Feedback positivo - Positive feedback

Alarme ou pânico podem às vezes ser propagados por feedback positivo entre um rebanho de animais para causar uma debandada .
Diagrama de loop causal que descreve as causas de uma debandada como um loop de feedback positivo.
Em sociologia, um efeito de rede pode criar rapidamente o feedback positivo de uma corrida aos bancos . A foto acima é da corrida ao banco de 2007 do Northern Rock no Reino Unido .

O feedback positivo ( feedback exacerbante , feedback auto-reforçador ) é um processo que ocorre em um ciclo de feedback que exacerba os efeitos de uma pequena perturbação. Ou seja, os efeitos de uma perturbação em um sistema incluem um aumento na magnitude da perturbação. Ou seja, um produz mais de B que por sua vez produz mais de um . Em contraste, um sistema no qual os resultados de uma mudança agem para reduzi-la ou neutralizá-la tem feedback negativo . Ambos os conceitos desempenham um papel importante na ciência e na engenharia, incluindo biologia, química e cibernética .

Matematicamente, o feedback positivo é definido como um ganho de loop positivo em torno de um loop fechado de causa e efeito. Ou seja, o feedback positivo está em fase com a entrada, no sentido de que adiciona para tornar a entrada maior. O feedback positivo tende a causar instabilidade no sistema . Quando o ganho da malha é positivo e acima de 1, normalmente haverá crescimento exponencial , oscilações crescentes , comportamento caótico ou outras divergências do equilíbrio . Os parâmetros do sistema normalmente aceleram em direção a valores extremos, o que pode danificar ou destruir o sistema ou pode terminar com o sistema travado em um novo estado estável. O feedback positivo pode ser controlado por sinais no sistema que estão sendo filtrados , amortecidos ou limitados , ou pode ser cancelado ou reduzido adicionando feedback negativo.

O feedback positivo é usado na eletrônica digital para forçar as tensões das tensões intermediárias para os estados '0' e '1'. Por outro lado, a fuga térmica é um tipo de feedback positivo que pode destruir as junções semicondutoras . O feedback positivo nas reações químicas pode aumentar a taxa das reações e, em alguns casos, pode levar a explosões . O feedback positivo no projeto mecânico faz com que os mecanismos de ponto de inflexão ou "centralizado" se encaixem na posição, por exemplo, em interruptores e alicates de travamento . Fora de controle, pode causar o colapso de pontes . O feedback positivo em sistemas econômicos pode causar ciclos de expansão e queda . Um exemplo conhecido de feedback positivo é o som agudo ou agudo produzido pelo feedback de áudio em sistemas de comunicação pública : o microfone capta o som de seus próprios alto-falantes, amplifica-o e o envia pelos alto-falantes novamente.

A coagulação das plaquetas demonstra um feedback positivo. A parede danificada do vaso sanguíneo libera substâncias químicas que iniciam a formação de um coágulo sanguíneo através da congregação de plaquetas. À medida que mais plaquetas se acumulam, mais produtos químicos são liberados, o que acelera o processo. O processo fica cada vez mais rápido até que a parede do vaso sanguíneo esteja completamente selada e o ciclo de feedback positivo termine. A forma exponencial do gráfico ilustra o mecanismo de feedback positivo.

Visão geral

O feedback positivo aumenta ou amplifica um efeito por ter influência no processo que o originou. Por exemplo, quando parte de um sinal de saída eletrônico retorna para a entrada e está em fase com ele, o ganho do sistema é aumentado. O feedback do resultado para o processo de origem pode ser direto ou por meio de outras variáveis ​​de estado. Esses sistemas podem fornecer ricos comportamentos qualitativos, mas o fato de o feedback ter um sinal instantaneamente positivo ou negativo tem uma influência extremamente importante nos resultados. O feedback positivo reforça e o feedback negativo modera o processo original. Positivo e negativo , neste sentido, referem-se a ganhos de loop maiores ou menores que zero e não implicam em nenhum julgamento de valor quanto à conveniência dos resultados ou efeitos. Uma característica fundamental do feedback positivo é, portanto, que os pequenos distúrbios ficam maiores. Quando ocorre uma mudança em um sistema, o feedback positivo causa mais mudanças, na mesma direção.

Básico

Um sistema de feedback básico pode ser representado por este diagrama de blocos. No diagrama, o símbolo + é um somador e A e B são funções causais arbitrárias .

Um loop de feedback simples é mostrado no diagrama. Se o ganho de loop AB for positivo, existe uma condição de feedback positivo ou regenerativo .

Se as funções A e B são lineares e AB é menor que a unidade, então o ganho geral do sistema da entrada para a saída é finito, mas pode ser muito grande quando AB se aproxima da unidade. Nesse caso, pode ser mostrado que o ganho geral ou "malha fechada" da entrada para a saída é:

Quando AB> 1, o sistema é instável, portanto, não tem um ganho bem definido; o ganho pode ser chamado de infinito.

Portanto, dependendo do feedback, as mudanças de estado podem ser convergentes ou divergentes. O resultado do feedback positivo é aumentar as mudanças, de modo que pequenas perturbações podem resultar em grandes mudanças.

Um sistema em equilíbrio no qual há feedback positivo para qualquer mudança em seu estado atual pode ser instável, caso em que o sistema é considerado um equilíbrio instável . A magnitude das forças que atuam para afastar tal sistema de seu equilíbrio é uma função crescente da "distância" do estado do equilíbrio.

Feedback positivo não implica necessariamente a instabilidade de um equilíbrio, por exemplo estável em e off estados podem existir em arquiteturas de feedback positivo.

Histerese

A histerese faz com que o valor de saída dependa do histórico da entrada
Em um circuito de disparo Schmitt , o feedback para a entrada não inversora de um amplificador empurra a saída diretamente da tensão aplicada para a tensão máxima ou mínima que o amplificador pode gerar.

No mundo real, os loops de feedback positivo normalmente não causam um crescimento sempre crescente, mas são modificados por efeitos limitantes de algum tipo. De acordo com Donella Meadows :

"Os loops de feedback positivo são fontes de crescimento, explosão, erosão e colapso nos sistemas. Um sistema com um loop positivo não verificado acabará se destruindo. É por isso que há tão poucos deles. Normalmente, um loop negativo aparecerá mais cedo ou mais tarde. "

A histerese, na qual o ponto de partida afeta onde o sistema termina, pode ser gerada por feedback positivo. Quando o ganho do loop de feedback está acima de 1, a saída se afasta da entrada: se estiver acima da entrada, então se move em direção ao limite positivo mais próximo, enquanto se estiver abaixo da entrada, então se move em direção ao negativo mais próximo limite.

Assim que atingir o limite, ficará estável. No entanto, se a entrada ultrapassar o limite, o feedback mudará de sinal e a saída se moverá na direção oposta até atingir o limite oposto. O sistema, portanto, mostra um comportamento biestável .

Terminologia

Os termos positivo e negativo foram aplicados pela primeira vez ao feedback antes da Segunda Guerra Mundial . A ideia de feedback positivo já era corrente na década de 1920 com a introdução do circuito regenerativo .

Friis & Jensen (1924) descreveram a regeneração em um conjunto de amplificadores eletrônicos como um caso em que a ação de "feedback" é positiva em contraste com a ação de feedback negativo, que eles mencionam apenas de passagem. O artigo clássico de 1934 de Harold Stephen Black primeiro detalha o uso de feedback negativo em amplificadores eletrônicos. De acordo com Black:

"O feedback positivo aumenta o ganho do amplificador, o feedback negativo o reduz."

De acordo com Mindell (2002), a confusão nos termos surgiu logo depois disso:

"... Friis e Jensen fizeram a mesma distinção que Black usou entre 'feedback positivo' e 'feedback negativo', com base não no sinal do feedback em si, mas em seu efeito no ganho do amplificador. Em contraste , Nyquist e Bode, quando construíram o trabalho de Black, referiram-se ao feedback negativo como aquele com o sinal invertido. Black teve problemas para convencer os outros da utilidade de sua invenção, em parte porque existia confusão sobre questões básicas de definição. "

Essas confusões, junto com as associações cotidianas de positivo com 'bom' e negativo com 'mau', levaram muitos teóricos de sistemas a propor termos alternativos. Por exemplo, Donella Meadows prefere os termos feedbacks "Reforçando" e "Equilibrando".

Exemplos e aplicações

Em eletronica

Um receptor de rádio regenerativo de estilo vintage. Devido ao uso controlado de feedback positivo, amplificação suficiente pode ser derivada de um único tubo de vácuo ou válvula (centro).

Os circuitos regenerativos foram inventados e patenteados em 1914 para a amplificação e recepção de sinais de rádio muito fracos. O feedback positivo cuidadosamente controlado em torno de um único amplificador de transistor pode multiplicar seu ganho por 1.000 ou mais. Portanto, um sinal pode ser amplificado 20.000 ou até 100.000 vezes em um estágio, que normalmente teria um ganho de apenas 20 a 50. O problema com amplificadores regenerativos trabalhando com esses ganhos muito altos é que eles facilmente se tornam instáveis ​​e começam a oscilar. O operador de rádio deve estar preparado para ajustar a quantidade de feedback continuamente para uma boa recepção. Os receptores de rádio modernos usam o design super - heteródino , com muitos mais estágios de amplificação, mas operação muito mais estável e sem feedback positivo.

A oscilação que pode ocorrer em um circuito de rádio regenerativo é usada em osciladores eletrônicos . Pelo uso de circuitos sintonizados ou de um cristal piezoelétrico (comumente quartzo ), o sinal que é amplificado pelo feedback positivo permanece linear e senoidal . Existem vários projetos para esses osciladores harmônicos , incluindo o oscilador Armstrong , o oscilador Hartley , o oscilador Colpitts e o oscilador ponte de Wien . Todos eles usam feedback positivo para criar oscilações.

Muitos circuitos eletrônicos, especialmente amplificadores, incorporam feedback negativo . Isto reduz o seu ganho, mas melhora a sua linearidade, impedância de entrada , a impedância de saída , e a largura de banda , e estabiliza todos estes parâmetros, incluindo o ganho de circuito fechado. Esses parâmetros também se tornam menos dependentes dos detalhes do próprio dispositivo de amplificação e mais dependentes dos componentes de feedback, que são menos propensos a variar com a tolerância de fabricação, idade e temperatura. A diferença entre feedback positivo e negativo para sinais AC é de fase : se o sinal for realimentado fora de fase, o feedback é negativo e se estiver em fase, o feedback é positivo. Um problema para os projetistas de amplificadores que usam feedback negativo é que alguns dos componentes do circuito irão introduzir mudança de fase no caminho de feedback. Se houver uma frequência (geralmente uma frequência alta) em que o deslocamento de fase atinge 180 °, o projetista deve garantir que o ganho do amplificador nessa frequência seja muito baixo (geralmente por filtragem passa-baixa ). Se o ganho do loop (o produto do ganho do amplificador e a extensão do feedback positivo) em qualquer frequência for maior que um, o amplificador oscilará naquela frequência ( critério de estabilidade de Barkhausen ). Essas oscilações são às vezes chamadas de oscilações parasitárias . Um amplificador que é estável em um conjunto de condições pode entrar em oscilação parasitária em outro. Isso pode ser devido a mudanças na temperatura, tensão de alimentação, ajuste dos controles do painel frontal ou até mesmo a proximidade de uma pessoa ou outro item condutor.

Os amplificadores podem oscilar suavemente de maneiras que são difíceis de detectar sem um osciloscópio , ou as oscilações podem ser tão extensas que apenas um sinal muito distorcido ou nenhum sinal necessário passa, ou ocorre o dano. As oscilações parasitas de baixa frequência têm sido chamadas de 'barco a motor' devido à semelhança com o som de uma nota de escape de baixa rotação.

O efeito de usar um gatilho Schmitt (B) em vez de um comparador (A)

Muitos circuitos eletrônicos digitais comuns empregam feedback positivo. Enquanto as portas lógicas booleanas simples normais geralmente dependem apenas do ganho para empurrar as tensões do sinal digital dos valores intermediários para os valores que representam o booleano '0' e '1', mas muitas portas mais complexas usam feedback. Quando se espera que uma tensão de entrada varie de forma analógica , mas limites nítidos são necessários para processamento digital posterior, o circuito de disparo Schmitt usa feedback positivo para garantir que, se a tensão de entrada subir suavemente acima do limite, a saída seja forçada de maneira inteligente e rápida de um estado lógico para o outro. Um dos corolários do uso de feedback positivo do gatilho Schmitt é que, caso a tensão de entrada se mova suavemente para baixo novamente além do mesmo limite, o feedback positivo manterá a saída no mesmo estado sem alteração. Este efeito é chamado de histerese : a tensão de entrada tem que cair além de um limite inferior diferente para 'destravar' a saída e redefini-la para seu valor digital original. Ao reduzir a extensão do feedback positivo, a largura da histerese pode ser reduzida, mas não pode ser totalmente erradicada. O gatilho Schmitt é, até certo ponto, um circuito de travamento .

O feedback positivo é um mecanismo pelo qual uma saída é aumentada, como os níveis de proteína. No entanto, para evitar qualquer flutuação no nível de proteína, o mecanismo é inibido estocasticamente (I), portanto, quando a concentração da proteína ativada (A) ultrapassa o limite ([I]), o mecanismo de alça é ativado e o a concentração de A aumenta exponencialmente se d [A] = k [A]
Ilustração de um flip-flop RS ('reset-set') feito de duas portas nor digitais com feedback positivo. Vermelho e preto significam '1' e '0' lógicos, respectivamente.

Um flip-flop eletrônico , ou "trava", ou " multivibrador biestável ", é um circuito que, devido ao feedback positivo alto, não é estável em um estado equilibrado ou intermediário. Esse circuito biestável é a base de um bit de memória eletrônica . O flip-flop usa um par de amplificadores, transistores ou portas lógicas conectadas entre si para que o feedback positivo mantenha o estado do circuito em um dos dois estados estáveis ​​desequilibrados após o sinal de entrada ter sido removido, até que um sinal alternativo adequado seja aplicado para alterar o estado. A memória de acesso aleatório (RAM) do computador pode ser feita dessa forma, com um circuito de travamento para cada bit de memória.

A fuga térmica ocorre em sistemas eletrônicos porque algum aspecto de um circuito pode passar mais corrente quando fica mais quente; quanto mais quente fica, mais corrente passa, o que o aquece um pouco mais e, portanto, passa ainda mais corrente. Os efeitos são geralmente catastróficos para o dispositivo em questão. Se os dispositivos tiverem que ser usados ​​perto de sua capacidade máxima de manipulação de energia, e a fuga térmica for possível ou provável sob certas condições, melhorias geralmente podem ser alcançadas por meio de um projeto cuidadoso.

Uma mesa giratória de fonógrafo está sujeita a feedback acústico.

Os sistemas de áudio e vídeo podem demonstrar feedback positivo. Se um microfone capta a saída de som amplificado de alto-falantes no mesmo circuito, sons uivantes e estridentes de feedback de áudio (até a capacidade máxima de potência do amplificador) serão ouvidos, pois o ruído aleatório é amplificado novamente por feedback positivo e filtrado pelas características do sistema de áudio e da sala.

Áudio e música ao vivo

Feedback de áudio (também conhecido como feedback acústico, simplesmente como feedback ou efeito Larsen) é um tipo especial de feedback positivo que ocorre quando existe um loop de som entre uma entrada de áudio (por exemplo, um microfone ou captador de guitarra ) e uma saída de áudio (por exemplo, um alto- falante com amplificação alta ). Neste exemplo, um sinal recebido pelo microfone é amplificado e passado para fora do alto-falante. O som do alto-falante pode então ser recebido pelo microfone novamente, amplificado posteriormente e, em seguida, transmitido pelo alto-falante novamente. A frequência do som resultante é determinada pelas frequências de ressonância no microfone, amplificador e alto-falante, a acústica da sala, a captação direcional e os padrões de emissão do microfone e do alto-falante e a distância entre eles. Para pequenos sistemas de PA, o som é prontamente reconhecido como um guincho alto ou guincho.

O feedback é quase sempre considerado indesejável quando ocorre com o microfone de um cantor ou orador público em um evento usando um sistema de reforço de som ou sistema de PA . Os engenheiros de áudio usam vários dispositivos eletrônicos, como equalizadores e, desde a década de 1990, dispositivos de detecção automática de feedback para evitar esses guinchos indesejados ou sons estridentes, que prejudicam a diversão do público com o evento. Por outro lado, desde 1960, guitarristas em bandas de rock usando amplificadores de guitarra altos e efeitos de distorção criaram intencionalmente feedback de guitarra para criar um efeito musical desejável. "I Feel Fine", dos Beatles, é um dos primeiros exemplos do uso de feedback como efeito de gravação na música popular. Ele começa com uma única nota de feedback percussiva produzida pelo toque da corda A na guitarra de Lennon. Artistas como Kinks e Who já haviam usado feedback ao vivo, mas Lennon permaneceu orgulhoso do fato de que os Beatles foram talvez o primeiro grupo a deliberadamente colocá-lo em vinil. Em uma de suas últimas entrevistas, ele disse: "Desafio qualquer pessoa a encontrar um disco - a menos que seja algum disco antigo de blues de 1922 - que use o feedback dessa maneira."

Os princípios do feedback de áudio foram descobertos pelo cientista dinamarquês Søren Absalon Larsen . Os microfones não são os únicos transdutores sujeitos a esse efeito. Os cartuchos de captação do deck de gravação podem fazer o mesmo, geralmente na faixa de baixa frequência abaixo de cerca de 100 Hz, manifestando-se como um ruído baixo. Jimi Hendrix foi um inovador no uso intencional de feedback de guitarra em seus solos de guitarra para criar efeitos sonoros únicos. Ele ajudou a desenvolver o uso controlado e musical do feedback de áudio na guitarra elétrica , e mais tarde Brian May foi um famoso defensor da técnica.

Vídeo

Da mesma forma, se uma câmera de vídeo for apontada para a tela de um monitor que exibe o sinal da própria câmera, padrões repetidos podem ser formados na tela por feedback positivo. Este efeito de feedback de vídeo foi usado nas sequências de abertura das dez primeiras séries do programa de televisão Doctor Who .

Comuta

Em interruptores elétricos , incluindo termostatos com base em fita bimetálica , o interruptor geralmente apresenta histerese na ação de comutação. Nesses casos, a histerese é obtida mecanicamente por meio de feedback positivo dentro de um mecanismo de ponto de inflexão. A ação de feedback positivo minimiza o período de tempo em que o arco ocorre durante a comutação e também mantém os contatos em um estado aberto ou fechado.

Em biologia

O feedback positivo é a amplificação da resposta de um corpo a um estímulo. Por exemplo, no parto, quando a cabeça do feto empurra o colo do útero (1), ela estimula um impulso nervoso do colo do útero para o cérebro (2). Quando o cérebro é notificado, ele sinaliza à glândula pituitária para liberar um hormônio chamado oxitocina (3). A oxitocina é então transportada pela corrente sanguínea até o útero (4) causando contrações, empurrando o feto em direção ao colo do útero, induzindo o parto.

Em fisiologia

Vários exemplos de sistemas de feedback positivo podem ser encontrados na fisiologia .

  • Um exemplo é o início das contrações no parto , conhecidas como reflexo de Ferguson . Quando ocorre uma contração, o hormônio oxitocina causa um estímulo nervoso, que estimula o hipotálamo a produzir mais ocitocina, o que aumenta as contrações uterinas. Isso resulta em contrações aumentando em amplitude e frequência .
  • Outro exemplo é o processo de coagulação do sangue . A alça é iniciada quando o tecido lesado libera substâncias químicas de sinal que ativam as plaquetas no sangue. Uma plaqueta ativada libera substâncias químicas para ativar mais plaquetas, causando uma cascata rápida e a formação de um coágulo sanguíneo.
  • A lactação também envolve feedback positivo, pois conforme o bebê mama no mamilo, ocorre uma resposta nervosa na medula espinhal e no hipotálamo do cérebro, que então estimula a glândula pituitária a produzir mais prolactina para produzir mais leite.
  • Um pico de estrogênio durante a fase folicular do ciclo menstrual causa a ovulação .
  • A geração de sinais nervosos é outro exemplo, em que a membrana de uma fibra nervosa causa leve vazamento de íons de sódio através dos canais de sódio, resultando em uma mudança no potencial de membrana, que por sua vez causa mais abertura de canais, e assim por diante ( Hodgkin ciclo ). Portanto, um leve vazamento inicial resulta em uma explosão de vazamento de sódio que cria o potencial de ação do nervo .
  • No acoplamento excitação-contração do coração, um aumento nos íons de cálcio intracelular para o miócito cardíaco é detectado pelos receptores de rianodina na membrana do retículo sarcoplasmático que transportam o cálcio para o citosol em uma resposta fisiológica de feedback positivo.

Na maioria dos casos, esses loops de feedback culminam na liberação de contra-sinais que suprimem ou interrompem o loop. As contrações do parto param quando o bebê sai do corpo da mãe. Os produtos químicos quebram o coágulo sanguíneo. A lactação para quando o bebê não mama mais.

Na regulação do gene

O feedback positivo é um fenômeno bem estudado na regulação gênica, onde é mais frequentemente associado à biestabilidade . O feedback positivo ocorre quando um gene se ativa direta ou indiretamente por meio de um ciclo duplo de feedback negativo. Os engenheiros genéticos construíram e testaram redes simples de feedback positivo em bactérias para demonstrar o conceito de biestabilidade. Um exemplo clássico de feedback positivo é o operon lac em E. coli . O feedback positivo desempenha um papel fundamental na diferenciação celular, desenvolvimento e progressão do câncer e, portanto, o feedback positivo na regulação do gene pode ter consequências fisiológicas significativas. Movimentos aleatórios na dinâmica molecular juntamente com feedback positivo podem desencadear efeitos interessantes, como criar população de células fenotipicamente diferentes da mesma célula-mãe. Isso acontece porque o ruído pode ser amplificado por feedback positivo. O feedback positivo também pode ocorrer em outras formas de sinalização celular , como cinética enzimática ou vias metabólicas.

Em biologia evolutiva

Loops de feedback positivo têm sido usados ​​para descrever aspectos da dinâmica de mudança na evolução biológica . Por exemplo, começando no nível macro, Alfred J. Lotka (1945) argumentou que a evolução das espécies era essencialmente uma questão de seleção que realimentava os fluxos de energia para capturar mais e mais energia para uso pelos sistemas vivos. No nível humano, Richard D. Alexander (1989) propôs que a competição social entre e dentro dos grupos humanos realimentava a seleção da inteligência, produzindo assim constantemente cada vez mais inteligência humana refinada. Crespi (2004) discutiu vários outros exemplos de ciclos de feedback positivo na evolução. A analogia das corridas armamentistas evolucionárias fornece outros exemplos de feedback positivo em sistemas biológicos.

Durante o Fanerozóico, a biodiversidade mostra um aumento constante, mas não monotônico, de quase zero a vários milhares de gêneros.

Foi demonstrado que as mudanças na biodiversidade através do Fanerozóico se correlacionam muito melhor com o modelo hiperbólico (amplamente usado em demografia e macrossociologia ) do que com modelos exponenciais e logísticos (tradicionalmente usados ​​na biologia populacional e extensivamente aplicados à biodiversidade fóssil também). Os últimos modelos implicam que as mudanças na diversidade são guiadas por um feedback positivo de primeira ordem (mais ancestrais, mais descendentes) e / ou um feedback negativo decorrente da limitação de recursos. O modelo hiperbólico implica um feedback positivo de segunda ordem. O padrão hiperbólico do crescimento da população mundial foi demonstrado (veja abaixo) surgir de um feedback positivo de segunda ordem entre o tamanho da população e a taxa de crescimento tecnológico . O caráter hiperbólico do crescimento da biodiversidade pode ser explicado de forma semelhante por um feedback positivo entre a diversidade e a complexidade da estrutura da comunidade. Foi sugerido que a semelhança entre as curvas da biodiversidade e da população humana provavelmente decorre do fato de ambas serem derivadas da interferência da tendência hiperbólica (produzida pelo feedback positivo) com a dinâmica cíclica e estocástica.

Sistema imunológico

Uma tempestade de citocinas , ou hipercitocinemia, é uma reação imune potencialmente fatal que consiste em um loop de feedback positivo entre as citocinas e as células do sistema imunológico , com níveis altamente elevados de várias citocinas. Na função imunológica normal, ciclos de feedback positivo podem ser utilizados para aumentar a ação dos linfócitos B. Quando uma célula B liga seus anticorpos a um antígeno e se torna ativada, ela começa a liberar anticorpos e a secretar uma proteína do complemento chamada C3. Os anticorpos C3 e de células B podem se ligar a um patógeno, e quando uma célula B tem seus anticorpos se ligando a um patógeno com C3, isso acelera a secreção de mais anticorpos e mais C3 pelas células B, criando assim um ciclo de feedback positivo.

Morte celular

A apoptose é um processo de morte celular mediado pela caspase , cujo objetivo é a remoção de células de longa vida ou danificadas. Uma falha neste processo foi implicada em condições proeminentes, como câncer ou doença de Parkinson . O próprio cerne do processo apoptótico é a autoativação das caspases, que pode ser modelada por meio de um ciclo de feedback positivo. Este feedback positivo exerce uma autoativação da caspase efetora por meio de caspases intermediárias. Quando isolado do resto da via apoptótica, esse feedback positivo apresenta apenas um estado estacionário estável, independentemente do número de etapas de ativação intermediárias da caspase efetora. Quando esse processo central é complementado com inibidores e potencializadores dos efeitos das caspases, esse processo apresenta biestabilidade, modelando assim os estados de vida e morte de uma célula.

Em psicologia

Winner (1996) descreveu as crianças superdotadas como impulsionadas por ciclos de feedback positivo envolvendo a definição de seu próprio curso de aprendizagem, essa satisfação de retroalimentação, estabelecendo, assim, seus objetivos de aprendizagem para níveis mais elevados e assim por diante. Winner chamou esse ciclo de feedback positivo de "raiva para dominar". Vandervert (2009a, 2009b) propôs que a criança prodígio pode ser explicada em termos de um loop de feedback positivo entre a saída de pensar / executar na memória de trabalho , que então é alimentado para o cerebelo onde é simplificado e, em seguida, realimentado para trabalhar memória aumentando, assim, de forma constante a produção quantitativa e qualitativa da memória de trabalho. Vandervert também argumentou que esse ciclo de retroalimentação positiva cerebelar / memória de trabalho foi responsável pela evolução da linguagem na memória de trabalho.

Em economia

Mercados com influência social

As recomendações de produtos e informações sobre compras anteriores demonstraram influenciar as escolhas dos consumidores de maneira significativa, seja para música, filme, livro, tecnologia e outros tipos de produtos. A influência social geralmente induz um fenômeno de enriquecimento ( efeito Matthew ), em que produtos populares tendem a se tornar ainda mais populares.

Dinâmica de mercado

De acordo com a teoria da reflexividade avançada por George Soros , as mudanças de preços são impulsionadas por um processo de feedback positivo em que as expectativas dos investidores são influenciadas por movimentos de preços, de forma que seu comportamento atue para reforçar o movimento nessa direção até que se torne insustentável, após o que o feedback leva os preços para dentro A direção oposta.

Risco sistêmico

O risco sistêmico é o risco que uma amplificação ou alavancagem ou processo de feedback positivo apresenta a um sistema. Isso geralmente é desconhecido e, sob certas condições, esse processo pode se amplificar exponencialmente e levar rapidamente a um comportamento destrutivo ou caótico . Um esquema Ponzi é um bom exemplo de sistema de feedback positivo: os fundos de novos investidores são usados ​​para pagar retornos excepcionalmente altos, que por sua vez atraem mais novos investidores, causando um rápido crescimento em direção ao colapso. W. Brian Arthur também estudou e escreveu sobre feedback positivo na economia (por exemplo, W. Brian Arthur, 1990). Hyman Minsky propôs a teoria de que certas práticas de expansão de crédito poderiam transformar uma economia de mercado em "um sistema amplificador de desvios" que poderia entrar em colapso repentino, às vezes chamado de " momento Minsky ".

Sistemas simples que separam claramente as entradas das saídas não estão sujeitos ao risco sistêmico . Esse risco é mais provável à medida que a complexidade do sistema aumenta, porque se torna mais difícil ver ou analisar todas as combinações possíveis de variáveis ​​no sistema, mesmo sob cuidadosas condições de teste de estresse. Quanto mais eficiente for um sistema complexo, maior será a probabilidade de ele estar sujeito a riscos sistêmicos, porque é necessário apenas um pequeno desvio para interromper o sistema. Portanto, sistemas complexos bem projetados geralmente têm recursos integrados para evitar essa condição, como uma pequena quantidade de atrito, ou resistência, ou inércia, ou atraso de tempo para desacoplar as saídas das entradas dentro do sistema. Esses fatores equivalem a uma ineficiência, mas são necessários para evitar instabilidades.

O incidente do Flash Crash de 2010 foi atribuído à prática de negociação de alta frequência (HFT), embora se continue a ser controverso se o HFT realmente aumenta o risco sistêmico.

Crescimento da população humana

A agricultura e a população humana podem ser consideradas em um modo de feedback positivo, o que significa que uma impulsiona a outra com intensidade crescente. Sugere-se que esse sistema de feedback positivo terminará em algum momento em uma catástrofe, já que a agricultura moderna está usando todo o fosfato facilmente disponível e está recorrendo a monoculturas altamente eficientes que são mais suscetíveis ao risco sistêmico .

A inovação tecnológica e a população humana podem ser consideradas de forma semelhante, e isso tem sido oferecido como uma explicação para o aparente crescimento hiperbólico da população humana no passado, em vez de um crescimento exponencial mais simples . Propõe-se que a taxa de crescimento está acelerando devido ao feedback positivo de segunda ordem entre a população e a tecnologia. O crescimento tecnológico aumenta a capacidade de carga da terra para as pessoas, o que leva a uma população crescente e, por sua vez, impulsiona o crescimento tecnológico.

Preconceito, instituições sociais e pobreza

Gunnar Myrdal descreveu um círculo vicioso de crescentes desigualdades e pobreza, que é conhecido como " causação cumulativa circular ".

Em meteorologia

A seca se intensifica com um feedback positivo. A falta de chuva diminui a umidade do solo, o que mata as plantas e / ou faz com que elas liberem menos água pela transpiração . Ambos os fatores limitam a evapotranspiração , o processo pelo qual o vapor de água é adicionado à atmosfera a partir da superfície, e adiciona poeira seca à atmosfera, que absorve água. Menos vapor de água significa temperaturas de ponto de orvalho baixas e aquecimento diurno mais eficiente, diminuindo as chances de umidade na atmosfera levando à formação de nuvens. Por último, sem nuvens, não pode haver chuva e o ciclo está completo.

Em climatologia

As "forças" climáticas podem empurrar um sistema climático na direção do aquecimento ou resfriamento, por exemplo, o aumento das concentrações atmosféricas de gases de efeito estufa causa o aquecimento da superfície. As forças são externas ao sistema climático e os feedbacks são processos internos do sistema. Alguns mecanismos de feedback atuam de forma relativamente isolada em relação ao resto do sistema climático, enquanto outros estão fortemente acoplados. Forças, feedbacks e a dinâmica do sistema climático determinam quanto e com que rapidez as mudanças climáticas. O principal feedback positivo no aquecimento global é a tendência de o aquecimento aumentar a quantidade de vapor d'água na atmosfera, o que, por sua vez, leva a um maior aquecimento. O principal feedback negativo vem da lei de Stefan-Boltzmann , a quantidade de calor irradiado da Terra para o espaço é proporcional à quarta potência da temperatura da superfície e da atmosfera da Terra.

Outros exemplos de subsistemas de feedback positivo em climatologia incluem:

  • Uma atmosfera mais quente derrete o gelo e isso muda o albedo que aquece ainda mais a atmosfera.
  • Os hidratos de metano podem ser instáveis, de modo que o aquecimento do oceano poderia liberar mais metano , que também é um gás de efeito estufa.
  • A turfa , que ocorre naturalmente nas turfeiras , contém carbono. Quando a turfa seca, ela se decompõe e pode queimar. A turfa também libera óxido nitroso .
  • O aquecimento global afeta a distribuição da nuvem. Nuvens em altitudes mais elevadas aumentam o efeito estufa, enquanto nuvens baixas refletem principalmente a luz do sol, tendo efeitos opostos na temperatura.

O Quarto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) afirma que "O aquecimento antropogênico pode levar a alguns efeitos que são abruptos ou irreversíveis, dependendo da taxa e magnitude da mudança climática."

Em sociologia

Uma profecia autorrealizável é um ciclo de feedback social positivo entre crenças e comportamento: se um número suficiente de pessoas acredita que algo é verdade, seu comportamento pode torná-lo verdadeiro, e as observações de seu comportamento podem, por sua vez, aumentar a crença. Um exemplo clássico é uma corrida ao banco .

Outro exemplo sociológico de feedback positivo é o efeito de rede . Quando mais pessoas são encorajadas a ingressar em uma rede, isso aumenta o alcance da rede, portanto, a rede se expande cada vez mais rapidamente. Um vídeo viral é um exemplo do efeito de rede em que links para um vídeo popular são compartilhados e redistribuídos, garantindo que mais pessoas vejam o vídeo e publiquem novamente os links. Esta é a base para muitos fenômenos sociais, incluindo esquemas de Ponzi e correntes de cartas . Em muitos casos, o tamanho da população é o fator limitante do efeito de feedback.

Em quimica

Se uma reação química causar a liberação de calor , e a própria reação acontecer mais rapidamente em temperaturas mais altas, há uma grande probabilidade de feedback positivo. Se o calor produzido não for removido dos reagentes com rapidez suficiente, pode ocorrer fuga térmica e muito rapidamente levar a uma explosão química .

Em conservação

Muitos animais selvagens são caçados por suas partes, o que pode ser bastante valioso. Quanto mais perto da extinção as espécies-alvo se tornam, mais alto é o preço de suas partes. Este é um exemplo de feedback positivo.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Norbert Wiener (1948), Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine , Paris, Hermann et Cie - MIT Press, Cambridge, MA.
  • Katie Salen e Eric Zimmerman. Regras de jogo . MIT Press . 2004. ISBN  0-262-24045-9 . Capítulo 18: Jogos como sistemas cibernéticos.

links externos