Целями моделирования являются формулировка и обоснование предположений о свойствах биологических объектов (выдвинутые гипотезы в дальнейшем могут проверяться экспериментально); прогноз и оценка действия различных внешних и внутренних факторов на биологические системы (прогноз действия лекарств, оценка эффективности применения гипотетических или реальных технических средств, например искусственных органов); отработка моделей для включения в компьютеризованные системы медицинского назначения (например, построение математической модели определенных физических процессов в тканях при действии излучения для использования в компьютерных томографах).

Представьте себе, что какая-то колония живых организмов обитает в благоприятных условиях. В зависимости от рождаемости и смертности число этих организмов будет меняться. А как? По какому закону? Ведь на рождаемость влияет и недостаток пищи, и притеснение со стороны другого биологического вида, и продолжительность жизни, и многие другие факторы. Ученые построили так называемые абстрактные модели и с их помощью установили точные закономерности развития организмов и при неограниченных ресурсах питания и места, в условиях, когда отсутствуют вредные виды, и при условиях голода, недостатка места для жилья, и при истреблении со стороны врагов.

Такая модель помогла, например, выращивать грибки пенициллина. Их неограниченно подкармливали, следили, чтобы им не было тесно, оберегали от вредных видов. А будущий урожай совершенно точно предсказывали по специальной формуле.

Как видите, моделирование биологических процессов помогает разбираться в сложной системе связей между видами живых организмов, помогает решать проблемы в довольно широкой области биологических явлений.

Кибернетика биологическая рассматривает живой организм как многоцелевую "иерархическую" систему управления, осуществляющую свою интегративную деятельность на основе функционального объединения отдельных подсистем, каждая из которых решает "частную" локальную задачу. Особенность организма как сложной динамической системы - единство централизованного и автономного управления. Саморегуляция, характерная для всех уровней управления живой системы, обеспечивается автономными механизмами, пока не возникают такие возмущения, которые требуют вмешательства центральных механизмов управления.

В последнее время всё большее внимание биологов привлекают функциональные характеристики биологических систем управления, обусловленные периодическими (ритмическими, циклическими) процессами. Живые организмы с высокой точностью способны "измерять" время ("биологические часы"). Это выражается в периодических изменениях дыхания, температуры тела и др. процессов жизнедеятельности. Природа биологических ритмов ещё во многом неясна, но есть все основания полагать, что периодичность - фундаментальная характеристика функционирования биологической системы и процессов управления в ней. Процессы, происходящие на каждом из уровней живой системы, характеризуются своей специфической периодичностью, определяемой как внутренними, так и внешними факторами. А между периодической активностью отдельных уровней в нормально функционирующем организме существуют определенные фазовые сдвиги (сдвиги во времени), обусловленные специфической организацией управления на каждом из уровней. Нарушение этих нормальных фазовых сдвигов может вызвать нарушение работы всей живой системы или ее части. Это ведет к сбоям в работе системы управления и накоплению ошибок, что можно описывать как появление "шумов". Коррекция сбоев требует внутренней перенастройки системы (ее алгоритма) либо внешних управляющих воздействий за счёт включения механизмов управления более высокого уровня.

Живые существа объединяются в системы разного порядка (популяции, биоценозы и т.д.), образуя своеобразную иерархию живых систем. Во всех этих надорганизменных системах, как и в жизни клетки, развитии организма, эволюции органического мира в целом, имеются внутренние механизмы регуляции, для изучения которых также применимы принципы и методы кибернетика биологическая.

Механизмы управления определяют течение жизненных процессов не только в норме, но и в патологии. Клетка - сложная саморегулирующаяся система. Она обладает многими регуляторными механизмами, одним из которых являются колебания её структуры, связанные с деятельностью митохондрии и совпадающие с колебаниями окислительно-восстановительных процессов. Синтез белков в клетке управляется генетически детерминированными механизмами, связанными с процессами хранения, переработки и передачи генетической информации. Изучение жизнедеятельности организма в целом и его разных функций, а также механизмов, управляющих работой отдельных органов и систем - это та область, где кибернетика биологическая оказалась наиболее результативной. В связи с этим сформировались самостоятельные направления - физиологическая кибернетика и нейрокибернетика, изучающие механизмы поддержания гомеостаза; принципы саморегуляции функций организма и протекания в нем переходных процессов; закономерности нервной и гуморальной регуляции в их единстве и взаимодействии; принципы организации и функционирования нейронов и нервных сетей; механизмы осуществления актов поведения и др. проблемы. Изучая закономерности работы человеческого мозга, в основе которой лежит комплекс алгоритмов, т.е. правил преобразования информации, кибернетика биологическая позволяет моделировать (в том числе и на ЭВМ) различные формы работы мозга, выявляя при этом новые закономерности его деятельности. Созданы, например, программы для ЭВМ, обеспечивающие возможность обучения, игры в шахматы, доказательства теорем и др. Развивается так называемое эвристическое программирование, когда исследуют и моделируют правила обработки информации в мозге при тех или иных творческих процессах.

Анализ механизмов индивидуального развития и процессов управления в популяциях и сообществах, включающих хранение, переработку и передачу информации от особи к особи, - также сфера исследований кибернетика биологическая. На уровне биогеоценозов, включая и биосферу в целом, кибернетика биологическая пытается использовать метод моделирования для целей оптимизации биосферы, в частности для определения путей наиболее рационального вмешательства человека в жизнь природы.

Примером применения кибернетика биологическая в прикладных целях может служить создание устройств для автоматического управления биологическими функциями (так называемое биопротезирование), автоматических устройств для оценки состояния человека во время трудовой или спортивной деятельности, при творческой работе, в субэкстремальных и экстремальных условиях.

Использование методов и средств кибернетики для сбора хранения и переработки информации получаемой в ходе биологических исследований позволяет вскрывать новые количественные и качественные закономерности изучаемых процессов и явлений.

Заключение