Социально-методический центр поддержки СО НКО Московской области

Положительная обратная связь

Добавлено 2 декабря 2018 в 08:29

Как мы видели, отрицательная обратная связь является невероятно полезным инструментом применительно к операционным усилителям. Она позволяет нам создавать все эти практические схемы с возможностью точно устанавливать коэффициенты усиления, скорости и другие значимые параметры с помощью всего лишь нескольких изменений номиналов резисторов. Отрицательная обратная связь делает все эти схемы стабильными и самокорректирующимися.

Основной принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что выходной сигнал имеет тенденцию двигаться в направлении, которое создает условие равновесия (баланса). В схеме на операционном усилителе без обратной связи отсутствует корректирующий механизм, и выходное напряжение будет насыщаться при минимальной величине дифференциального напряжения, приложенного между входами. Результатом является компаратор.

С отрицательной обратной связью (выходное напряжение каким-то образом подается обратно на инвертирующий вход) схема имеет тенденцию препятствовать тому, чтобы выходное напряжение доходило до полного насыщения. Скорее выходное напряжение доходит до такого высокого или низкого значения, чтобы уравновешивать напряжения двух входов:

Отрицательная обратная связь

Независимо от того, будет ли выход соединен с инвертирующим (-) входом напрямую или через набор компонентов, эффект будет тем же: чрезвычайно высокий дифференциальный коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя будет «приручен», и схема будет реагировать в соответствии с предписанием «петли» обратной связи, соединяющей выход с инвертирующим входом.

Другой тип обратной связи, а именно положительная обратная связь (ПОС), также находит применение в схемах на операционных усилителях. В отличие от отрицательной обратной связи, когда выходное напряжение подается обратно на инвертирующий (-) вход, при положительной обратной связи выходное напряжение каким-либо способом направляется обратно на неинвертирующий (+) вход. В простейшей форме мы могли бы подключить просто кусок провода от выхода до неинвертирующего входа и посмотреть, что произойдет:

Положительная обратная связь

Инвертирующий вход остается неподключенным к петле обратной связи и может принимать внешнее напряжение. Посмотрим, что произойдет, если соединим инвертирующий вход с землей:

Положительная обратная связь, инвертирующий вход соединен с землей

Когда инвертирующий вход соединен с землей (удерживается на нуле вольт), выходное напряжение будет определяться величиной и полярностью напряжения на неинвертирующем входе. Если это напряжение будет положительным, операционный усилитель будет так же выдавать положительное напряжение, подавая это положительное напряжение обратно на неинвертирующий вход, что приведет к полному положительному насыщению на выходе. С другой стороны, если напряжение на неинвертирующем входе отрицательно, на выходе операционного усилителя будет так же отрицательное напряжение, которое будет подаваться обратно на неинвертирующий вход, и в результате получится полное отрицательное насыщение.

Здесь мы имеем схему, выход которой бистабилен: стабилен в одном из двух состояний (насыщенное положительное или насыщенное отрицательное). Как только он достигнет одного из этих насыщенных состояний, он будет оставаться в этом состоянии неизменным. То, что необходимо для его переключения, – это напряжение, приложенное к инвертирующему (-) входу с той же полярностью, но немного большему по величине. Например, если наша схема насыщена при выходном напряжении +12 вольт, то для изменения выходного напряжения необходимо напряжение не менее +12 вольт на инвертирующем входе. Когда состояние на выходе изменится, то это будет полностью насыщенное отрицательное состояние.

Таким образом, операционный усилитель с положительной обратной связью имеет тенденцию оставаться в любом состоянии выхода, в котором он уже находится. Он «защелкивается» в одном из двух состояний, насыщенном положительном или насыщенном отрицательном. Технически это явление известно как гистерезис.

Гистерезис может быть полезным свойством для схемы компаратора. Как мы видели ранее, компараторы могут быть использованы для создания прямоугольного сигнала из сигнала любого типа (синусоидального, треугольного, пилообразного и т.д.). Если входной сигнал переменного тока является бесшумным (то есть «чистым» сигналом), простой компаратор будет работать нормально.

«Чистый» входной сигнал переменного напряжения создает предсказуемые точки перехода в выходном напряжении прямоугольной формы

Однако если имеются какие-либо аномалии в форме сигнала, такие как гармоники или «выбросы», которые вызывают значительное повышение и падение напряжения в течение одного периода, выход компаратора может переключать состояния неожиданно:

Реагирование компаратора на «грязную» синусоиду

Каждый раз, когда происходит переход через опорный уровень напряжения, независимо от того, насколько крошечный этот переход может быть, выход компаратора будет переключать состояние, создавая прямоугольный сигнал с «глюками».

Если мы добавим в схему компаратора небольшую положительную обратную связь, мы введем гистерезис в выходной сигнал. Этот гистерезис заставит выход оставаться в своем текущем состоянии, если только входное переменное напряжение не претерпит существенного изменения величины.

Введение положительной обратной связи в схему компаратора

То, что создает резистор обратной связи, является двумя опорными уровнями в схеме компаратора. Напряжение, подаваемое на неинвертирующий (+) вход в качестве опорного уровня, который сравнивается с входным переменным напряжением, изменяется в зависимости от значения выходного напряжения операционного усилителя. Когда выход операционного усилителя насыщен положительно, опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более положительным, чем ранее. С другой стороны, когда выход ОУ насыщен отрицательно, то опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более отрицательным, чем ранее. Результат легче понять на графике:

Реагирование компаратора с положительной обратной связью на «грязную» синусоиду

Когда выход операционного усилителя насыщен положительно, действует верхнее опорное напряжение, и выходное напряжение не будет падать до отрицательного уровня насыщения, если входное напряжение не поднимется выше этого верхнего опорного уровня. С другой стороны, когда выход ОУ насыщен отрицательно, действует нижнее опорное напряжение, и выходное напряжение не поднимется до положительного уровня насыщения, если входное напряжение не упадет ниже этого нижнего опорного уровня. В результате получается чистый прямоугольный выходной сигнал, несмотря на значительное количество искажений входного сигнала переменного напряжения. Для того чтобы «выброс» вызвал переключение компаратора из одного состояния в другое, он должен быть, по крайней мере, столь же большим (высоким) как разность между верхним и нижним уровнями опорного напряжения и произойти в нужный момент времени, чтобы пересечь оба этих уровня.

Другим применением положительной обратной связи в схемах на операционных усилителях является построение схем генераторов. Генератор представляет собой устройство, которое создает переменное или, по меньшей мере, импульсное выходное напряжение. Технически он известен как нестабильное устройство: не имеет стабильного выходного состояния (нет какого-либо равновесия). Генераторы – это очень полезные устройства, и они легко реализуются с помощью простого операционного усилителя и нескольких внешних компонентов.

Схема генератора, использующая положительную обратную связь

Когда выход насыщен положительно, V_опор будет положительным, и конденсатор зарядится в положительном направлении. Когда V_накл превышает V_опор на минимальную разницу, выход будет насыщен отрицательно, и конденсатор будет заряжаться в противоположном направлении (полярности). Колебание происходит, потому что положительная обратная связь мгновенна, а отрицательная обратная связь имеет задержку (с помощью постоянной времени RC цепи). Частоту этого генератора можно регулировать, изменяя размер любого компонента.

Резюме

• Отрицательная обратная связь создает условие равновесия (баланса). Положительная обратная связь создает условие гистерезиса (тенденцию «запираться» в одном из двух крайних состояний).
• Генератор представляет собой устройство, создающее переменное или импульсное выходное напряжение.

Оригинал статьи:

• Positive Feedback

Теги

ГенераторКомпараторОбратная связьОбучениеОУ (операционный усилитель)Положительная обратная связьЭлектроника

Назад

Оглавление

Вперед

Положительная обратная связь

ИНОСТРАННЫЕ ЯЗЫКИ / 26 МАРТА

Положительная обратная связь

Работа учителя считается одной из самых сложных: на них возложена большая миссия как обучить, так и воспитать. Очень важно правильно и грамотно донести до ученика ту или иную информацию, так, чтобы не обидеть, а наоборот, подтолкнуть к более правильным решениям и вдохновить на новые свершения. Как это сделать лучше? Рассказываем в статье «Положительная обратная связь», переведенной нашей студенткой Екатериной Коржовой.

21 ЯНВАРЯ 2018 ГОДА
ДЖЕННИФЕР ГОНСАЛЕС

Мы, учителя, ежедневно оцениваем работу студентов: рассказываем им, как достичь лучших результатов, хвалим за усердную работу, исправляем их ошибки и направляем их, когда их поведение не способствует учебному процессу.

Это что касается студентов. Также мы отзываемся о своих коллегах, хотя подобные случаи предоставляются не так часто и легко, как нам хотелось бы. В свою очередь, мы тоже получаем комментарии и замечания от учеников, их родителей, начальства и коллег. И мы призываем студентов давать обратную связь друг другу, хотя результаты такой работы неоднозначны. Действительно, весь учебный процесс можно описать как длинный сеанс обратной связи: ежедневно одни люди приходят в школу с целью стать лучше, а другие советуют им, как этого добиться.

И не всегда всё проходит гладко. Обратная связь заставляет людей занимать оборонительную позицию. Задеваются чувства. Слишком часто комментарии и отзывы не позволяют добиться тех результатов, на которые вы рассчитывали, потому что обратная связь была дана некорректным образом.

Оказывается, есть способ выразить обратную связь эффективнее. В этом случае внимание заостряется не на прошлом, а на будущем. Эта концепция была придумана экспертом по менеджменту Маршаллом Голдсмитом (Marshall Goldsmith) и получила название «положительная обратная связь». Насколько я могу судить, с этой практикой знакомо очень мало преподавателей. Я уверена, что, научившись применять ее правильно и регулярно, мы смогли бы добиться удивительных результатов, помочь нашим ученикам расти и развиваться.

На этой неделе я беру интервью у Джо Хирша (Joe Hirsch), автора книги «Работа над обратной связью: Отбросьте прошлое, примите будущее и проложите путь к переменам». В книге Джо углубляется в практику положительной обратной связи и показывает нам, как и почему это работает. Вы можете прослушать или прочитать наш диалог полностью, или же прочитать краткий обзор здесь, в этой статье.

ЧТО НЕ ТАК С ТЕМ, КАК МЫ ДАЕМ ОБРАТНУЮ СВЯЗЬ?

Когда мы отзываемся о работе наших студентов, или когда наши сотрудники или начальство дают обратную связь нам, основное внимание уделяется прошлому. «Люди не могут контролировать то, что они не в силах изменить, и нам не дано изменить прошлое, — говорит Хирш. — Но тем не менее именно прошлое оказывается в центре внимания в большинстве отзывов, которые мы даем или получаем».

В частности, такая обратная связь не всегда дает хорошие результаты по трем причинам:

Она отключает наши психические панели управления. «Когда мы получаем отрицательную оценку того, что не можем изменить или контролировать, — говорит Хирш, — наш мозг наполняется гормоном стресса кортизолом, отвечающим за распознавание угрозы, и это заставляет нас защищаться. Отказывают те части, которые отвечают за творческую и исполнительную функцию, те части, которые позволяют нам планировать и принимать рациональные решения. По сути, мы находимся в состоянии психического паралича».

Она уделяет особое внимание не развитию, а оценке. В таком отзыве практически все время тратится на то, чтобы дать характеристику тому, что уже не исправить, а не советам касательно того, как повысить эти результаты. «Когда обратная связь основана на том, чтобы дать оценку деятельности относительно неких утвержденных стандартов, мы упускаем саму суть обратной связи — всеми силами способствовать развитию».

Она способствует негативным реакциям. «Когда мы слышим о недостатках, с которыми уже ничего не поделать, так как они в прошлом, в нас возникает чувство беспомощности, чувство, что нам не под силу изменить и будущее. Вместо того чтобы заняться самосовершенствованием (что и было изначальной целью критики), мы не можем избавиться от деструктивного взгляда на себя и не видим, как становимся лучше и лучше».

ЧТО ТАКОЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ?

Такой вид обратной связи позволяет нам сфокусироваться на улучшениях и развитии вместо того, чтобы оценивать и осуждать прошлое.

Предположим, что моя ученица пишет эссе. Вместо того чтобы ждать, пока она закончит, а затем отмечать все ошибки и ставить ей оценку, я бы читала части эссе, пока она его пишет, указывала на определенные моменты и задавала наводящие вопросы, чтобы заставить ее думать, как сделать это эссе лучше.

В своей книге Хирш берет это широкое понятие и определяет шесть его компонентов, шесть конкретных характеристик, которые делают этот метод настолько эффективным.

Итак, давайте взглянем на каждый из них. Если вы хотите с успехом практиковать положительную обратную связь, она должна включать эти компоненты:

ОНА ВОЗРОЖДАЕТ ТАЛАНТ Эффективность положительной обратной связи заключается в том, что она помогает людям видеть возможности для развития, способы примерить на себя новые роли. «Говоря простым языком, — пишет в своей книге Хирш, — это приводит к безошибочному чувству, что мы движемся вперед в нашей профессиональной и личной жизни. Получая приятную обратную связь о своей работе, мы радуемся, но это не открывает новые горизонты. Это просто подтверждает то, что мы и так уже знаем о себе и своих талантах, по существу сдерживая наш рост. Но когда обратная связь заставляет нас думать о том, как распространить этот талант на других, это дает многократный эффект».

Поэтому, когда мы замечаем, что студент преуспевает в какой-то области, вместо того чтобы просто отметить это, мы можем дать ему возможность участвовать в каком-то конкурсе, опубликовать свою работу или сделать презентацию, чтобы он мог поделиться этим с другими учениками, а не просто держать интерес к предмету в себе. Это помогает студентам увидеть себя в новом свете и заставляет их думать о дальнейшем развитии.

ОНА РАСШИРЯЕТ ВОЗМОЖНОСТИ Эффективная обратная связь для начала отмечает то хорошее, что уже имеется, и, вместо того чтобы указывать на проблемы, помогает расширить и обогатить это. В своей книге Хирш описывает концепцию, используемую студией Pixar, под названием «плюссинг». Собираясь вместе, чтобы обсудить прошедший рабочий день, для улучшения результатов работы сотрудники студии должны дать друг другу обратную связь. Особо эффективными такие собрания становятся благодаря одному важному правилу: участники не могут указать на проблему, не предложив альтернативу («А что, если?..»).

Эта концепция способна творить чудеса и на собраниях персонала или совещаниях комитетов: когда мы обсуждаем возможные решения проблемы, а не отбрасываем с ходу идеи, кажущиеся нам нерабочими, мы можем добавить к ним небольшие штрихи. «Это интересная мысль. Что, если мы слегка изменим вот здесь и попробуем это?» Этот метод также будет прекрасно работать для студенческих учебных проектов: иногда требуется найти несколько вариантов решения проблемы, прежде чем удастся выбрать самый удачный.

ОНА КОНКРЕТНАЯ Весьма часто обратная связь дает нам оценку по слишком большому количеству критериев одновременно, обрушиваясь на нас, как лавина. Это не самый эффективный способ помочь кому-либо развиваться. «Есть предел тому, как много информации мы способны переварить и претворить в жизнь за раз, — говорит Хирш. — Положительная обратная связь основана на тщательном выборе цели отзыва». Он советует нам взять за привычку работать с обратной связью ежедневно и сосредотачиваться лишь на нескольких вещах одновременно.

Таким образом, вместо того чтобы ждать, пока задание будет сделано, чтобы указать студенту на то, как он мог бы улучшить свою работу, стоит найти способ дать ему четкие советы и рекомендации непосредственно во время выполнения работы.

ОНА НАСТОЯЩАЯ Никто особенно не любит критиковать. «Мы видим проблемы, мы видим ошибки других людей, и мы это знаем, — говорит Хирш, — но мы не хотим никого обидеть, верно? Мы не хотим их раздавить. Таким образом, есть тенденция либо вообще не давать обратную связь, либо замаскировать ее как сэндвич, где критика прячется между двумя очень, очень поверхностными похвалами».

Хирш объясняет, что проблема этого подхода — эффект новизны. Людям лучше всего запоминаются те слова, которые прозвучали в конце. Поэтому, когда вы прилепляете какую-то похвалу после предоставления конструктивной обратной связи, человек на самом деле не впитывает критическую часть настолько хорошо, насколько мог бы, если бы вы говорили не завуалированно.

Хирш рекомендует более прямой подход: опишите, что происходит, объясните, почему это проблема, затем помогите человеку найти ее решение. «Когда критику выражают таким образом, — объясняет Хирш, — это успокаивает людей, не дает им занять оборонительную позицию. Все понятно и лаконично, вы указываете на проблему, а затем вместе ищете ее решение. Люди не хотят сэндвич с похвалой. Люди хотят знать правду».

Этот подход также может быть использован с учебными ситуациями: если вы имеете дело со студентом, который мешает классу работать, опишите ему его поведение, объясните, почему это проблема, а затем спросите у него, как ее решить. Это звучит очень просто, но если тот метод, которым вы пользуетесь сейчас, не дает вам желаемых результатов, стоит попробовать.

ОНА ОКАЗЫВАЕТ ВЛИЯНИЕ Одна из причин, по которой ничего не меняется к лучшему после получения обратной связи, заключается в том, что люди не всегда знают, что с ней делать. «Если вы хотите, чтобы обратная связь оказала влияние, — отмечает Хирш, — вам нужно сформулировать ее таким образом, чтобы люди смогли работать с этой информацией». В своей книге он ссылается на исследования, показывающие, что регулярная обратная связь обычно не приводит к приобретению новых навыков или привычек, но когда эта обратная связь сочетается с наставничеством, передача навыков взлетает до 95 процентов.

Поэтому, если студент регулярно забывает принести учебник, нужно не просто посоветовать ему измениться, а помочь ему выработать конкретный план улучшения. В идеале, этот план должен состоять из множества маленьких шагов (это сделает его более осуществимым), и студент должен взять на себя инициативу в разработке этого плана.

ОНА УЛУЧШАЕТ ГРУППОВУЮ ДИНАМИКУ «Обратная связь — это командный вид спорта, — говорит Хирш. — Она не происходит один на один. Обсуждение ведется в группах и внутри организаций. И когда мы избавляемся от этой приказной манеры традиционной обратной связи, мы освобождаем место для чего-то более общего и совместного».

Таким образом, вместо того чтобы давать обратную связь сверху вниз, по иерархической модели, предоставьте сотрудникам возможность получать обратную связь от своих коллег, даже от тех, чьи сферы работы, казалось бы, не пересекаются. В своей книге Хирш заимствует термин из управленческих кругов, известный как «творческая обработка», используемый для описания явления, когда люди с противоположными взглядами работают над одной задачей вместе. Хотя это и может привести к еще большему конфликту, взглянуть на проблему разных точек зрения, как правило, может быть полезно, и это положительным образом сказывается на результате такой работы.

К этому способу можно прибегать и в образовательной сфере: почему бы одному преподавателю не попросить дать обратную связь другого, преподающего совершенно иной предмет, вместо того чтобы получать отзывы и замечания лишь от завуча? Когда вы видите, что студент обращается за отзывами по своей работе к одному и тому же товарищу, предложите ему узнать мнение кого-то другого или даже предложите своему классу дать обратную связь параллельному классу.

Советовать людям, как им измениться к лучшему, совсем не так просто. Поэтому неудивительно, что мы все еще учимся тому, как делать это наилучшим образом. Если обратная связь, которую вы даете студентам, коллегам и даже своим домашним, не дает того эффекта, на который вы рассчитываете, попробуйте перейти к «положительной обратной связи». Благодаря ей, как говорит Хирш, мы можем видеть себя не такими, какие мы есть, но кем мы становимся.

Перевела студентка факультета иностранных языков Екатерина Коржова / Оригинал

ВАМ ПОНРАВИЛАСЬ ЭТА СТАТЬЯ?

К ДРУГИМ МАТЕРИАЛАМ

Положительная обратная связь Определение и примеры

Положительная обратная связь
n.
Определение: Контурная система, в которой система реагирует на возмущение. Ответ может быть в том же направлении (как при положительной обратной связи) или в противоположном направлении (как при отрицательной обратной связи).

Содержание

Положительная обратная связь Определение

Каждый механизм тела, такой как температура, кровяное давление и уровень определенных питательных веществ, должен находиться в оптимальном диапазоне, чтобы тело могло функционировать должным образом. Оптимальное значение – это нормальное значение, относительно которого колеблется стандартный диапазон. Поддержание стандартного или оптимального диапазона сохраняет тело здоровым и стабильным. Различные биологические механизмы работают на вход и выход тела, заданного в результате определенного раздражителя.

Цикл обратной связи содержит две основные формы: (1) положительная обратная связь и (2) отрицательная обратная связь. Они поддерживают равновесие тела в различных условиях. Петли обратной связи — это биологические механизмы, в которых внутренняя стабильность живого организма поддерживается в зависимости от его реакции. Это происходит, когда продукт действия или любой выход изменяет реакцию организма.

Что такое положительный отзыв? Положительная обратная связь усиливает или увеличивает изменение или результат. Эффект отклика усиливается, так что он может происходить намного быстрее. В этой форме обратной связи повышается производительность системы. И наоборот, при отрицательной обратной связи выходной сигнал уменьшается или подавляется.

Петли обратной связи играют важную роль в сохранении гомеостаза. Гомеостаз — это сохранение внутренней среды организма от вреда и колебаний внешней среды и помогает в поддержании стабильности организма.

Поддержание гомеостаза зависит от двух основных факторов:

1. Тип организма
2. Среда обитания организма

Например, хладнокровное животное, например рыба, поддерживает более низкую температуру тела в зависимости от внешней среды, тогда как теплокровное животное, такое как кит, сохраняет более высокую температуру тела для поддержания внутренней стабильности.

Положительная обратная связь известна как положительная реакция или самоподкрепляющая реакция на внешний или внутренний ввод. При этом эффектор усиливает стимул, который усиливает образование продукта для поддержания стабильности организма. Положительный отзыв способствует изменению физиологического состояния, а не обращает его вспять.

Что такое петля положительной обратной связи? Положительная обратная связь включает физиологическую систему, которая усиливает изменение (работает, чтобы усилить или усилить изменение). Рецептор улавливает изменение, а затем эффектор работает, чтобы получить идентичный результат — это усиливает физиологические изменения. Фактическое изменение будет продолжать усиливаться петлей положительной обратной связи до тех пор, пока стимул не будет устранен.

Определение биологии
Положительная обратная связь усиливает или увеличивает изменение или результат. Эффект отклика усиливается, так что он может происходить намного быстрее. В этой форме обратной связи повышается производительность системы. И наоборот, при отрицательной обратной связи выходной сигнал уменьшается или подавляется. Он характеризуется наличием системы, реагирующей на возмущение в том же направлении, что и возмущение, что приводит к усилению или росту выходного сигнала. Сравните: отрицательная обратная связь

Примеры положительной обратной связи

Что является примером положительной обратной связи в гомеостазе? Давайте рассмотрим некоторые примеры: образование тромбов, роды, созревание плода и менструальный цикл. Каждый из них изображает механизм положительной обратной связи:

• Факторы свертывания крови высвобождаются, чтобы закрыть рану
• Во время рождения ребенка происходит расширение стенок матки, вызывающее сокращение, которое способствует дальнейшему растяжению ( это продолжается до рождения)
• При созревании плодов происходит высвобождение этилена, который будет продолжать процесс созревания плодов
• Во время менструального цикла гормон эстроген способствует секреции других гормонов, что приводит к овуляции.

Образование тромбов

Одним из основных примеров положительной обратной связи является усилие организма по устранению повреждений, вызванных любой травмой. При повреждении тела главной угрозой для жизни является чрезмерная потеря крови. Артериальное давление и кровоток в месте повреждения снижаются. В месте повреждения высвобождаются факторы свертывания крови, которые инициируют свертывание крови. Как только процесс начинается, он способствует дальнейшему процессу свертывания крови. Таким образом, в целом ускоряется процесс герметизации пораженного участка. Факторы свертывания отвечают за образование сгустка в поврежденной или раненой области. Это один из спасительных примеров положительной обратной связи.

Рисунок 1: Петля положительной обратной связи, показывающая свертывание раны. Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Роды

• Начало схваток при родах также известно как рефлекс Фергюсона .
• В случае родов рост ребенка в конечном итоге приводит к расширению стенок матки, что отражается рецепторами растяжения
• Это растяжение вызывает секрецию гормона окситоцина, который активирует мышцы матки и вызывает сокращение пространства матки
• Это вызывает большее растяжение матки и, следовательно, будет происходить больше сокращений до тех пор, пока первоначальный стимул (плод) не будет удален (т. е. рождение)

Рисунок 2: Петля положительной обратной связи, показывающая гормональные изменения во время родов. Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Созревание фруктов

Созревание фруктов — еще один пример системы, использующей положительную обратную связь. Если вы понаблюдаете за растением или деревом, приносящим много плодов, вы заметите, что плоды проходят стадии: от незрелых к спелым и к перезрелым. Процесс начнется, когда начнут созревать первые плоды. Когда он созревает, он выделяет газ, известный как 9.0011 этилен (C ₂ H ₄ ). Это приводит к тому, что близлежащие плоды, подвергшиеся воздействию этилена, начинают созревать. По мере созревания эти плоды также продолжают выделять газ этилен. Эта петля обратной связи обычно используется при производстве фруктов, в которых воздействие газообразного этилена ускоряет процесс созревания.

Рисунок 3: Петля положительной обратной связи, связанная с созреванием плодов. Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Менструальный цикл

Гормон эстроген начинает выделяться в яичниках до наступления овуляции у женщин. Гормон эстроген попадает в мозг и вызывает секрецию двух других гормонов. Гипоталамус активируется для высвобождения гонадотропного гормона, в то время как гипофиз стимулирует высвобождение лютеинизирующего гормона. Лютеинизирующий гормон, в свою очередь, усиливает выброс эстрогенов. Повышение уровня этих гормонов, а также фолликулостимулирующих гормонов приводит к овуляции.

 

Части положительной обратной связи

В поддержании гомеостаза участвуют четыре основных компонента. Это:

1. Стимул
2. Сенсор (рецептор)
3. Центр управления
4. Эффектор

Стимул

Стимулятором может быть любое внешнее вещество, нарушающее гомеостаз организма (это процесс поддержания баланс всех систем организма). Стимул обеспечивается контролируемыми переменными. В общем, стимул заставляет оптимальный диапазон перемещаться или колебаться от нормального или стандартного диапазона. Физические травмы, инфекции или любые колебания во внешней среде являются некоторыми случаями раздражителей. Они нарушают физиологические функции организма.

Датчик

Датчик также известен как приемник . Этот компонент системы обратной связи определяет физиологическое значение. Датчик ощущает изменение равновесия тела. Он не только отслеживает степень изменений, но и отправляет сигналы в центр управления. Например, нервные клетки шейки матки воспринимают давление головы плода во время родов. Сенсорные нервы от сенсора сообщат об изменении в центр управления.

Центр управления

Центр управления является частью системы обратной связи, которая сравнивает степень колебания с нормальным значением. Он не только получает сигналы от датчиков, но и обрабатывает информацию. Центр управления в мозгу улавливает изменения, сравнивает их с нормальными значениями. Если значение выходит за пределы оптимального диапазона, центр управления посылает немедленный сигнал эффектору для поддержания равновесия тела.

Гипофиз расположен рядом с головным мозгом, который является центром управления многочисленными ответными процессами. В ответ на раздражитель из него высвобождаются различные гормоны, такие как окситоцин, антидиуретический гормон и гормон роста.

Эффектор

Эффектор может быть любой мышцей, органом, железой или любой другой структурой, которая дает ответ на стимул в соответствии с сигналом, полученным из центра управления. Эффектор либо противостоит раздражителю, либо усиливает его. Реакция эффектора зависит от команды, полученной центром управления.

Целью эффектора является сохранение стабильности путем перемещения переменной назад к стандартной точке.
Например, результатом положительной обратной связи в случае родов является сокращение матки. Итак, здесь исполнительным органом является матка.

Положительная и отрицательная обратная связь:

Петли обратной связи — это биологические процедуры, помогающие поддерживать гомеостаз в организме. Это происходит, когда возникает продукт или событие, которое изменяет реакцию организма.

A p Петля положительной обратной связи сохраняет направление стимула и, возможно, ускоряет действие. Случай положительной обратной связи, присутствующей в организме животного, представляет собой взрыв химических реакций, которые приводят к свертыванию крови, также известному как коагуляция. При этом, когда один фактор свертывания крови активируется, он будет продолжать активировать другие в последовательности, пока не сформируется сгусток, фибрин. В этом процессе направление события сохраняется, а не меняется, поэтому это положительная обратная связь.

Схватки при родах и созревании плода являются примерами положительной обратной связи.

Петля отрицательной обратной связи уменьшает изменение. Эффект отклика ослабляется, чтобы восстановить стабильное состояние системы. Отрицательная обратная связь предназначена для минимизации изменений или результатов. Эффект реакции снижается, чтобы восстановить систему в ровное и устойчивое состояние. Модификация в направлении стимула в любом гомеостатическом процессе представляет собой петлю отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь увеличивает или уменьшает стимул, но не позволяет стимулу продолжать свое действие. Другими словами, когда уровень высокий, тело прилагает усилия, чтобы понизить его, и, наоборот, когда уровень низкий, тело делает свое действие, чтобы уровень можно было поднять.

Примеры отрицательной обратной связи включают регулирование уровня глюкозы в крови и осморегуляцию. Другое дело терморегуляция. Всякий раз, когда температура тела отклоняется, начинает работать механизм, чтобы восстановить ее до нормального диапазона.

Отрицательный ответ встречается чаще, чем положительный ответ в гомеостатических процессах организма. Многие болезни вызваны нарушением изначальной системы организма.

Действие усиливается в положительной обратной связи по мере повышения уровня продуктивности. Таким образом, ответный эффект усиливается в конечном счете в конце. Напротив, отрицательная обратная связь тормозит скорость действия по мере развития конкретной ситуации, которая либо приводит к вредным последствиям. Поэтому реакция на реакцию тормозится.

Отрицательная обратная связь тесно связана со стабильностью по сравнению с положительной обратной связью, поскольку отрицательная обратная связь сводит к минимуму воздействие раздражителей. С другой стороны, положительный ответ вызывает производство, что иногда вызывает изменчивость.

Отрицательная обратная связь показывает сопротивление изменениям, потому что она поддерживает механизм тела в его фактическом состоянии и обращает изменения вспять. Однако положительная обратная связь, как правило, поддерживает трансформацию и изменения.

Положительный ответ часто требует вмешательства извне, чтобы остановить его работу. Например, когда тело находится в состоянии циркуляторного шока, оно получает множество положительных обратных связей, чтобы справиться с чрезвычайной ситуацией. В таком состоянии артериальное давление продолжает падать, что может привести к сердечной недостаточности. В таких случаях требуется лечение для прекращения положительной обратной связи.

С другой стороны, отрицательная обратная связь просто независима. Он остановится, когда будет достигнута стабильность.

 

 

Биологическое значение

Без обратной связи стабильность во внутренней системе организма не может быть достигнута. Это означает, что тело уменьшает свою способность контролировать свои системы. Хотя отрицательная обратная связь очень распространена в поддержании стабильности, положительная обратная связь также имеет большое значение. Ниже приведены несколько примеров, демонстрирующих биологическую важность обратной связи.

Характер гормонального ответа: концентрация гормона в плазме зависит от следующих аспектов, таких как скорость секреции и концентрация гормона в кровотоке .

Гипоталамус секретирует гормон кортикотропин, который способствует высвобождению гипофизом адренокортикотропного гормона (АКТГ). АКТГ способствует высвобождению кортизола надпочечниками. Когда концентрация АКТГ в плазме начинает расти, он посылает сигнал в гипоталамус о прекращении секреции КРГ. Точно так же по мере повышения уровня кортизола в плазме он «возвращается» в гипофиз и гипоталамус для предотвращения секреции адренокортикотропного и кортикотропного гормонов соответственно. Поэтому небольшое колебание в указанной области приводит к корректирующему действию на другой стороне. Таким образом, отрицательная обратная связь помогает предотвратить чрезмерный выброс гормонов.

В период лактации возникает нервная реакция в спинном мозге из-за сосания соска. Этот ответ восходит к гипоталамусу, что вызывает стимуляцию гипофиза. Таким образом, вырабатывается больше пролактина, что способствует выработке молока.

Еще одной важной особенностью положительной обратной связи является повышение уровня эстрогена во время фазы менструального цикла, что приведет к овуляции. Производство сенсорных нервных сигналов также является важным биологическим фактором положительных ответов.

Что касается нервного волокна, мембрана вызывает небольшую утечку ионов натрия через натриевые каналы. Это приведет к изменению мембранного потенциала, что в конечном итоге приведет к открытию множественных натриевых каналов (цикл Ходжкина). Первая небольшая утечка вызывает взрыв утечек натрия, что необходимо для распространения потенциала действия нерва.

Положительная обратная связь также полезна для поддержания других процессов клеточной передачи сигналов, таких как кинетика ферментов или физиологические механизмы. Положительную обратную связь можно использовать для усиления действия В-клеток. Когда В-клетка связывает свои антитела с антигеном, это приводит к иммунному процессу, при котором вырабатывается и высвобождается больше антител.

Апоптоз – это запрограммированная гибель клеток, целью которой является удаление из организма поврежденных и нежелательных клеток. Если этот процесс не работает должным образом, это приведет к серьезным последствиям, таким как рак. Самой сердцевиной этого процесса является автоактивация каспаз, за ​​которой может следовать петля положительной обратной связи.

Положительная обратная связь реагирует на возмущение в том же направлении, что и возмущение. Он стремится инициировать или ускорить биологический процесс. В этой системе исходный сигнал возмущения равен усиливается, и выход может расти экспоненциально или даже гиперболически. Одним из примеров биологической положительной обратной связи является начало схваток в родах. Когда происходит сокращение, окситоцин высвобождается в организме, стимулируя новые сокращения. Таким образом, в результате увеличивается амплитуда и частота сокращений. Другой пример — процесс свертывания крови . При повреждении ткани высвобождаются сигнальные химические вещества. Эти химические вещества активируют циркулирующие тромбоциты, чтобы высвободить больше этих химических веществ, чтобы активировать больше тромбоцитов, которые необходимы при образовании тромба. Другими примерами положительной обратной связи являются генерация нервных сигналов и генная регуляция.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о положительных отзывах.

Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Что является примером положительного отзыва?

Секреция гормона окситоцина во время родов

Гормональная регуляция температуры тела

Секреция инсулина и глюкагона для регуляции уровня глюкозы в крови

2. Что НЕ является примером положительной обратной связи в гомеостазе?

Этилен при созревании плодов

Эстроген, стимулирующий секрецию определенных гормонов, которые приводят к овуляции

Гомеостаз артериального давления

3. Что такое петля положительной обратной связи?

Механизм тормозящей обратной связи

Петля обратной связи, ограничивающая систему

Петля обратной связи, усиливающая изменение

4. Что такое положительная обратная связь?

Сокращения стенки матки начинаются и прекращаются, что может указывать на «ложные роды»

Факторы свертывания крови усиливают процесс свертывания крови

Прогестерон препятствует овуляции

5. Какой компонент положительной обратной связи участвует в обработке информации?

Центр управления

Effector

Стимул

Отправить свои результаты (необязательно)

Ваше имя

на электронную почту

Следующая

Положительные и отрицательные петли в биологии

Feelback. реакция на продукт, которая позволит модифицировать продукт. Таким образом, петли обратной связи представляют собой процесс, посредством которого изменение в системе приводит к аварийному сигналу, который приводит к определенному результату. Этот результат либо увеличит изменения в системе, либо уменьшит их, чтобы вернуть систему в нормальное состояние. Остается несколько вопросов: как работают эти системы? Что такое положительный отзыв? Что такое отрицательный отзыв? Где мы находим эти системы в природе?

Биологические системы работают на основе механизма входов и выходов, каждый из которых вызван и вызывает определенное событие. Петля обратной связи — это биологическое явление, при котором выход системы усиливает систему (положительная обратная связь) или тормозит систему (отрицательная обратная связь). Петли обратной связи важны, потому что они позволяют живым организмам поддерживать гомеостаз . Гомеостаз — это механизм, который позволяет нам поддерживать нашу внутреннюю среду относительно постоянной — не слишком горячей или слишком холодной, не слишком голодной или усталой. Уровень энергии, необходимый организму для поддержания гомеостаза, зависит от типа организма, а также от среды, в которой он обитает. Например, хладнокровная рыба поддерживает свою температуру на том же уровне, что и окружающая ее вода, и поэтому ей не нужно контролировать свою внутреннюю температуру. Сравните это с теплокровным китом в той же среде: ему нужно поддерживать температуру тела выше, чем температура воды вокруг него, и поэтому он затрачивает больше энергии на регулирование температуры. Это разница между эктотермы и эндотермы : эктотермы используют температуру окружающей среды для контроля своей внутренней температуры (например, рептилии, амфибии и рыбы), тогда как эндотермы используют гомеостаз для поддержания своей внутренней температуры. Эндотермы могут поддерживать свой метаболизм с постоянной скоростью, обеспечивая постоянное движение, реакцию и внутренние процессы, тогда как экзотермы не могут поддерживать свой метаболизм с постоянной скоростью. Это означает, что их движение, реакция и внутренние процессы зависят от адекватного внешнего тепла, но это также означает, что им требуется меньше энергии в виде пищи, поскольку их тела не сжигают топливо постоянно.

Петли обратной связи также могут возникать в большей степени: на уровне экосистемы поддерживается форма гомеостаза. Хорошим примером этого является цикл популяций хищников и жертв: бум популяций жертв будет означать больше пищи для хищников, что приведет к увеличению численности хищников. Затем это приведет к чрезмерному хищничеству, и популяция добычи снова сократится. Популяция хищников в ответ уменьшится, ослабив давление на популяцию жертв и позволив ей прийти в норму. См. рис. 1. Другой пример — так называемая «эволюционная гонка вооружений», когда хищник и его жертва постоянно пытаются переиграть друг друга. Одним из таких отношений является отношение нектароядных птиц к цветам, которыми они питаются. У птиц развиваются длинные клювы, чтобы получить доступ к нектару внутри цветка. В ответ цветок приобретает все более и более длинную трубчатую форму, пытаясь помешать птице добраться до нектара. Птица отвечает, развивая еще более длинный клюв. И так продолжается.

Источник изображения: Wikimedia Commons

Рисунок 1. Тенденции популяций хищников и жертв.

Петли положительной обратной связи

Петля положительной обратной связи возникает в природе, когда продукт реакции приводит к усилению этой реакции. Если мы посмотрим на систему, находящуюся в гомеостазе, петля положительной обратной связи отдаляет систему от цели равновесия. Он делает это, усиливая эффекты продукта или события, и возникает, когда что-то должно произойти быстро.

Пример 1: Созревание фруктов

В природе существует удивительный эффект, когда дерево или куст внезапно созревают со всеми своими фруктами или овощами без какого-либо видимого сигнала. Это наш первый пример петли положительной биологической обратной связи. Если мы посмотрим на яблоню, на которой много яблок, кажется, что за одну ночь все они переходят от незрелых к спелым, а затем к перезрелым. Это начнется с первого созревшего яблока. После созревания он выделяет газ, известный как этилен (C ₂ H ₄ ) через его кожу. Под воздействием этого газа созревают и яблоки рядом с ним. После созревания они тоже производят этилен, который продолжает созревать в остальной части дерева, создавая эффект, очень похожий на волну. Эта петля обратной связи часто используется при производстве фруктов, когда яблоки подвергаются воздействию искусственного газа этилена, чтобы ускорить их созревание.

Рисунок 2: Процесс созревания яблок представляет собой петлю положительной обратной связи.

Пример 2: Роды

Когда начинаются роды, головка ребенка опускается вниз, что приводит к повышенному давлению на шейку матки. Это стимулирует рецепторные клетки посылать химический сигнал в мозг, позволяя высвобождать окситоцин. Этот окситоцин диффундирует к шейке матки через кровь, где он стимулирует дальнейшие сокращения. Эти сокращения стимулируют дальнейший выброс окситоцина, пока ребенок не родится.

Рисунок 3: Схватки во время родов возникают в результате положительной обратной связи.

Пример 3: Свертывание крови

При разрыве или повреждении ткани выделяется химическое вещество. Это химическое вещество вызывает активацию тромбоцитов в крови. Как только эти тромбоциты активируются, они выделяют химическое вещество, которое сигнализирует об активации большего количества тромбоцитов, пока рана не свернется.

Рис. 4. Процесс свертывания крови в ране представляет собой петлю положительной обратной связи.

Петли отрицательной обратной связи

Петля отрицательной обратной связи возникает в биологии, когда продукт реакции приводит к ослаблению этой реакции. Таким образом, петля отрицательной обратной связи приближает систему к цели стабильности или гомеостаза. Петли отрицательной обратной связи отвечают за стабилизацию системы и обеспечивают поддержание устойчивого стабильного состояния. Реакция регулирующего механизма противоположна выходу события.

Пример 1: Регуляция температуры

Регуляция температуры у человека происходит постоянно. Нормальная температура человеческого тела составляет приблизительно 98,6°F. Когда температура тела поднимается выше этого значения, в организме начинают потеть два механизма, и происходит расширение сосудов, что позволяет большей площади поверхности крови подвергаться воздействию более прохладной внешней среды. Когда пот охлаждается, он вызывает испарительное охлаждение, а кровеносные сосуды вызывают конвективное охлаждение. Нормальная температура восстанавливается. Если эти механизмы охлаждения продолжатся, тело станет холодным. Механизмы, которые затем срабатывают, — это образование мурашек по коже и сужение сосудов. Мурашки у других млекопитающих приподнимают волосы или мех, позволяя сохранять больше тепла. У людей они стягивают окружающую кожу, уменьшая (незначительно) площадь поверхности, с которой теряется тепло. Вазоконстрикция гарантирует, что только небольшая площадь поверхности вен подвергается воздействию более низкой температуры наружного воздуха, сохраняя тепло. Нормальная температура восстанавливается.

Рисунок 5: Процесс регулирования температуры у человека представляет собой петлю отрицательной обратной связи.

Пример 2: Регуляция кровяного давления (барорефлекс)

Кровяное давление должно оставаться достаточно высоким, чтобы перекачивать кровь во все части тела, но не настолько высоким, чтобы при этом вызвать повреждения. Пока сердце работает, барорецепторы определяют давление крови, проходящей через артерии. Если давление слишком высокое или слишком низкое, химический сигнал отправляется в мозг через языкоглоточный нерв. Затем мозг посылает химический сигнал сердцу, чтобы отрегулировать скорость перекачивания: если кровяное давление низкое, частота сердечных сокращений увеличивается, а если артериальное давление высокое, частота сердечных сокращений уменьшается.

Пример 3: Осморегуляция

Осморегуляция относится к контролю концентрации различных жидкостей в организме для поддержания гомеостаза. Мы снова рассмотрим пример рыбы, живущей в океане. Концентрация соли в воде, окружающей рыбу, намного выше, чем в жидкости, содержащейся в рыбе. Эта вода поступает в организм рыбы диффузно через жабры, при потреблении пищи и при питье. Кроме того, поскольку концентрация соли снаружи выше, чем внутри рыбы, происходит пассивная диффузия соли в рыбу и воды из рыбы. В этом случае концентрация соли в рыбе слишком высока, и ионы соли должны выделяться с экскрецией. Это происходит через кожу и с очень концентрированной мочой. Кроме того, высокие уровни солей в крови удаляются посредством активного транспорта хлорид-секретирующими клетками в жабрах. Таким образом поддерживается правильная концентрация соли.

Рисунок 6: Процесс осморегуляции у морских рыб представляет собой постоянную отрицательную обратную связь.

Положительная и отрицательная обратная связь

Основное различие между положительной и отрицательной обратной связью заключается в их реакции на изменение: положительная обратная связь усиливает изменения, а отрицательная обратная связь уменьшает их. Это означает, что положительная обратная связь приведет к большему количеству продукта: больше яблок, больше сокращений или больше тромбоцитов. Отрицательная обратная связь приведет к меньшему количеству продукта: меньшему количеству тепла, меньшему давлению или меньшему количеству соли. Положительная обратная связь движется от целевой точки, а отрицательная обратная связь движется к цели.

  Почему важна обратная связь?

Без обратной связи гомеостаз невозможен. Это означает, что организм теряет способность к саморегуляции своего тела. Механизмы отрицательной обратной связи более распространены в гомеостазе, но петли положительной обратной связи также важны. Изменения в петлях обратной связи могут привести к различным проблемам, включая сахарный диабет.

Рисунок 7: При нормальном цикле глюкозы повышение уровня глюкозы в крови, определяемое поджелудочной железой, приводит к тому, что бета-клетки поджелудочной железы секретируют инсулин до тех пор, пока не будет достигнут нормальный уровень глюкозы в крови. В то время как при обнаружении низкого уровня глюкозы в крови альфа-клетки поджелудочной железы выделяют глюкагон, чтобы поднять уровень глюкозы в крови до нормального уровня.

При диабете 1 типа бета-клетки не работают. Это означает, что когда уровень глюкозы в крови повышается, выработка инсулина не запускается, и поэтому уровень глюкозы в крови продолжает расти. Это может привести к таким симптомам, как помутнение зрения, потеря веса, гипервентиляция, тошнота и рвота, среди прочих. При диабете 2 типа хронический высокий уровень глюкозы в крови возникает в результате неправильного питания и отсутствия физических упражнений. Это приводит к тому, что клетки больше не распознают инсулин, и поэтому уровень глюкозы в крови продолжает расти.

Завершение циклов положительной и отрицательной обратной связи

Петли обратной связи — это биологические механизмы, посредством которых поддерживается гомеостаз. Это происходит, когда продукт или результат события или реакции изменяет реакцию организма на эту реакцию. Положительная обратная связь возникает, чтобы увеличить изменение или результат: результат реакции усиливается, чтобы он происходил быстрее. Отрицательная обратная связь возникает, чтобы уменьшить изменение или результат: результат реакции уменьшается, чтобы вернуть систему в стабильное состояние. Некоторыми примерами положительной обратной связи являются сокращения при рождении ребенка и созревании плода; примеры отрицательной обратной связи включают регуляцию уровня глюкозы в крови и осморегуляцию.

Ищете практику биологии?

Начните подготовку к биологии вместе с Альбертом.