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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.41.2009.tde-16032010-101947
Documento
Autor
Nome completo
Jose Eduardo Soubhia Natali
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Berlinck, José Guilherme de Souza Chaui Mattos (Presidente)
Monteiro, Luiz Henrique Alves
Xavier, Gilberto Fernando
Título em português
Modelagem da minimização do processamento na comunicação
Palavras-chave em português
Comunicação e geração de entropia
Processamento
Resumo em português
A comunicação entre indivíduos da mesma espécie está presente em todos os táxons conhecidos. Tendo por foco organismos que possuem sistemas nervosos, dado que uma capacidade limitada para processar todos os sinais vindos do ambiente, é interessante supor que, ao longo da evolução, exista uma tendência à minimização do processamento associado com a comunicação de modo a liberar atenção para outros eventos. Como tal minimização pode ser associada a uma diminuição da energia gasta com o processo, podemos levantar a hipótese de que existe, também, uma tendência à minimização de geração de entropia σ, já que esta está diretamente associada com a potência dissipada durante potenciais de ação. O objetivo do presente estudo é testar a hipótese descrita acima. Para tanto, consideramos os organismos envolvidos na comunicação como osciladores descritos por equações diferenciais, e comunicação foi definida pelo acoplamento de tais osciladores. Em um modelo inicial, a freqüência e a fase foram as variáveis de estado, enquanto que, num segundo modelo, foram acrescentadas mais duas variáveis associadas à volição de emitir sinais. A geração de entropia é dada pelo produto do fluxo (i.e., freqüência) pela diferença de potencial (parâmetro de forçamento do oscilador). O cálculo de σ foi realizado para os dois modelos, comparando as situações de osciladores de parâmetros idênticos com aquelas de parâmetros diferentes. Para ambos os modelos, os resultados obtidos indicam que osciladores idênticos minimizam a geração de entropia em relação a sistemas de osciladores com diferentes parâmetros. Tratando, então, os sistemas de osciladores idênticos, analisamos as regiões dos valores de parâmetros que permitem uma maior minimização de σ. Isto ocorre, no modelo inicial, quando o parâmetro de acoplamento de freqüência tende a zero ou ao infinito. Já no modelo final, é minimizada quando os parâmetros associados com a referência interna dos osciladores são bem maiores que as constantes de acoplamento de freqüência. Podemos concluir que a melhor estratégia, em termos evolutivos, para minimizar a geração de entropia numa troca continuada de sinais é manter uma alta semelhança (intraespecífica) entre os animais que se comunicam num dado ambiente.
Título em inglês
Minimization of information processing in communication events - a model
Palavras-chave em inglês
Communication and entropy generation
Processing
Resumo em inglês
Communication between individuals of the same species is present in all known taxa. Focusing in organisms that have nervous system, since there is a limited capacity to process all the environmental input, it is interesting to assume an evolutionary trend to minimize the information processing associated with communication in order to redirect attention to other events. As such a minimization may be associated with a reduction in the amount of energy spent in the process, we may put forward the hypothesis that there is, also, a trend to minimize entropy generation (σ), since this is directly associated with power dissipation during action potentials. The objective of this study is to test the above described hypothesis. To this end, we considered the organisms involved in the communication as oscillators described by differential equations, and communication was defined as the coupling between oscillators. In an initial model, the frequency and the phase were the state variables, whereas in a second model we added two more variables associated with the volition to emit signals. Entropy generation is calculated through the product of the flux (i.e., frequency) by a potential difference (a forcing parameter). Computations of σ were performed for both models, and we compared the conditions of identical with those of non-identical parameters of the oscillators. In both models, the results obtained indicate that identical oscillators are those that minimize entropy generation in relation to systems of non-identical oscillators. Within the context of systems of identical oscillators, we analyzed the regions of the parameters that allow for a further minimization of σ. In the first model, such a minimization occurs when the parameter of frequency coupling tends either to zero or to infinite. In the second model, σ attains minimal values when the parameters associated with internal references of the oscillators are significantly higher than those associated with frequency coupling. We are lead to the conclusion that the best strategy, in evolutionary terms, to minimize the entropy generation in a long-lasting exchange of signals is to keep a high similarity (intra-specific) between the animals that communicate in a given environment.
 
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JoseNatali.pdf (2.96 Mbytes)
Data de Publicação
2010-04-05
 
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