Datorelektrofysiologi är [1] en ny tvärvetenskaplig vetenskaplig riktning som dök upp i början av 90 -talet [2] , förknippad med skapandet och implementeringen av moderna mät- och beräkningsverktyg, metoder och tekniker som möjliggör omfattande automatisering av alla stadier av studien, nämligen:
Faktum är att denna riktning är en ny metod för automatiserade elektrofysiologiska studier, som i detta avseende har tre grundläggande utmärkande egenskaper:
Dessa egenskaper är karakteristiska för endast ett mycket litet antal kunskapsområden som är oupplösligt kopplade till genomförandet av aktiva experiment. Därför, i liknande mening, skulle det inte vara korrekt att tala om " datorastronomi ", " datorgeologi ", " datorbotanik ", " datorzoologi ", " datorcytologi ", etc.
Utöka definitionen av elektrofysiologiDet bör beaktas att sedan Galvanis tid har mättekniken utvecklats avsevärt, vilket kräver en motsvarande expansion av den klassiska förståelsen av elektrofysiologi. Som ni vet definierade Galvani elektrofysiologi som fältet för "studiet av de elektriska potentialerna hos levande vävnad." I mitten av XX-talet. till detta kom "studiet av elektricitetens inverkan på levande processer och de fysiska egenskaperna hos levande vävnad som ledare av elektricitet." Den moderna utvecklingen av mätteknik kräver en expansion av begreppet elektrofysiologi, och inte bara i förhållande till källor för bioelektrisk kraft, utan också med utvidgningen till alla fysiologiska processer tillgängliga för indirekt eller transformerad elektrisk mätning: impedans- , tenso- , aero - , hydro- , dynamo- , etc. p.-metri. Den andra viktiga anledningen till detta är den utbredda användningen i moderna studier av gemensam registrering och analys av olika fysiologiska indikatorer ( polygrafi ). Och slutligen, det tredje tungt vägande skälet är användningen av samma matematiska metoder och former för att presentera resultat för analys av olika indikatorer, samtidigt som de är tillgängliga i samma integrerade mjukvarupaket .
I detta avseende förenar den övervägda riktningen, som är väsentligen tvärvetenskaplig och vetenskapsintensiv (som många andra liknande moderna riktningar), inte bara flera traditionella kunskapsområden, utan har också en viss hierarki av ämnen för sin forskning, använda metoder och slutgiltiga resultat på två inbördes relaterade nivåer: den första nivån kan kallas metodologisk och den andra nivån - fysiologisk .
| Ett objekt | Forskare | Metoder | resultat | |
|---|---|---|---|---|
| Nivå A | elektrofysiologi | Systemanalytiker | Matematik, kretsar,
programmering, ergonomi... |
Datorverktyg och tekniker |
| Nivå B | Fysiologiska processer | Fysiolog | Fysiologiska metoder | Biologiska modeller och tekniker |
På dess övre startnivå (eller metallnivå) är ämnet för forskning själva elektrofysiologin, potentiellt med alla problemformuleringar som används i den, experimentella scheman, metoder och tekniker (fungerar som initiala data), såväl som med en elektrofysiologs aktivitet i den, som en varelse föremål för verkan av biologiska, fysiologiska, psykologiska, metodologiska, instrumentella, etc. restriktioner.
Huvudmetoden för att studera aktivitet är systemanalys , som också bör förtydligas i en tidsram, som en process:
1) insamling och ackumulering av initiala data;
2) deras klassificering och systematisering;
3) generalisering med bildande av modellrepresentationer, d.v.s. identifiering och analys av huvud- och hjälpkomponenterna och relationerna mellan dem.
Specialister som arbetar på denna nivå tvingas involvera en hel rad yrkeskunskaper: matematik , systemanalys, programmering , elektroniska kretsar , ergonomi , fysiologi , psykologi , didaktik , etc.
Syftet med arbetet är att skapa dator- och metodverktyg som är de mest kompletta och adekvata för att lösa sina yrkesuppgifter av en elektrofysiolog-forskare. Därför bestämmer effektiviteten av arbetet och de resultat som erhålls här den slutliga effektiviteten och kvaliteten på fysiologisk forskning, inklusive de intellektuella, ekonomiska och tidsresurser som krävs för deras genomförande.
Nivå B.Den andra grundnivån har sitt eget traditionella studieämne - fysiologiska processer mätta elektriskt. På denna nivå arbetar professionella fysiologer, som utifrån datorverktyg och metoder skapade på nivå A konstruerar verkliga elektrofysiologiska forskningsmetoder, och utifrån dessa får specifika vetenskapliga resultat inom sitt ämnesområde. De nya metoder och problemformuleringar som skapats här ger ytterligare impulser till förbättringen av datorverktyg och metoder, och återupptar därmed den globala forskningscykeln. Det bör understrykas att dessa två kategorier av specialister, för att optimera resultaten av sin verksamhet, måste interagera under lång tid och på närmaste sätt, dela erfarenheter, diskutera problem, sätta uppgifter, metoder och medel. Samtidigt finns det många exempel på forskare som i en eller annan grad arbetar effektivt på båda framstående nivåerna.
Området för vetenskapligt orienterade datortillämpningar, till vilket elektrofysiologi hör, skiljer sig fundamentalt från många andra genom ett antal egenskaper:
1997 bildades modellidéer om organisationen och innehållet i en elektrofysiologs professionella verksamhet, inklusive sju på varandra följande stadier:
1. Modell av objektet.
På den övre nivån formuleras teoretiska modellidéer om organisationen och drivmekanismerna för det biologiska objektet, processen eller fenomenet som studeras. Vanligtvis är dessa idéer initialt givna, efter att ha formats av resultaten från tidigare generationer av forskare, och uppgiften är att delvis komplettera eller förfina dem. Skapandet av en i grunden ny modell eller en radikal rekonstruktion av en befintlig är en sällsynt och enastående vetenskaplig händelse.
2. Planering.
För att verifiera eller förfina individuella modellrepresentationer formuleras uppgifterna för en specifik studie, en av de befintliga väljs ut eller en ny forskningsmetodik konstrueras och på grundval av den utvecklas ett experimentellt schema, d.v.s. sekvens av handlingar och händelser som äger rum och tid att inträffa i ett experiment.
3. Teknisk support.
För att implementera experimentschemat designas en experimentmiljö eller uppsättning. Den kompletteras med lämplig utrustning och utrustning, den är konfigurerad och dess integrerade funktion är organiserad. Särskild programvara skapas för att styra utrustningen och analysera erhållna resultat. I före-datoreran kunde detta skede sträcka sig i många månader och till och med år.
4. Utföra forskning.
På försöksuppställningen genomförs en serie försöks-, kontroll- och testexperiment med registrering och registrering av biosignaler, med stimulering, utförande av fysiologiska tester etc. på ämnet (djur eller biologiskt föremål). Cyklisk upprepning av experiment för ackumulering av representativ statistik i det aktuella systemet kan ta ganska lång tid. Ganska ofta gör brister som identifieras i detta skede det nödvändigt att återgå till det tekniska supportstadiet för att korrigera den experimentella uppställningen eller för att delvis göra om schemat. Detta steg är avgörande för hela den efterföljande studien, eftersom det är här som biosignaler av erforderlig kvalitet och struktur kan och bör registreras och lagras på ett magnetiskt medium i form av arkivfiler. Varje sådan fil kan inkludera en post eller flera poster av en fast eller variabel storlek, utförda på ett givet antal kanaler med minimala eller långa tidsintervall mellan dem. För att underlätta bearbetning eller visning kan varje post logiskt delas upp i epoker av en vald storlek med intervall mellan epok eller överlappningar.
5. Visuell studie .
Den nödvändiga posten söks i arkivet och extraheras för studier och analys. De mottagna registreringarna av biosignaler granskas, de redigeras för att ta bort artefakter och välja områden för ytterligare beräkningsanalys med utförandet av speciella transformationer, såväl som andra hjälpoperationer. Ganska ofta är visuell analys också ett av de mest effektiva sätten att forma både preliminära och slutliga slutsatser, och efterföljande beräkningsanalys spelar en rent hjälproll. Ofta tvingar de brister som identifierades i det skedet oss också att upprepa experimenten eller till och med återgå till omplaneringen av dem.
6. Beräkningsanalys .
Beroende på typ av bioindikator används en eller annan metod för beräkningsanalys vars resultat presenteras i digital, verbal eller grafisk form.Studien dokumenteras även här, bestående av utskrift av numeriska och grafiska resultat, indikativa fragment av poster , samt bildandet av en preliminär verbal beskrivning och slutsatser.
7.Intelligent analys.
Detta steg innebär en kreativ förståelse av studiens resultat och formulering av slutsatser. Det kan ha både en kort och mycket lång varaktighet i samband med anpassning av modellidéer, diskussioner, skriva artiklar, monografier, förbereda avhandlingar, gå vidare till andra frågor, etc.
| Elektrofysiologiska indikatorer | ||
|---|---|---|
| direkt mätning | Indirekt mätning | Transformativ mätning |
| EEG, EP, EKG, EOG, EMG | ERG, KGR | FKG,RPG,SG,POG |
1) Bioelektriska indikatorer för direkt mätning förändrar elektriska potentialer som genereras av olika formationer i det centrala och perifera nervsystemet:
2) Indikatorer för indirekt elektrisk mätning uttrycks i en förändring i det elektriska motståndet i områden av huden och människokroppen, för mätningen av vilka det är nödvändigt att dessutom passera ström genom det organ som studeras:
3) Indikatorer för omvandlingsmätning återspeglar olika processer av mekaniskt, biokemiskt eller biofysiskt ursprung och kräver föregående omvandling till en förändring i elektrisk ström eller spänning med hjälp av specialiserade sensorer:
Även om metoderna och metoderna för beräkningsanalys som används för funktionell diagnostik skiljer sig markant beroende på studieområde, kan fyra huvudgrupper urskiljas bland dem i fallande ordning av beräkningskomplexitet, för vilka vi använder följande termer: spektral-analytisk, strukturell- analytisk, strukturell-beräknande och strukturell klassificering . Som ett resultat uppstår en klassificering av sektioner av datorelektrofysiologi, där fyra forskningsområden särskiljs (i ordning efter minskande analytisk komplexitet): studier av hjärnan, det kardiovaskulära systemet, lungorna och andra organ och system i kroppen.