Les boucles de rétroaction sont une caractéristique clé des systèmes sur lesquels cet article se concentre, tels que les écosystèmes et les organismes individuels. Ils existent également dans le monde humain, les communautés, les organisations et les familles.
Les systèmes artificiels de ce type incluent des robots avec des systèmes de contrôle qui utilisent une rétroaction négative pour maintenir les états souhaités.
Caractéristiques principales
Dans un système adaptatif, le paramètre change lentement et n'a pas de valeur préférée. Cependant, dans un système autorégulé, la valeur du paramètre dépend de l'historique de la dynamique du système. L'une des qualités les plus importantes des systèmes d'autorégulation est la capacité de s'adapter au bord du chaos, ou la capacité d'éviter le chaos. Pratiquement parlant, en se dirigeant vers le bord du chaos sans aller plus loin, l'observateur peut agir spontanément, mais sans catastrophes. Les physiciens ont prouvé que l'adaptation au bord du chaos se produit dans presque tous les systèmes de rétroaction. Que le lecteur ne soit pas surpris par une terminologie prétentieuse, car de telles théories affectent directement la théoriechaos.
Pratopoesis
Practopoïèse en tant que terme inventé par Danko Nikolic fait référence à une sorte de système adaptatif ou autorégulateur dans lequel l'autopoïèse d'un organisme ou d'une cellule se produit par le biais d'interactions allopoétiques entre ses composants. Ils s'organisent selon une hiérarchie poétique: une composante en crée une autre. La théorie suggère que les systèmes vivants présentent une hiérarchie de quatre opérations poétiques de ce type:
évolution (i) → expression génique (ii) → mécanismes homéostatiques non liés aux gènes (anapoïèse) (iii) → fonction cellulaire (iv).
Practopoesis conteste la doctrine moderne des neurosciences en affirmant que les opérations mentales se produisent principalement au niveau anapoétique (iii), c'est-à-dire que les esprits émergent de mécanismes homéostatiques (adaptatifs) rapides. Cela contraste avec la croyance largement répandue selon laquelle la pensée est synonyme d'activité neuronale (fonction cellulaire au niveau iv).
Chaque niveau inférieur contient des connaissances plus générales que le niveau supérieur. Par exemple, les gènes contiennent plus de connaissances générales que les mécanismes anapoétiques, qui à leur tour contiennent plus de connaissances générales que les fonctions cellulaires. Cette hiérarchie des connaissances permet au niveau anapoétique de stocker directement les concepts nécessaires à l'émergence de l'esprit.
Système complexe
Un système adaptatif complexe est un mécanisme complexe dans lequel une compréhension parfaite des parties individuelles ne fournit pas automatiquement une compréhension parfaite de l'ensembleconceptions. L'étude de ces mécanismes, qui sont une sorte de sous-ensemble de systèmes dynamiques non linéaires, est hautement interdisciplinaire et combine les connaissances des sciences naturelles et sociales pour développer des modèles et des représentations du plus haut niveau qui prennent en compte les facteurs hétérogènes, la transition de phase et autres nuances.
Ils sont complexes en ce sens qu'ils sont des réseaux dynamiques d'interactions et que leurs relations ne sont pas des collections d'objets statiques séparés, c'est-à-dire que le comportement de l'ensemble n'est pas prédit par le comportement des composants. Ils sont adaptatifs dans la mesure où les comportements individuels et collectifs mutent et s'auto-organisent en fonction d'un micro-événement ou d'un ensemble d'événements initiateurs de changement. Il s'agit d'un ensemble macroscopique complexe de microstructures relativement similaires et partiellement apparentées, façonnées pour s'adapter à un environnement changeant et améliorer leur survie en tant que macrostructure.
Demande
Le terme "systèmes adaptatifs complexes" (CAS) ou la science de la complexité est souvent utilisé pour décrire le domaine académique vaguement organisé qui s'est développé autour de l'étude de ces systèmes. La science de la complexité n'est pas une théorie unique - elle couvre plus d'un cadre théorique et est hautement interdisciplinaire, cherchant des réponses à certaines questions fondamentales sur les systèmes vivants, adaptables et changeants. La recherche CAS se concentre sur les propriétés complexes, émergentes et macroscopiques d'un système. John H. Holland a déclaré que les CAS sont des systèmes qui ont un grandle nombre de composants, souvent appelés agents, qui interagissent, s'adaptent ou apprennent.
Exemples
Des exemples typiques de systèmes adaptatifs incluent:
- climat;
- villes;
- firmes;
- marchés;
- gouvernements;
- industrie;
- écosystèmes;
- réseaux sociaux;
- réseaux électriques;
- packs d'animaux;
- flux de trafic;
- colonies d'insectes sociaux (par exemple fourmis);
- cerveau et système immunitaire;
- cellules et embryon en développement.
Mais ce n'est pas tout. En outre, cette liste peut inclure des systèmes adaptatifs en cybernétique, qui gagnent de plus en plus en popularité. Les organisations basées sur des groupes sociaux de personnes tels que les partis politiques, les communautés, les communautés géopolitiques, les guerres et les réseaux terroristes sont également considérées comme CAS. L'Internet et le cyberespace, composés, collaborant et gérés par un ensemble complexe d'interactions homme-machine, sont également considérés comme un système adaptatif complexe. Le CAS peut être hiérarchique, mais il montrera toujours plus souvent des aspects d'auto-organisation. Ainsi, certaines technologies modernes (par exemple, les réseaux de neurones) peuvent être qualifiées de systèmes d'information auto-apprenants et auto-ajustables.
Différences
Ce qui distingue CAS d'un système multi-agents pur (SMA) est l'attention portée aux caractéristiques et fonctions de haut niveau telles que l'auto-similarité, la complexité structurelle et l'auto-organisation. MAS est définicomme un système composé de plusieurs agents en interaction, alors que dans CAS, les agents et le système sont adaptatifs et que le système lui-même est auto-similaire.
CAS est une collection complexe d'agents adaptatifs en interaction. Ces systèmes se caractérisent par un degré élevé d'adaptation, ce qui les rend exceptionnellement résistants face aux changements, aux crises et aux catastrophes. Ceci doit être pris en compte lors du développement d'un système adaptatif.
D'autres propriétés importantes sont: l'adaptation (ou l'homéostasie), la communication, la coopération, la spécialisation, l'organisation spatiale et temporelle et la reproduction. On les trouve à tous les niveaux: les cellules se spécialisent, s'adaptent et se multiplient comme le font les grands organismes. La communication et la collaboration se produisent à tous les niveaux, de l'agent au niveau du système. Les forces motrices de la coopération entre agents dans un tel système peuvent dans certains cas être analysées à l'aide de la théorie des jeux.
Simulation
CAS sont des systèmes adaptables. Parfois, ils sont modélisés à l'aide de modèles de réseau complexes basés sur des agents. Celles basées sur des agents sont développées à l'aide de diverses méthodes et outils, principalement en identifiant d'abord divers agents au sein du modèle. Une autre méthode de développement de modèles pour CAS consiste à développer des modèles de réseau complexes en utilisant les données d'interaction de divers composants CAS, tels qu'un système de communication adaptatif.
En 2013SpringerOpen / BioMed Central a lancé une revue en ligne en libre accès sur la modélisation des systèmes complexes (CASM).
Les organismes vivants sont des systèmes adaptatifs complexes. Alors que la complexité est difficile à quantifier en biologie, l'évolution a produit des organismes étonnants. Cette observation a conduit l'idée fausse commune sur l'évolution d'être progressive.
En quête de complexité
Si ce qui précède était généralement vrai, l'évolution aurait une forte tendance à la complexité. Dans ce type de processus, la valeur du degré de difficulté le plus courant augmentera avec le temps. En effet, certaines simulations de vie artificielle suggèrent que la génération de CAS est une caractéristique inévitable de l'évolution.
Cependant, l'idée d'une tendance générale à la complexité dans l'évolution peut aussi s'expliquer par un processus passif. Cela inclut l'augmentation de la variance, mais la valeur la plus courante, le mode, ne change pas. Ainsi, le niveau de difficulté maximum augmente avec le temps, mais uniquement en tant que produit indirect du nombre total d'organismes. Ce type de processus aléatoire est également appelé marche aléatoire bornée.
Dans cette hypothèse, la tendance évidente à compliquer la structure des organismes est une illusion. Il découle de la concentration sur un petit nombre d'organismes de grande taille et très complexes qui habitent la queue droite de la distribution de la complexité, et de l'ignorance des plus simples et beaucoup plus courants.organismes. Ce modèle passif souligne que la grande majorité des espèces sont des procaryotes microscopiques, qui représentent environ la moitié de la biomasse mondiale et la grande majorité de la biodiversité de la Terre. Par conséquent, la vie simple reste dominante sur Terre, tandis que la vie complexe apparaît plus diversifiée uniquement en raison d'un biais d'échantillonnage.
Si la biologie n'a pas de tendance générale à la complexité, cela n'empêchera pas l'existence de forces qui poussent les systèmes vers la complexité dans un sous-ensemble de cas. Ces tendances mineures seront contrebalancées par d'autres pressions évolutives qui poussent les systèmes vers des états moins complexes.
Système immunitaire
Le système immunitaire adaptatif (également appelé système immunitaire acquis ou, plus rarement, système immunitaire spécifique) est un sous-système du système immunitaire général. Il se compose de cellules et de processus hautement spécialisés qui éliminent les agents pathogènes ou empêchent leur croissance. Le système immunitaire acquis est l'une des deux stratégies immunitaires majeures chez les vertébrés (l'autre étant le système immunitaire inné). L'immunité acquise crée une mémoire immunologique après une réponse initiale à un agent pathogène particulier et conduit à une réponse améliorée lors de rencontres ultérieures avec le même agent pathogène. Ce processus d'immunité acquise est à la base de la vaccination. Comme le système inné, le système acquis comprend non seulement des composants de l'immunité humorale, mais aussi des composants de l'immunité cellulaire.
Histoire du terme
Le terme "adaptatif" a été introduit pour la première foisutilisé par Robert Good en relation avec les réponses anticorps chez les grenouilles comme synonyme de réponse immunitaire acquise en 1964. Goode a reconnu qu'il utilisait les termes de manière interchangeable, mais a seulement expliqué qu'il préférait utiliser le terme. Peut-être pensait-il à la théorie alors invraisemblable de la formation d'anticorps, dans laquelle ils étaient plastiques et pouvaient s'adapter à la forme moléculaire des antigènes, ou au concept d'enzymes adaptatives dont l'expression pourrait être causée par leurs substrats. L'expression a été utilisée presque exclusivement par Goode et ses étudiants, ainsi que par plusieurs autres immunologistes travaillant sur des organismes marginaux jusqu'aux années 1990. Ensuite, il est devenu largement utilisé en conjonction avec le terme "immunité innée", qui est devenu un sujet populaire après la découverte du système récepteur Toll. chez la drosophile, auparavant un organisme marginal pour l'étude de l'immunologie. Le terme "adaptatif" tel qu'il est utilisé en immunologie est problématique car les réponses immunitaires acquises peuvent être soit adaptatives, soit inadaptées au sens physiologique. En effet, les réponses acquises et immunitaires peuvent être adaptatives et non adaptatives dans un sens évolutif. Aujourd'hui, la plupart des manuels utilisent exclusivement le terme "adaptatif", notant qu'il est synonyme d'"acquis".
Adaptation biologique
Depuis la découverte, le sens classique de l'immunité acquise en est venu à signifier l'immunité spécifique à l'antigène médiée par des réarrangements somatiquesgènes qui créent des récepteurs antigéniques qui définissent des clones. Au cours de la dernière décennie, le terme "adaptatif" a été de plus en plus appliqué à une autre classe de réponse immunitaire qui n'a pas encore été associée à des réarrangements de gènes somatiques. Celles-ci incluent l'expansion des cellules tueuses naturelles (NK) avec une spécificité antigénique encore inexpliquée, l'expansion des cellules NK exprimant des récepteurs codés par la lignée germinale et l'activation d'autres cellules immunitaires innées dans un état activé qui fournit une mémoire immunitaire à court terme. En ce sens, l'immunité adaptative se rapproche de la notion d'"état activé" ou d'"hétérostase", revenant ainsi au sens physiologique d'"adaptation" aux changements environnementaux. En termes simples, il est aujourd'hui presque synonyme d'adaptation biologique.
