Кибернетика сегодня

В развитии кибернетики большую роль сыграли биологические науки, изучающие процессы управления в живой природе. Но конечно, решающим в становлении новой науки был бурный рост электронной автоматики и особенно появление быстродействующих вычислительных машин. Они открыли невиданные возможности в обработке информации и в моделировании систем управления.

Как в музыке стремятся положить на ноты все человеческие чувства и настроения, так и в кибернетике стремятся положить на числа все ситуации, происходящие в природе, в нашем сознании.

С появлением электронных цифровых вычислительных машин в 1945 — 46 годах появилась возможность ставить и успешно решать задачу автоматизации не только физических процессов, но и умственной деятельности человека.

Центр тяжести исследований сместился от простых систем управления к сложным, использующим, как правило, электронные вычислительные машины в качестве основного управляющего звена и превращающимся постепенно в системы искусственного интеллекта. Были разработаны системы распознавания образов, распознавания речевых сигналов и др. Одна из основных функций искусственного интеллекта – имитация способности человека к обучению. Среди других его задач – моделирование способности к логическому выводу, постановке новых задач и целей и т. п. В результате технического воплощения многих свойств человеческого интеллекта строятся различные преобразователи информации и роботы.

В последнее время наметилась тенденция к органическому слиянию автоматизированных систем технологического и административного управления. Такие системы получили название интегрированных. Широкое практическое применение средств и методов кибернетики привело к принципиальному изменению свойств информационной среды обитания человека и, как следствие, к необходимости рассматривать производственные, экономические и социальные структуры общества с учётом повсеместной электронизации процессов коммуникации, обработки информации и принятия решений. Эти задачи призвана решать новая наука – информатика. Проблемы применении методов и технических средств кибернетики для изучения биологических систем, в частности организма человека и его мозга, вызвали необходимость создания кибернетики биологической, а автоматизация медицинской диагностики, создание искусственных органов и управление ими, управление лечебным процессом и т.п. являются задачами кибернетики медицинской.

Кибернетика медицинская — раздел кибернетики, изучающий процессы управления и переработки информации в живых организмах и коллективах людей применительно к задачам лечения и профилактики заболеваний. Кибернетика медицинская рассматривает проблемы лечения и профилактики заболеваний, изучает функции организма человека на основе законов управления, объективно свойственных всем естественным и искусственным объектам. Живой организм в целом и его отдельные элементы рассматриваются при этом как системы, в которых происходит восприятие, накопление, переработка и передача информации, вырабатываются соответствующие реакции — управляющие воздействия, обеспечивающие нормальное течение всех жизненно важных процессов. С точки зрения медицинской кибернетики любая болезнь рассматривается как нарушение процессов приема, передачи и обработки информации или результат выработки неправильного управляющего воздействия. Использование методов медицинской кибернетики (математическое и электронное моделирование, методы, основанные на применении электронных вычислительных машин и т. д.) направлено на увеличение арсенала способов исследования живых организмов, выявление возможностей врачей как при постановке диагноза, так и при лечении болезней. Интенсивное развитие медицинской кибернетики тесно связано с развитием электронной вычислительной техники и новейших средств получения информации о состоянии организма или его отдельных органов и систем. Можно выделить три основных направления медико-кибернетических исследований. Первое связано с работами по получению информации о функционировании живых организмов и их органов и разработке методов использования этой информации для объективного описания состояния организма. Второе составляют работы по управлению нормальными и патологическими процессами с целью обеспечения требуемого характера протекания процессов в живых организмах. Наконец, третье — работы по созданию технических средств диагностики и лечения, а также информационных и управляющих систем для управления различными звеньями системы охраны здоровья — от отдельных учреждений (поликлиник, больниц, станций скорой помощи и т. п.) до органов, ответственных за деятельность служб здравоохранения или состояния здоровья населения отдельных территорий и государства в целом.

К работам первого направления относятся исследования по диагностике заболеваний с помощью специальных диагностических программ и методов машинной диагностики с использованием ЭВМ, способных решать задачи выбора наиболее вероятного диагноза из относительно большого числа предполагаемых и задачи дифференциальной диагностики — выбора одного диагноза из нескольких, близких по клиническим проявлениям. Диагностические системы разрабатываются с целью консультации врача в сложных диагностических ситуациях (в этом случае ЭВМ, в которую заложен большой объем информации, сообщает врачу наиболее вероятные варианты диагноза, рекомендует при необходимости дополнительные обследования). Они могут быть использованы для совершенствования медицинского обслуживания населения в условиях, когда незамедлительное оказание квалифицированной медпомощи на месте затруднено, например, из-за отсутствия в данном учреждении специалиста нужного профиля (в этом случае используются специальные системы связи, соединяющие медицинские учреждения на местах с центральными учреждениями, откуда можно получить нужную консультацию); наконец, диагностические системы предназначаются для выявления принадлежности отдельных лиц при массовых медицинских осмотрах больших контингентов населения — к группе «повышенного риска» в отношении какого-либо заболевания. При этом используются анкетные опросы, включающие биографические данные обследуемого, условия труда и быта, особенности, связанные с его образом жизни, перенесенными заболеваниями и т. п. В случае решения о принадлежности обследуемого к группе «повышенного риска» в отношении какого-либо заболевания он направляется на дополнительное обследование, ставится на диспансерный учет и т. п. Поскольку обработка данных анкетных опросов является достаточно простой, использование этого метода позволяет заметно экономить ресурсы на обследование и диспансеризацию по сравнению, например, с обследованием или диспансеризацией всего исходного контингента.

В группу работ первого направления входят работы по машинной оценке (фильтрации) электроэнцефалограмм, электрокардиограмм и других результатов инструментального обследования, характеризующих состояние больного, разработка так называемых замкнутых систем управления наркозом, стимуляцией сердечной деятельности, дыхания внешними вспомогательными системами (например, аппаратами искусственного кровообращения, в которых управляющие воздействия регулируются в соответствии с изменяющимися показаниями функционального состояния организма, его отдельных систем); исследования по созданию управляемых протезов конечностей.

В связи с ростом интереса к проблеме разработки искусственных органов значительное внимание специалистов в области медицинской кибернетики привлекает задача моделирования организма в целом или его крупных подсистем (кровообращение, дыхание, обмен веществ). В связи с этим одним из важных разделов второго направления исследований медицинской кибернетики является изучение механизмов поддержания постоянства внутренней среды организма — гомеостаза. Гомеостатические свойства живых организмов представляют значительный интерес для медицинской кибернетики как с точки зрения раскрытия физиология, природы механизмов поддержания благоприятного для организма состояния внутренней среды в широком диапазоне изменения внешних условий, так и с точки зрения возможности реализации гомеостаза в технических устройствах.

Вопросы управления лечением также входят в число проблем медицинской кибернетики. Использование возможностей хранения больших объемов информации в ЭВМ позволяет, основываясь на анализе близких к данному случаев заболевания, выбирать наилучшую, в смысле благоприятного исхода для конкретного больного, стратегию лечения. Значительный интерес представляют вопросы управления лечением при использовании сильнодействующих и ядовитых лекарственных средств, действие которых на организм носит системный характер. При этом с помощью методов математического моделирования определяются программы подачи лечебных воздействий (сроки и дозы), возможные методы компенсации нежелательного или побочного действия медикамента и т. д. Большое значение, например, придается использованию ЭВМ при расчете доз в ходе лучевой терапии.

К работам третьего направления относятся исследования, посвященные разработке методов учета состояния здоровья больших контингентов населения. Такой учет при условии возможности быстрого доступа к истории болезни отдельного больного позволяет наиболее оперативно оказывать помощь в экстренных случаях, планово выполнять мероприятия по профилактике заболеваний, своевременно выявлять причины неблагоприятных тенденций в изменении состояния здоровья населения. Тем самым образуется система массового медицинского обслуживания, направленная на решение разнообразных задач и позволяющая наилучшим образом реализовать возможности, которыми располагает система здравоохранения.