MECANISME INTEGRATIVE DE

COMUNICARE

Principii generale

Mecanisme de comunicare: F(x) de natura suportului informațional:

-electrochimice

-chimice

-electrice

-electromagnetice -cuantice

Comunicarea este principiu fundamental și condiție a mișcării și schimbării în univers

Comunicarea se realizează prin schimb de materie energie și informație la toate nivelurile de organizare: fizic, non-fizic, viu și non-viu

Mecanismul principal prin care se realizează comunicarea este mecanismul de feed-back

Comunicarea asigură dimensiunea holistică a universului

”Odobleja are prioritate mondială a ideii unei cibernetici generalizate, considerând primul fenomenul buclei inchise, deci cu conexiune inversă, ca o lege universală. ...nimeni până la el nu a avut o asemenea viziune a rolului general al feed-back-ului în natură și societate”. M. Drăgănescu

Mediul acționează asupra organismelor vii, care la rândul lor acționează asupra mediului. Orice funcțiune acționează asupra oricărei alte funcțiuni: toate funcțiunile unui organism se influențează reciproc una pe cealaltă

Ștefan Odobleja-Psihologia consonantistă.

Editura Științifică și Enciclopedică. 1982.

Ștefan Odobleja a avut geniu, el merită să fie înscris în știința universală alături de Ampere și Norbert Wiener în cucerirea conceptului și modului de gândire cibernetic.

Andre M. Ampere a previzionat cibernetica ca știință (politică), Ștefan Odobleja a elaborat ideile centrale ale ciberneticii și modul de gândire cibernetic, N. Wiener a reobținut ceea ce desprinsese în alte condiții Șt. Odobleja

M. Drăgănescu. Conceptele cibernetice ale lui Ștefan Odobleja în Psihologia Consonantistă. Editura Științifică și Enciclopedică.1982.

Bucla cibernetică: (*)-semnal; L- linia semnalului; R- receptor; C- comparator; S-standard; E- efector

Werner R. Loewenstein. The touchstone of life : molecular information,

cell communication, and the foundations of life. OUP. 1999

Susținerea Vieții este o proprietate a unui sistem ecologic și nu a unui singur organism sau specie.Niciun organism individual nu poate exista izolat.

Animalele depind de fotosinteza plantelor pentru nevoile lor energetice; plantele depind de dioxidul de carbon produs de animale, precum și de azotul fixat de bacterii la rădăcinile lor; și împreună plante, animale și microorganisme reglează întreaga biosferă...

Fritjof Capra. The hidden connections: integrating the biological, cognitive, andsocial dimensions of life into a science of sustainability. Random House. 2002.

O perspectivă esențială a noii înțelegeri a vieții este că formele și funcțiile biologice nu sunt pur și simplu determinate de un plan genetic, ci sunt proprietăți emergente ale întregii rețele epigenetice.

Această viziune este cu totul diferită de determinis-mul genetic, care este încă foarte răspândit în rândul biologilor moleculari, companiilor de biotehnologieși în presa științifică de popularizare.

O celulă nouă nu este produsă de ADN-ul singur, ci de o continuare neîntreruptă a întregii rețele autopoietice

Fritjof Capra.

Definiția unui sistem viu ca rețea autopoietică înseamnă că fenomenul vieții trebuie înțeles ca o proprietate a sistemului în ansamblu.

Funcționarea rețelei autopoietice implică informație și energie

În cuvintele lui Pier Luigi Luisi, „Viața nu poate fi atribuită niciunui component molecular (nici măcar ADN sau ARN!), ci numai întregii rețele metabolice”

Fritjof Capra.

Autopoieza oferă un criteriu clar și puternic pentru a distinge între sistemele vii și cele fără viață. De exemplu: virusurile sau un robot care asamblează alți roboți

Mecanisme electromagnetice de comunicare

Energia pură nu poate efectua niciun lucru „util” fără o introducere concomitentă de informații. În schimb, toate cheltuielile de energie duc la o reorganizare a universului, deci la o schimbare a stării informaționale. Energia și informațiile sunt interconvertibile;

De fiecare dată când ridicăm un creion de pe podea și îl așezăm pe birou, cheltuim energie pentru a modifica organizarea universului ... prin urmare, am crescut conținutul informațional al universului.

Tom Stonier. Information as a basic property of the universe. BioSystems. 38. 1996

...implicațiile unei teorii a informației pentru fizica particulelor, sugerează că structura de bază a universului constă nu numai din fermioni și bosoni, dar și din infoni.

To my students whose

questions made me

think new thoughts

În ceea ce privește originea informației, izvorul fântânii trebuie să se afle undeva în teritoriul apropiat de Big Bang.

Din păcate, timpul zero, momentul Marelui Bang în sine, este impenetrabil pentru cercetarea științifică.

În acel moment când toată energia și materia din universul actual au fost strânse într-un singur punct – care din lipsa unui cuvânt mai bun, îl vom numi Unum (Unicul, Marele Anonim)

În virtutea legii conservării, totul trebuie să fi fost în acel bob primordial când a început să se extindă - și ce bob trebuie să fi fost, atât de încărcat.

Werner R. Loewenstein. The touchstone of life : molecular information,

cell communication, and the foundations of life. OUP. 1999

Forțele naturii și evoluția lor, conform teoriei unificării. Cele patru forțe au izbucnit dintr-una singură, pe măsură ce temperatura din univers scade în primele instante după Big Bang

Werner R. Loewenstein. The touchstone of life : molecular information, cell communication, and the foundations of life. OUP. 1999

Majoritatea factorilor fizici externi care au fost implicați în evoluția vieții sunt de natură electromagnetică.

Presman A. S. Electromagnetic Fields and Life. Springer Science+Business Media. 1970

Este stabilit acum că în toată perioada geologică biosfera a fost o regiune de câmpuri electromagnetice și radiații ale tuturor frecvențelor cunoscute de noi -de la variații periodice lente ale câmpului magnetic și electric ale pământului la razele gamma.

Postularea că rolurile informaționale pe care le realizează aceste câmpuri pentru sistemele vii, la trei niveluri, este susținută sistematic ca și consecințe logice, plauzibile și semnificative ale rezultatelor publicate cu privire la receptivitatea și răspunsurile caracteristice ale sistemelor vii la diverse câmpuri experimentale aplicate.

O precizare este necesară pentru teza conform căreia aceste capacități apar în starea lor de dezvoltare maximă numai în organismul în ansamblul său și nu sunt prezente sau nu sunt prezente într-o formă comparabilă la nivel molecular

Presman A. S. Electromagnetic Fields and Life. Springer Science+Business Media. 1970

În general, sunt probabile trei tipuri de activități:

Presman A. S. Electromagnetic Fields and Life. Springer Science+Business Media. 1970

2. Interconexiuni electromagnetice între organisme.

3. Rolul proceselor electromagnetice care au loc în cadrul desfășurării funcțiilor vitale ale fiecărui organism.

1. Efectul proceselor electromagnetice care au loc în mediu asupra funcționării organismelor vii.

... câmpurile electromagnetice servesc în mod normal ca transportoare de informații din mediu către organism, în interiorul organismului și între organisme...

Presman A. S. Electromagnetic Fields and Life. Springer Science+Business Media. 1970

... în cursul evoluției, organismele au dobândit capacitatea de a utiliza aceste câmpuri prin utilizarea și armonizarea sistemelor senzoriale, nervoase și endocrine pentru realizarea coordonării și integrării.

...știm la ce forță să ne așteptăm în termeni generali: forța electromagnetică, eminența cenușie din spatele tuturor informațiilor moleculare.

Diagrama conectării unei proteine cu enzima: proteina (1)înainte de întâlnire cu substrat enzimatic (S),și (2) după aceasta. Proteinaîși modifică conformația în raport cu substratul enzimatic. În acest proces întervin forțe electrostatice slabe și puternice, favorizate de interacțiunile hidrofobe. Werner R. Loewenstein

Un model de sistem de control al creșterii sugerează că organizatorii în embriogeneză continuă să existe și își păstrează parțial funcția după embriogeneză.

Organizatorii sunt punctele singulare macroscopice ale gradientului morfogen și ale câmpurilor bioelectrice. Au o rată metabolică mai mare, o densitate mai mare a joncțiunilor gap și a celulelor stem decât țesutul înconjurător.

Li Z., Shang Ch. Where have the organizers gone? – The growth control system as a foundation of physiology. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 2016

... rezultatele demonstrează bucle de feedback prin care formele timpurii de activitate electrică reglează excitabilitatea intrinsecă și pot limita perioada embrionară

Nicholas C. Spitzer. Electrical activity in early neuronal development. NATURE. Vol 444/7. 2006

Acest proces depinde de activitatea electrică timpurie într-o serie de sisteme, în combinație cu expresia factorului de transcripție specifică celulelor sau acțiunea factorilor trofici

O a doua caracteristică a diferențierii neuronaleeste specificarea fenotipului neurotransmițătorului.

Biofotonii pot reprezenta o comunicare complexă dintre celule, cu viteza de transmitere a luminii. Fizica luminii pare să se potrivească observațiilor biologice. Lumina este cel mai eficient și cel mai rapid mediator al informațiilor din univers

Charles L. Sanders. Speculations about Bystander and Biophotons. Dose-Response, 12:515–517, 2014

Proprietatea de coerență a biofotonilor poate avea un efect profund asupra capacității lor de a influența transferul de informații. Codificarea frecvenței oferă luminii o capacitate de codificare a informațiilor din ADN în biofotoni.

Invenția se referă la o metodă, un sistem și un dispozitiv pentru producerea, dintr-o substanță, semnale electrice caracteristice activității biologice a unui element activ conținut în acea substanță.

Este posibilă modificarea activității biologice și / sau chimice sau a comportamentului biologic și / sau chimic al unui sistem receptor biologic prin acțiunea asupra lui a unor semnalelor electrice caracteristice.

De fapt, aplicarea semnalelor electrice caracteristice, printr-un traductor adecvat, generează câmpuri magnetice care pătrund în bacterii, virusuri sau celule și modifică comportamentul lor chimic și / sau biologic.

Este posibilă stocarea semnalelor electrice caracteristice în băncile de date, folosind tehnici computerizate. Apoi, răspândirea resurselor terapeutice, dintr-un punct în celălalt pe planetă, este instantanee în funcție de nevoi.

Y.Thomas et al. Activation of human neutrophils by electronically transmitted phorbol–myristate acetate. Medical Hypotheses (2000) 54(1), 33–39

•... un număr tot mai mare de observații sugerează susceptibilitatea sistemelor biologice la câmpuri electrice, magnetice și electromagnetice, capabile să inducă

modificări ale activității enzimatice, ale funcțiilor celulare, inclusiv, ale sintezeiADN și ARN

Este descrisă o nouă proprietate a ADN-ului: capacitatea unor secvențe de ADN bacteriene de a induce unde electromagnetice la diluții apoase mari.

Luc Montagnier et al. Electromagnetic Signals are Produced by Aqueous Nanostructures Derived from Bacterial DNA Sequences. Interdiscip SciComput Life Sci (2009) 1: 81–90

ADN-ul genomic al majorității bacteriilor patogeneconține secvențe care pot genera astfel de semnale.

•... filtratul unui supernatant de cultură a limfocitelor umane infectate cu Mycoplasma pirum a fost capabil să regenereze micoplasma originală atunci când a fostincubat cu o cultură de limfocite umane fără micoplasma, în 2 până la 3 săptămâni.

Efectul bystander indus de radiație este fenomenul în care celulele neradiate prezintă efecte împreună cu nivelurile lor diferite, ca urmare a semnalelor primite de la celulele iradiate din apropiere.

Bystander effect

Najafi M et al. The Mechanisms of Radiation-Induced Bystander Effect . J Biomed Phys Eng 2014; 4(4)

Reacțiile celulelor neradiate pot include modificări ale procesului de translație, exprimarea genelor, proliferarea celulelor, apoptoza și moartea celulară

Implicații ale câmpului electromagnetic

-comunicare la distanță

-investigații biomedicale-terapii medicale

-optogenetica -electro-/magnetostimulare

Optogenetica oferă capacitatea de a manipula selectiv elementele circuitului neuronal individual care stau la baza comportamentelor relevante pentru boală și în prezent accelerează ritmul cercetării preclinice asupra mecanismelor neurobiologice ale bolii.

Elizabeth E Steinberg et al. Illuminating circuitry relevant to psychiatric disorders with optogenetics . Current Opinion in Neurobiology 2015, 30:9–16

Prin contribuția la analizarea funcției circuitelor neuronale extrem de complexe care mediază comportamentele relevante pentru boli, optogenetica are un potențial mare de a susține dezvoltarea rațională a intervențiilor terapeutice pentru tulburările psihiatrice.

Neuronii sunt celule incolore mari, cu arborizări largi, au un metabolism activ care generează fotoni, conțin puțin pigment și au un citoschelet proeminent format din microtubuli

F. Grass. et all. Biophotons, microtubules and CNS, is our brain a

“Holographic computer”?. Medical Hypotheses (2004) 62, 169–172

...acestea și rezultate ulterioare ale funcțiilor discriminante sugerează că bacteriile pot elibera biofotoni ca un sistem de comunicare non-local ca răspuns la stres și că acești biofotoni sunt specificispeciei.

Tessaro Lucas W. E. et al. Bacterial biophotons as non‐local information carriers: Speciesspecific spectral characteristics of a stress response-MicrobiologyOpen. 2018;e761.

Mecanisme electrochimice de comunicare

Generarea potențialelor de membrană

-potențial de receptor

-potențial de acțiune

-potențial postsinaptic

-potențial postsinaptic excitator - PPSE

-potențial postsinaptic inhibitor - PPSI

-fenomenul de însumare spațială și temporală

Interacţiunea stimul - receptor - răspuns

chimic

fizic

stimul

R e

c e

p t

o r

P

r o

c e

s o

r

?răspuns

Boron pag. 174

Activitate neuronală intrinsecă

Centrii generatori de tipare controlează comportamentul ritmic: mersul pe jos, alergarea, înotul, respirația, masticația, anumite mișcări ale ochilor, frisoanele, și chiar gratajul

-automatismul cardiac

-secreția neurohormonilor hipotalamici

activitatea motorie digestivă

…Due to its ability to give rise to spontaneous activity, the brain does not simply process information but also generates information.

György Buzsáki

...spontaneous neuron activity, far from being mere noise, is actually the source of cognitive abilities.

Activitate neuronală intrinsecă

Centrii generatori de tipare controlează comportamentul ritmic: mersul pe jos, alergarea, înotul, respirația, masticația, anumite mișcări ale ochilor, frisoanele, și chiar gratajul

-automatismul cardiac

-secreția neurohormonilor hipotalamici

activitatea motorie digestivă

Neuronii primesc, combină, transformă, depozitează și transmit informația

Potențialele de acțiune sunt fixe in amplitudine, nu gradate, și au o formă constantă. Deci, cum este informațiacodificată de potențialele de acțiune?

II. Transmiterea potențialelor de membrană

Conducerea semnalului în dendriteDendritele sunt adesea extinse, reprezentand

pană la 99% dintr-o membrană neuronală; dendritele unui singur neuron pot primi 200.000 influxuri sinaptice.

Citoplasma dendridelor are rezistivitate electrică relativ scăzută, iar membrana lor are rezistivitate relativ crescută -proprietățile unuicablu electric neetanș

Efectul λ (constantei de lungime) asupra propagării unui PPSE

Boron pag. 298

Potențialele de acțiune de Ca2+ în dendritele celulelor Purkinje

declanșează potențiale de acțiune rapide de Na+

Boron pag. 299

Conducerea semnalului în axoni

-generarea potențialului – prag, canale Nav1.6

- propagare PA: propagare ortodromicăpropagare antidromică

-viteza de conducere

axoni mielinizați

axoni nemielinizați

Boron pag. 299

Boron pag. 304

Boron pag.200

Boron pag. 306

In concluzie, parametri de cablu, constanta de lungime și constanta de timp, determină felul in care potențiale treptate și potențiale de acțiune se propagă in timp și spațiu prin țesuturile biologice.

Semnficație clinică – boli demielinizante-

transmitere încrucișată

Transmiterea sinaptică

chimică

Principalele tipuri de sinapse

Sinapsa chimică

Segment

presinaptic

E

AGONIŞTI

ANTAGONIŞTI

Sinapsă excitatorie

Sinapsă inhibitorie

Celulă

glială

Segment

postsinaptic

Boron pag. 315

Mecanisme electrice de comunicare

Un model tridimensionalal sinapsei electrice:

A. Secţiune prin sinapsă. Fiecare din cele două membrane conţine câte o jumătate din canalul sinaptic.

B.Conformaţia conexonului

variază cu starea închis/deschis.

Particularități functionale:-mecanism molecular-sens, durată-control

-voltaj membranar-Ca, pH,

Transmiterea sau cuplarea efaptică

– câmpurile electrice generate de un anumit neuron afectează excitabilitatea

neuronilor învecinați, ca rezultat al proximității anatomice și electrice.

- Variază cu distanța dintre neuroni/fibrele acestora; are loc mai mult in cortexul

cerebral, unde densitatea neuronilor este mare.

- Cuplarea fibrelor nervouase adiacente prin schimburi ionice între celulele

adiacente sau prin câmpuri electrice locale

- Au rol in excitarea/inhibiția neuronală; influențează sincronizarea și dinamica

descărcării de potențiale de acțiune de către neuroni.

- Poate fi implicată în sincronizarea neuronală din epilepsie

- Diminuează cu creșterea distanței interneuronale / creșterea volumului

extracelular

- Mielinizarea se crede că restricționează interacția efaptică

- Neuronii din sistemul olfactiv sunt nemielinizați și împachetați strâns,

permițând transmiterea efaptică, care are aici rolul de a inhiba neuronii care

nu transmit specific un anumit miros, permițând reglarea fină a semnalelor

declansate de un anumit odorant și integrarea semnalelor, permițând

perceperea mai nuanțată a mirosurilor.

Transmiterea/cuplarea efaptică prin câmpuri extracelulare

Olfactory receptor neurons 1 and 2 (ORN1

and ORN2) do not make synaptic

connections.

Inhibition is mediated by a direct electrical

field interaction between such closely

apposed ORNs through the process of

ephaptic coupling(https://www.nature.com/articles/nature11757).

Transmiterea efaptică si durerea

neuropată

Mecanisme chimice de comunicare

IV. Transmiterea nonsinaptică

Oxid nitricMonoxid de carbonEndocanabinoide -tetrahidrocanabinol

(THC), marijuana

Transmiterea hormonală

Transmiterea auto- paracrină

Exosomii

- vezicule membranare de 30-100 nm (nanoparticule)

- acționează ca “organite de semnalizare

intercellulară” după eliberarea în mediul extracelular

- pot contacta celula țintă prin:

1. adeziune mediată de receptor membranar

urmată de endocitoză și internalizare

2. fuziune directă a membranei exozomale cu

membrana celulei țintă și eliberarea conținutului

exozomal

- Veziculele exozomale au receptori membranari

specifici și conțin o combinație de lipide, metaboliți,

ARN codant și non-codant (micro-ARN), ADN,

enzime, factori de creștere, receptori și citokine.

Exozomii în sistemul

nervos

Zagrean et al., Front. Neurosci. 2018

Cuplarea mecanismelor de comunicare electromagnetice cu

cele chimice

Ritmul circadian

- Este ajustat la om după ciclul solar de 24 ore, lumină / întuneric(photoentrainment).

- Depinde de evenimente moleculare ritmice, controlate genetic, la nivelul

ceasului intern biologic (oscilator circadian) – nucleul suprachiasmatic, care

primeste informație de la retina (celule ganglionare fotosenzitive) și trimite mai

departe informația către glanda pineală, a cărei secreție de melatonină va fi

stimulată sau inhibată de absența/prezența luminii.

- Ritmul circadian are rol în reglarea funcțiilor organismului, la nivel celular,

sistemic, comportamental

- Ritmului circadian se manifestă comportamental prin ciclul somn-veghe, aflat

de asemenea sub control homeostatic (nevoia de a dormi crește cu perioada

de veghe).

Light

Pupil

Retina

Rod cells Cone cells ipRGCs

Scotopic vision

Black&White

vision

DIM Light

conditions

Photopic

vision

Coloured

vision

Well lit

conditions

Photosensitive

ganglionar cells from

retina

Circadian Clock

Sleep/Wake cycles

Blind people can detect

the timing of sleep and

regulate their circadian

rhythm using ipRGC!

ipRGC = intrinsically

photo-sensitive retinal

ganglion cells

Nucleul suprachiasmatic (NSC/ Suprachiasmatic Nucleus - SCN)

- acționează ca ceas biologic – ceas circadian central

- Informează pineala dacă este lumină sau întuneric, astfel controlând sinteza și secreția de melatonină în

glanda pineală

• Căi nervoase:

Retina → nerv optic → tract retino-hipotalamic (RHT)→ NSC (SCN) → nucleu paraventricular hipotalamic → ganglioncervical superior→ gl. pineală→melatonină

Melatonina

- are un efect de feedback asupra nucleului

suprachiasmatic, ajutând la menținerea

antrenării activității acestuia la ciclul

lumină/întuneric.

- sincronizează ceasurile periferice,

influențnd pratic toate organele/țesuturile

organismului, acționând pe receptorii de

melatonină (rec. cuplați cu proteina G)

- are efect antioxidant direct, dar și prin

creșterea expresiei enzimelor anti-oxidante

- traversează placenta și antrenează ritmul

circadian la făt

Câmpul electromagnetic este realitatea fizică cu care suntem în contact permanent şi nemijlocit, deşi nu avem simţuri pentru a o percepe. În odaia în care stăm, în parcurile în care ne plimbăm, în noi înşine, totul este plin de câmp electromagnetic, în fiecare moment, datorită câmpului electromagnetic, fiecare cută a fiinţei noastre este pătrunsă de toate melodiile care se cântă pe Pământ, ba şi de şoapte din afara lui, rostite poate cu miliarde de ani în urmă. A.Ţugulea- Câmpul electromagnetic? Ed. Agir, 2011

Graţie reversibilităţii psiho-fizice, noi putem să materializăm actul creaţiei. Fără îndoială, maşina de inventat încă nu a fost creată, dar noi putem întrevedea crearea ei pe curând.

Folosind o tehnică cunoscută sub denumirea de „învățare automată”, oamenii de știință pot antrena o IA pentru a îndeplini o sarcină mai bine decât un om...https://interestingengineering.com/15-medical-robots-that-are-changing-the-world

Șt. Odobleja- Psihologia Consonantistă

În prezent, se acceptă tot mai mult, aproape în unanimitate. de către științele fizicii :

universul începe să arate mai mult ca un gând mare decât ca o mașină grozavă.

că fluxul de cunoștințe se îndreaptă către o realitate non-mecanică;

Să dobândim o minte tot mai puțin închistată și deschisă spre lume...