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Retroalimentación positiva

Diagrama de bucle causal que representa las causas de una estampida como un bucle de retroalimentación positiva. La alarma o el pánico a veces se pueden propagar mediante retroalimentación positiva entre una manada de animales para provocar una estampida .
En sociología, un efecto de red puede generar rápidamente una retroalimentación positiva de una corrida bancaria . La foto de arriba es de la corrida bancaria de Northern Rock en el Reino Unido en 2007 .

La retroalimentación positiva ( retroalimentación exacerbante , retroalimentación autorreforzante ) es un proceso que ocurre en un bucle de retroalimentación que exacerba los efectos de una pequeña perturbación. Es decir, los efectos de una perturbación en un sistema incluyen un aumento en la magnitud de la perturbación. [1] Es decir, A produce más de B que a su vez produce más de A. [ 2] Por el contrario, un sistema en el que los resultados de un cambio actúan para reducirlo o contrarrestarlo tiene retroalimentación negativa . [1] [3] Ambos conceptos juegan un papel importante en la ciencia y la ingeniería, incluida la biología, la química y la cibernética .

Matemáticamente, la retroalimentación positiva se define como una ganancia de bucle positiva alrededor de un bucle cerrado de causa y efecto. [1] [3] Es decir, la retroalimentación positiva está en fase con la entrada, en el sentido de que se suma para hacer que la entrada sea más grande. [4] [5] La retroalimentación positiva tiende a causar inestabilidad del sistema . Cuando la ganancia del bucle es positiva y superior a 1, normalmente habrá un crecimiento exponencial , oscilaciones crecientes , comportamiento caótico u otras divergencias del equilibrio. [3] Los parámetros del sistema normalmente se acelerarán hacia valores extremos, lo que puede dañar o destruir el sistema, o puede terminar con el sistema atrapado en un nuevo estado estable. La retroalimentación positiva puede controlarse mediante señales en el sistema que se filtran , amortiguan o limitan , o puede cancelarse o reducirse agregando retroalimentación negativa.

La retroalimentación positiva se utiliza en la electrónica digital para forzar que los voltajes se alejen de los voltajes intermedios hacia los estados "0" y "1". Por otro lado, el descontrol térmico es un tipo de retroalimentación positiva que puede destruir las uniones de semiconductores . La retroalimentación positiva en las reacciones químicas puede aumentar la velocidad de las reacciones y, en algunos casos, puede provocar explosiones . La retroalimentación positiva en el diseño mecánico hace que los mecanismos de punto de inflexión o de sobrecentro encajen en su posición, por ejemplo, en interruptores y alicates de bloqueo . Fuera de control, puede provocar el derrumbe de puentes . La retroalimentación positiva en los sistemas económicos puede provocar ciclos de auge y luego caída . Un ejemplo conocido de retroalimentación positiva es el fuerte sonido chirriante o aullido producido por la retroalimentación de audio en los sistemas de megafonía : el micrófono capta el sonido de sus propios altavoces, lo amplifica y lo envía a través de los altavoces nuevamente.

La coagulación plaquetaria demuestra una retroalimentación positiva. La pared dañada del vaso sanguíneo libera sustancias químicas que inician la formación de un coágulo sanguíneo a través de la concentración de plaquetas. A medida que se acumulan más plaquetas, se liberan más sustancias químicas que aceleran el proceso. El proceso se acelera cada vez más hasta que la pared del vaso sanguíneo queda completamente sellada y el ciclo de retroalimentación positiva ha terminado. La forma exponencial del gráfico ilustra el mecanismo de retroalimentación positiva.

Descripción general

La retroalimentación positiva mejora o amplifica un efecto al influir en el proceso que lo generó. Por ejemplo, cuando parte de una señal de salida electrónica regresa a la entrada y está en fase con ella, la ganancia del sistema aumenta. [6] La retroalimentación del resultado al proceso de origen puede ser directa o puede ser a través de otras variables de estado. [3] Estos sistemas pueden dar comportamientos cualitativos ricos, pero el hecho de que la retroalimentación sea instantáneamente positiva o negativa en signo tiene una influencia extremadamente importante en los resultados. [3] La retroalimentación positiva refuerza y ​​la retroalimentación negativa modera el proceso original. Positivo y negativo en este sentido se refieren a ganancias de bucle mayores o menores que cero, y no implican ningún juicio de valor en cuanto a la deseabilidad de los resultados o efectos. [7] Una característica clave de la retroalimentación positiva es, por lo tanto, que las pequeñas perturbaciones se vuelven más grandes. Cuando ocurre un cambio en un sistema, la retroalimentación positiva causa un cambio adicional, en la misma dirección.

Básico

Un sistema de retroalimentación básico se puede representar mediante este diagrama de bloques. En el diagrama, el símbolo + es un sumador y A y B son funciones causales arbitrarias.

En el diagrama se muestra un circuito de retroalimentación simple. Si la ganancia AB del circuito es positiva, entonces existe una condición de retroalimentación positiva o regenerativa .

Si las funciones A y B son lineales y AB es menor que la unidad, entonces la ganancia general del sistema desde la entrada hasta la salida es finita, pero puede ser muy grande a medida que AB se acerca a la unidad. [8] En ese caso, se puede demostrar que la ganancia general o de bucle desde la entrada hasta la salida es:

Cuando AB > 1, el sistema es inestable, por lo que no tiene una ganancia bien definida; la ganancia puede considerarse infinita.

Por lo tanto, dependiendo de la retroalimentación, los cambios de estado pueden ser convergentes o divergentes. El resultado de la retroalimentación positiva es aumentar los cambios, de modo que pequeñas perturbaciones pueden dar lugar a grandes cambios.

Un sistema en equilibrio en el que existe una retroalimentación positiva ante cualquier cambio con respecto a su estado actual puede ser inestable, en cuyo caso se dice que el sistema está en un equilibrio inestable . La magnitud de las fuerzas que actúan para alejar a dicho sistema de su equilibrio es una función creciente de la distancia del estado al equilibrio.

La retroalimentación positiva no implica necesariamente la inestabilidad de un equilibrio; por ejemplo, pueden existir estados de encendido y apagado estables en arquitecturas de retroalimentación positiva. [9]

Histéresis

La histéresis hace que el valor de salida dependa del historial de la entrada.
En un circuito disparador Schmitt , la retroalimentación a la entrada no inversora de un amplificador empuja la salida directamente lejos del voltaje aplicado hacia el voltaje máximo o mínimo que el amplificador puede generar.

En el mundo real, los ciclos de retroalimentación positiva no suelen provocar un crecimiento cada vez mayor, sino que se modifican mediante efectos limitantes de algún tipo. Según Donella Meadows :

"Los ciclos de retroalimentación positiva son fuentes de crecimiento, explosión, erosión y colapso en los sistemas. Un sistema con un ciclo positivo sin control acabará por autodestruirse. Por eso hay tan pocos. Normalmente, un ciclo negativo se activa tarde o temprano". [10]

La histéresis, en la que el punto de partida afecta a dónde termina el sistema, se puede generar mediante retroalimentación positiva. Cuando la ganancia del bucle de retroalimentación es superior a 1, la salida se aleja de la entrada: si está por encima de la entrada, se mueve hacia el límite positivo más cercano, mientras que si está por debajo de la entrada, se mueve hacia el límite negativo más cercano.

Una vez que alcanza el límite, será estable. Sin embargo, si la entrada supera el límite, [ aclaración necesaria ] , la retroalimentación cambiará de signo [ dudoso – discutir ] y la salida se moverá en la dirección opuesta hasta que alcance el límite opuesto. Por lo tanto, el sistema muestra un comportamiento biestable .

Terminología

Los términos positivo y negativo se aplicaron por primera vez a la retroalimentación antes de la Segunda Guerra Mundial . La idea de la retroalimentación positiva ya estaba vigente en la década de 1920 con la introducción del circuito regenerativo . [11]

Friis y Jensen (1924) describieron la regeneración en un conjunto de amplificadores electrónicos como un caso en el que la acción de "retroalimentación" es positiva en contraste con la acción de retroalimentación negativa, que mencionan solo de pasada. [12] El artículo clásico de Harold Stephen Black de 1934 detalla por primera vez el uso de retroalimentación negativa en amplificadores electrónicos. Según Black:

"La retroalimentación positiva aumenta la ganancia del amplificador, la retroalimentación negativa la reduce". [13]

Según Mindell (2002) la confusión en los términos surgió poco después de esto:

"... Friis y Jensen habían hecho la misma distinción que Black utilizó entre 'retroalimentación positiva' y 'retroalimentación negativa', basándose no en el signo de la retroalimentación en sí sino más bien en su efecto sobre la ganancia del amplificador. En cambio, Nyquist y Bode, cuando se basaron en el trabajo de Black, se refirieron a la retroalimentación negativa como aquella con el signo invertido. Black tuvo problemas para convencer a otros de la utilidad de su invento en parte porque existía confusión sobre cuestiones básicas de definición". [11] : 121 

Estas confusiones, junto con las asociaciones cotidianas de positivo con bueno y negativo con malo , han llevado a muchos teóricos de sistemas a proponer términos alternativos. Por ejemplo, Donella Meadows prefiere los términos retroalimentación de refuerzo y de equilibrio . [14]

Ejemplos y aplicaciones

En electrónica

Un receptor de radio regenerativo de estilo antiguo. Gracias al uso controlado de retroalimentación positiva, se puede obtener una amplificación suficiente a partir de un solo tubo o válvula de vacío (centro).

Los circuitos regenerativos se inventaron y patentaron en 1914 [15] para la amplificación y recepción de señales de radio muy débiles. La retroalimentación positiva cuidadosamente controlada alrededor de un amplificador de un solo transistor puede multiplicar su ganancia por 1000 o más. [16] Por lo tanto, una señal puede amplificarse 20 000 o incluso 100 000 veces en una etapa, que normalmente tendría una ganancia de solo 20 a 50. El problema con los amplificadores regenerativos que funcionan con estas ganancias tan altas es que se vuelven fácilmente inestables y comienzan a oscilar. El operador de radio tiene que estar preparado para ajustar la cantidad de retroalimentación de manera bastante continua para una buena recepción. Los receptores de radio modernos utilizan el diseño superheterodino , con muchas más etapas de amplificación, pero un funcionamiento mucho más estable y sin retroalimentación positiva.

La oscilación que puede producirse en un circuito de radio regenerativo se utiliza en osciladores electrónicos . Mediante el uso de circuitos sintonizados o un cristal piezoeléctrico (comúnmente de cuarzo ), la señal que se amplifica por la retroalimentación positiva permanece lineal y sinusoidal . Existen varios diseños para tales osciladores armónicos , incluidos el oscilador Armstrong , el oscilador Hartley , el oscilador Colpitts y el oscilador de puente de Wien . Todos ellos utilizan retroalimentación positiva para crear oscilaciones. [17]

Muchos circuitos electrónicos, especialmente amplificadores, incorporan retroalimentación negativa . Esto reduce su ganancia, pero mejora su linealidad, impedancia de entrada , impedancia de salida y ancho de banda , y estabiliza todos estos parámetros, incluida la ganancia de bucle. Estos parámetros también se vuelven menos dependientes de los detalles del dispositivo amplificador en sí, y más dependientes de los componentes de retroalimentación, que tienen menos probabilidades de variar con la tolerancia de fabricación, la edad y la temperatura. La diferencia entre la retroalimentación positiva y negativa para señales de CA es una de fase : si la señal se realimenta fuera de fase, la retroalimentación es negativa y si está en fase, la retroalimentación es positiva. Un problema para los diseñadores de amplificadores que usan retroalimentación negativa es que algunos de los componentes del circuito introducirán un cambio de fase en la ruta de retroalimentación. Si hay una frecuencia (generalmente una frecuencia alta) donde el cambio de fase alcanza los 180°, entonces el diseñador debe asegurarse de que la ganancia del amplificador en esa frecuencia sea muy baja (generalmente mediante un filtrado de paso bajo ). Si la ganancia del bucle (el producto de la ganancia del amplificador por la extensión de la retroalimentación positiva) en cualquier frecuencia es mayor que uno, entonces el amplificador oscilará a esa frecuencia ( criterio de estabilidad de Barkhausen ). Tales oscilaciones a veces se denominan oscilaciones parásitas . Un amplificador que es estable en un conjunto de condiciones puede entrar en oscilación parásita en otro. Esto puede deberse a cambios en la temperatura, la tensión de alimentación, el ajuste de los controles del panel frontal o incluso la proximidad de una persona u otro elemento conductor.

Los amplificadores pueden oscilar suavemente de maneras que son difíciles de detectar sin un osciloscopio , o las oscilaciones pueden ser tan extensas que solo pasa una señal muy distorsionada o ninguna señal requerida, o que se producen daños. Las oscilaciones parásitas de baja frecuencia se han denominado "motorboating" debido a la similitud con el sonido de un escape a bajas revoluciones. [18]

El efecto de utilizar un disparador Schmitt (B) en lugar de un comparador (A)

Muchos circuitos electrónicos digitales comunes emplean retroalimentación positiva. Mientras que las puertas lógicas booleanas simples normales suelen depender simplemente de la ganancia para alejar los voltajes de la señal digital de los valores intermedios a los valores que se supone que representan "0" y "1" booleanos , pero muchas puertas más complejas utilizan retroalimentación. Cuando se espera que un voltaje de entrada varíe de forma analógica , pero se requieren umbrales precisos para el procesamiento digital posterior, el circuito disparador Schmitt utiliza retroalimentación positiva para garantizar que si el voltaje de entrada se desliza suavemente por encima del umbral, la salida se fuerza de manera inteligente y rápida de un estado lógico al otro. Uno de los corolarios del uso de retroalimentación positiva del disparador Schmitt es que, si el voltaje de entrada vuelve a bajar suavemente más allá del mismo umbral, la retroalimentación positiva mantendrá la salida en el mismo estado sin cambios. Este efecto se llama histéresis : el voltaje de entrada tiene que caer más allá de un umbral diferente, más bajo, para "desbloquear" la salida y restablecerla a su valor digital original. Al reducir la amplitud de la retroalimentación positiva, se puede reducir el ancho de histéresis, pero no se puede eliminar por completo. El disparador Schmitt es, en cierta medida, un circuito de enclavamiento . [19]

La retroalimentación positiva es un mecanismo por el cual se mejora un resultado, como los niveles de proteína. Sin embargo, para evitar cualquier fluctuación en el nivel de proteína, el mecanismo se inhibe estocásticamente (I), por lo tanto, cuando la concentración de la proteína activada (A) supera el umbral ([I]), el mecanismo de bucle se activa y la concentración de A aumenta exponencialmente si d[A]=k [A]
Ilustración de un flip-flop RS ('reset-set') formado por dos puertas digitales nor con retroalimentación positiva. El rojo y el negro significan '1' y '0' lógicos, respectivamente.

Un flip-flop electrónico , o "latch", o " multivibrador biestable ", es un circuito que debido a la alta retroalimentación positiva no es estable en un estado equilibrado o intermedio. Un circuito biestable de este tipo es la base de un bit de memoria electrónica . El flip-flop utiliza un par de amplificadores, transistores o puertas lógicas conectados entre sí de modo que la retroalimentación positiva mantiene el estado del circuito en uno de dos estados estables no equilibrados después de que se haya eliminado la señal de entrada hasta que se aplique una señal alternativa adecuada para cambiar el estado. [20] La memoria de acceso aleatorio (RAM) de la computadora se puede hacer de esta manera, con un circuito de enclavamiento para cada bit de memoria. [21]

En los sistemas electrónicos, se produce una fuga térmica porque, cuando se calienta, se permite que pase más corriente por algún aspecto de un circuito, y, cuanto más se calienta, más corriente pasa, lo que lo calienta aún más y, por lo tanto, pasa aún más corriente. Los efectos suelen ser catastróficos para el dispositivo en cuestión. Si los dispositivos deben utilizarse cerca de su capacidad máxima de manejo de potencia y es posible o probable que se produzca una fuga térmica en determinadas condiciones, normalmente se pueden lograr mejoras mediante un diseño cuidadoso. [22]

Un tocadiscos de fonógrafo es propenso a la retroalimentación acústica.

Los sistemas de audio y video pueden demostrar una retroalimentación positiva. Si un micrófono capta la salida de sonido amplificada de los altavoces en el mismo circuito, se oirán sonidos aullantes y chirriantes de retroalimentación de audio (hasta la capacidad máxima de potencia del amplificador), ya que el ruido aleatorio se vuelve a amplificar mediante la retroalimentación positiva y se filtra según las características del sistema de audio y la sala.

Audio y música en vivo

La retroalimentación de audio (también conocida como retroalimentación acústica, simplemente como retroalimentación o efecto Larsen) es un tipo especial de retroalimentación positiva que se produce cuando existe un bucle de sonido entre una entrada de audio (por ejemplo, un micrófono o una pastilla de guitarra ) y una salida de audio (por ejemplo, un altavoz muy amplificado ). En este ejemplo, una señal recibida por el micrófono se amplifica y se transmite por el altavoz. El sonido del altavoz puede luego ser recibido por el micrófono nuevamente, amplificado aún más y luego transmitido nuevamente a través del altavoz. La frecuencia del sonido resultante está determinada por las frecuencias de resonancia en el micrófono, el amplificador y el altavoz, la acústica de la sala, los patrones direccionales de captación y emisión del micrófono y el altavoz, y la distancia entre ellos. Para los sistemas de PA pequeños , el sonido se reconoce fácilmente como un chillido o un chillido fuerte.

El feedback casi siempre se considera indeseable cuando se produce con el micrófono de un cantante o un orador público en un evento que utiliza un sistema de refuerzo de sonido o un sistema de PA . Los ingenieros de audio utilizan varios dispositivos electrónicos, como ecualizadores y, desde la década de 1990, dispositivos de detección automática de feedback para evitar estos chillidos o chirridos no deseados, que restan disfrute al público del evento. Por otro lado, desde la década de 1960, los guitarristas eléctricos de bandas de música rock que utilizan amplificadores de guitarra ruidosos y efectos de distorsión han creado intencionalmente un feedback de guitarra para crear un efecto musical deseable. " I Feel Fine " de los Beatles marca uno de los primeros ejemplos del uso del feedback como efecto de grabación en la música popular. Comienza con una única nota de retroalimentación percusiva producida al puntear la cuerda A de la guitarra de Lennon. Artistas como los Kinks y los Who ya habían utilizado el feedback en vivo, pero Lennon seguía orgulloso del hecho de que los Beatles fueron quizás el primer grupo en ponerlo deliberadamente en vinilo. En una de sus últimas entrevistas, dijo: "Desafío a cualquiera a encontrar un disco, a menos que sea un viejo disco de blues de 1922, que utilice la retroalimentación de esa manera". [23]

Los principios de la retroalimentación de audio fueron descubiertos por primera vez por el científico danés Søren Absalon Larsen . Los micrófonos no son los únicos transductores sujetos a este efecto. Los cartuchos de las grabadoras de discos pueden hacer lo mismo, generalmente en el rango de baja frecuencia por debajo de los 100 Hz, manifestándose como un retumbo bajo. Jimi Hendrix fue un innovador en el uso intencional de la retroalimentación de la guitarra en sus solos de guitarra para crear efectos de sonido únicos. Ayudó a desarrollar el uso controlado y musical de la retroalimentación de audio en la interpretación de la guitarra eléctrica , [24] y más tarde Brian May fue un famoso defensor de la técnica. [25]

Comentarios en vídeo .

Video

De manera similar, si se apunta una cámara de video a una pantalla de monitor que muestra la señal de la propia cámara, se pueden formar patrones repetidos en la pantalla mediante retroalimentación positiva. Este efecto de retroalimentación de video se utilizó en las secuencias iniciales de las primeras diez temporadas del programa de televisión Doctor Who .

Interruptores

En los interruptores eléctricos , incluidos los termostatos de tira bimetálica , el interruptor suele tener histéresis en la acción de conmutación. En estos casos, la histéresis se logra mecánicamente a través de una retroalimentación positiva dentro de un mecanismo de punto de inflexión. La acción de retroalimentación positiva minimiza el tiempo durante el cual se produce el arco eléctrico durante la conmutación y también mantiene los contactos en un estado abierto o cerrado. [26]

En biología

La retroalimentación positiva es la amplificación de la respuesta de un organismo a un estímulo. Por ejemplo, durante el parto, cuando la cabeza del feto empuja contra el cuello uterino (1), estimula un impulso nervioso que va desde el cuello uterino hasta el cerebro (2). Cuando el cerebro recibe la notificación, envía una señal a la glándula pituitaria para que libere una hormona llamada oxitocina (3). La oxitocina es transportada por el torrente sanguíneo hasta el útero (4), lo que provoca contracciones que empujan al feto hacia el cuello uterino y finalmente inducen el parto.

En fisiología

Se pueden encontrar numerosos ejemplos de sistemas de retroalimentación positiva en fisiología .

En la mayoría de los casos, estos ciclos de retroalimentación culminan en la liberación de señales contrarias que suprimen o interrumpen el ciclo. Las contracciones del parto se detienen cuando el bebé sale del cuerpo de la madre. Las sustancias químicas descomponen el coágulo sanguíneo. La lactancia se detiene cuando el bebé ya no se alimenta. [27]

En la regulación genética

La retroalimentación positiva es un fenómeno bien estudiado en la regulación genética, donde se asocia con mayor frecuencia con la biestabilidad . La retroalimentación positiva ocurre cuando un gen se activa a sí mismo directa o indirectamente a través de un bucle de retroalimentación negativa doble. Los ingenieros genéticos han construido y probado redes de retroalimentación positiva simples en bacterias para demostrar el concepto de biestabilidad. [28] Un ejemplo clásico de retroalimentación positiva es el operón lac en E. coli . La retroalimentación positiva juega un papel integral en la diferenciación celular, el desarrollo y la progresión del cáncer y, por lo tanto, la retroalimentación positiva en la regulación genética puede tener consecuencias fisiológicas significativas. Los movimientos aleatorios en la dinámica molecular junto con la retroalimentación positiva pueden desencadenar efectos interesantes, como crear una población de células fenotípicamente diferentes a partir de la misma célula madre. [29] Esto sucede porque el ruido puede amplificarse por la retroalimentación positiva. La retroalimentación positiva también puede ocurrir en otras formas de señalización celular , como la cinética enzimática o las vías metabólicas. [30]

En biología evolutiva

Los bucles de retroalimentación positiva se han utilizado para describir aspectos de la dinámica del cambio en la evolución biológica . Por ejemplo, comenzando en el nivel macro, Alfred J. Lotka (1945) sostuvo que la evolución de las especies era esencialmente una cuestión de selección que retroalimentaba los flujos de energía para capturar cada vez más energía para su uso por los sistemas vivos. [31] A nivel humano, Richard D. Alexander (1989) propuso que la competencia social entre y dentro de los grupos humanos retroalimentaba la selección de la inteligencia, produciendo así constantemente una inteligencia humana cada vez más refinada. [32] Crespi (2004) analizó varios otros ejemplos de bucles de retroalimentación positiva en la evolución. [33] La analogía de las carreras armamentistas evolutivas proporciona más ejemplos de retroalimentación positiva en los sistemas biológicos. [34]

Durante el Fanerozoico, la biodiversidad muestra un aumento constante pero no monótono, desde casi cero hasta varios miles de géneros.

Se ha demostrado que los cambios en la biodiversidad a través del Fanerozoico se correlacionan mucho mejor con el modelo hiperbólico (ampliamente utilizado en demografía y macrosociología ) que con los modelos exponenciales y logísticos (tradicionalmente utilizados en biología de poblaciones y ampliamente aplicados también a la biodiversidad fósil ). Los últimos modelos implican que los cambios en la diversidad están guiados por una retroalimentación positiva de primer orden (más ancestros, más descendientes) o una retroalimentación negativa que surge de la limitación de recursos. El modelo hiperbólico implica una retroalimentación positiva de segundo orden. Se ha demostrado (ver más abajo) que el patrón hiperbólico del crecimiento de la población mundial surge de la retroalimentación positiva de segundo orden entre el tamaño de la población y la tasa de crecimiento tecnológico . El carácter hiperbólico del crecimiento de la biodiversidad puede explicarse de manera similar por una retroalimentación positiva entre la diversidad y la complejidad de la estructura de la comunidad. Se ha sugerido que la similitud entre las curvas de biodiversidad y población humana probablemente proviene del hecho de que ambas se derivan de la interferencia de la tendencia hiperbólica (producida por la retroalimentación positiva) con la dinámica cíclica y estocástica. [35] [36]

Sistema inmunitario

Una tormenta de citocinas , o hipercitocinemia, es una reacción inmunitaria potencialmente mortal que consiste en un ciclo de retroalimentación positiva entre las citocinas y las células inmunitarias , con niveles muy elevados de varias citocinas. [37] En la función inmunitaria normal, los ciclos de retroalimentación positiva se pueden utilizar para mejorar la acción de los linfocitos B. Cuando una célula B une sus anticuerpos a un antígeno y se activa, comienza a liberar anticuerpos y a secretar una proteína del complemento llamada C3. Tanto el C3 como los anticuerpos de una célula B pueden unirse a un patógeno, y cuando una célula B hace que sus anticuerpos se unan a un patógeno con C3, acelera la secreción de esa célula B de más anticuerpos y más C3, creando así un ciclo de retroalimentación positiva. [38]

Muerte celular

La apoptosis es un proceso de muerte celular mediado por caspasas , cuyo objetivo es la eliminación de células longevas o dañadas. Un fallo de este proceso se ha relacionado con enfermedades importantes como el cáncer o la enfermedad de Parkinson . El núcleo mismo del proceso apoptótico es la autoactivación de las caspasas, que puede modelarse mediante un ciclo de retroalimentación positiva. Esta retroalimentación positiva ejerce una autoactivación de la caspasa efectora por medio de caspasas intermediarias. Cuando se aísla del resto de la vía apoptótica, esta retroalimentación positiva presenta solo un estado estable, independientemente del número de pasos de activación intermedios de la caspasa efectora. [9] Cuando este proceso central se complementa con inhibidores y potenciadores de los efectos de las caspasas, este proceso presenta biestabilidad, modelando así los estados de vida y muerte de una célula. [39]

En psicología

Winner (1996) describió a los niños superdotados como impulsados ​​por bucles de retroalimentación positiva que implican establecer su propio curso de aprendizaje, esta retroalimentación de satisfacción, por lo tanto, estableciendo aún más sus metas de aprendizaje a niveles más altos, y así sucesivamente. [40] Winner denominó este bucle de retroalimentación positiva como una rabia por dominar . Vandervert (2009a, 2009b) propuso que el niño prodigio puede explicarse en términos de un bucle de retroalimentación positiva entre el resultado del pensamiento/ejecución en la memoria de trabajo , que luego se alimenta al cerebelo donde se optimiza, y luego se devuelve a la memoria de trabajo, aumentando así de manera constante el resultado cuantitativo y cualitativo de la memoria de trabajo. [41] [42] Vandervert también argumentó que este bucle de retroalimentación positiva de la memoria de trabajo/cerebelo fue responsable de la evolución del lenguaje en la memoria de trabajo.

En economía

Mercados con influencia social

Se ha demostrado que las recomendaciones de productos y la información sobre compras anteriores influyen significativamente en las decisiones de los consumidores, ya sea en lo que respecta a la música, las películas, los libros, la tecnología y otros productos. La influencia social suele provocar un fenómeno de "enriquecimiento-enriquecimiento" ( efecto Matthew ), en el que los productos populares tienden a volverse aún más populares. [43]

Dinámica del mercado

Según la teoría de la reflexividad propuesta por George Soros , los cambios de precios son impulsados ​​por un proceso de retroalimentación positiva mediante el cual las expectativas de los inversores se ven influenciadas por los movimientos de precios, de modo que su comportamiento actúa para reforzar el movimiento en esa dirección hasta que se vuelve insostenible, momento en el que la retroalimentación impulsa los precios en la dirección opuesta. [44]

En las redes sociales

Programas como Facebook y Twitter dependen de la retroalimentación positiva para crear interés en temas e impulsar la adopción de los medios. [45] [46] En la era de los teléfonos inteligentes y las redes sociales, el ciclo de retroalimentación ha creado una locura por la validación virtual en forma de "me gusta", "compartir" y FOMO (miedo a perderse algo). [47] Esto se intensifica con el uso de bots que están diseñados para responder a palabras o temas particulares y transmitir publicaciones de manera más amplia. [48]

Lo que en las redes sociales se denomina feedback negativo, en este contexto, suele considerarse feedback positivo. Las declaraciones escandalosas y los comentarios negativos suelen generar mucho más feedback que los comentarios positivos.

Riesgo sistémico

El riesgo sistémico es el riesgo que presenta un proceso de amplificación, apalancamiento o retroalimentación positiva para un sistema. Este riesgo suele ser desconocido y, en determinadas condiciones, puede amplificarse exponencialmente y conducir rápidamente a un comportamiento destructivo o caótico . Un esquema Ponzi es un buen ejemplo de un sistema de retroalimentación positiva: los fondos de nuevos inversores se utilizan para pagar rendimientos inusualmente altos, que a su vez atraen a más inversores nuevos, lo que provoca un crecimiento rápido hacia el colapso. W. Brian Arthur también ha estudiado y escrito sobre la retroalimentación positiva en la economía (por ejemplo, W. Brian Arthur, 1990). [49] Hyman Minsky propuso una teoría según la cual ciertas prácticas de expansión crediticia podrían convertir a una economía de mercado en "un sistema amplificador de desviaciones" que podría colapsar repentinamente, [50] a veces llamado momento Minsky .

Los sistemas simples que separan claramente las entradas de las salidas no son propensos al riesgo sistémico . Este riesgo es más probable a medida que aumenta la complejidad del sistema porque se vuelve más difícil ver o analizar todas las combinaciones posibles de variables en el sistema incluso bajo condiciones de prueba de estrés cuidadosas. Cuanto más eficiente es un sistema complejo, más probable es que sea propenso a riesgos sistémicos porque solo se necesita una pequeña cantidad de desviación para perturbar el sistema. Por lo tanto, los sistemas complejos bien diseñados generalmente tienen características incorporadas para evitar esta condición, como una pequeña cantidad de fricción, resistencia, inercia o demora de tiempo para desacoplar las salidas de las entradas dentro del sistema. Estos factores equivalen a una ineficiencia, pero son necesarios para evitar inestabilidades.

El incidente del Flash Crash de 2010 se atribuyó a la práctica del comercio de alta frecuencia (HFT), [51] aunque sigue siendo controvertido si el HFT realmente aumenta el riesgo sistémico. [ cita requerida ]

Crecimiento de la población humana

Se puede considerar que la agricultura y la población humana se encuentran en un modo de retroalimentación positiva [52] , lo que significa que una impulsa a la otra con una intensidad cada vez mayor. Se sugiere que este sistema de retroalimentación positiva terminará en algún momento con una catástrofe, ya que la agricultura moderna está utilizando todo el fosfato fácilmente disponible y está recurriendo a monocultivos altamente eficientes que son más susceptibles al riesgo sistémico .

La innovación tecnológica y la población humana pueden considerarse de manera similar, y esto se ha ofrecido como una explicación para el aparente crecimiento hiperbólico de la población humana en el pasado, en lugar de un crecimiento exponencial más simple . [53] Se propone que la tasa de crecimiento se está acelerando debido a la retroalimentación positiva de segundo orden entre la población y la tecnología. [54] : 133–160  El crecimiento tecnológico aumenta la capacidad de carga de la tierra para las personas, lo que conduce a una población en crecimiento, y esto a su vez impulsa un mayor crecimiento tecnológico. [54] : 146  [55]

Prejuicios, instituciones sociales y pobreza

Gunnar Myrdal describió un círculo vicioso de crecientes desigualdades y pobreza, conocido como causalidad acumulativa circular . [56]

En meteorología

La sequía se intensifica por retroalimentación positiva. La falta de lluvia disminuye la humedad del suelo, lo que mata a las plantas o hace que liberen menos agua a través de la transpiración . Ambos factores limitan la evapotranspiración , el proceso por el cual se agrega vapor de agua a la atmósfera desde la superficie, y agregan polvo seco a la atmósfera, que absorbe agua. Menos vapor de agua significa temperaturas de punto de rocío bajas y una calefacción diurna más eficiente, lo que disminuye las posibilidades de humedad en la atmósfera que conduce a la formación de nubes. Por último, sin nubes, no puede haber lluvia y el ciclo se completa. [57]

En climatología

Las fuerzas climáticas pueden empujar a un sistema climático en la dirección del calentamiento o enfriamiento, [60] por ejemplo, el aumento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero causa el calentamiento en la superficie. Las fuerzas son externas al sistema climático y las retroalimentaciones son procesos internos del sistema. Algunos mecanismos de retroalimentación actúan en relativo aislamiento al resto del sistema climático mientras que otros están estrechamente acoplados. [61] Las fuerzas, las retroalimentaciones y la dinámica del sistema climático determinan cuánto y qué tan rápido cambia el clima. La principal retroalimentación positiva en el calentamiento global es la tendencia del calentamiento a aumentar la cantidad de vapor de agua en la atmósfera, lo que a su vez conduce a un mayor calentamiento. [62] La principal retroalimentación negativa proviene de la ley de Stefan-Boltzmann , la cantidad de calor irradiado desde la Tierra al espacio es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura de la superficie y la atmósfera de la Tierra.

Otros ejemplos de subsistemas de retroalimentación positiva en climatología incluyen:

El Cuarto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) afirma que "el calentamiento antropogénico podría producir algunos efectos abruptos o irreversibles, dependiendo de la tasa y la magnitud del cambio climático". [63]

En sociología

Una profecía autocumplida es un ciclo de retroalimentación social positiva entre creencias y comportamiento: si un número suficiente de personas cree que algo es cierto, su comportamiento puede convertirlo en cierto y las observaciones de su comportamiento pueden, a su vez, aumentar la creencia. Un ejemplo clásico es una corrida bancaria .

Otro ejemplo sociológico de retroalimentación positiva es el efecto de red . Cuando se anima a más personas a unirse a una red, aumenta el alcance de la red, por lo que la red se expande cada vez más rápidamente. Un video viral es un ejemplo del efecto de red en el que se comparten y redistribuyen enlaces a un video popular, lo que garantiza que más personas vean el video y luego vuelvan a publicar los enlaces. Esta es la base de muchos fenómenos sociales, incluidos los esquemas Ponzi y las cartas en cadena . En muchos casos, el tamaño de la población es el factor limitante del efecto de retroalimentación.

En química

Si una reacción química provoca la liberación de calor y la reacción en sí misma ocurre más rápido a temperaturas más altas, entonces existe una alta probabilidad de que se produzca una retroalimentación positiva. Si el calor producido no se elimina de los reactivos con la suficiente rapidez, puede producirse una fuga térmica y conducir muy rápidamente a una explosión química .

En conservación

Muchos animales salvajes son cazados por sus partes, que pueden ser muy valiosas. Cuanto más cerca de la extinción estén las especies en cuestión, más alto será el precio por sus partes. [64]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos