<<
>>

Методологические проблемы создания виртуальных моделей

Несмотря на множество методологических подходов анализа в анатомии и физиологии человека, классическое изучение организма, проводимое в течение длительного исторического периода всегда включало в себя в той или иной пропорции два основных принципа познания - визуального отражения и метрический.

Принцип визуального отражения состоит в стремлении максимально достоверно или схематически изобразить на носителе информации внешний вид и внутреннюю структуру изучаемого объекта. При этом носителем информации может быть как бумага (рисунок или фотография), так и электронное изображение. Метрический принцип заключается в качественном и количественном анализе исследуемого объекта. В качестве объекта в зависимости от характера и объема исследования, может рассматриваться как весь организм, так и его отдельные органы, ткани, клетки и субклеточные структуры. Как правило, метрический принцип используется и при изучении связей между отдельными элементами объекта. До сих пор в научных исследованиях данные принципы исследования применяются параллельно, так как взаимно дополняют друг друга. Их интеграция, как правило, осуществляется самим ученым, связывающим результаты метрических исследований с визуальными характеристиками объекта исследования. Такой подход, безусловно оправданный во всех отношениях, тем не менее не идеален для компьютерного программирования. В данной ситуации характер интеграции метрических и визуальных данных на определенном этапе программирования определяется исследователем и до некоторой степени является субъективным. Феноменальный прорыв в области создания персональных компьютеров с уникальными возможностями визуализации и максимально адаптированным интерфейсом для некомпетентного пользователя еще более отодвинул задачу построения метрического пространства для произвольных живых систем на дальний план при решении как исследовательских, так и практических задач доказательной медицины [21, 24, 29].

Вычислительная биология, она же биоинформатика, она же компьютерная генетика - молодая наука, возникшая в начале 80-х гг. на стыке молекулярной биологии и генетики, математики (статистики и теории вероятности) и информатики, испытавшая влияние лингвистики и физики полимеров. Толчком к этому послужило появление в конце 70-х гг. быстрых методов секвенирования последовательностей ДНК. Нарастание объема данных происходило лавинообразно и довольно скоро стало ясно, что каждая полученная последовательность не только представляет интерес сама по себе (например, для целей генной инженерии и биотехнологии), но и приобретает дополнительный смысл при сравнении с другими. В 1982 г. были организованы банки данных нуклеотидных последовательностей: GenBank в США и EMBL в Европе. Первоначально данные переносились в банки из статей вручную, однако, когда этот процесс начал захлебываться, все ведущие журналы стали требовать, чтобы последовательности, упоминаемые в статье, были помещены в банк самими авторами. Более того, поскольку секвенирование уже давно стало рутинным процессом, который выполняют роботы или студенты младших курсов на лабораторных работах, многие последовательности сейчас попадают в банки без публикации. Банки постоянно обмениваются данными и, в этом смысле, практически равноценны, однако средства работы с ними, разрабатываемые в Центре биотехнологической информации США и Европейском институте биоинформатики, различны. В 1995 г. был секвенирован первый бактериальный геном, в 1997 - геном дрожжей. В 1998 г. было объявлено о завершении секвенирования генома первого многоклеточного организма - нематоды. По состоянию на 1 сентября 2001 г. доступны 55 геномов бактерий, геном дрожжей, практически полные геномы Arabidopsis thaliana (растения, родственного горчице), нематоды, мухи дрозофилы - все это стандартные объекты лабораторных исследований. Уже два раза (весной 2000 и зимой 2001 г.) было объявлено о практическом завершении секвенирования генома человека - имеющиеся фрагменты действительно покрывают его более чем на 90%.

Количество геномов, находящихся в распоряжении фармацевтических и биотехнологических компаний, оценить трудно, хотя, по- видимому, оно составляет многие десятки и даже сотни. Ясно, что подавляющее большинство генов в этих геномах никогда не будет исследовано экспериментально. Поэтому компьютерный анализ и становится основным средством изучения. Все это привело к тому, что биоинформатика стала чрезвычайно модной областью науки, спрос на специалистов в которой очень велик. Традиционно к биоинформатике относится: статистический анализ последовательностей ДНК; предсказание функции по последовательности (распознавание генов в последовательности ДНК, поиск регуляторных сигналов, предсказание функций белков — некоторые из этих задач рассмотрены в следующей статье); анализ пространственной структуры белков и нуклеиновых кислот, в том числе предсказание структуры белка по последовательности (здесь биоинформатика граничит с биофизикой и физикой полимеров); теория молекулярной эволюции и систематика. Следует отметить, что одним из неприятных последствий возникшего шума стало то, что биоинформатикой называют всё, где ни есть биология и компьютеры. В то же время многие области уже пережили такие моменты (например, теория информации), и хочется надеяться, что за пеной ажиотажа не пропадет то действительно интересное, что делается в настоящей биоинформатике. Пожалуй, первым биологически важным результатом, полученным при помощи анализа последовательностей, было обнаружение сходства вирусного онкогена v-sis и нормального гена фактора роста тромбоцитов, что привело к значительному прогрессу в понимании механизма рака.

В наших работах термин «биоинформационная система» (БИС) имеет, в отличие от традиционного, значительно более расширенный характер [4]. Ведь геном - это лишь видимая часть айсберга гигантского контура информации, циркулирующей в живой системе. Причем, если приводить аналогии из технических систем, это даже не т. н. «черный ящик», а скорее чертежи, схемы, правила, по которым строился живой организм в соответствии с генами его прародителей, т.

е. «популяционный след». Собственный вклад конкретной живой системы можно условно определить как инфом (inform) - это все то множество разноплановой информации, включая генетическую, которое она успела собрать, произвести, сохранить и обработать за свой полный жизненный цикл и передать популяции. И если структура генома уже успешно анализируется математически корректными методами, то весь остальной «информационный след» особи только начинает исследоваться метрическими средствами. Актуальность проекта БИС с подобной точки зрения связана с возможностями широкого применения достижений современной вычислительной техники, глобальной информационной среды в задачах телемедицины и охраны здоровья, использования информационной среды Интернет для повышения эффективности всего комплекса исследований популяции человека. В связи с этим представляется важной проблема адаптации к медицинским задачам известных средств визуального моделирования, подходов к организации визуальных данных, применяемых в других областях науки, технике, геологии, производстве и управлении. Научное значение БИС связано с разработкой универсального подхода к созданию унифицированной БД БИС для дальнейших перспективных исследований в области нейрокомпьютеров, нейрофизиологии, экологической физиологии и нейробионике. Прикладное использование БИС имеет первоочередное значение и связано с широким применением метода в медицинской практике за счет возможностей современных информационных технологий, во многом определяемых эффективностью используемых средств обработки визуальной информации. Преимущества проекта БИСМ в сравнении с уже ведущимися в России и за рубежом аналогичными проектами заключаются в разработке специального программного обеспечения с использованием виртуальных информационных моделей (ВИМ), позволяющих объединять серию двухмерных послойных графических изображений в трехмерное изображение, вносить в него дополнительную графическую информацию с последующим сохранением данных, а также числовую информацию, соответствующую анатомическим вариантам нормы ЦИС, новообразованиям, развивающимся в различных системах организма.
Особенностью БИС также является возможность дополнительного анализа с помощью метода экспертных оценок на основе разрабатываемой авторами оригинальной методики стадиро- вания патологического процесса и балльной градации данных, получаемых при электроэнцефалографии, РЭГ, ЯМР, ПЭТ, ЭЭГ и пр. Основные задачи проекта связаны с прикладным характером работ: представление и анализ первичных данных о многомерных структурах мозга; уточнение диагноза, прогноза и в конечном счете представление врачу наиболее полной объективной информации, начиная с медико-генетической и заканчивая эколого-экономической, в том числе о фактических затратах на лечение больных на базе отделения химиотерапии краевого онкоцентра.

Среди первоочередных этапов создания биоинформационных систем - разработка методов анализа рентгеновской диагностики патологических процессов на основе принципов числовой томографии, создание комплекса компьютерных программ, позволяющих переводить серии послойных рентгеновских КТ-изображений головы и других частей тела человека. Развитие идеологии БИС может иметь позитивные последствия также в осуществлении исследований в области нейрофизиологии, нейроинформатики, нейрохирургии, нейробиологии процессов сознания, психологии, психиатрии и экологии.

2.

<< | >>
Источник: П.И. Барабані. Проблемы создания виртуальных информационных моделей. Владивосток: Дальнаука,2006. 188 с.. 2006

Еще по теме Методологические проблемы создания виртуальных моделей:

  1. Методологические проблемы создания виртуальных моделей
  2. ВИРТУАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ СТАДИРОВАНИЯ ОПУХОЛЕЙ ПЕЧЕНИ
  3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЗАДАЧАХ ТЕЛЕМЕДИЦИНЫ
  4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  5. Введение
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -