Системы и закономерности их функционирования (стр. 3 из 10)

Медична кібернетика відноситься до розділу прикладної кібернетики із задачами використання концепцій і досягнень кібернетики для поглиблення медичних знань, поліпшення якості медичного обслуговування, підвищення ефективності наукової і практичної роботи лікарів.

Н.М.Амосов вважає, що медична кібернетика є частиною біокібернетики і займається, головним чином, створенням статистичних моделей захворювань і використанням їх для діагностики, прогнозування і лікування, а також вивченням процесів управління в медицині і охороні здоров'я [8]. Таким чином, предметом медичної кібернетики є вивчення структурної і функціональної організації елементів, органів і систем організму при патології, побудова математичних моделей з метою діагностики, управління біосистеми організму за допомогою речовинних (хімічні і біохімічні препарати), енергетичних (теплота, електрика, тиск і інші засоби фізіотерапії), прогнозування інформаційних (патрогенія, самонавіяння) сигналів, ходу хвороби і лікування. Крім того, медична кібернетика вивчає роботу системи охорони здоров'я на різних рівнях і будує математичні моделі медичного обслуговування населення і організації медичної освіти.

Дослідження роботи елементів, органів і систем організму в патологічних умовах вимагає:

· отримання достовірних даних, що характеризують патологію;

· розробки методів відбору найбільш важливої інформації;

· побудови математичних моделей патологічних процесів;

· розробки алгоритмів діагностики;

· розробки методів синтезу керуючих систем, що дозволяють оптимізувати роботу біосистеми при патології за допомогою організації зовнішніх керуючих сигналів.

Для організації системи медичного обслуговування населення необхідно:

· уніфікувати різнорідну інформацію, з якою мають справу лікарі і медичні установи;

· розробити методи стиснення інформації для введення її в ЕОМ;

· розробити методи виявлення параметрів інформаційних масивів;

· розробити методи аналізу різних варіантів системи медичного обслуговування;

· розробити методи оптимізації системи обслуговування по заданому критерію.

На рис 1.2. представлена структурна схема медичної кібернетики. При рішенні задач моделювання патології характерна та ж кількість об'єктів вивчення, що і при рішенні задач моделювання роботи систем внутрішньої сфери в нормі для фізіологічної кібернетики. Аналогічно ставиться і задача моделювання екстремальних режимів біосистеми внутрішньої сфери. Спеціальними методичними задачами в цьому випадку є:

- синтез простору ознак хвороб, еталонів хвороб;

- детермінованих та статистичних моделей патології;

- детермінованих і статистичних алгоритмів прогнозування течії хвороби.

Рішення задач діагностики може будуватися як на основі спеціальних математичних методів, частіше за все теорії ймовірності, так і з використанням математичної моделі хвороби. Спеціальними задачами тут є

- розробка правил прийняття рішень діагностики;

- розробка алгоритмів діагностики по статичних станах системи;

- розробка алгоритмів діагностики по динамічних параметрах патології.

Рис.1.2. Задачі медичної кібернетики.

На рис.1.2 виділена задача синтезу оптимальних систем зовнішнього управління біосистемою як задача пошуку оптимальної лікувальної (терапевтичної) процедури. Здійснення лікувального процесу відбувається на базі хімічних препаратів, за допомогою фізичних процедур і за рахунок впливу на другу сигнальну систему, а через неї на орган або систему, схильну до патології. Як спеціальні задачі, пов'язані з характером лікувальних процедур в процесі обслуговування населення, виникають задачі синтезу процесу диспансеризації населення, що включає огляд, ранню діагностику, розробку плану лікування і синтезу процесу госпіталізації.

Профілактичні і спортивні заходи включають задачі масового огляду населення, визначення міри порушення здоров'я, визначення плану підвищення або збереження здоров'я за рахунок оптимального поєднання праці, спорту, відпочинку.

Аналіз екологічних і соціальних зсувів і епідемічних процесів включає розробку методів стеження за епідеміологічною ситуацією і динамікою основних хвороб, розробку методів прогнозування стану і рушення вогнищ захворювань.

Синтез фізичних моделей органів і систем направлений на побудову штучних органів або пристроїв, що відтворюють роботу біосистеми. Як спеціальні задачі виступають задачі синтезу моделей і стимуляторів серця, моделей легень і процесу дихання, моделей нирки і процесу екскреції шкідливих речовин з організму, протезів кінцівок, протезів рецепторних відділів аналізаторів, моделей відділів аналізаторів.

Нейрокібернетика вивчає організацію нейронів, їх ансамблів, відділів аналізаторів, аналізаторних систем і нервової системи цілісного організму. Предмет нейрокібернетики (рис.1.3) складає структурна і функціональна організація нервової системи при сприйнятті організмом сигналів зовнішнього середовища, їх перетворенні і переробці, побудові моделей образів зовнішнього середовища, запам'ятовуванні цих моделей, взаємодії моделей образів в процесі мислення і вироблення цілеспрямовані дії у відповідь при динамічній взаємодії організму із середовищем. Як проблеми нейрокібернетики виступають:

· вивчення механізмів взаємодії нейронів з подразниками навколишнього середовища різної фізичної і хімічної природи;

· вивчення взаємодії речовини, енергії і структурної організації в нейроні;

· вивчення принципів послідовності рівнів, ієрархічної побудови і переробки інформації в аналізаторних системах;

· вивчення взаємодії аналізаторів між собою;

· вивчення структури формування реакцій поведінки організму в різних ситуаціях.

Рис.1.3. Задачі нейрокібернетики

Моделювання рецепторних клітин передбачає дослідження фізико-хімічних принципів перетворення сигналів зовнішнього середовища різної модальності (світла, звуку, теплоти і інших) в частотно-модульований стандартний імпульсний код. Перетворення такого коду у все різноманіття відповідей організму на сигнали зовнішнього середовища відбувається в апараті руху організму. Це зворотне перетворення вимагає вивчення фізико-хімічних принципів скорочувальної здатності м’язевих клітин.

При моделюванні нейрона можна виділити наступні специфічні задачі:

- дослідження структурно-функціональних частин нервової клітини (мембрана, синапс, дендрити, аксонний горбик) і їх ролі в процесах інтеграції синаптичних впливів, поширення і суммації постсинаптичних впливів, генерації потенціалу дії в низькопорогових зонах;

- дослідження дискретно-безперервного (Д/Б) і безперервно-дискретного (Б/Д) перетворення електричних сигналів в нейроні;

- дослідження амплітудно-частотних і частотно-частотних характеристик;

- дослідження потенційної і частотної адаптації нейронів на різних рівнях нервової системи.

Моделювання нейронних систем вимагає дослідження можливих функцій нейронних ансамблів, в тому числі спонукальних, гальмуючих, керівних, логічних, алгоритмічних, дослідження впливу видів зв'язків між нейронами (спонукальних, гальмуючих, прямих, зворотних) і їх впливу на функції нейронних ансамблів, дослідження властивостей надійності, точності, поліалгоритмічності, алгоритмічної гнучкості перетворення інформації в нейронних системах, дослідження принципів відбору і стиснення інформації на структурно і функціонально виділених ієрархічних рівнях нейронних систем.

Психологічна кібернетика вивчає структурно-функціональну організацію взаємодії різних аналізаторних систем, сфер свідомості і підсвідомості в процесі формування поведінки, в процесі взаємодії людей між собою, з технічними, екологічними, соціальними системами (рис. 1.4). Моделювання психічних властивостей, що складають особистість людини, включає рішення специфічних задач: побудова моделей різної трудової діяльності, моделей пам'яті, мислення, свідомості і підсвідомості. На цій базі можуть бути створені методи управління тілом і мисленням людини в різних ситуаціях (фізичний труд, наукова діяльність, спорт, викладання). Велике коло задач входить в розв'язання проблеми моделювання взаємодії людини з технічними системами. Як великі задачі цієї проблеми можна виділити: