Главная страница Медпром.ру
 
Сделай заказ
получи СКИДКУ!
English

 Изделия   Компании   Прайсы   Спрос   Мероприятия   Пресса   Объявления   Обзоры   Книги   Госторги   Поиск на сайтах    Исследования 

Обзоры и аналитика   Функциональная диагностика  

Исторические вехи развития компьютерной электрофизиологии




Источник: Кулаичев Алексей Павлович

А.П. Кулаичев, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2004
(опубликовано 17.09.2004)
Автор приглашает всех заинтересованных лиц обсудить этот материал

Введение

   Термин Компьютерная электрофизиология введен в научный обиход в январе 1997 [1] и вскоре стал достаточно признанным среди специалистов вплоть до использования в названиях научных монографий (Л.Б.Иванов, 2000). Это -- развившееся в последнее тридцатилетие междисциплинарное научное направление, связанное с созданием и внедрением в научную практику современных измерительно-вычислительных средств, методов и методик, позволяющих комплексно автоматизировать все этапы исследования: 1) планирование эксперимента;
2) конструирование экспериментальной среды;
3) проведение серии экспериментов;
4) визуальный анализ и редактирование записей;
5) вычислительный анализ;
6) представление результатов в адекватных текстовых и графических формах. При своем целостном воплощении оно избавляет физиолога от необходимости привлечения внешних специалистов и интенсифицирует научные исследования в сотни раз по сравнению с докомпьютерным уровнем.

  Фактически это направление являет новую научную методологию*1), которая в нашем расширенном понимании [2] охватывает три последовательных этапа: 1) изучение конкретной деятельности;
2) созидание на этой основе новых форм, методов, средств и методик деятельности;
3) научение этим новым формам деятельности.

  Итак, область электрофизиологии в рассматриваемом отношении имеет три отличительные особенности*2) : 1) возможность комплексной («сквозной», единой) компьютерной автоматизации на всех этапах исследований, влекущая многократную их интенсификацию на принципиально новом организационно-методологическом уровне;
2) возможность проведения всех этапов исследования одним физиологом от начала до конца;
3) возможность выполнения всего исследования на одном аппаратно-программном комплексе.

   При этом следует учесть, что измерительная техника современ Гальвани существенно прогрессировала, что требует соответствующего расширения [2] классического понимания электрофизиологии с распространением его на все физиологические процессы, доступные электрическому измерению, не только применительно к источникам биоэлектросилы, но к любым показателям, доступным косвенному или преобразованному электрическому измерению (импедансо-, тензо-, аэро-, гидро-, динамо-метрия и т.п.). Другим немаловажным основанием к этому является широкое применение в современных исследованиях совместной регистрации и анализа различных физиологических показателей (полиграфия). И наконец, третьим весомым основанием является использование для анализа разных показателей одинаковых математических методов и форм представления результатов, при этом доступных в одном и том же программном пакете.

   В историческом развитии отечественной компьютерной электрофизиологии с определенной степенью временной условности можно выделить предысторию и три макроэтапа (рис.1).
Рис.1. Этапы развития отечественной компьютерной электрофизиологии

1. Предыстория.

   Считается, что систематическое внедрение математических методов в электрофизиологию было инициировано Норбертом Винером, который в 1936 высказался за применение корреляционного анализа к ЭЭГ, рассматривая его как стационарный волновой процесс. И уже в 1938 М.Н.Ливанов исследовал спектры ЭЭГ мозга кролика путем трудоемкой ручной обработки, а в 1947 В.С.Русинов исследовал медленные потенциалы при выработке условных рефлексов у человека.

   В это же время появились первые широкодоступные чернилопишущие биоусилительные аппараты, позволившие производить детальной визуальный и измерительный анализ. Важное значение имело изобретение Г.Уолтером в начале 40-х автоматического частотного анализатора с узкополосными фильтрами, которые в послевоенное время получили заметное применение. Начиная с середины 60-х пришла целая волна новаций: внедрение энцефалографических комплексов с частотными анализаторами-интеграторами (В.А. Кожевников, 1956) и многоканальных электроэнцефалоскопов для топографического картирования (М.Н. Ливанов,1965), «вычислительная» классификация типов ЭЭГ (Е.А. Жирмунская, 1959), анализ асимметрии aльфа-волн (А.А. Генкин, 1962), спектральный анализ ЭЭГна ЭВМ (О.М. Гриндель, 1968), локализация ЭЭГ-источников (В.В. Гнездицкий,1981) и многие другие.

   Вслед за этим применение математических методов начало постепенно распространяться и на другие области электрофизиологии, и в первую очередь -- на исследования сердечно-сосудистой системы (М.А. Ронкин, 1963, Р.М. Баевский, 1967).

   Однако тогда это были лишь пионерские экспериментальные разработки единичного практического использования. А в расширенном научном обиходе доминировали громоздкие электронно-усилительные устройства с записью биосигналов на магнитные накопители (преимущественно, на магнитные барабаны) и/или с выводом графиков на бумажные носители (чернилопишущие или фотооптические устройства) или же на экраны осциллоскопов. Полученные записи расшифровывались и анализировались вручную или с использованием механических арифмометров, а позднее -- клавишных транзисторных калькуляторов.

   Внедрение математических методов в то время проходило с высоким энтузиазмом физиологов и сотрудничающих с ними инженеров. Однако профессиональные математики, не видя для себя высокой научной престижности глубокого погружения в данную область, ограничивались, как правило, общими теоретическими предложениями. Инициативное же внедрение математических методов техническими специалистами привело к распространению в физиологической среде ряда неудачных, некорректных и даже ошибочных методов и понятий, например [3]: широкое использование спектра мощности вместо более представительного и адекватного амплитудного спектра, некритическое приложение корреляционного анализа, некорректное вычисление и интерпретация когерентности, неадекватное применение статистических оценок (например, к спектрам, которые являются не выборками, а экспериментальными зависимостями) и т.д.

   Субэпоха больших ЭВМ (сначала ламповых, а затем и транзисторных) зародилась в конце 50-х годов. Постепенно полученные на самописцах записи биопотенциалов стали различными способами оцифровывать, переносить на совместимые магнитные или бумажные носители и вводить в ЭВМ для численного анализа. Возник и получил распространение алгоритм быстрого преобразования Фурье, позволяющий рассчитывать различные спектральные характеристики волновых процессов.

  В научных исследованиях в качестве вычислительной базы лидирующее положение на долгие годы заняла легендарная супер-ЭВМ БЭСМ-6*3), работа на которой проходила в режиме пакетной обработки с перфокарт и с программированием на языке ассемблера, а чуть позднее -- с расширением на фортране и алголе. В этот период ведущий вклад во внедрение вычислительных методов анализа ЭЭГ на ЭВМ внесли работы блестящей плеяды научных сотрудников института ВНД и НФ АН СССР [4]. В МГУ в это время (1970-1980) накопленный в исследованиях ВНД опыт был воплощен в реализованных на БЭСМ-6 мощных моделях принятия решений человеком при управлении сложными объектами: самолетом при приземлении и воздушным движением [5]*4.

  Важный скачок произошел в середине 70-х, когда начали создаваться сети удаленного (терминального) доступа к ЭВМ с работой в режиме разделенного времени, создававшего у пользователя полную иллюзию монопольного общения с ЭВМ. Это позволило создавать не только вычислительные программы пакетного, но и интерактивные (диалоговые) системы не только для анализа данных, но и для проведения физиологических экспериментов. Одними из первых в этом новом направлении в МГУ были созданы (1975-1982) [6]: система программирования для биологических задач с алгоритмическим языком ЯРД, статистическая диалоговая система СТАТИС*5)   и система организации и проведения когнитивных и поведенческих экспериментов ЭКСПО.

   Следующее поколение ЭВМ среднего класса (Минск-22, ЕС-1020 и т.п.) позволило подключать примитивные (6-разрядные)  аналого-цифровые преобразователи и вводить через них непосредственно в ЭВМ ЭЭГ-записи с магнитофона, на который они записывались в экспериментах с выхода электроэнцефалографа [4]. Тем самым исследование разбивалось на два этапа, разделенных во времени и в пространстве.

   Однако в целом существующая вычислительная база была принципиально неадекватна задачам измерения и управления процессами реального времени, к каковым и относятся электрофизиологические измерения и тесты. Новые разработки давались с большими усилиями и носили поисковый характер, научные публикации по ним практически отсутствовали или же безнадежно запаздывали, а обмен накопленным опытом имел преимущественно локальный и межличностный характер.

   Более детальные обзоры по рассмотренному периоду с дальнейшими ссылками содержатся в [4, 7].

2. Эпоха микро-ЭВМ

  Реально возникновение рассматриваемого направления было инициировано произошедшей на рубеже 70-х годов так называемой микропроцессорной революцией*6), когда вследствие очередного шага электронной миниатюризации удалось на одном небольшом кремниевом кристалле разместить цельное вычислительное устройство -- микропроцессор .

   Быстро совершенствующееся производство микропроцессоров, в свою очередь, инициировало создание сначала примитивных специализированных микро-ЭВМ (преимущественно применительно к задачам технического и промышленного управления), а затем и универсальных. Решающий толчок в плане стандартизации аппаратной базы был вызван в начале 70-х двумя знаменательными событиями:

  • создание фирмой Data Equipment Corporation проекта микро-ЭВМ PDP/11, которая быстро приобрела популярность и распространение применительно к автоматизации различных областей научных исследований (с 1973 начали постепенно появляться и отечественные аналоги: Электроника, СМ, ДВК);
  • разработка Европейского стандарта Computer Application for Mesurement Acqusition and Control (CAMAC) для сопряжения измерительно-управляющей аппаратуры с микро-ЭВМ в области экспериментальной физики и выпуск функциональных модулей и крейтов в этом стандарте.
   Эта аппаратура сразу же стала применяться сначала для физических и технических исследований, а несколько позже (на рубеже 80-х) -- и в физиологии человека и космической медицине. Для целевого распределения этой крайне дефицитной техники по инициативе АН СССР был создан ряд государственных и научных комитетов. Основной поток новой аппаратуры, естественно, направлялся на решение оборонных задач и в физику высоких энергий, биологии же и другим неприоритетным наукам (которые не осознавали необходимость лобби в высоких комитетах и комиссиях) не доставалось практически ничего. По причине привилегированного снабжения и наличия собственного производства зачинателями внедрения в физиологию новых аппаратно-программных комплексов явились технические научно-исследовательские организации, имеющие биологическую тематику, в частности, отдел НИИ автоматики и электрометрии СО АН СССР, руководимый профессором М.Б.Штарком.

  В университетской науке одни из первых работ по внедрению измерительно-вычислительных комплексов в биологию начались по инициативе В.Н. Верхотурова*7)  на кафедре биофизики Биологического факультета МГУ, под руководством которого на базе ЭВМ Электроника-60, СМ-4, Мера, ИВК-4 была создана целая система сопрягаемых между собой аппаратно-программных комплексов, управляющих биологическими экспериментами (1976-1982). Вскоре,в 1983 к этому процессу подключилась и кафедра ВНД, руководимая чл.-корр. АН СССР Л.В.Крушинским, авторитетом которого удалось «выбить» из ректората МГУ лимит на одну установку ДВК-3 и закупить крейт КАМАКа в Новосибирске. В результате двухлетней работы на этом комплексе (включающей освоение аппаратуры и инструментального программного обеспечения) была создана интегрированная система организации и проведения полифункциональных исследований CAMEX [5], которую с достаточными основаниями можно считать одной из первых в подобном классе отечественных систем.

  В то же время, многие организации различными путями доставали и начинали внедрять в свои эксперименты совершенно различное, в том числе и уникальное измерительно-вычислительное оборудование. Так в начале 80-х в страну поступила целая партия французских мини-ЭВМ Plurimat-S, ранее задействованных в программе «Ариан». По три шкафа этого невообразимого по тем временам чуда иноземной техники*8)   поступили в ведущие нейрофизиологические лаборатории институтов ВНД, психологии, дефектологии, технической эстетики, экспериментальной медицины (СПБ) и другие. Неплохим подспорьем был и отечественный «Днепр», предназначенный для атомных подводных лодок и имевший несколько АЦП и ЦАПов.

  Чуть позже в стране стали появляться и осваиваться персональные компьютеры, из которых первыми на Биологическом ф-те МГУ в 1986 появились английские компьютеры Torch*9) . Начался следующий виток освоения новой техники, в ходе которого была создана диалоговая статистическая система DIASTA, графический редактор-мультипликатор PEPSY для исследования зрительного пространственного восприятия, а также разнообразное методическое и информационное обеспечение.

   Однако смена несовместимых вычислительных платформ вэтот период была столь стремительна, а усилия на их приобретение и освоение столь значительны, что разработки не удавалось довести не только до уровня начальной стабилизации и стандартизации, но и до реального стороннего внедрения, научного осмысления, обобщения и опубликования.

3. Эпоха DOS Постепенно, с задержкой на пару лет, корпорация IBM начала выигрывать у множества крупных и мелких фирм жесткое соревнование за массовые компьютеры, базируясь на процессорах Intel-8086*10) . В СССР и странах СЭВ с некоторым отставанием стали появляться их аналоги: Роботрон, ЕС-184x,Искра, а также на рубеже 90-х годов (что неизмеримо для нас более важно) -- платы сбора аналоговых данных, так называемые контроллеры АЦП (мелкосерийные отечественные аналоги*11)  аппаратуры National Instruments, Analog Device и др.), к которым можно было подключать аналоговые выходы широко распространенных в физиологических исследованиях самопишущих электроэнцефалографов и другой высококачественной биоусилительной аппаратуры. Компактные измерительно-вычислительные комплексы IBM/PC-АЦП стали постепенно, но неуклонно вытеснять громоздкие и сложные в работе системы микро-ЭВМ-КАМАК.

   В начале 90-х в связи с историческими процессами демократизации многие творческие и ранее анонимные отечественные разработчики измерительно-вычислительных комплексов получили возможность обрести организационную и финансовую независимость, собственное лицо и в кратчайшие сроки воплотить накопленный опыт и наработки в первых конкурентоспособных системах сбора и анализа данных. Отправной базой для этих работ служили ведущие научно-исследовательские и оборонные организации. Выход же разработчиков на коммерческую основу дал важный импульс для дальнейшего совершенствования, резко расширив круг пользователей, спектр решаемых задач, повысил ответственность, обеспечив действенную обратную связь.

  Первые отечественные компьютерные ЭЭГ-анализаторы BrainMap (В.Б. Дорохов и А.Ю. Сагура) и Нейрокартограф (В.Б. Дорохов и А.В. Пироженко) были созданы в институте ВНД и НФ АН СССР в 1988-89*12), и под эту идею научные сотрудники института В.Б. Дорохов и А.В. Захаров организовали в 1989 первую в СССР научно-медицинскую фирму МБН. И именно Нейрокартограф стал своеобразным маяком для целой серии последующих разработок. Так уже в 1992-93 на Всесоюзных выставках появились: Нейрон-спектр А.Б.Шубина и С.И. Шмелева (Иваново), Энцефалан С.М.Захарова (Таганрог), Телепат Н.О.Бринкина и В.А. Пономарева (СПБ), DX-System А.В. Крамаренко  (Харьков) и другие. На первых порах элементы графического дизайна и диалоговой архитектуры частично заимствовались из доступных западных разработок (типа BrainAtlas), а в последствие (в ходе использования стандартов Windows и взаимоассимиляции опыта) -- и достаточно стандартизировались.

  Первая попытка количественного сравнения и оценки мировых достижений в области компьютерной электрофизиологии была предпринята*13) в [8], и она продемонстрировала, что отечественные пакеты, несмотря на существенное отставание по времени их создания, нисколько не уступают, а по ряду позиций и существенно превосходят западные аналоги.

   В то время большинство технических и методических описаний и рабочих версий пакетов были достаточно свободно доступны, но преимущественно в форме электронных изданий или публикаций на правах рукописей, т.е. они не могли быть предметом для широкого научного обсуждения.

  Знаменательное в этом отношении событие произошло в декабре 1996 с выходом научной монографии Л.Р. Зенкова [9] по энцефалографии, в приложении к которой были достаточно подробно рассмотрены компьютерные средства и методы анализа ЭЭГ-записей. В течение следующего 1997 года появилась целая серия аналогичных изданий*14) (в хронологическом порядке): по компьютерной электрофизиологии [1], вызванным потенциалам головного мозга [10], реографии [11] и электромиографии [12].

   Таким образом, с конца 1996 компьютерная электрофизиология стала приобретать черты направления, доступного для научного обсуждения, изучения и систематизации.

   Тем самым эпоха DOS предоставила для рассматриваемого направления первую мировую стабилизирующую платформу стандарта de facto, позволившую систематизировано накапливать инструментальный и методологический опыт и публично им делиться и обсуждать.

4. Эпоха Windows

   Постепенно, примерно с 1993, в нашей стране во многих сферах вненаучного приложения среда DOS стала заметно вытесняться средой Windows 3.х с новыми расширенными возможностями графического дизайна и запуска нескольких приложений, с переходом затем к Windows 95 и NT (с появлением процессоров i286 и i386) и далее.

   Хотя научные работниками еще очень долго предпочитали пользоваться привычными, удобными, лаконично и понятно документированными DOS-программами, но неуклонные сдвиги в мировой моде вынудили разработчиков постепенно переводить свои произведения в новые операционные среды. И первым созданным в 1992-93 сразу же для Windows ЭЭГ-анализатором явился Нейроскоп И.Ю. Гаврилова (Москва).

   В этом плане компьютерная эра предоставила немыслимые ранее возможности, когда каждую новую ступень в многих областях исследования приходилось начинать практически с нуля, с самого основания экспериментальной среды. Теперь же при систематическом целенаправленном подходе к интегрированной компьютерной системе она превращается в своеобразный банк накопления, систематизациии обобщения коллективного профессионального опыта, когда для каждого восходящего шага уже имеется обширнейший базис и требуется внесение лишь незначительных усовершенствований и коррекций. В этом отношении платформа Windows обеспечила несомненную стабилизацию как диалогового интерфейса пользователя, так и наработанного программного обеспечения в смысле его преемственности и переносимости в последующие версии операционной среды, ускорив процесс методологического развития. Благодаря развитию технологий визуального и объектного программирования с мощными объектными библиотеками процесс совершенствования прикладных программ многократно ускорился. Все это совпало во времени со стабилизацией и стандартизацией электрофизиологической вычислительно-измерительной базы.

  Однако с приходом Windows 95 произошло и драматическое глобальное ухудшение эргономики программных систем*15) ,что неприемлемо для научных приложений, где программные инструменты должны быть естественным и незаметным («прозрачным») продолжением пальцев и мыслей исследователя. Однако повальная «оконная эйфория» захватила не только массы неофилов, но в зримой мере -- и маститых ученых из области системного программирования. В результате осмысления этой ситуации и персонального опыта был сделан ряд острых публицистических замечаний*16) и выработаны эргономические принципы и методология создания науко-ориентированных приложений [1].

  Кроме того, крайне неудобным для регистрации биосигналов явился режим мультизадачности*17), полноценно реализованный начиная с Windows 95, и ориентированный на основные области массового приложения IBM/PC: бизнес, мультимедиа, интернет и т.п., что отрицательно сказывается на регистрации быстрых процессов, в которой возникают плавающие задержки и пропуски отсчетов, особенно в связи с отложенной (кэшированной) записью накопленных данных на диск. Последующая же платформа Windows 2000, NT,XP для обеспечения большей живучести системы взяла на себя еще более жесткий контроль за деятельностью приложений. И надежная регистрация в ней быстротекущих процессов стала возможной преимущественно в режиме автономного накопления во внутренней памяти АЦП необходимого объема данных, что неприемлемо для большого числа физиологических задач, требующих оперативной обратной связи с динамикой исследуемых процессов. Однако несомненным достоинством платформы IBM/PC остается ее всеобщность, доступность и дешевизна -- аналогичные комплексы на других платформах обходятся потребителям во много раз дороже.

   В эту же эпоху в обеспеченные научные и клинические организации стала широким потоком поступать дорогостоящая зарубежная аппаратура производства Biomedica (Италия), NeuroScan (США), NeuroScience (Англия), Nichon Koden (Япония) и др., которая по своим программным возможностями освояемости часто значительно уступает отечественным аналогам.

5. Электрофизиологические компьютерные комплексы

   Современные компьютерные электрофизиологические комплексы по функциональным возможностям можно условно разделить на  клинические и исследовательские.

   Клинические системы ориентированы на выполнение того или иного строго очерченного (но очень и очень обширного) круга типовых медицинских методик. Несомненным достоинством таких систем является именно их «зафиксированность», позволяющая максимально упростить работу с ними, сделав ее доступной для выполнения вспомогательным медперсоналом, разгружая тем самым врача от рутинной работы. Доведенное до механицизма исполнение стандартных методик с минимумом временных затрат оказывается особенно эффективным при массовых диагностических обследованиях. Основными производителями отечественных клинических комплексов являются такие известные фирмы, как ВНИИМП-ВИТА, Геолинк, Биола, МБН (все - Москва), Медиком (Таганрог), Нейрософт (Иваново), Потенциал и Мицар (СПБ), DX-системы (Харьков) и другие.

  Исследовательские системы в добавлению к этому содержат широкий набор управляющих, аналитических, изобразительных и конструкторских программных средств, позволяющих самому физиологу реализовывать разнообразные и новые методики научно-исследовательского назначения. Поэтому работа с такими системами с полнотой использования предоставляемых возможностей требует повышенной профессиональной квалификации и творческого мышления. В то же время, после реализации конкретной методики она может быть зафиксирована в отдельном файле стандартных настроек, после чего ее исполнение по своей трудоемкости и требованиям к квалификационному уровню персонала будет несущественно отличаться от работы с клиническими системами. К подобным интегрированным аппаратно-программным комплексам с большими основаниями можно отнести системы NeuroScan (США) и CONAN  [1], созданный и развиваемый в МГУ*18).

   Научные преимущества интегрированной системы очевидны:

  • экономия финансовых затрат -- физиологу не нужно приобретать несколько систем, ориентированных только на отдельные методики или отдельные электрофизиологические показатели;
  • экономия временных затрат -- на освоение разнородных программных систем и на обучение персонала приемам работы с каждой из них;
  • расширение методических возможностей -- физиолог собственными силами можете модифицировать любую стандартную методику исследования, а также реализовать новые современные методики.
   Интегрированная система, кроме представительного набора стандартных (устоявшихся) методик исследования разнородных физиологических показателей (ЭЭГ, ВП, ЭКГ, РЭГ, РПГ, ЭМГ, ЭОГ, КГР, ПО, СГ и др.), должна обладать и комплексными средствами настройки и расширения, позволяющими самому исследователю реализовывать многообразные собственные специальные методики, а именно:
  • дублирование всех диалоговых операций «быстрыми» клавишами, ускоряющее выполнение рутинных последовательностей операций и обеспечивающее формирование макрокоманд;
  • самозапоминание состояния полей диалоговых меню со всесторонним использованием спискового выбора альтернатив, формируемых самим пользователем, и архивов таких списков;
  • механизм макрокоманд, позволяющий предельно упрощать исполнение длинных последовательностей рутинных операций;
  • банк разнообразных математических, структурных и комбинаторных преобразований биосигналов;
  • формульное задание различных вычислений для преобразования биосигналов и логических условий для поиска и анализа имеющихся в них «событий»;
  • близкий к естественному язык задания последовательности и взаимосвязи различных экспериментальных событий (протокол), исполняемых автоматически в режиме реального времени;
  • аппарат виртуальных приборов для конструирования специальных экранных интерфейсов для проведения экспериментов;
  • встроенный конструктор зрительных и аудио стимуляторов, работающих в двух- или моно-компьютерных комплексах;
  • использование внешних программ с развитыми библиотеками специальных функций и переменных, обеспечивающих интерфейс с ресурсами материнской системы и предельно упрощающих написание новых программ как для постэкспериментального анализа, так и для режима реального времени.

6. Место системной аналитики в физиологии

  Выше мы уже упоминали о неконформном восприятии профессиональными математиками области электрофизиологии, повлекшее ряд методических некорректностей. Существенно отличное положение наблюдается относительно профессиональной системной аналитики, которая взаимно требует непосредственного присутствия в электрофизиологии. Прежде всего, это определяется вышеуказанной потребностью единой автоматизации физиологических исследований на всех этапах, персонально выполняемых одним исследователем на одном аппаратно-программном комплексе. Во-вторых, это определяется наивысшей сложностью исследуемых биологических процессов и объектов, таких как головной мозг, превышающий по своей структурной сложности все другие известные феномены в наблюдаемой Вселенной. Однако физиологи и системные аналитики проводят свои творческие жизни в существенно различных понятийных средах. Поэтому при непродолжительных контактах, связанных с постановкой и решением текущих задач, диалог между ними по мучительному несовпадению понятий напоминает беседы глухого с немым. Для глубинного проникновение системного аналитика в физиологию необходима многолетняя совместная работа в данной области. В этом случае аналитик постепенно приобретает способность не только понимать задачи физиолога задолго до их окончательной формулировки, но часто и методически уточнять для физиолога постановку его задачи и способы ее решения*19). А каковы могут быть мотивы столь длительного сотрудничества? Единственным мотивом духовного плана может быть только научное признание полученных системно-аналитических результатов (которые реально выражаются в создании новых научных методологий) наряду с базисными физиологическими результатами, включающее: а) публикации в ведущих научных журналах; б) доклады на престижных конференциях; в) защиту диссертаций.

   К сожалению, физиологи да недавнего времени в этом отношении были чрезмерно консервативны, рассматривая системных аналитиков преимущественно как вспомогательный технический персонал, предназначенный только для своевременного исполнения поставленных локальных задач. Это чрезвычайно затрудняло методические научные публикации и практически блокировало научный диссертационный рост. Поэтому с началом процессов политической демократизации системные аналитики стали уходить из научной физиологии в медицинские фирмы или работать за рубеж.

   Данная тупиковая ситуация начала зримо изменяться только в последние годы, когда на высшем научном уровне была осознана комплексная специфика данной проблемы, а именно: на уровне ВАК была принципиально расширена номенклатура научных специальностей и введены детализованные их паспорта. Это стало своеобразным рубежом перехода от хаоса субъективных понятий к превалированию законов.

  Прежде всего, была введена отдельная и многоплановая специальность05.13.01 -- системный анализ, управление и обработка информации (по различным отраслям, включая и биологию*20)). Но более того, в самой специальности 03.00.13 -- физиология было введено отдельное самостоятельное направление исследований: 10. Разработка новых методов исследования функций человека и животных.

   Тем самым, работающие в физиологии системные аналитики получили потенциальную возможность не только с существенными изменениями темы и акцентов защищать свои научные работы в инородных ученых советах, но и равноправно представлять свои результаты и без каких-либо принципиальных переделок и подмены тематики защищать диссертации непосредственно в области их многолетней работы. И первой обнадеживающей ласточкой в этом направлении явилась с длительными усилиями продвинутая и доказанная докторская диссертация 2003, основанная на четвертом переиздании научной монографии [1].

  В заключение следует отметить, что в одной статье невозможно со всей полнотой охватить столь насыщенный событиями длительный временной период, не допустив многочисленных упущений и смещения акцентов. Более того, мы совсем не рассмотрели интригующую историю развития средств регистрации биосигналов: аналого-цифровой, усилительной, стимулирующей и управляющей аппаратуры*21). Будем надеяться, что инициированные этим другие публикации компенсируют наши пробелы.

Литература

  • 1. Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология (в клинической и исследовательской практике). Информатика и компьютеры, М. 1997, 1998, 1999, Изд-во МГУ, М.2002.
  • 2. Кулаичев А.П. Методология автоматизации психофизиологических экспериментов. В сб.: Моделирование и анализ данных. РУСАВИА, М. 2004. С.90-107.
  • 3. Кулаичев А.П. Некоторые методические проблемы частотного анализа ЭЭГ. "Журнал ВНД".  N5. 1997. С.918-926.
  • 4. Русинов В.С., Гриндель О.М., Болдырева Г.Н., Вакер Е.М. Биопотенциалы головного мозга. Математический анализ. Медицина, М. 1987.
  • 5. Новиков П.П., Кулаичев А.П., Петрова Т.Е., Бороденков Б.М., Сумин А.Н. Диспозиционный моделирующий программный комплекс. Т.1-6. ВИНИТИ, N01810004034, М. 1984.
  • 6. Кулаичев А.П. Диалог с ЭВМ и программирование в биологических исследованиях. Изд-во МГУ, М. 1986.
  • 7. Труш В.Д., Кориневский А.В. ЭВМ в нейрофизиологических исследованиях. Наука, М. 1978.
  • 8. Кулаичев А.П., Каплан А.Я. Системы компьютерного анализа биоэлектрических сигналов.  "Мир ПК". N8. 1994. С.132-137.
  • 9. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография. Медиком, Таганрог. 1996.
  • 10. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. Медиком, Таганрог.  1997.
  • 11. Ронкин М.А. Иванов Л.Б. Реография в клинической практике. НМФ МБН,М. 1997.
  • 12. Гехт Б.М., Касаткина Л.Ф., Самойлов М.И., Санадзе А.Г. Электромиография в диагностике нервно-мышечных заболеваний. Медиком, Таганрог. 1997.

Сноски

*1)  К сожалению, многие науковедческие понятия стали редко употребительны, поэтому представляется целесообразным привести необходимые по тексту статьи определения:
  Методология -- учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности;
  Метод (от греч. methodos -- путь исследования, теория, учение) -- способ достижения к.-л. цели, решения конкретной задачи, совокупность приемов или операций практич. или теоретич. освоения (познания) действительности [СЭС, 1987].
 Методика - совокупность методов обучения чему-л., а также наука о методах обучения [С.И.Ожегов. Словарь русского языка].В биологии, химии и медицине методика трактуется более расширенно. Однако, к нашему удивлению, этот термин отсутствует в специальных словарях и энциклопедиях?! Лишь в русско-английском биологическом словаре методике как эквивалент сопоставлено technique . По смыслу методика -- это нечто уменьшительное от метода , и, по нашему мнению, это -- последовательность применения некоторых методов для достижения в конкретной области частного научного результата с конкретизацией используемых средств (в отличие от метода, который применим во многих областях с различными результатами и абстрагирован от средств, допуская различные свои реализации). Аналогом методики в производственной сфере может являться понятие технология, конечный результат которой -- получение конкретной продукции.
 Инструмент - орудие человеческого труда или исполнительный механизм машины [СЭС, 1987]. Отметим, что без наличия методологии инструмент остается никому не нужной железякой.

*2)  Перечисленные особенности свойственны лишь очень небольшому числу областей знания, неразрывно связанных с проведением активных экспериментов, поэтому в аналогичном смысле некорректно было бы говорить, например, о «компьютерной астрономии», «компьютерной геологии», «компьютерной ботанике», «компьютерной зоологии», «компьютерной цитологии» и т.п.

*3)  разработанная в 1965 в ИТМ АН СССР под руководством академика С.А.Лебедева, затем законсервированная госкомиссией на два года по причине использования не перспективной, а существующей элементной базы, а затем еще на 20 лет ставшая ведущей отечественной ЭВМ (последующий переход на СЭВ-овоские аналоги серии IBM/360 выглядел в этом сравнении как большой шаг назад)

*4)  Эти модели были разработаны под руководством выпускиков МВТУ П.П. Новикова и В.В. Романова в лаборатории известнейшего тогда ученого в области моделирования информационных процессов головного мозга А.В.Напалкова, которого в начале 60-х сам Норберт Винер назвал своим первым в России учеником.

*5)  которая после длительного развития обрела в форме STADIA статус стандарта de facto для России

*6)  Безусловное лидерство в создании и производстве микропроцессоров сразу же захватили такие известные фирмы, как Motorola, Zilog, Intel. Временная динамика тогда была столь стремительна, что многие крупные электронные фирмы, опоздавшие с включением в микропроцессорную гонку буквально на считанные месяцы, были бесперспективно отброшены назад и вскоре прекратили какие-либо попытки составить конкуренцию в данной области.

*7) Им же в 1987 был создан первый в МГУ класс персональных компьютеров.

*8)  Они содержали не только ЭВМ с 64К памяти, но и жесткий диск на 5 Мбт, 24-разрядный многоканальный АЦП, аппаратный БПФ, алфавитный дисплей, цветной графопостроитель, языки PS-600 и бейсик, предельно упрощающие написание алгоритмов для физиологов.

*9)  распространяемые известнейшей тогда фирмой СП «Интерквадро» и базирующиеся на каскадно сопряженных процессорах BBC-6502, Zilog-80 и Motorola-68000, значительно превосходя доступные тогда модели компьютеров Apple, Commodore и IBM буквально по всем показателям

*10)  Немало благодаря тому, что новый янки Б.Гейтс в 1980 быстренько прикупил за $50000 и сразу же перепродал IBM права на операционную систему QDOS (Quick and Dirt Operation System), наспех написанную для i8086 талантливым аналитиком Тимом Патерсоном из мелкой компании Seattle Computer - написанную им всего за 2 недели в пику тогдашнему мировому стандарту de facto OS CP/M разработки Digital Research под руководством Гари Килдалла, который амбициозно затянул переговоры с IBM об условиях переделки CP/M для i8086, будучи недовольным предложенными грабительскими условиями (именно отсюда мелкая компания Microsoft, ранее промышлявшая примитивными школьными бейсиками, и пошла в гору).

*11) Одним из первых был калининградский кооператив НТТМ «Мединфомсервис», производящий известные контроллеры СЭТУ-10 и др.

*12)  Все это было инициировано развернутой в 1985-88 академиком П.В.Симоновым комплексной программой исследования человеческого сознания, под которую было приглашен целый ряд маститых исследователей и талантливых выпускников МФТИ. Один из них, А.Ю.Сагура, под руководством В.Б.Дорохова и по примеру полученного на испытание итальянского аналога и его документации за полгода написал на СИ ЭЭГ-картограф BrainMap. На полученные по заказу московской клиники через кооператив НТТМ «Гея» средства он предложил старшему товарищу по МФТИ К.П.Бутко (в последствие -- руководитель ведущей фирмы LCard) изготовление первой серии из 5 контроллеров АЦП, но в 1988 Сагура уехал в Германию (где вскоре организовал разработку полисомнографов). После организации МБН под руководством В.Б.Дорохова еще один выпускник МФТИ А.В. Пироженко заново написал на паскале новую версию пакета под названием Нейрокартограф (позже А.В. Пироженко возглавил МБН с дальнейшим развитием всего проекта).

*13)  Эта попытка стала и последней по быстро возникшим ограничениям коммерческой тайны.

*14)  Инициация и финансирование этих изданий в те времена, когда научная литература являлась убыточной, является заслугой ряда медико-биологических фирм, и это вовсе не ординарное меценатство, а реальное и значимое научно-информационное деяние.

*15)  В предшествующем биполярном мире жесткого соревнования политических систем ведущей движущей силой технического развития был военно-промышленный комплекс, в финальной фазе использования продукции которого решающую роль играл человеческий фактор. Поэтому при создании средств предъявления информации и управления центральное место отводилось эргономике и инженерной психологии, в которых за многие десятилетия был накоплен колоссальный опыт.
    В области же массовой культуры человек всегда был не субъектом, а объектом, основной жизненной ценностью которого являются не творческие возможности, а покупательские способности. С приходом же Windows-95 компьютеры стали важным компонентом массовой культуры, в мировую программистскую элиту пришло новое поколение молодых и честолюбивых аналитиков, именно с коммерческих позиций воспринимающих человеческий фактор, эргономическая дисциплина эпохи DOS была утрачена, программные системы и документации быстро стали превращаться в обворожительно-манящие мегасвалки, где можно найти все что угодно, но с огромными усилиями - то, что действительно нужно. Но клеркам, бухгалтерам и секретаршам достаточно вызубрить только небольшой набор операций одного пакета, окончив коммерческие курсы, а прочие смертные обязаны почаще звонить в коммерческие консультационные конторы. Все это грозило упадком в научных приложениях, где человеческий творческий фактор всегда будет оставаться на своих ведущих позициях.

*16)  см. А.П.Кулаичев: Пробелы эргономики в Windows, «Мир ПК», N.5, 1996; Windows как предмет научного исследования, «Мир ПК», N11-12, 1996; В пучине непознаваемого Windows, «Компьютерра», N7, 1996

*17)  Для его обеспечения была создана прослойка между реальным железом и программами -- так называемый виртуальных машин менеджер (VMM), который самостийно распределяет ресурсы и процессорное время между одновременно активированными приложениями и организовывает взаимодействие между ними посредством медленного и асинхронного механизма поступающих от приложений сообщений. Да и аппарат так называемых виртуальных драйверов, необходимых для обработки прерываний от АЦП и управления внешней аппаратурой, является достаточно сложным в реализации и плохо предсказуемым.

*18)  Первая версия для DOS была создана в 1993 на основе прототипа CAMEX и наработок из ЭКСПО, в 1997 на Delphi появилась 16-разрядная версия для Windows, а в 2004 -32-разрядная версия. Нашим же DOS-овским инструментом был изумительный по мощности, компактности и быстродействию интерпретатор BBCBASIC Ричарда Рассела (Кембридж) со встроенным ассемблером i8086, в сравнении с которым микрософтовские и прочие бейсики смотрелись как школярские поделки.

*19)  Дело в том, что основная экспериментальная среда системного аналитика (программа в компьютере) в сравнении с большинством других (например, биологические объекты) отличается практически нулевой «вязкостью» или «инерционностью». Поэтому полный цикл исследования в этой среде с целью достижения знания от незнания (постановка задачи, серия экспериментов, анализ результатов, выводы) составляет считанные минуты, а не месяцы или годы. Благодаря этому многие аналитики с годами вырабатывают способность к мгновенной глубокой концентрации на задаче, перебору всех мыслимых и немыслимых гипотез и принятию моментального решения на полуинтуитивном (невербализуемом) уровне.

*20)  Вызывает определенное сожаление, что до сих пор не только в Москве (где защищается львиная доля всех диссертаций), но и во всей России нет ни одного ученого совета по данной специальности в области биологии.

*21)  Здесь есть также многочисленные уникальные достижения, например, созданная в 1994-95 М.И. Розенбергом двухпроводная система регистрации биопотенциалов (эта схема обхоится без "земляного" отведения и ее внедрения исчисляются многими десятками), которой до сих пор нет и далеких аналогов в мире, а многие ведущие схемотехники даже и не верят в такую техническую возможность.


Specportal.net – новый информационный портал промышленного назначения. Любая компания из отрасли спецтехники, производства может опубликовать свою новость или интересную статью в целях самопиара. Кроме новостей компаний, посетителям сайта предлагаются новости промышленности общероссийского и мирового уровня и возможность обсуждения этих новостей.

[Комментировать/Задать вопрос/Ответить]    [Настройка обсуждения]

Обсуждение

05.04.2005 16:56 Кулаичев Алексей Павлович
Мы глубоко признательны двум уважаемым мэтрам и пионерам РС-шной ЭЭГ-аналитики за внимание к нашему обзору и за интригующую дискуссию.
Хотелось бы призвать авторов других известных электрофизиологических анализаторов поделиться в данном обсуждении своими, более развернутыми воспоминаниями об истории создания своих произведений, сопутствующими размышлениями, проследить перекрестные связи, идеи, трудности и т.д. Ведь то было далекое славное время взрыва творческой самореализации. Вспомнить, зафиксировать и сохранить многие малоизвестные детали -наш общий долг перед Историей. Тем более, что руководство сайта MEDPROM предоставляет для этого на своей трибуне самые благоприятные возможности.
Искренне Ваш,
А.П. Кулаичев.>>  
09.03.2005 16:25 Сагура АЮ
Ещё одна реплика по поводу неизвестной роли В.Б. Дорохова.

Жаль, что Пироженко это не известно, но без его активной поддержки небыло-бы ни BrainMap-а, ни МБН.>>  

09.03.2005 16:12 Сагура АЮ
Горбач был моим руководителем во время моей учёбы на Физтехе до того, как я занялся копьютерной электроэнцефалографией.

"Странные цвета" били связаны с ограниченными возможностями графики. Кроме того не понятно, что имеется в виду. Речь шла о цветовой кодировке. Что там может быть странным и причём сдесь моё цветовое зрение, которое кстати не такое уж плохое?

Вообще у меня были лучьшие воспоминания о Пироженко, готорого я привёл в эту область (он был курсом младьше) и я считаю что никто его заслуг сдесь не преуменьшает. Зачем нужны подобные реплики?>>  

10.02.2005 21:34 Андрей Витальевич Пироженко
Некоторые поправки к информации о Нейрокартографе:

Авторы BrainMap - роль Дорохова мне неизвестна, но руководителем Сагуры был Горбач АМ (сейчас работает в NIH, США). BrainMap был написан на Turbo Pascal 5.5. Революционной изюминой программы была 16-цветность карт (использовались недокументированные возможности CGA карты). Курьезно, Сагура дальтоник, поэтому цветовая шкала карт в BrainMap была очень странная.

Научно-Медицинская Фирма МБН (Медицина, Биология, Нейрофизиология) была организована Дороховым, Захаровым и Пироженко, последние двое выпускники одной группы МФТИ.>>  

Раздел
"Функциональная диагностика"

 Поставщики:
 Всего в разделе
Изделий::  1076
   в свободном доступе: 20
Организаций: 205
Изданий: 3
 Обзоры по теме



 Книги по теме (всего 15)








 
 
Developed by Net-prom.ru

  Поиск организаций  Все изделия  Заказ изделий 
   
(c) Медпром.ру 2001
А.Яблуновский
А.Акопянц

support@medprom.ru
  +79508406000

 
 

Поставьте нашу кнопку на свой сайт!
Обмен ссылками

     Мы принимаем WebMoney    Я принимаю Яндекс.Деньги