Positive tilbakemeldinger - Positive feedback

Noen ganger kan alarm eller panikk spre seg ved positive tilbakemeldinger blant en flokk dyr for å forårsake storm .

Årsakssløyfediagram som skildrer årsakene til et stormløp som en positiv tilbakemeldingssløyfe.

I sosiologi kan en nettverkseffekt raskt skape den positive tilbakemeldingen fra et bankdrift . Bildet ovenfor er av den britiske banken Northern Rock 2007 .

Positive tilbakemeldinger ( forverrende tilbakemeldinger , selvforsterkende tilbakemeldinger ) er en prosess som skjer i en tilbakemeldingssløyfe som forverrer effekten av en liten forstyrrelse. Det vil si at effekten av en forstyrrelse på et system inkluderer en økning i størrelsen på forstyrrelsen. Det vil si, A produserer mer av B som igjen produserer mer av A . Derimot har et system der resultatene av en endring virker for å redusere eller motvirke det negative tilbakemeldinger . Begge begrepene spiller en viktig rolle innen vitenskap og ingeniørfag, inkludert biologi, kjemi og kybernetikk .

Matematisk er positiv tilbakemelding definert som en positiv sløyfegevinst rundt en lukket sløyfe av årsak og virkning. Det vil si at positiv tilbakemelding er i fase med inngangen, i den forstand at den legger til for å gjøre inngangen større. Positive tilbakemeldinger har en tendens til å forårsake ustabilitet i systemet . Når sløyfeforsterkningen er positiv og over 1, vil det typisk være eksponentiell vekst , økende svingninger , kaotisk oppførsel eller andre avvik fra likevekt . Systemparametere vil vanligvis akselerere mot ekstreme verdier, som kan skade eller ødelegge systemet, eller kan ende med at systemet låses i en ny stabil tilstand. Positiv tilbakemelding kan styres av signaler i systemet som filtreres , dempes eller begrenses , eller den kan avbrytes eller reduseres ved å legge til negativ tilbakemelding.

Positiv tilbakemelding brukes i digital elektronikk for å tvinge spenninger bort fra mellomspenninger til '0' og '1'. På den annen side er termisk runaway en type positiv tilbakemelding som kan ødelegge halvlederkryss . Positive tilbakemeldinger i kjemiske reaksjoner kan øke reaksjonshastigheten, og i noen tilfeller kan det føre til eksplosjoner . Positiv tilbakemelding i mekanisk konstruksjon forårsaker at vippepunkter , eller 'over-center', mekanismer klikker på plass, for eksempel i brytere og låsetang . Uten kontroll kan det føre til at broer kollapser . Positive tilbakemeldinger i økonomiske systemer kan forårsake bom-da-bust-sykluser . Et kjent eksempel på positive tilbakemeldinger er den høye hvinende eller hylende lyden som produseres av lydfeedback i høyttalersystemer : Mikrofonen henter lyd fra sine egne høyttalere, forsterker den og sender den gjennom høyttalerne igjen.

Trombocytkoagulasjon viser positive tilbakemeldinger. Den skadede blodkarveggen frigjør kjemikalier som initierer dannelsen av en blodpropp gjennom blodplatemengden. Etter hvert som flere blodplater samles, frigjøres flere kjemikalier som fremskynder prosessen. Prosessen blir raskere og raskere til blodkarveggen er helt forseglet og den positive tilbakemeldingssløyfen er avsluttet. Den eksponentielle formen for grafen illustrerer mekanismen for positiv tilbakemelding.

Oversikt

Positiv tilbakemelding forsterker eller forsterker en effekt ved at den har innflytelse på prosessen som ga opphav til den. For eksempel, når en del av et elektronisk utgangssignal går tilbake til inngangen, og er i fase med den, at systemet forsterkningen økes. Tilbakemeldingene fra utfallet til opprinnelsesprosessen kan være direkte, eller de kan være via andre tilstandsvariabler. Slike systemer kan gi rik kvalitativ atferd, men om tilbakemeldingen umiddelbart er positiv eller negativ i tegn har en ekstremt viktig innflytelse på resultatene. Positive tilbakemeldinger forsterker og negative tilbakemeldinger modererer den opprinnelige prosessen. Positivt og negativt i denne forstand refererer til sløyfegevinster større enn eller mindre enn null, og innebærer ingen verdivurderinger om ønsket om resultatene eller effektene. Et sentralt trekk ved positiv tilbakemelding er dermed at små forstyrrelser blir større. Når det skjer en endring i et system, forårsaker positiv tilbakemelding ytterligere endring, i samme retning.

Grunnleggende

Et grunnleggende tilbakemeldingssystem kan representeres av dette blokkdiagrammet. I diagrammet er + -symbolet en adderer og A og B er vilkårlige årsaksfunksjoner .

En enkel tilbakemeldingssløyfe er vist i diagrammet. Hvis sløyfeforsterkningen AB er positiv, eksisterer det en betingelse for positiv eller regenerativ tilbakemelding.

Hvis funksjonene A og B er lineære og AB er mindre enn enhet, er den generelle systemgevinsten fra input til output begrenset, men kan være veldig stor når AB nærmer seg enhet. I så fall kan det vises at den samlede eller "lukkede sløyfen" gevinsten fra inngang til utgang er:

${\ displaystyle G_ {c} = A/(1-AB)}$

Når AB> 1, er systemet ustabilt, så det har ikke en veldefinert forsterkning; gevinsten kan kalles uendelig.

Avhengig av tilbakemeldingen kan tilstandsendringer være konvergente eller divergerende. Resultatet av positive tilbakemeldinger er å øke endringer, slik at små forstyrrelser kan føre til store endringer.

Et system i likevekt der det er positiv tilbakemelding på enhver endring fra den nåværende tilstanden kan være ustabil, i så fall sies det at systemet er i en ustabil likevekt . Størrelsen på kreftene som virker for å bevege et slikt system bort fra likevekten er en økende funksjon av "avstanden" til staten fra likevekten.

Positiv tilbakemelding innebærer ikke nødvendigvis ustabilitet av en likevekt, for eksempel stabil på og av tilstander kan eksistere i positiv feedback-arkitekturer.

Hysterese

Hysterese får utgangsverdien til å avhenge av inngangshistorikken

I en Schmitt-utløserkrets skyver tilbakemelding til den ikke-inverterende inngangen til en forsterker utgangen direkte bort fra den påførte spenningen mot maksimal eller minimumsspenning som forsterkeren kan generere.

I den virkelige verden forårsaker positive tilbakemeldingsløkker vanligvis ikke en stadig økende vekst, men endres ved å begrense effekter av en eller annen art. I følge Donella Meadows :

"Positive tilbakemeldingsløkker er kilder til vekst, eksplosjon, erosjon og kollaps i systemer. Et system med en ukontrollert positiv sløyfe vil til slutt ødelegge seg selv. Derfor er det så få av dem. Vanligvis vil en negativ sløyfe sparke inn før eller siden. "

Hysterese, der utgangspunktet påvirker hvor systemet havner, kan genereres av positive tilbakemeldinger. Når gevinsten til tilbakemeldingssløyfen er over 1, beveger utgangen seg fra inngangen: hvis den er over inngangen, beveger den seg mot nærmeste positive grense, mens hvis den er under inngangen, beveger den seg mot nærmeste negative grense.

Når den når grensen, vil den være stabil. Men hvis inngangen går forbi grensen, vil tilbakemeldingen endre tegn og utgangen bevege seg i motsatt retning til den treffer den motsatte grensen. Systemet viser derfor bistabil oppførsel.

Terminologi

Begrepene positive og negative ble først brukt på tilbakemeldinger før andre verdenskrig . Ideen om positiv tilbakemelding var allerede aktuell på 1920 -tallet med introduksjonen av den regenerative kretsen .

Friis & Jensen (1924) beskrev regenerering i et sett med elektroniske forsterkere som et tilfelle der "feed-back" -handlingen er positiv i motsetning til negativ feed-back-handling, som de bare nevner i forbifarten. Harold Stephen Blacks klassiske papir fra 1934 beskriver først bruken av negative tilbakemeldinger i elektroniske forsterkere. I følge Black:

"Positiv tilbakemelding øker forsterkningen av forsterkeren, negativ tilbakemelding reduserer den."

I følge Mindell (2002) oppsto forvirring i begrepene kort tid etter dette:

"... Friis og Jensen hadde gjort det samme skillet Black brukte mellom" positiv tilbakemelding "og" negativ tilbakemelding ", ikke basert på tegnet på selve tilbakemeldingen, men heller på dens effekt på forsterkerens forsterkning. , Nyquist og Bode, da de bygde videre på Blacks arbeid, omtalte negative tilbakemeldinger som det med tegnet omvendt. Black hadde problemer med å overbevise andre om nytten av oppfinnelsen hans delvis fordi det var forvirring om grunnleggende definisjonsspørsmål. "

Disse forvirringene, sammen med de daglige assosiasjonene mellom positivt med "godt" og negativt med "dårlig", har fått mange systemteoretikere til å foreslå alternative termer. For eksempel foretrekker Donella Meadows begrepene "Forsterkning" og "Balansering".

Eksempler og applikasjoner

I elektronikk

En regenererende radiomottaker i vintage stil. På grunn av den kontrollerte bruken av positiv tilbakemelding, kan tilstrekkelig forsterkning hentes fra et enkelt vakuumrør eller en ventil (senter).

Regenerative kretser ble oppfunnet og patentert i 1914 for forsterkning og mottak av svært svake radiosignaler. Nøye kontrollert positiv tilbakemelding rundt en enkelt transistorforsterker kan multiplisere forsterkningen med 1000 eller mer. Derfor kan et signal forsterkes 20 000 eller til og med 100 000 ganger i ett trinn, som normalt ville ha en forsterkning på bare 20 til 50. Problemet med regenerative forsterkere som jobber med disse svært høye gevinstene er at de lett blir ustabile og begynner å svinge. Radiooperatøren må være forberedt på å justere mengden tilbakemeldinger ganske kontinuerlig for god mottakelse. Moderne radiomottakere bruker superheterodyne -designet , med mange flere forsterkningsfaser, men mye mer stabil drift og ingen positiv tilbakemelding.

Svingningen som kan bryte ut i en regenerativ radiokrets brukes i elektroniske oscillatorer . Ved bruk av avstemte kretser eller en piezoelektrisk krystall (vanligvis kvarts ) forblir signalet som forsterkes av den positive tilbakemeldingen lineært og sinusformet . Det er flere design for slike harmoniske oscillatorer , inkludert Armstrong -oscillatoren , Hartley -oscillatoren , Colpitts -oscillatoren og Wien -brooscillatoren . De bruker alle positive tilbakemeldinger for å skape svingninger.

Mange elektroniske kretser, spesielt forsterkere, inneholder negative tilbakemeldinger . Dette reduserer forsterkningen, men forbedrer deres linearitet, inngangsimpedans , utgangsimpedans og båndbredde , og stabiliserer alle disse parameterne, inkludert forsterkningen med lukket sløyfe. Disse parameterne blir også mindre avhengige av detaljene til selve forsterkningsanordningen, og mer avhengige av tilbakemeldingskomponentene, som er mindre sannsynlig å variere med produksjonstoleranse, alder og temperatur. Forskjellen mellom positiv og negativ tilbakemelding for vekselstrømssignaler er en av fasen : hvis signalet mates tilbake ut av fase, er tilbakemeldingen negativ, og hvis den er i fase, er tilbakemeldingen positiv. Et problem for forsterkerdesignere som bruker negativ tilbakemelding, er at noen av komponentene i kretsen vil innføre faseforskyvning i tilbakemeldingsbanen. Hvis det er en frekvens (vanligvis en høy frekvens) der faseskiftet når 180 °, må designeren sikre at forsterkerforsterkningen ved den frekvensen er veldig lav (vanligvis ved lavpassfiltrering ). Hvis sløyfeforsterkningen (produktet av forsterkerforsterkningen og omfanget av den positive tilbakemeldingen) ved en hvilken som helst frekvens er større enn én, vil forsterkeren svinge med den frekvensen ( Barkhausen -stabilitetskriterium ). Slike svingninger kalles noen ganger parasittiske svingninger . En forsterker som er stabil under ett sett med forhold kan bryte inn i parasittisk svingning i en annen. Dette kan skyldes endringer i temperatur, forsyningsspenning, justering av kontroller på frontpanelet eller til og med nærheten til en person eller et annet ledende element.

Forsterkere kan svinge forsiktig på måter som er vanskelig å oppdage uten et oscilloskop , eller svingningene kan være så omfattende at bare et veldig forvrengt eller ikke nødvendig signal kommer i det hele tatt, eller at det oppstår skade. Lavfrekvente parasittiske svingninger har blitt kalt 'motorbåt' på grunn av likheten med lyden av et lavt svingende eksosnotat.

Effekten av å bruke en Schmitt -utløser (B) i stedet for en komparator (A)

Mange vanlige digitale elektroniske kretser bruker positive tilbakemeldinger. Mens normale enkle boolske logiske porter vanligvis bare er avhengig av forsterkning for å skyve digitale signalspenninger bort fra mellomverdier til verdiene som er ment å representere boolske '0' og '1', men mange mer komplekse porter bruker tilbakemelding. Når en inngangsspenning forventes å variere på en analog måte, men det kreves skarpe terskler for senere digital behandling, bruker Schmitt -utløserkretsen positiv tilbakemelding for å sikre at hvis inngangsspenningen kryper forsiktig over terskelen, tvinges utgangen smart og raskt fra en logisk tilstand til den andre. En av følgene til Schmitt -utløserens bruk av positiv tilbakemelding er at hvis inngangsspenningen beveger seg forsiktig ned igjen forbi samme terskel, vil den positive tilbakemeldingen holde utgangen i samme tilstand uten endring. Denne effekten kalles hysterese : inngangsspenningen må falle forbi en annen, lavere terskel for å "un-låse" utgangen og tilbakestille den til den opprinnelige digitale verdien. Ved å redusere omfanget av den positive tilbakemeldingen kan hysteresebredden reduseres, men den kan ikke helt utryddes. Schmitt -utløseren er til en viss grad en låsekrets .

Positiv tilbakemelding er en mekanisme som gir en forbedret effekt, for eksempel proteinnivåer. For å unngå fluktuasjoner i proteinnivået inhiberes mekanismen imidlertid stokastisk (I), og derfor blir konsentrasjonen av det aktiverte proteinet (A) forbi terskelen ([I]), sløyfemekanismen aktiveres og konsentrasjonen av A øker eksponensielt hvis d [A] = k [A]

Illustrasjon av en RS ( 'reset-set') flip-flop laget av to digitale heller porter med positiv tilbakemelding. Rødt og svart betyr henholdsvis logisk '1' og '0'.

En elektronisk flip-flop , eller "lås", eller "bistabil multivibrator ", er en krets som på grunn av høy positiv tilbakemelding ikke er stabil i en balansert eller mellomliggende tilstand. En slik bistabil krets er grunnlaget for en bit elektronisk minne . Flip-floppen bruker et par forsterkere, transistorer eller logiske porter koblet til hverandre slik at positiv tilbakemelding opprettholder kretsens tilstand i en av to ubalanserte stabile tilstander etter at inngangssignalet er fjernet, inntil et passende alternativt signal er søkt om å endre tilstanden. Datamaskin random access memory (RAM) kan lages på denne måten, med en låsekrets for hver bit bit.

Termisk runaway forekommer i elektroniske systemer fordi et eller annet aspekt av en krets får lov til å passere mer strøm når den blir varmere, så jo varmere den blir, jo mer strøm passerer den, som varmer den noe mer og så passerer den enda mer strøm. Effektene er vanligvis katastrofale for den aktuelle enheten. Hvis enheter må brukes i nærheten av sin maksimale effekthåndteringskapasitet, og termisk løping er mulig eller sannsynlig under visse forhold, kan forbedringer vanligvis oppnås ved nøye design.

En fonograf -platespiller er utsatt for akustisk tilbakemelding.

Lyd- og videosystemer kan demonstrere positive tilbakemeldinger. Hvis en mikrofon plukker opp den forsterkede lydutgangen fra høyttalere i samme krets, vil hylende og skrikende lyder fra lydfeedback (med opptil maksimal effektkapasitet for forsterkeren) bli hørt, ettersom tilfeldig støy forsterkes på nytt av positiv tilbakemelding og filtrert etter egenskapene til lydsystemet og rommet.

Lyd og levende musikk

Lydfeedback (også kjent som akustisk tilbakemelding, bare som tilbakemelding eller Larsen -effekten) er en spesiell type positiv tilbakemelding som oppstår når det finnes en lydsløyfe mellom en lydinngang (for eksempel en mikrofon eller gitaropptak ) og en lydutgang (for eksempel en høyt forsterket høyttaler ). I dette eksemplet forsterkes et signal som mottas av mikrofonen og går ut av høyttaleren. Lyden fra høyttaleren kan deretter mottas av mikrofonen igjen, forsterkes ytterligere og deretter forsvinne gjennom høyttaleren igjen. Den frekvens av den resulterende lyd bestemmes av resonansfrekvensene i den mikrofon, forsterker og en høyttaler, akustikken i rommet, retnings pick-up og utslipps mønstre av mikrofonen og høyttaleren, og avstanden mellom dem. For små PA -systemer blir lyden lett gjenkjent som et høyt hvin eller skrik.

Tilbakemelding anses nesten alltid som uønsket når det skjer med en mikrofon fra en sanger eller offentlig høyttaler på et arrangement som bruker et lydforsterkningssystem eller PA -system . Lydingeniører bruker forskjellige elektroniske enheter, for eksempel equalizers og, siden 1990 -tallet, automatiske tilbakemeldingsdeteksjoner for å forhindre disse uønskede pipene eller skrikelydene, noe som forringer publikums glede av arrangementet. På den annen side, siden 1960 -tallet, har elektriske gitarister i rockemusikkband som bruker høye gitarforsterkere og forvrengningseffekter med vilje skapt gitarfeedback for å skape en ønskelig musikalsk effekt. "I Feel Fine" av Beatles markerer et av de tidligste eksemplene på bruk av tilbakemelding som innspillingseffekt i populærmusikk. Det starter med et enkelt, perkussivt tilbakemeldingsnotat produsert ved å plukke A -strengen på Lennons gitar. Artister som Kinks og Who hadde allerede brukt tilbakemeldinger live, men Lennon forble stolt over at Beatles kanskje var den første gruppen som bevisst la den på vinyl. I et av sine siste intervjuer sa han: "Jeg trosser noen for å finne en plate - med mindre det er en gammel blues -plate i 1922 - som bruker tilbakemelding på den måten."

Prinsippene for lydfeedback ble først oppdaget av dansk forsker Søren Absalon Larsen . Mikrofoner er ikke de eneste transduserne som er utsatt for denne effekten. Record dekk pickup patroner kan gjøre det samme, vanligvis i det lave frekvensområdet under 100 Hz, manifestert som en lav rumling. Jimi Hendrix var en innovatør innen forsettlig bruk av gitarfeedback i gitarsoloen hans for å skape unike lydeffekter. Han bidro til å utvikle den kontrollerte og musikalske bruken av lydfeedback i elektrisk gitarspill , og senere var Brian May en kjent forkjemper for teknikken.

Video tilbakemelding .

Video

På samme måte, hvis et videokamera er rettet mot en skjerm som viser kameraets eget signal, kan gjentagende mønstre dannes på skjermen ved positiv tilbakemelding. Denne video -tilbakemeldingseffekten ble brukt i åpningssekvensene til de ti første seriene i TV -programmet Doctor Who .

Brytere

I elektriske brytere , inkludert bimetallbåndsbaserte termostater, har bryteren vanligvis hysterese i koblingshandlingen. I disse tilfellene oppnås hysterese mekanisk via positiv tilbakemelding i en vippepunktsmekanisme. Den positive tilbakemeldingshandlingen minimerer lengden på buetiden under vekslingen og holder også kontaktene i en åpen eller lukket tilstand.

I biologi

Positiv tilbakemelding er forsterkningen av kroppens respons på en stimulans. For eksempel ved fødsel, når fosterets hode skyver opp mot livmorhalsen (1) stimulerer det en nerveimpuls fra livmorhalsen til hjernen (2). Når hjernen blir varslet, signaliserer det at hypofysen frigjør et hormon som kalles oksytocin (3). Oksytocin føres deretter via blodet til livmoren (4) som forårsaker sammentrekninger, og skyver fosteret mot livmorhalsen og til slutt forårsaker fødsel.

I fysiologi

En rekke eksempler på positive tilbakemeldingssystemer kan bli funnet i fysiologi .

• Et eksempel er begynnelsen av sammentrekninger ved fødsel , kjent som Ferguson -refleksen . Når en sammentrekning oppstår, forårsaker hormonet oksytocin en nervestimulering, som stimulerer hypothalamus til å produsere mer oksytocin, noe som øker livmor sammentrekninger. Dette resulterer i at sammentrekningene øker i amplitude og frekvens .
• Et annet eksempel er prosessen med blodpropp . Sløyfen starter når skadet vev frigjør signalkjemikalier som aktiverer blodplater i blodet. En aktivert blodplate frigjør kjemikalier for å aktivere flere blodplater, forårsaker en rask kaskade og dannelse av en blodpropp.
• Amming innebærer også positiv tilbakemelding ved at når babyen suger på brystvorten, er det en nerverespons inn i ryggmargen og opp i hypothalamus i hjernen, som deretter stimulerer hypofysen til å produsere mer prolaktin for å produsere mer melk.
• En økning i østrogen i follikelfasen av menstruasjonssyklusen forårsaker eggløsning .
• Generering av nervesignaler er et annet eksempel, der membranen i en nervefiber forårsaker liten lekkasje av natriumioner gjennom natriumkanaler, noe som resulterer i en endring i membranpotensialet, som igjen forårsaker mer åpning av kanaler, og så videre ( Hodgkin syklus ). Så en liten innledende lekkasje resulterer i en eksplosjon av natriumlekkasje som skaper potensialet for nervevirkninger .
• Ved eksitasjon -sammentrekningskobling av hjertet detekteres en økning i intracellulære kalsiumioner til hjertemyocytten av ryanodinreseptorer i membranen i det sarkoplasmatiske retikulum som transporterer kalsium ut i cytosolen i en positiv tilbakemeldingsfysiologisk respons.

I de fleste tilfeller kulminerer slike tilbakemeldingsløkker i at det frigjøres motsignaler som undertrykker eller bryter løkken. Fødselkontraksjoner stopper når barnet er ute av mors kropp. Kjemikalier bryter ned blodproppen. Ammingen stopper når babyen ikke lenger pleier.

I genregulering

Positive tilbakemeldinger er et godt studert fenomen innen genregulering, der det oftest er assosiert med bistabilitet . Positiv tilbakemelding oppstår når et gen aktiverer seg direkte eller indirekte via en dobbel negativ tilbakemeldingssløyfe. Genetiske ingeniører har konstruert og testet enkle positive tilbakemeldingsnettverk i bakterier for å demonstrere begrepet bistabilitet. Et klassisk eksempel på positiv tilbakemelding er lac operon i E. coli . Positive tilbakemeldinger spiller en integrert rolle i cellulær differensiering, utvikling og kreftprogresjon, og derfor kan positiv tilbakemelding i genregulering ha betydelige fysiologiske konsekvenser. Tilfeldige bevegelser i molekylær dynamikk kombinert med positiv tilbakemelding kan utløse interessante effekter, for eksempel skape populasjon av fenotypisk forskjellige celler fra den samme overordnede cellen. Dette skjer fordi støy kan bli forsterket av positiv tilbakemelding. Positiv tilbakemelding kan også forekomme i andre former for cellesignalering , for eksempel enzymkinetikk eller metabolske veier.

I evolusjonsbiologi

Positive tilbakemeldingsløkker har blitt brukt til å beskrive aspekter ved dynamikken i endringer i biologisk evolusjon . For eksempel, på makronivå, hevdet Alfred J. Lotka (1945) at artens utvikling mest hovedsakelig var et spørsmål om seleksjon som førte tilbake energistrømmer for å fange mer og mer energi til bruk i levende systemer. På menneskelig nivå foreslo Richard D. Alexander (1989) at sosial konkurranse mellom og innenfor menneskelige grupper ga tilbake til valg av intelligens og dermed stadig produserer mer og mer raffinert menneskelig intelligens. Crespi (2004) diskuterte flere andre eksempler på positive tilbakemeldingsløkker i evolusjonen. Analogien til evolusjonære våpenløp gir ytterligere eksempler på positiv tilbakemelding i biologiske systemer.

Under fenerozoikum viser biologisk mangfold en jevn, men ikke monoton økning fra nær null til flere tusen slekter.

Det har blitt vist at endringer i biologisk mangfold gjennom fenerozoikum korrelerer mye bedre med hyperbolsk modell (mye brukt i demografi og makrososiologi ) enn med eksponensielle og logistiske modeller (tradisjonelt brukt i populasjonsbiologi og mye brukt på fossilt biologisk mangfold også). De sistnevnte modellene innebærer at endringer i mangfold styres av en første-ordens positiv tilbakemelding (flere forfedre, flere etterkommere) og/eller en negativ tilbakemelding som skyldes ressursbegrensning. Hyperbolisk modell innebærer en annenordens positiv tilbakemelding. Det hyperboliske mønsteret for verdens befolkningsvekst har vist seg (se nedenfor) å skyldes en annenordens positiv tilbakemelding mellom befolkningsstørrelsen og hastigheten på teknologisk vekst . Den hyperboliske karakteren av vekst i biologisk mangfold kan på samme måte forklares med en positiv tilbakemelding mellom mangfoldet og kompleksiteten i samfunnsstrukturen. Det har blitt antydet at likheten mellom kurvene for biologisk mangfold og menneskelig befolkning sannsynligvis kommer fra det faktum at begge er avledet fra interferensen av den hyperboliske trenden (produsert av den positive tilbakemeldingen) med syklisk og stokastisk dynamikk.

Immunforsvar

En cytokinstorm eller hypercytokinemi er en potensielt dødelig immunreaksjon som består av en positiv tilbakekoblingssløyfe mellom cytokiner og immunceller , med høyt forhøyede nivåer av forskjellige cytokiner. Ved normal immunfunksjon kan positive tilbakemeldingsløkker brukes for å forbedre virkningen av B -lymfocytter. Når en B -celle binder sine antistoffer til et antigen og blir aktivert, begynner den å frigjøre antistoffer og utskille et komplementprotein kalt C3. Både C3 og en B -celles antistoffer kan binde seg til et patogen, og når en B -celle har sine antistoffer binder seg til et patogen med C3, fremskynder det at B -cellens sekresjon av flere antistoffer og mer C3, og skaper dermed en positiv tilbakekoblingssløyfe.

Celledød

Apoptose er et caspase -mediert prosess av cellulær død, som har som mål å fjerne langlivede eller skadede celler. En feil i denne prosessen har vært implisert i fremtredende tilstander som kreft eller Parkinsons sykdom . Selve kjernen i den apoptotiske prosessen er automatisk aktivering av caspaser, som kan modelleres via en positiv tilbakemeldingssløyfe. Denne positive tilbakemeldingen utøver en automatisk aktivering av effektorkaspasen ved hjelp av mellomliggende kaspaser. Når den er isolert fra resten av den apoptotiske banen, presenterer denne positive tilbakemeldingen bare en stabil steady state, uavhengig av antall mellomliggende aktiveringstrinn i effektorkaspasen. Når denne kjerneprosessen komplementeres med hemmere og forsterkere av caspases -effekter, presenterer denne prosessen bistabilitet, og derved modelleres de levende og døende tilstandene til en celle.

I psykologi

Winner (1996) beskrev begavede barn som drevet av positive tilbakemeldingsløkker som innebærer å sette sitt eget læringskurs, dette gir tilbake tilfredshet, og dermed setter læringsmålene sine til høyere nivåer og så videre. Vinner kalte denne positive tilbakemeldingsløkken som et "raseri for å mestre." Vandervert (2009a, 2009b) foreslo at barnets vidunderbarn kan forklares i form av en positiv tilbakemeldingssløyfe mellom utfallet av å tenke/utføre i arbeidsminnet , som deretter mates til lillehjernen der det strømlinjeformes, og deretter mates tilbake til arbeidet minne og øker dermed den kvantitative og kvalitative produksjonen av arbeidsminnet jevnt og trutt. Vandervert hevdet også at denne arbeidsminnet/cerebellar positive tilbakemeldingssløyfen var ansvarlig for språkutviklingen i arbeidsminnet.

I økonomi

Markeder med sosial innflytelse

Produktanbefalinger og informasjon om tidligere kjøp har vist seg å påvirke forbrukernes valg betydelig, enten det gjelder musikk, film, bok, teknologiske og andre typer produkter. Sosial innflytelse forårsaker ofte et rik-bli-rikere fenomen ( Matthew-effekten ) der populære produkter har en tendens til å bli enda mer populære.

Markedsdynamikk

I henhold til teorien om refleksivitet av George Soros , er prisendringer drevet av en positiv tilbakemeldingsprosess der investorers forventninger påvirkes av prisbevegelser, slik at deres oppførsel virker for å forsterke bevegelsen i den retningen til den blir uholdbar, hvoretter tilbakemeldingen driver prisene motsatt retning.

Systemisk risiko

Systemisk risiko er risikoen som en forsterkning eller innflytelse eller positiv tilbakemeldingsprosess presenterer for et system. Dette er vanligvis ukjent, og under visse forhold kan denne prosessen forsterkes eksponensielt og raskt føre til destruktiv eller kaotisk oppførsel. En Ponzi-ordning er et godt eksempel på et positivt tilbakemeldingssystem: midler fra nye investorer brukes til å betale uvanlig høy avkastning, som igjen tiltrekker seg flere nye investorer, noe som forårsaker rask vekst mot kollaps. W. Brian Arthur har også studert og skrevet om positive tilbakemeldinger i økonomien (f.eks. W. Brian Arthur, 1990). Hyman Minsky foreslo en teori om at visse metoder for kredittutvidelse kan gjøre en markedsøkonomi til et "avviksforsterkende system" som plutselig kan kollapse, noen ganger kalt et " Minsky -øyeblikk ".

Enkle systemer som tydelig skiller inngangene fra utgangene, er ikke utsatt for systemisk risiko . Denne risikoen er mer sannsynlig ettersom systemets kompleksitet øker, fordi det blir vanskeligere å se eller analysere alle mulige kombinasjoner av variabler i systemet, selv under nøye stresstestforhold. Jo mer effektivt et komplekst system er, desto mer sannsynlig er det å være utsatt for systemiske risikoer, fordi det bare tar en liten avvik for å forstyrre systemet. Derfor har godt designet komplekse systemer generelt innebygde funksjoner for å unngå denne tilstanden, for eksempel en liten mengde friksjon, eller motstand, eller treghet, eller tidsforsinkelse for å koble utgangene fra inngangene i systemet. Disse faktorene utgjør en ineffektivitet, men de er nødvendige for å unngå ustabilitet.

Den 2010 Flash Crash hendelsen var skylden på praksisen med high-frequency trading (HFT), selv om HFT virkelig øker systemrisiko er fortsatt kontroversielt.

Menneskelig befolkningsvekst

Landbruk og menneskelig befolkning kan anses å være i en positiv tilbakemeldingsmodus, noe som betyr at den ene driver den andre med økende intensitet. Det antydes at dette positive tilbakemeldingssystemet ender en gang med en katastrofe, ettersom moderne landbruk bruker opp alt lett tilgjengelig fosfat og tyr til svært effektive monokulturer som er mer utsatt for systemisk risiko .

Teknologisk innovasjon og menneskelig befolkning kan på samme måte vurderes, og dette har blitt tilbudt som en forklaring på den tilsynelatende hyperboliske veksten til den menneskelige befolkningen tidligere, i stedet for en enklere eksponentiell vekst . Det foreslås at vekstraten akselererer på grunn av andreordens positive tilbakemeldinger mellom befolkning og teknologi. Teknologisk vekst øker bæreevnen til land for mennesker, noe som fører til en voksende befolkning, og dette driver igjen på videre teknologisk vekst.

Fordommer, sosiale institusjoner og fattigdom

Gunnar Myrdal beskrev en ond sirkel med økende ulikheter og fattigdom, som er kjent som " sirkulær kumulativ årsakssammenheng ".

I meteorologi

Tørke intensiveres gjennom positive tilbakemeldinger. Mangel på regn reduserer jordfuktigheten, som dreper planter og/eller får dem til å slippe ut mindre vann gjennom transpirasjon . Begge faktorene begrenser fordampning , prosessen der vanndamp tilføres atmosfæren fra overflaten, og tilfører tørt støv til atmosfæren, som absorberer vann. Mindre vanndamp betyr både lave duggpunktstemperaturer og mer effektiv oppvarming på dagtid, noe som reduserer sjansene for fuktighet i atmosfæren som fører til skydannelse. Til slutt, uten skyer, kan det ikke komme regn, og løkken er fullført.

I klimatologi

Klima "forcings" kan presse et klimasystem i retning av oppvarming eller avkjøling, for eksempel kan økte atmosfæriske konsentrasjoner av klimagasser forårsake oppvarming på overflaten. Tvinger er eksterne for klimasystemet og tilbakemeldinger er interne prosesser i systemet. Noen tilbakemeldingsmekanismer virker relativt isolert til resten av klimasystemet, mens andre er tett koblet. Tvinger, tilbakemeldinger og dynamikken i klimasystemet avgjør hvor mye og hvor raskt klimaet endrer seg. Den viktigste positive tilbakemeldingen ved global oppvarming er oppvarmingens tendens til å øke mengden vanndamp i atmosfæren, noe som igjen fører til ytterligere oppvarming. Den viktigste negative tilbakemeldingen kommer fra Stefan – Boltzmann -loven , mengden varme som stråles ut fra jorden til verdensrommet er proporsjonal med den fjerde effekten av temperaturen på jordens overflate og atmosfære.

Andre eksempler på positive tilbakemeldingsundersystemer innen klimatologi inkluderer:

• En varmere atmosfære vil smelte is og dette endrer albedoen som ytterligere varmer atmosfæren.
• Metanhydrater kan være ustabile, slik at et varmende hav kan frigjøre mer metan , som også er en klimagass.
• Torv , som forekommer naturlig i torvmyrer , inneholder karbon. Når torv tørker, brytes det ned og kan i tillegg brenne. Torv frigjør også lystgass .
• Global oppvarming påvirker skyfordelingen. Skyer i større høyder forsterker drivhuseffektene, mens lave skyer hovedsakelig reflekterer tilbake sollys, og har motsatt effekt på temperaturen.

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) fjerde hovedrapport sier at "Menneskeskapt oppvarming kan føre til noen effekter som er brå eller irreversible, avhengig av hastigheten og omfanget av klimaendringer."

I sosiologi

En selvoppfyllende profeti er en sosial positiv tilbakemeldingsløkke mellom tro og oppførsel: Hvis nok folk tror at noe er sant, kan deres oppførsel gjøre det sant, og observasjoner av deres oppførsel kan igjen øke troen. Et klassisk eksempel er en bankdrift .

Et annet sosiologisk eksempel på positiv tilbakemelding er nettverkseffekten . Når flere oppfordres til å bli med i et nettverk, øker dette rekkevidden til nettverket, derfor utvides nettverket stadig raskere. En viral video er et eksempel på nettverkseffekten der koblinger til en populær video deles og distribueres, slik at flere ser videoen og deretter publiserer koblingene på nytt. Dette er grunnlaget for mange sosiale fenomener, inkludert Ponzi -opplegg og kjedebokstaver . I mange tilfeller er befolkningsstørrelse den begrensende faktoren for tilbakemeldingseffekten.

I kjemi

Hvis en kjemisk reaksjon forårsaker frigjøring av varme , og selve reaksjonen skjer raskere ved høyere temperaturer, er det stor sannsynlighet for positiv tilbakemelding. Hvis varmen som produseres ikke fjernes fra reaktantene raskt nok, kan det oppstå termisk rømning og veldig raskt føre til en kjemisk eksplosjon .

I bevaring

Mange dyreliv blir jaktet på delene sine, noe som kan være ganske verdifullt. Jo nærmere utryddelse som målrettede arter blir, desto høyere er prisen på delene deres. Dette er et eksempel på positiv tilbakemelding.

Se også

Referanser

Videre lesning

• Norbert Wiener (1948), Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine , Paris, Hermann et Cie - MIT Press, Cambridge, MA.
• Katie Salen og Eric Zimmerman. Spillregler . MIT Press . 2004. ISBN  0-262-24045-9 . Kapittel 18: Spill som kybernetiske systemer.

Eksterne linker

• Sitater knyttet til positiv tilbakemelding på Wikiquote