A számítógépes elektrofiziológia [1] egy új interdiszciplináris tudományos irányzat , amely a 90-es évek fordulóján alakult ki [2] , amely olyan modern mérő- és számítástechnikai eszközök, módszerek és technikák megalkotásához és megvalósításához kapcsolódik, amelyek lehetővé teszik a vizsgálat minden szakaszának átfogó automatizálását, ugyanis:
Valójában ez az irány az automatizált elektrofiziológiai vizsgálatok új módszertana, amely e tekintetben három alapvető megkülönböztető tulajdonsággal rendelkezik:
Ezek a tulajdonságok csak nagyon kis számú tudásterületre jellemzőek, amelyek elválaszthatatlanul kapcsolódnak az aktív kísérletek végzéséhez. Ezért hasonló értelemben nem lenne helyes „számítógépes csillagászatról ”, „számítógépes geológiáról ”, „számítógépes botanikáról ”, „számítógépes zoológiáról ”, „számítógépes citológiáról ” stb.
Az elektrofiziológia definíciójának bővítéseFigyelembe kell venni, hogy Galvani óta a méréstechnika jelentős fejlődésen ment keresztül, ami az elektrofiziológia klasszikus megértésének megfelelő bővítését igényli. Mint tudják, Galvani az elektrofiziológiát az "élő szövetek elektromos potenciáljainak tanulmányozásának" területeként határozta meg. A XX. század közepén. ehhez kiegészült "az elektromosság élő folyamatokra gyakorolt hatásának és az élő szövetek, mint elektromosság vezetőjének fizikai tulajdonságainak vizsgálata". A méréstechnika korszerű fejlődése megkívánja az elektrofiziológia fogalmának kiterjesztését, és nemcsak a bioelektromos energiaforrások vonatkozásában, hanem a közvetett vagy transzformált elektromos méréssel elérhető összes élettani folyamatra: impedancia- , tenzo- , aero- . - , hidro- , dinamo- stb p. -metria. Ennek második fontos oka a különböző fiziológiai mutatók együttes regisztrálásának és elemzésének ( poligráfia ) elterjedt alkalmazása a modern tanulmányokban. És végül a harmadik nyomós ok az, hogy ugyanazokat a matematikai módszereket és formákat használják a különböző mutatók elemzéséhez szükséges eredmények bemutatására, miközben ugyanazon integrált szoftvercsomagban érhetők el .
Ebben a tekintetben a vizsgált irányvonal, mivel lényegesen interdiszciplináris és tudományintenzív (mint sok más hasonló modern irány), nemcsak több hagyományos tudásterületet egyesít, hanem bizonyos hierarchikus hierarchiával is rendelkezik kutatási tárgyai, alkalmazott módszerei és végső soron. eredményeket két egymással összefüggő szinten: az első szintet módszertaninak, a második szintet fiziológiainak nevezhetjük .
A számítógépes elektrofiziológia általánosított modellje| Egy tárgy | Kutató | Mód | eredmények | |
|---|---|---|---|---|
| A szint | elektrofiziológia | Rendszerelemző | Matematika, áramkör,
programozás, ergonómia... |
Számítógépes eszközök és technikák |
| B szint | Fiziológiai folyamatok | Fiziológus | Élettani módszerek | Biológiai modellek és technikák |
Felső kiindulási szintjén (vagy metaszintjén) a kutatás tárgya maga az elektrofiziológia, potenciálisan az összes benne használt problémafelvetésekkel, kísérleti sémákkal, módszerekkel és technikákkal (kiindulási adatokként), valamint az elektrofiziológus tevékenységével. benne, mint a biológiai, fiziológiai, pszichológiai, módszertani, instrumentális stb. hatásának alávetett lény. korlátozásokat.
A tevékenység tanulmányozásának fő módszere a rendszerelemzés , amelyet szintén időkeretben, folyamatként kell tisztázni:
1) a kiindulási adatok gyűjtése és felhalmozása;
2) osztályozásuk és rendszerezésük;
3) általánosítás modellreprezentációk kialakításával, azaz. a fő- és segédkomponensek, valamint a köztük lévő kapcsolatok azonosítása és elemzése.
Az ezen a szinten dolgozó szakemberek a szakmai ismeretek egész sorát kénytelenek bevonni: matematika , rendszeranalitika, programozás , elektronikai áramkörök , ergonómia , fiziológia , pszichológia , didaktika stb.
A munka célja olyan számítógépes és módszertani eszközök létrehozása, amelyek a legteljesebb és legmegfelelőbbek a szakmai feladataik elektrofiziológus-kutató általi megoldásához. Ezért a munka eredményessége és az itt elért eredmények meghatározzák a fiziológiai kutatás végső eredményességét és minőségét, beleértve a megvalósításukhoz szükséges szellemi, anyagi és időbeli erőforrásokat is.
B szintA második alapszintnek megvan a maga hagyományos tantárgya - elektromosan mért élettani folyamatok . Ezen a szinten hivatásos fiziológusok dolgoznak, akik az A szinten megalkotott számítógépes eszközök és módszerek alapján valós elektrofiziológiai kutatási módszereket konstruálnak meg, és ezek alapján kapnak konkrét tudományos eredményeket tárgykörükben. Az itt megalkotott új módszerek, problémafelvetések további lendületet adnak a számítástechnikai eszközök és módszerek fejlesztésének, ezzel újraindul a kutatás globális körforgása. Hangsúlyozni kell, hogy a szakemberek e két kategóriájának tevékenysége eredményének optimalizálása érdekében hosszú ideig és a lehető legszorosabban kell kölcsönhatásba lépnie, tapasztalatokat megosztva, problémákat megbeszélve, feladatokat, módszereket és eszközöket határoz meg. Ugyanakkor számos példa van arra, hogy a kutatók ilyen vagy olyan mértékben hatékonyan dolgoznak mindkét kitüntetett szinten.
A tudományosan orientált számítógépes alkalmazások területe, amelyhez az elektrofiziológia is tartozik, számos jellemzővel alapvetően különbözik sok mástól:
1997-ben modellelgondolások születtek az elektrofiziológus szakmai tevékenységének megszervezéséről és tartalmáról, amelyek hét egymást követő szakaszt tartalmaznak:
1. Az objektum modellje.
A felső szinten elméleti modellelképzelések fogalmazódnak meg a vizsgált biológiai objektum, folyamat vagy jelenség szerveződéséről, mozgató mechanizmusairól. Általában ezek az ötletek kezdetben adottak, korábbi kutatógenerációk munkájának eredményei alapján alakultak ki, és ezek részleges kiegészítése, pontosítása a feladat. Egy alapvetően új modell megalkotása vagy egy meglévő radikális rekonstrukciója ritka és kiemelkedő tudományos esemény.
2. Tervezés.
Az egyes modellreprezentációk verifikálása vagy finomítása érdekében egy adott vizsgálat feladatait megfogalmazzák, a meglévők közül kiválasztanak egyet, vagy új kutatási módszertant konstruálnak, és ennek alapján kísérleti sémát dolgoznak ki, pl. a kísérlet során végbemenő műveletek és események sorozata, valamint az előfordulás ideje.
3. Műszaki támogatás.
A kísérleti séma megvalósításához kísérleti környezetet vagy installációt terveznek. Megfelelő berendezéssel, berendezéssel van kiegészítve, konfigurálva, integrált működése megszervezve. Speciális szoftver készül a berendezés vezérlésére és a kapott eredmények elemzésére. A számítógép előtti korszakban ez a szakasz több hónapig, sőt évekig is elhúzódhat.
4. Kutatások végzése.
A kísérleti elrendezésen egy sor próba-, kontroll- és tesztkísérletet végeznek az alanyon (állaton vagy biológiai tárgyon) biojelek regisztrálásával és rögzítésével, stimulációval, fiziológiai tesztek végzésével stb. A reprezentatív statisztikák összegyűjtésére irányuló kísérletek ciklikus megismétlése a vizsgált rendszerben meglehetősen hosszú ideig tarthat. Az ebben a szakaszban feltárt hiányosságok gyakran szükségessé teszik a műszaki támogatási szakaszba való visszatérést a kísérleti beállítás javítása vagy részleges átütemezése érdekében. Ez a szakasz meghatározó az egész további vizsgálat szempontjából, hiszen itt lehet és kell a kívánt minőségű és szerkezetű biojeleket rögzíteni és mágneses adathordozón tárolni archív fájlok formájában. Minden ilyen fájl tartalmazhat egy rekordot vagy több rögzített vagy változó méretű rekordot, amelyeket adott számú csatornán hajtanak végre, minimális vagy hosszú időközökkel. A feldolgozás vagy megtekintés kényelme érdekében minden rekord utólag logikusan felosztható kiválasztott méretű korszakokra, korszakok közötti intervallumokkal vagy átfedésekkel.
5. Vizuális tanulmányozás .
A szükséges rekordot megkeresi az archívumban, és kicsomagolja tanulmányozás és elemzés céljából. A kapott biojelrekordokat felülvizsgálják, szerkesztik, hogy eltávolítsák a műtermékeket, és speciális transzformációk, valamint egyéb segédműveletek elvégzésével kiválasztják a további számítási elemzéshez szükséges területeket. Gyakran a vizuális elemzés is az egyik leghatékonyabb módja az előzetes és a végső következtetések levonására, és a későbbi számítási elemzés pusztán segéd szerepet játszik. Gyakran az ebben a szakaszban feltárt hiányosságok is arra kényszerítenek bennünket, hogy megismételjük a kísérleteket, vagy akár visszatérjünk azok újratervezéséhez.
6. Számítógépes elemzés .
A bioindikátor típusától függően a számítási elemzés egyik vagy másik módszerét alkalmazzák, melynek eredményeit digitális, verbális vagy grafikus formában mutatják be.A tanulmány itt is dokumentálásra kerül, amely numerikus és grafikus eredmények, indikatív rekordtöredékek nyomtatásából áll. , valamint az előzetes szóbeli leírás és következtetések kialakítása.
7. Intelligens elemzés.
Ez a szakasz magában foglalja a tanulmány eredményeinek kreatív megértését és a következtetések megfogalmazását. Rövid és nagyon hosszú időtartamú lehet a modellötletek kiigazítása, viták, cikkek, monográfiák írása, szakdolgozatok elkészítése, más kérdésekre való átállás stb.
| Elektrofiziológiai mutatók | ||
|---|---|---|
| közvetlen mérés | Közvetett mérés | Transzformatív mérés |
| EEG, EP, EKG, EOG, EMG | ERG, KGR | FKG,RPG,SG,POG |
1) A közvetlen mérés bioelektromos indikátorai a központi és perifériás idegrendszer különböző képződményei által generált változó elektromos potenciálok:
2) A közvetett elektromos mérés mutatóit a bőr és az emberi test olyan területeinek elektromos ellenállásának változásában fejezzük ki, amelynek méréséhez további áramot kell átvezetni a vizsgált szerven:
3) A konverziós mérés mutatói különböző mechanikai, biokémiai vagy biofizikai eredetű folyamatokat tükröznek, és speciális érzékelők segítségével előzetesen elektromos áram vagy feszültség változásává alakítják át:
Bár a funkcionális diagnosztikához használt számítási analízis módszerei és eszközei a vizsgált területtől függően jelentősen eltérnek egymástól, a számítási komplexitás szerint csökkenő sorrendben négy fő csoport különíthető el közöttük, amelyekre a következő fogalmakat használjuk: spektrális-analitikai, szerkezeti- elemző, strukturális-számítási és szerkezeti osztályozás . Ennek eredményeként kialakul a számítógépes elektrofiziológia szekcióinak osztályozása, amelyben négy kutatási területet különítenek el (az analitikai komplexitás csökkenésének sorrendjében): az agy, a szív- és érrendszer, a tüdő, valamint a test egyéb szerveinek és rendszereinek vizsgálata.