TEORIA SEMNALELOR – STIINTA A VIETII
Data: 15-31 aprilie 2006
Viata, asa cum ne este cunoscuta, reprezinta forma superioara de organizare a materiei, apta de autoorganizare si autodezvoltare, care include sistemele de entitati caracterizate de trei functii fundamentale – de nutritie, de relatii si de autoreproducere. Aceasta definitie, exprimata in termenii biologiei, discutata si discutabila, poate fi insa esentializata daca este privita din punctul de vedere al informatiei. Astfel, sistemele vii pot fi definite ca fiind acele sisteme in raport cu care categoria de informatie are sens. Cu alte cuvinte, viul reuneste, in structuri unitare, substanta, energie si informatie.
Functia de nutritie asigura suportul material si energetic necesar existentei (si reproducerii) entitatilor vii. Pentru aceasta, un organism viu trebuie insa sa culeaga (si sa utilizeze in mod corespunzator) informatie, atat din mediul natural cat si de la alte organisme vii.
Functia de relatii este functia care realizeaza culegerea informatiei din mediu. Pentru aceasta, natura a inzestrat vietuitoarele cu organe apte sa receptioneze anumite semnale (optice, acustice, electrice, chimice etc.) acoperind, in principiu, gamele de interes major. Aceste receptoare, organele de simt, sunt de fapt locatoare naturale pasive (termenul de locator trebuind sa fie inteles intr-o acceptiune mai larga decat cea uzuala). Mai mult, natura a inventat si locatia activa (sonarele liliecilor, delfinilor etc.), iar daca se au in vedere raporturile dintre vietuitoare, se poate vorbi si de locatia semiactiva.
O evaluare cantitativa a nivelului de performanta a organelor de simt umane releva, de exemplu, ca, daca fiecarei celule fotosensibile de pe retina ii corespunde un pixel de imagine, fiecare ochi ar putea receptiona circa 130 de milioane de pixeli. O analiza mai amanuntita trebuie sa aiba in vedere gama dinamica si faptul ca, de fapt, exista doua sisteme de receptoare video care se intrepatrund – unul alb-negru si unul color. Daca se face abstractie de timpul de raspuns al celulelor fotosensibile, capacitatea de receptie a vazului uman depaseste de circa 500 de ori standardele TV. In schimb, auzul, simt dezvoltat pentru receptia semnalelor scalare, poate vehicula o cantitate de date redusa, determinata de gama dinamica relativ mica si de banda de frecventa de mai putin de 20 kHz. Consideratii asemanatoare pot fi dezvoltate si fata de celelalte simturi.
O problema incitanta o reprezinta descoperirea mecanismelor de analiza a semnalelor receptionate de simturi. Desi formal se pare ca acestea ar putea fi de tip corelational, deoarece semnalele sunt mult diferite, si organele care le receptioneaza si prelucreaza trebuie sa fie diferite. Astfel, imaginile, desi sunt functii temporale (de tip fractal !) sunt analizate si inregistrate ca functii spatiale la momente de timp discrete, in timp ce sunetele, deoarece sunt functii temporale scalare, nu pot fi procesate decat in derulare pe singura lor variabila – timpul.
Analizand modul in care se manifesta organismele vii, se observa ca semnalele emise de acestea si destinate altor vietuitoare inglobeaza mesaje. Continutul informational al acestora este, evident, de natura diferita de cel al semnalelor purtatoare, ceea ce inseamna ca, la nivelul functiei de relatii, organismele vii prelucreza atat informatia fizica, cat si informatia semantica.
Functia de reproducere, prin latura sa informationala, ridica insa cele mai interesante probleme. Organizarea vietii pe sisteme de entitati face ca proprietatea fundamentala a materiei vii de a evolua spre forme de o complexitate tot mai mare sa se manifeste, la nivelul entitatilor, printr-un proces continuu de nastere si moarte, moartea fiind o conditie esentiala a existentei si evolutiei vietii. Acest mecanism presupune transferul catre urmasi al informatiei (datelor) necesare reluarii ciclului vietii de la nivelul atins de parinti sau, altfel exprimat, in realizarea functiei de reproducere, locul central il ocupa aspectul informational.
La un prim nivel, universal valabil, informatia (datele) se transfera de la parinti la urmasi pe cale genetica, de factura biochimica, si consta, in esenta, in „documentatia de executie“ a entitatii si intr-un numar de deprinderi de prima importanta, instinctele sau, cum ar mai putea fi numite, „software-ul de baza“.
In cazul organismelor simple, unicelulare (a caror reproducere este asexuata), mecanismul presupune acumularea cantitativa si calitativa de „material conform prescriptiei“, urmata de o diviziune simetrica. Astfel, datele se transmit in doua seturi identice celor doua vietuitoare rezultate (uneori, din diverse motive, duplicarea este alterata, rezultand ceea ce este cunoscut sub numele de mutatii). In cazul organismelor complexe, care se reproduc sexuat, mecanismul este mult mai complicat deoarece se porneste de la doua seturi de date, asemanatoare numai, din care trebuie realizat (cum?) un singur set. Suportul datelor il reprezinta cunoscutul lant ADN care, la om, este organizat in circa 100.000 de gene cuprinzand aproximativ 3,3 miliarde de nucleotide. Avand in vedere ca exista doar patru tipuri de nucleotide, se ajunge la surprinzatoarea concluzie conform careia cantitatea de date pe care o vehiculeaza genomul uman ar putea incapea pe un CD obisnuit!
La un al doilea nivel, caracteristic fiintelor evoluate, acest transfer se realizeaza si printr-un proces de invatare. Fara a intra in detalii asupra unui subiect atat de vast, este necesara mentionarea faptului ca pot fi distinse doua subniveluri ale invatarii, unul direct, constand in imitarea comportamentului „instructorului“, si unul superior, bazat pe abstractizarea notiunilor si includerea acestora in mesaje.
Existenta mesajelor, ca moduri de organizare cu semnificatii definite a unor secvente ale semnalelor emise de fiintele vii, poate fi considerata drept criteriul fundamental de decelare a rationalului. Limbajele, baza de organizare a mesajelor, iarasi un domeniu de studiu deosebit de amplu, reprezinta constructii artificiale destinate vehicularii datelor (informatiei semantice). Aparitia acestora a marcat un moment important in evolutia viului, permitand transferul datelor (informatiei) nu numai pe cale nemijlocita intre parinti si urmasi, ci si intre diverse grupuri sau generatii, ca si inregistrarea informatiei.
Limbajele umane sau limbile, cum sunt denumite in mod curent, in formele lor de existenta, orala si scrisa, reprezinta cel mai complex sistem de organizare a datelor in mesaje utilizat de lumea vie.
Cea mai mare inventie a umanitatii, scrisul, a facut ca limbajele, aparute in forma orala, sa cunoasca un urias salt calitativ, in special prin cresterea calitativa si cantitativa a transferului de informatie si prin extinderea abstractizarii. Este totusi de remarcat faptul ca forma orala a limbajelor ramane fundamentala, fara aceasta neputand exista forma scrisa.
Evident, existand limbi diferite, intre acestea apar deosebiri care conduc la inevitabile ierarhizari bazate pe diverse criterii. Astfel, se considera (fara ca aceasta parere sa fie unanim impartasita) ca limbile europene si in special limba engleza (datorita particularitatilor genezei sale), sunt mai adecvate utilizarii in domeniul stiintific si in constructia limbajelor pentru sistemele artificiale, in timp ce limbile orientale pot fi remarcate in domeniul pe care de obicei il numim umanist.
Daca din punctul de vedere al utilizarii limbajelor umane in stocarea si transmiterea datelor problematica este relativ limpede, sub aspectul rolului acestora in gandire mai sunt multe aspecte de elucidat. Desi, in principiu, se afirma ca „gandim in cuvinte“, se poate sesiza faptul ca adeseori timpul in care derulam (mental) rationamentele este cu mult mai scurt decat cel necesar exprimarii acestora in cuvinte. Lucru firesc, daca tinem seama de faptul ca in creierul uman, in ultima instanta o structura a organismului, circula semnale electrochimice ce poarta informatie organizata in cod-masina. De aici rezulta concluzia, aparent paradoxala, ca structura limbii conditioneaza gandirea, adica prelucrarea informatiei, cel putin sub aspectul vitezei.
La fel stau lucrurile si in sfera artificialului, nivelul de performanta al calculatoarelor depinzand in mare masura de calitatea programelor. Aceasta asertiune reprezinta o explicatie pertinenta a succesului deosebit de care se bucura industria software-ului.
Revenind la definitia viului si considerand inregistrarile de date ca fiind o forma de existenta a semnalelor (ceea ce reprezinta un formalism relativ usor de sustinut), se constata ca locul teoriei semnalelor in sistemul stiintelor este marcat suficient de pregnant.
Daca se tine seama de natura informatiei continute de semnale, informatie fizica si informatie semantica, se ajunge la impartirea domeniului de studiu al teoriei semnalelor intre locatie (in acceptiunea mai larga mentionata) si o disciplina care s-ar putea numi teoria comunicatiei. Cele doua ramuri ale teoriei semnalelor isi propun sa descopere „patentele naturii“ si sa creeze „patentele proprii“ necesare sistemelor artificiale concepute pentru a completa si mari posibilitatile omului de a emite si receptiona semnale si de a prelucra informatia.