو تطبيق علم التحكم الآلي على تخصصات العلوم البيولوجية، مثل علم الأعصاب والأنظمة متعددة الخلايا. يلعب علم التحكم الحيوي دورًا محوريًا في بيولوجيا الأنظمة ، ساعيًا إلى دمج مستويات مختلفة من المعلومات لفهم كيفية عمل الأنظمة البيولوجية. ينحدر مجال التحكم الآلي نفسه من تخصصات بيولوجية، مثل علم وظائف الأعصاب. يُعد علم التحكم الحيوي علمًا مجردًا، وجزءًا أساسيًا من البيولوجيا النظرية ، قائمًا على مبادئ علم الأنظمة . وهو دراسة نفسية تهدف إلى فهم كيفية عمل جسم الإنسان كنظام بيولوجي، وكيفية أدائه للوظائف العقلية المعقدة، مثل معالجة الأفكار والحركة والحفاظ على التوازن الداخلي. ضمن هذا المجال، تسمح العديد من الخصائص المميزة بإجراء تمييزات مختلفة داخل المجموعات السيبرانية، مثل البشر والحشرات، كالنحل والنمل.

يتعاون البشر، لكن لديهم أيضًا أفكار فردية تُمكّنهم من التصرف بشكل مستقل، بينما تتبع النحلات العاملات أوامر الملكة. ^{[ 1 ]} ورغم أن البشر غالبًا ما يعملون معًا، إلا أنهم قادرون أيضًا على الانفصال عن المجموعة والتفكير بشكل مستقل. ^{[ 2 ]} ومن الأمثلة الفريدة على ذلك في مجال علم التحكم الحيوي البشري، ما حدث في مجتمعات فترة الاستعمار، عندما أنشأت بريطانيا العظمى مستعمراتها في أمريكا الشمالية وأستراليا. فقد ورثت المستعمرات العديد من سمات وخصائص البلد الأم، بالإضافة إلى خصائص مميزة خاصة بها، كاللغة والشخصية. وكما هو الحال في النباتات المتسلقة والأعشاب، حيث تُنتج النبتة الأم فروعًا تنتشر من مركزها، فإن هذه الفروع، بمجرد أن تنمو جذورها وتنفصل عن النبتة الأم، تستطيع البقاء بشكل مستقل وتُعتبر جزءًا منها. ويرتبط المجتمع بالنباتات ارتباطًا وثيقًا أكثر من ارتباطه بالحيوانات، إذ لا يوجد، كما هو الحال في النباتات، فصل واضح بين الأصل والفرع. ويُشبه تفرع المجتمع تكاثر النباتات أكثر من تكاثر الحيوانات. البشر كائناتٌ ذات استراتيجية تكاثر K، حيث ينجبون عادةً عددًا أقل من النسل ويرعونه لفترات أطول مقارنةً بالكائنات ذات استراتيجية تكاثر r . يمكن القول إنه عندما أنشأت بريطانيا مستعمرات في مناطق مثل أمريكا الشمالية وأستراليا، كان ينبغي اعتبار هذه المستعمرات، بمجرد استقلالها، نتاجًا للمجتمع البريطاني. وكما هو الحال مع جميع الأبناء، ورثت المستعمرات العديد من الخصائص، كاللغة والعادات والتقنيات، من آبائها، لكنها مع ذلك طورت شخصيتها الخاصة. يشبه هذا النوع من التكاثر إلى حد كبير التكاثر الخضري الذي تستخدمه العديد من النباتات، كالكروم والأعشاب، حيث تُنتج النبتة الأم فروعًا تنتشر بعيدًا عن مركزها. عندما ينفصل هذا الفرع، بعد أن يُكوّن جذوره الخاصة، عن النبتة الأم، فإنه يعيش بشكل مستقل ويُشكّل نبتة جديدة. وهكذا، فإن نمو المجتمع أقرب إلى نمو النباتات منه إلى نمو الحيوانات العليا التي نعرفها جيدًا، فلا يوجد تمييز واضح بين الأصل والنسل.

تتمتع الكائنات الفائقة أيضًا بما يُسمى " الذكاء الموزع "، وهو نظام يتألف من عناصر فردية ذات ذكاء ومعلومات محدودة. تستطيع هذه العناصر تجميع مواردها لتحقيق أهداف تتجاوز قدرة الأفراد على بلوغها بمفردهم. يشبه هذا مفهوم "نظرية الألعاب". ^{[ 3 ]} في هذا المفهوم، يتخذ الأفراد والكائنات الحية قراراتهم بناءً على سلوكيات اللاعبين الآخرين لتحديد النتيجة الأكثر ربحية لهم كأفراد وليس كمجموعة.

علم التحكم الحيوي هو مصطلح مركب من كلمتي "بيو" (باليونانية: βίο / الحياة) و "سايبرنيتكس" (باليونانية: κυβερνητική / التحكم والإدارة). ورغم أن الصيغة الكاملة للكلمة هي "علم التحكم البيولوجي"، إلا أن هذا المجال يُشار إليه في الغالب باسم "علم التحكم الحيوي" في الأبحاث العلمية.

• الترابطية
• نظرية المعلومات البيولوجية
• علم الأحياء النظمي

من بين أوائل المؤيدين لعلم التحكم الحيوي روس آشبي، وهانز دريشل، ونوربرت وينر، وغيرهم. وفيما يلي قائمة بأهم الأبحاث المنشورة لكل عالم.

روس آشبي، "مقدمة في علم التحكم الآلي"، 1956 ^{[ 4 ]} هانز دريشل، "مقدمة في علم التحكم الآلي الحيوي"، 1972 ^{[ 5 ]} نوربرت وينر، "علم التحكم الآلي أو التحكم والاتصال في الحيوان والآلة"، 1948 ^{[ 6 ]}

يمكن العثور على الأبحاث والدراسات التي تتناول مواضيع متعلقة بالهندسة الحيوية السيبرانية تحت مسميات عديدة متشابهة، منها الهندسة السيبرانية الجزيئية، والهندسة السيبرانية العصبية، والهندسة السيبرانية الخلوية. وتشمل هذه المجالات تخصصات تُعنى بدراسة جوانب محددة من الكائنات الحية (فعلى سبيل المثال، تركز الهندسة السيبرانية العصبية على دراسة النماذج العصبية في الكائنات الحية).

• علم التحكم الحيوي – دراسة الكائن الحي بأكمله
• علم الأعصاب السيبراني – علم السيبرنيات الذي يتعامل مع النماذج العصبية. ( علم النفس السيبراني كان عنوان كتاب للمساعدة الذاتية، وهو ليس تخصصًا علميًا).
• علم التحكم الآلي الجزيئي – علم التحكم الآلي الذي يتعامل مع الأنظمة الجزيئية (مثل علم الأحياء الجزيئي وعلم التحكم الآلي)
• علم التحكم الآلي الخلوي – علم التحكم الآلي الذي يتعامل مع الأنظمة الخلوية (مثل تكنولوجيا المعلومات/الهواتف المحمولة أو الخلايا البيولوجية)
• علم التحكم الآلي التطوري – دراسة تطور أنظمة المعلومات (انظر أيضًا البرمجة التطورية ، الخوارزمية التطورية )

• المعلوماتية الحيوية
• علم الإشارات الحيوية
• علم الأحياء الحاسوبي
• النمذجة الحيوية الحاسوبية
• علم التحكم الآلي الطبي
• قائمة برامج علم التحكم الآلي الطبي الحيوي

• معهد ماكس بلانك للسيبرنيطيقا البيولوجية
• مجلة "علم التحكم الآلي البيولوجي"
• بوابة علمية حول علم التحكم الآلي البيولوجي
• مختبر علم التحكم الحيوي بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس
• دورلاف، ستيفن ن.؛ بلوم، لورانس إي. (2010). "نظرية الألعاب وعلم الأحياء". نظرية الألعاب . ص 119-126 . doi : 10.1057/9780230280847_12 . ISBN  978-0-230-23890-9.