История зарождения отечественной биомедицинской кибернетики
Введение
Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. За последние триста лет человечество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, заменяющие труд десятков тысяч землекопов.
Медицинская кибернетика – новое направление в науке, компилирующее решение проблем диагностики и новейшие компьютерные разработки. Подобный подход позволяет сочетать использование необходимых медицинских приборов и аппаратов с заботой о здоровье человека.
Исторически зарождение и развитие биомедицинской кибернетики связаны с эволюцией представлений об обратной связи в живых системах. В дальнейшем в связи со становлением кибернетики её биологическим направлением сформировалось в науку об общих закономерностях управления и связи в биологических системах, о процессах хранения, передачи и переработки информации в этих системах и способах её кодирования.
Актуальность данной работы заключается в том, что в процессе создание электронных приборов в сфере медицины помогают все больше реализовывать потенциал кибернетики, которая развивается благодаря многообещающим открытиям.
Задачами работы является:
Изучить понятие и методы кибернетики;
Изучить основные направления биомедицинской кибернетики;
Изучить историю зарождения биомедицинской кибернетики;
Изучить перспективы развития биомедицинской кибернетики.
Понятие биомедицинской кибернетики
Понятие и методы кибернетики
Наука, которая обобщает общие закономерности процессов управления и распространения информации в машинах, живых организмах и их объединения называется кибернетика. Она основывается на теоретической автоматизации технологического процесса.
Задолго до кибернетики человек уже имел опыт в управлении сложных систем. Кибернетика выделяет общие правила управления в разных процессах и системах, а не их специализацию.
В состав кибернетики входит:
теория информации;
теория алгоритмов;
теория игр;
теория автоматов;
техническая кибернетика.
Кибернетика подразделяется на комплект научных направлений:
теоретическая кибернетика. Под ней понимается общие проблемы теории контроля, теории данных, вопросов передачи, защиты, хранения и применения данных в системах управления. Большинство проблем теоретической кибернетики анализируются в теоретической информатике.
Техническая кибернетика – отрасль науки, которая изучает техническую систему управления. Важным направлением является исследования разработки и создания автоматической и автоматизированной системы управления, а так же автоматического устройства и комплекса для передачи, переработки и хранения информации.
Биологическая кибернетика основывается на идеях и методах кибернетики в биологии и медицине. Важной ролью в данном направлении играет нейрокибернетика, которая изучает процесс переработки информации в нервных тканях животного и человека, а так же бионика, которая изучает находки живой природы, применяющиеся в живых организмах, которые можно переносить в искусственные системы, созданные человеком.
Гомеостатика – наука о достижении равновесных состояний, которые существуют при наличии многих использующих одновременно факторов связывающие модели биологической кибернетики и технической кибернетики. У кибернетики большой интерес вызывает равновесные состояния в этих системах и способах их достижения.
Экономическая кибернетика. Она исследует процессы управления, которые протекают в экономике.
Социальная кибернетика. Она исследует процессы управления, которые протекают в человеческом обществе. Такое направлении кибернетики тесно связано с социальной психологией.
Основными задачами кибернетики являются:
Формирование феноменов, которые являются общими для управляемой системы или для некоторых ее совокупностей;
Нахождение ограничений, которые свойственны управляемым системам и определения их происхождения;
Определение общего закона, которому подчиняются управляемые системы;
Нахождение способов использования на практике установленных фактов и определенных закономерностей.
Основными понятиями кибернетики являются: управление, управляющие системы, управляемые системы, организации, обратная связь, и другие.
Под управлением понимается влияние на объект, который был выбран на основе конкретной информации из множества предполагаемых воздействий, которые улучшают его работу или развитие.
Управляемые системы имеют несколько множеств предполагаемых изменений, на основании которых реализуется выбор наилучшего изменения. Если в системе отсутствует выбор, то никакого управления не может быть.
Благодаря применению понятий и идей кибернетики в области физики, химии, биологии, социологии, психологии и других науках, мы смогли продвинуться в сущности процессов, которые протекают в неживой и живой природе.
Материалистическая диалектика помогает всеобщие методы познания, которые применяются в равной степени в исследовании всех явлений природы и общественной жизни. Помимо общефилософских методов, в разных сферах науки применяются специальные методы.
Раньше чаще всего в биологических и социально – экономических науках применялись математические методы в ограниченном количестве, но со временем все изменилось. Только в последнее время видно значительное расширение применения в таких областях теории вероятности и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр и исследования операций, корреляционного анализа, математического программирования и других математических методов. Теория и практика кибернетики в большинстве случаях основывается на использовании математического метода при представлении и анализе систем и процессов управления, на конструировании адекватных им математических моделей и решении этих моделей на быстродействующих ЭВМ
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Отсюда следует, что основным методом кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления.
Системы анализируются в кибернетике по их воздействию на внешние признаки, другими словами, по тем задачам, которые они делают. Совместно с вещественным и структурным подходом, кибернетика создала в научный обиход функциональный подход как вариант системного подхода в широком смысле слова. Использование системного и функционального подходов в процессе представления и анализа сложной системы относится к основным методологическим принципам кибернетики.
С позиции системного анализа в комплексном изучении представляет собой системный анализ, то есть происходит анализ проблемы и объекта в образе комплекса взаимосвязанных элементов, основываясь на представлении об определенной целостности системы.
Целью функционального анализа является определение и анализ функциональных последствий явлений или событий для исследуемого объекта. Таким образом, функциональный подход предусматривает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем управления.
Для исследования систем кибернетика использует три принципиально различных метода: математический анализ, физический эксперимент и вычислительный эксперимент.
Первые два из них широко применяются и в других науках. Сущность первого метода состоит в описании изучаемого объекта в рамках того или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и последующего извлечения различных следствий из этого описания путем математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью. В случае уникальности исследуемого объекта и невозможности существенного влияния на него (как, например, в случае Солнечной системы или процесса биологической эволюции) активный эксперимент переходит в пассивное наблюдение.
1.2 Основные направления биомедицинской кибернетики
К ключевым направлениям медицинской кибернетики можно отнести следующие.
Во-первых, это создание диагностических систем для различных заболеваний с использованием универсальных или специализированных электронно-вычислительных машин. Как известно, любая диагностическая система состоит из медицинской памяти, логического устройства и устройства вывода. Каждый компонент этой системы выполняет специализированную функцию. Медицинская память отвечает за накопленные и собранные воедино медицинские знания, относящиеся к данной группе заболеваний. Эта информация соотносится с симптомами пациента, которые были выявлены ранее при обследовании, производится сложная статистическая обработка клинического материала в любом заданном направлении с помощью логического устройства. Заключительный этап работы диагностической системы выполняет устройство вывода, которое преобразует результаты обработки цифровых машинных кодов в форму удобную для восприятия.
Во-вторых, медицинская кибернетика направлена на создание автоматизированного электронного медицинского архива, то есть электронного хранилища данных, содержащего электронную персональную медицинскую запись (ЭПМЗ) и другие наборы данных и программ (классификаторы и справочники, списки пациентов и сотрудников, средства навигации, поиска, визуализации, интерпретации, проверки целостности и электронную цифровую подпись, распечатки ЭПМЗ и др.).
К третьему актуальному направлению медицинской кибернетики относится разработка математических методов обработки и анализа данных обследования пациента, которые выступают в качестве инструмента решения содержательных задач. Они структурируют существующую информацию с большим количеством разнородных параметров, с целью извлечения полезной информации и принятия решений.
Особый интерес вызывает следующее направление – разработка метода математического моделирования на ЭВМ деятельности различных функциональных систем. Это делает возможным построение имитационных моделей сложных систем организма человека, которые допускают манипуляции в пространстве и времени. Данный аспект предполагает выбор того или иного объекта изучения (биологический процесс разного уровня организации), постановку цели и подбор средств моделирования, то есть дифференциальных уравнений и компьютерных симуляций. Цели моделирования могут быть различными:
Выяснение механизмов взаимодействия элементов системы.
Идентификация и верификация параметров модели по экспериментальным данным.
Оценка усталости системы (модели).
Прогноз поведения системы при различных внешних воздействиях, различных способах управления и прочее….
В настоящее время это делает возможным моделирование целого организма и его систем. Особенно направление значимо для специалистов, заинтересованных в разработке искусственных органов.
Вывод:
Таким образом кибернетик - наука, которая обобщает общие закономерности процессов управления и распространения информации в машинах, живых организмах и их объединения. В настоящее время кибернетика все чаще применяется в биологии и медицине. Она основывается на нескольких направлениях, которые основываются на системе передачи информации и математических методах.
2. Развитие биомедицинской кибернетики
2.1 История зарождения биомедицинской кибернетики
Кибернетика - наука об общих законах управления в системах любой природы - биологической, технической, социальной. Основной объект исследования в кибернетики - кибернетические системы, рассматриваемые вне зависимости от их материальной природы. Методы кибернетики развиваются вместе с общей теорией систем, теорией автоматического управления, методами математического моделирования и др. Общие законы управления и обобщенные характеристики систем применяются к конкретным областям: биологические объекты исследуются в биокибернетике, медицинские системы и методы управления состоянием организма - в медицинской кибернетике и т.д.
Проникновение кибернетических методов в биологию и медицину началось после выхода в 1948 г
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
