正のフィードバック ループ ある変数が別の変数の質を高め、それが最初の変数の量/発生を増加させるシステムです。正のフィードバック ループは、一般にフィードバック ループ内で発生するプロセスであり、その概念の反対は負のフィードバック ループです。
正のフィードバック ループの数学的な定義は、正のゲインが原因と結果のループ内に存在する現象として定義されます。このような正のフィードバック システムは本質的に不安定なシステムであり、通常はシステムの通常の平衡状態から何らかの逸脱が生じ、おそらく無秩序な動作や指数関数的な成長を伴います。
正のフィードバック ループと負のフィードバック ループ
正のフィードバック ループの実際的な例として、血液凝固のプロセスを考えてみましょう。このプロセスでは、血小板が部位に到着すると凝固因子が放出され、より多くの血小板が損傷部位に到達します。また、出産のプロセスを考えてみてください。子宮の壁が伸びると収縮が起こり、出産のプロセスが終わるまで続くサイクルで、収縮が子宮壁をさらに引き伸ばします。どちらの場合も、正のフィードバックには、検出された変化 (血小板の到着、収縮) を強化または増幅する 1 つの変数 (凝固因子の放出、子宮の伸張) の応答が含まれることに注意してください。
これを、検出された変化を逆にする応答である負のフィードバック ループと比較してください。負のフィードバック ループの機能は、多くの場合、望ましくない影響を減らすことです。負のフィードバック ループの例としては、暑すぎると汗をかくなど、体温調節が挙げられます。発汗は体温を下げ、許容体温に戻るまで続きます。
ホメオスタシスとフィードバック ループの関係
生物学では、フィードバック ループの概念がホメオスタシスの概念と共に適用されます。ホメオスタシスとは、生物の細胞が動的な生理学的プロセスを使用して、正常な機能とその生物の継続的な存在に適した内部環境を維持することです。ホメオスタシスの目標は、血圧や体温などの特定の重要な内部変数を許容値の範囲内に保つことです。
フィードバック ループに関しては、ホメオスタシスに関連しているため、フィードバック ループの機能は、体がホメオスタシスを維持するのを助けることです。フィードバック ループは、識別可能な受容体、エフェクター、コミュニケーションの方法、およびコントロール センターが存在する場合は常に、特定の変数のレベルを調整するシステムとして定義されます。これらの用語を定義すると役に立ちます:
- 変数は、身体のフィードバック システムによって監視または影響を受けるレベルを持つ任意の数のパラメーターまたは制約です。
- 受容体は、さまざまな変数のレベルの変化を検出する役割を果たします。
- インテグレーターとも呼ばれるコントロール センターは、検出された変数のレベルを変数の目標レベルと比較し、測定値と目標が異なる場合に応答を生成する役割を担う体内のシステムです。
- エフェクターは、変数のレベルを調整し、恒常性を回復するために必要な変更を実行するデバイスです。フィードバック ループに関与するさまざまなシステムとサブシステムの間で通信する何らかの方法も必要です。これにより、システムはループのさまざまな部分を開始および終了するタイミングを知ることができます。
恒常性を維持しようとする生物の試みの例は、前述のように、体温調節です。外が寒すぎると、体が震え、哺乳類は鳥肌が立ち、皮膚の外側への血液の距離が長くなり、熱損失が減少します.ホメオスタシスを維持しようとする体の別の例は、身体活動中に長時間にわたってストレスがかかると汗をかき始め、水分と塩分が失われます.体内の水分量が低下すると、のどの渇きを感じるホルモンが分泌されます。多くの病状は、身体がある種の恒常性を維持できていないことに起因します。
ポジティブなフィードバック ループの詳細
正のフィードバック ループは、システムの 1 つの側面が変化すると、システムのその側面がさらに変化するシステムです。変数のレベルの変化は、その変数のレベルをさらに増加させる応答を引き起こすため、正のフィードバック ループが急速に成長し、不安定になり、暴走状態につながる可能性があります。正のフィードバック ループは、不安定になる傾向があるため、しばしば有害になる可能性がありますが、前述の血液凝固などの場合には、有益な場合もあります。血液凝固の場合、トロンビンと呼ばれる酵素が働き、カスケード効果を引き起こすタンパク質を活性化しますが、それを抑制し、トロンビンのレベルが許容レベルを超えて上昇しないようにする血液凝固システムの他の側面もあります.
体内で見られる正のフィードバック ループの例をもう 1 つ見てみましょう。子供が生まれた後、母親は子孫のために乳を生産します。これは授乳と呼ばれるプロセスです。妊娠の過程で、プロラクチンとして知られるホルモンのレベルが上昇し、プロラクチンは通常、牛乳の生産を刺激する役割を果たします.しかし、妊娠の過程で、プロゲステロンのレベルが母乳の生産を阻害します.子供の誕生後、プロゲステロンのレベルが低下し、子供が牛乳を飲むと、さらにプロラクチンの放出が促進され、それにより、より多くの牛乳とプロラクチンの生産につながります.この正のフィードバック ループは、授乳中に子供が十分な量の母乳を飲んでいることを確認するために必要です。赤ちゃんが離乳し始めると、母親の体内のプロラクチンのレベルは通常のレベルに戻ります。
体外の正のフィードバック ループの例
体外の自然界における正のフィードバック ループの例としては、干ばつがあります。正のフィードバック ループにより、干ばつがより激しくなります。十分な雨が降らないと、植物が枯れ、惑星の表面から空気に加えられる水蒸気の量が制限されます。乾燥したほこりも大気に追加され、最終的に水を吸収して空気をさらに乾燥させます.空気中の水蒸気の量が少ないということは、日がより暑く乾燥することを意味し、雲が形成される可能性が減少し、雨が降る可能性が減少し、干ばつが悪化します.
