Laskennallinen sähköfysiologia on [1] uusi tieteidenvälinen tieteellinen suunta , joka syntyi 90-luvun vaihteessa [2] , joka liittyy nykyaikaisten mittaus- ja laskentatyökalujen, menetelmien ja tekniikoiden luomiseen ja käyttöönottoon, jotka mahdollistavat tutkimuksen kaikkien vaiheiden kokonaisvaltaisen automatisoinnin. nimittäin:
Itse asiassa tämä suunta on uusi automatisoitujen sähköfysiologisten tutkimusten metodologia, jolla on tässä suhteessa kolme perustavaa ominaisuutta:
Nämä piirteet ovat ominaisia vain hyvin pienelle määrälle tietoalueita, jotka liittyvät erottamattomasti aktiivisten kokeiden suorittamiseen. Siksi samanlaisessa mielessä ei olisi oikein puhua "tietokoneastronomiasta " , "tietokonegeologiasta " , "tietokonekasvitieteestä " , "tietokoneeläintieteestä " , "tietokonesytologiasta " jne.
Sähköfysiologian määritelmän laajentaminenOn syytä ottaa huomioon, että Galvanin ajoista lähtien mittaustekniikka on kehittynyt merkittävästi, mikä edellyttää vastaavaa sähköfysiologian klassisen ymmärryksen laajentamista. Kuten tiedätte, Galvani määritteli sähköfysiologian alaksi "elävän kudoksen sähköpotentiaalin tutkimiseksi". XX vuosisadan puolivälissä. tähän lisättiin "tutkimus sähkön vaikutuksesta eläviin prosesseihin ja elävän kudoksen fysikaalisista ominaisuuksista sähkön johtimena". Mittaustekniikan nykyaikainen kehitys edellyttää sähköfysiologian käsitteen laajentamista, ei pelkästään biosähkövoiman lähteiden suhteen, vaan myös laajentamisen kaikkiin fysiologisiin prosesseihin, jotka ovat käytettävissä epäsuoralla tai muunnetulla sähkömittauksella: impedanssi- , tenso- , aero - , hydro- , dynamo- jne . p.-metria. Toinen tärkeä syy tähän on erilaisten fysiologisten indikaattoreiden yhteisrekisteröinnin ja -analyysin laaja käyttö nykyaikaisissa tutkimuksissa ( polygrafia ). Ja lopuksi kolmas painava syy on samojen matemaattisten menetelmien ja muotojen käyttö tulosten esittämiseen eri indikaattoreiden analysointiin, samalla kun ne ovat saatavilla samassa integroidussa ohjelmistopaketissa .
Tältä osin tarkasteltavana oleva suunta, joka on oleellisesti tieteidenvälinen ja tiedeintensiivinen (kuten monet muut vastaavat nykyaikaiset suunnat), ei yhdistä vain useita perinteisiä tietoalueita, vaan sillä on myös tietty hierarkia tutkimuskohteistaan, käytetyistä menetelmistä ja lopputuloksesta. tuloksia kahdella toisiinsa liittyvällä tasolla: ensimmäistä tasoa voidaan kutsua metodologiseksi ja toista tasoa - fysiologiseksi .
| Esine | Tutkija | menetelmät | tuloksia | |
|---|---|---|---|---|
| Taso A | elektrofysiologia | Järjestelmäanalyytikko | Matematiikka, piirit,
ohjelmointi, ergonomia... |
Tietokonetyökalut ja tekniikat |
| Taso B | Fysiologiset prosessit | Fysiologi | Fysiologiset menetelmät | Biologiset mallit ja tekniikat |
Ylimmällä lähtötasolla (tai metatasolla) tutkimuksen kohteena on itse sähköfysiologia, mahdollisesti kaikki siinä käytetyt ongelmapuheenvuorot, kokeelliset kaaviot, menetelmät ja tekniikat (toimivat lähtötietona) sekä sähköfysiologin toiminta. siinä olentona, joka on biologisen, fysiologisen, psykologisen, metodologisen, instrumentaalisen jne. vaikutuksen alainen. rajoituksia.
Pääasiallinen toiminnan opiskelumenetelmä on järjestelmäanalyysi , joka tulee myös selkeyttää aikakehyksessä prosessina:
1) lähtötietojen kerääminen ja kerääminen;
2) niiden luokittelu ja systematisointi;
3) yleistäminen malliesitysten muodostamalla, ts. pää- ja apukomponenttien ja niiden välisten suhteiden tunnistaminen ja analysointi.
Tällä tasolla työskentelevät asiantuntijat joutuvat käyttämään laajaa ammatillista tietämystä: matematiikkaa , järjestelmäanalytiikkaa , ohjelmointia , elektroniikkapiirejä , ergonomiaa , fysiologiaa , psykologiaa , didaktiikkaa jne.
Työn tarkoituksena on luoda sähköfysiologi-tutkijan ammatillisten tehtäviensä ratkaisemiseen täydellisimmät ja riittävät tietokone- ja metodologiset työkalut. Näin ollen työn tehokkuus ja tässä saadut tulokset määräävät fysiologisen tutkimuksen lopullisen tehokkuuden ja laadun, mukaan lukien niiden toteuttamiseen tarvittavat henkiset, taloudelliset ja aikaresurssit.
Taso B.Toisella perustasolla on oma perinteinen opiskeluaine - fysiologiset prosessit sähköisesti mitattuna. Tällä tasolla työskentelevät ammattifysiologit, jotka A-tasolla luotujen tietokonetyökalujen ja menetelmien pohjalta rakentavat todellisia sähköfysiologisia tutkimusmenetelmiä ja saavat niiden pohjalta erityisiä tieteellisiä tuloksia omalla alallaan. Täällä luodut uudet menetelmät ja ongelmanpuheenvuorot antavat lisäsysäyksen tietokonetyökalujen ja -menetelmien parantamiselle ja käynnistävät siten uudelleen maailmanlaajuisen tutkimuskierron. On korostettava, että näiden kahden asiantuntijaryhmän on toimintansa tulosten optimoimiseksi oltava vuorovaikutuksessa pitkään ja mahdollisimman läheisesti, jakaa kokemuksia, keskustella ongelmista, asettaa tehtäviä, menetelmiä ja keinoja. Samaan aikaan on monia esimerkkejä tutkijoista, jotka työskentelevät tehokkaasti tavalla tai toisella molemmilla arvostetuilla tasoilla.
Tieteellisesti suuntautuneiden tietokonesovellusten ala, johon sähköfysiologia kuuluu, eroaa pohjimmiltaan monista muista useista ominaisuuksista:
Vuonna 1997 muodostettiin malliajatuksia sähköfysiologin ammatillisen toiminnan organisoinnista ja sisällöstä, mukaan lukien seitsemän peräkkäistä vaihetta:
1. Objektin malli.
Ylemmällä tasolla muotoillaan teoreettisia malliajatuksia tutkittavan biologisen kohteen, prosessin tai ilmiön organisoinnista ja ohjausmekanismeista. Yleensä nämä ideat ovat alun perin annettuja aiempien tutkijasukupolvien työn tuloksista syntyneinä, ja tehtävänä on täydentää tai jalostaa niitä osittain. Pohjimmiltaan uuden mallin luominen tai olemassa olevan radikaali rekonstruointi on harvinainen ja merkittävä tieteellinen tapahtuma.
2. Suunnittelu.
Yksittäisten malliesitysten todentamiseksi tai tarkentamiseksi muotoillaan tietyn tutkimuksen tehtävät, valitaan jokin olemassa olevista tai konstruoidaan uusi tutkimusmetodologia ja sen pohjalta kehitetään kokeellinen kaavio, ts. kokeessa tapahtuvien toimintojen ja tapahtumien sarja ja aika tapahtua.
3. Tekninen tuki.
Kokeilusuunnitelman toteuttamiseksi suunnitellaan kokeellinen ympäristö tai asennus. Se on täydennetty asianmukaisilla laitteilla ja laitteilla, se on konfiguroitu ja sen kiinteä toiminta on järjestetty. Laitteiden ohjaamiseksi ja saatujen tulosten analysoimiseksi ollaan luomassa erityisiä ohjelmistoja. Tietokonetta edeltäneellä aikakaudella tämä vaihe saattoi kestää useita kuukausia ja jopa vuosia.
4. Tutkimuksen tekeminen.
Kokeellisessa asetelmassa suoritetaan sarja koe-, kontrolli- ja testikokeita, joissa on biosignaalien rekisteröinti ja tallennus, stimulaatio, fysiologisten testien suorittaminen jne. kohteella (eläin tai biologinen esine). Kokeiden syklinen toistaminen edustavien tilastojen keräämiseksi tarkasteltavana olevassa järjestelmässä voi kestää melko kauan. Usein tässä vaiheessa havaitut puutteet edellyttävät palaamista teknisen tuen vaiheeseen kokeellisen asennuksen korjaamiseksi tai osittaiseksi uudelleenjärjestelyksi. Tämä vaihe on ratkaiseva koko myöhemmän tutkimuksen kannalta, koska juuri täällä voidaan ja pitää tallentaa ja tallentaa magneettiselle alustalle arkistotiedostoina vaaditun laadukkaita ja rakenteellisia biosignaaleja. Kukin tällainen tiedosto voi sisältää yhden tietueen tai useita kiinteän tai vaihtelevan kokoisia tietueita, jotka suoritetaan tietylle määrälle kanavia siten, että niiden välillä on minimaalinen tai pitkä aikaväli. Käsittelyn tai katselun helpottamiseksi jokainen tietue voidaan myöhemmin loogisesti jakaa valitun kokoisiksi aikakausiksi aikakausien välisin aikavälein tai päällekkäisinä.
5. Visuaalinen tutkimus .
Tarvittava tietue etsitään arkistosta ja puretaan tutkimista ja analysointia varten. Vastaanotetut biosignaalien tietueet tarkistetaan, niitä muokataan artefaktien poistamiseksi ja alueiden valitsemiseksi lisälaskennallista analyysiä varten erityisten muunnosten ja muiden aputoimintojen suorittamiseksi. Melko usein visuaalinen analyysi on myös yksi tehokkaimmista tavoista tehdä sekä alustavia että lopullisia johtopäätöksiä, ja myöhemmällä laskennallisella analyysillä on puhtaasti apurooli. Usein myös siinä vaiheessa havaitut puutteet pakottavat meidät toistamaan kokeet tai jopa palaamaan niiden uudelleensuunnitteluun.
6. Laskennallinen analyysi .
Bioindikaattorin tyypistä riippuen käytetään yhtä tai toista laskennallista analyysimenetelmää, jonka tulokset esitetään digitaalisessa, sanallisessa tai graafisessa muodossa.Tässä myös dokumentoidaan tutkimus, joka koostuu numeeristen ja graafisten tulosten painamisesta, viitteellisistä tietueiden katkelmista , sekä alustavan sanallisen kuvauksen ja johtopäätösten muodostaminen.
7. Älykäs analyysi.
Tämä vaihe sisältää tutkimuksen tulosten luovan ymmärtämisen ja johtopäätösten tekemisen. Siinä voi olla sekä lyhyt että erittäin pitkä aika, joka liittyy malliideoiden sopeuttamiseen, keskusteluihin, artikkeleiden, monografioiden kirjoittamiseen, väitöskirjojen valmisteluun, muihin aiheisiin siirtymiseen jne.
| Elektrofysiologiset indikaattorit | ||
|---|---|---|
| suora mittaus | Epäsuora mittaus | Transformatiivinen mittaus |
| EEG, EP, EKG, EOG, EMG | ERG, KGR | FKG, RPG, SG, POG |
1) Suoran mittauksen biosähköiset indikaattorit ovat keskus- ja ääreishermoston erilaisten muodostelmien tuottamia muuttuvia sähköpotentiaaleja:
2) Epäsuoran sähkömittauksen indikaattorit ilmaistaan muutoksena ihon ja ihmiskehon alueiden sähkövastuksessa, jonka mittaamiseksi on tarpeen lisäksi kuljettaa virtaa tutkittavan elimen läpi:
3) Konversiomittausindikaattorit heijastavat erilaisia mekaanisia, biokemiallisia tai biofysikaalisia alkuperää olevia prosesseja ja vaativat etukäteen muuntamisen sähkövirran tai jännitteen muutokseksi erikoistuneiden antureiden avulla:
Vaikka funktionaalisessa diagnostiikassa käytettävät laskennallisen analyysin menetelmät ja välineet vaihtelevat merkittävästi tutkimusalasta riippuen, niiden joukosta voidaan erottaa neljä pääryhmää laskennallisen monimutkaisuuden mukaan, joista käytämme seuraavia termejä: spektri-analyyttinen, rakenne- analyyttinen, rakenne-laskennallinen ja rakenteellinen luokittelu . Tuloksena syntyy tietokoneelektrofysiologian osioiden luokittelu, jossa erotetaan neljä tutkimusaluetta (analyyttisen monimutkaisuuden alenemisen järjestyksessä): aivojen, sydän- ja verisuonijärjestelmän, keuhkojen ja kehon muiden elinten ja järjestelmien tutkimukset.