Григорий Хай - Информатика для медиков

• Название: Информатика для медиков
• Автор: Григорий Хай
• Жанр: Детская образовательная литература

В книге обобщен личный опыт автора в области клинической хирургии, управления ЛПУ и медицинскими службами, в разработке медицинских информационных систем различного назначения, в том числе консультативных экспертных систем диагностики и выбора оптимальных решений в сложных ситуациях, в управлении качеством медицинской помощи, а также преподавании информатики в системе медицинского последипломного образования.

Предпринята попытка представить в доступной содержательной форме способы и методы информационной поддержки этих разнообразных сторон практической деятельности врачей, независимо от их узкой специализации. Материал изложен свободным языком. Книга снабжена приложениями различного характера.

Пособие предназначено для читателей, имеющих высшее медицинское образование, клиницистов, социал-гигиенистов, организаторов здравоохранения. Она может быть полезна и для разработчиков медицинских информационных систем, имеющих только математическое или техническое образование.

---

– «регенерационный» комплекс, включающий доступное автоматизированное восполнение расходуемых ресурсов разного рода;

– самоликвидационный комплекс для отдельных видов устройств.

Все перечисленные комплексы контролируются и управляются только при посредстве «нервной системы» – центрального комплекса целостного технического изделия.

Общая структура центрального комплекса

В целом это единый программно-аппаратный комплекс, состоящий из нескольких взаимосвязанных функциональных отделов и блоков, каждый из которых включает взаимосвязанные модули.

Выбор тех или иных модулей при конструировании технического изделия определяется его назначением. Некоторые виды отделов, блоков и модулей для конкретного изделия могут быть признаны ненужными.

Перечень основных отделов и блоков центрального информационно-управляющего комплекса

Данные части комплекса предназначены для функциональной имитации интеллектуальной деятельности, поэтому их наименования далее будут соответствовать принятым в анатомии нервной системы животных.

Периферическая нервная система

Анимальная: узлы; стволы; волокна: афферентные – рецепторы, эфферентные – эффекторы.

Вегетативная (автономная): узлы; стволы; волокна: афферентные – рецепторы, эфферентные – эффекторы.

Поскольку данный текст посвящен проблемам «интеллектуализации» управления изделием, то детальное описание периферической нервной системы, являющейся в основном исполнительным средством управления, здесь не приводится.

Минимальная структурная единица нервной системы — нейрон. Это целостный информационный (программный) объект. Нейрон предназначен для отбора импульсов, поступающих к нему по одному из каналов связи (входных отростков нейрона), их преобразования и передачи на другие каналы связи (выходные отростки данного нейрона).

Нейрон имеет оболочку, отростки и внутренние элементы. Оболочка отделяет тело нейрона от внешней среды. Отростки своим окончанием (входные) или началом (выходные) объединены с внутренней средой нейрона.

Внутренние объекты нейрона представляют собой системное объединение двух элементов через общий субэлемент связи (&). Он имеет постоянную материально-энергетическую характеристику. Если импульсы, поступающие по входному каналу нейрона (аксону), энергетически недостаточны, то ничего не происходит, пока такие импульсы не суммируются и не станут соответствовать характеристике &. Только в этом случае достаточный импульс «разрывает» связь, системное объединение распадается, один из базовых элементов нейрона перемещается в сторону выходных каналов связи (дендритов) и передает им соответствующий импульс (сигнал) к другим нейронам либо модулям устройства. После этого данный элемент возвращается в исходное состояние и вновь системно объединяется с другим элементом через &.

Время, необходимое для передачи сигнала (импульса) от входного канала связи к выходному и до возвращения состояния нейрона к восприятию последующих импульсов, называется рефрактерной паузой данного нейрона.

Нейронная сеть. Прямые или опосредованные связи в пределах периферической нервной системы, а также непосредственная связь периферической системы с центральной образуют нейронную сеть («паутина жизни» по Ф. Капре). Такая структура обеспечивает оптимальные возможности управления многообразными функциями изделия в целом.

Данные нейронные сети принципиально отличаются от понятия нейронных сетей в существующих автоматизированных информационных системах.

Центральная нервная система

Спинной мозг: сегменты; проводящие пути: восходящие, нисходящие.

Головной мозг: подкорка, кора.

Замечание: «Биологизация» и «интеллектуализация» изделия в целом вызывают необходимость жестко сформулировать предельно допустимые границы автономии его решений и действий.

Спинной мозг является конструктивным продолжением головного мозга. Он предназначен для непосредственного управления основными функциями всех комплексов изделия, кроме центрального, а также части блоков и модулей сенсорного комплекса. Непосредственное управление предполагает не только реализацию управленческих команд, генерируемых головным мозгом, но и частичную автономию спинного мозга.

Спинной мозг состоит из нескольких (не менее двух) однотипных относительно автономных, но структурно взаимосвязанных сегментов. В общую структуру спинного мозга входят проводящие пути двух типов: эфферентные («передние», нисходящие) и афферентные («задние», восходящие). Они являются взаимными каналами связи спинного мозга с головным, где начинаются и соответственно заканчиваются в конкретных отделах (модулях – узлах) подкорки. В пределах же спинного мозга проводящие пути начинаются (афферентные) и заканчиваются (эфферентные) в соответствующих сегментах.

Каждый сегмент спинного мозга включает группы нервных узлов, аксоны которых образуют соответствующие передние (исходящие из головного мозга и впадающие в данные узлы) либо задние (исходящие из спинного мозга и впадающие в узлы подкорки) проводящие пути.

Дендриты узлов спинного мозга, объединяясь в пучки, образуют передние и задние рога, расположенные попарно «по обе стороны» от него. В свою очередь, объединяясь за пределами мозга «по бокам» от него, эти рога вливаются в боковые парамедуллярные нервные узлы – анимальные или вегетативные, в зависимости от функционального назначения, соответствующие каждому сегменту спинного мозга.

От парамедуллярных узлов отходят нервные стволы, образующие всю периферическую нервную систему, за исключением ее части – мозговых нервов, связанных непосредственно с головным мозгом. Эти нервы также включают афферентные и эфферентные волокна, обеспечивающие в основном оперативное управление наиболее важными блоками сенсорного комплекса изделия.

Головной мозг состоит из двух взаимосвязанных отделов – коры и подкорки. Оба они представлены множеством взаимосвязанных нейронов, образующих функциональные нервные узлы (в подкорке) и функциональные зоны (в коре).

Подкорка получает по всем каналам связи, прямо либо опосредованно, всю импульсацию от всех источников периферической нервной системы и спинного мозга изделия.

Задачи подкорки:

– сортировка полученных сигналов;

– «бессознательное» автономное автоматизированное, в том числе рефлекторное управление частью функций изделия;

– отбор информации для передачи в кору;

– передача в кору сигналов в соответствии со смысловыми алгоритмически заданными правилами и условиями, определяющими особенности ситуации, в которой в каждый данный момент находится изделие. Эти сигналы активизируют нужные зоны коры для выполнения свойственных только ей функций;

– выполнение команд коры по управлению конкретными комплексами и изделием в целом.

Нейронная сеть строится в виде квадратной сетевой паутины. Конструктивно она может быть свернута в любую удобную конфигурацию.

Типовая структурная единица квадратной паутины – единый базовый элемент (ЕБЭ), где каждый из 9 включенных в него взаимосвязанных квадратов является первичной ячейкой (ПЯ). Существующие в живой нервной системе синапсы в данную структуру не включены.

Выделение ЕБЭ в структуру, состоящую из 9 ПЯ, имеет информационный смысл. Ответов на 9 стандартных вопросов «что?» («кто?»), «какой?» («какое?»), «чей?» («с чем?», «с кем?»), «сколько?», «где?» («куда?», «откуда?»), «когда?», «как?», «почему?», «зачем?» принципиально достаточно для характеристики (описания) любого объекта – вещества или события. Собственно говоря, событие – это то, что происходит с веществом (выше об этом уже говорилось).

Такая структура лежит в основе построения базы знаний коры головного мозга центрального комплекса изделия.

ЕБЭ объединяют в первичные комплексы (ПервК) сетевой структуры, ПервК – во вторичные комплексы (ВК), ВК – втретичные комплексы (ТК). Объединения ТК образуют корковую зону (КЗ).

В состав одной КЗ, если ЕБЭ строятся изолированно друг от друга, включаются 6561 ЕБЭ и 59 049 ПЯ. Всего в составе коры имеется пять относительно независимых специализированных КЗ. Кора головного мозга (собственно «интеллект»). Схематически основной функциональный цикл коры можно представить таким образом: …раздражения → ощущения → самосознание → потребности → распознавание и узнавание с использованием синестезии и БЗ → эмоции → целеполагание → сценарные рассуждения и утверждения → выбор стратегии поведения с учетом возможных ограничений и мотивации → действие → оценка результа – тов → обратная связь → корректировка и пополнение БЗ → формирование условных рефлексов → и… все сначала.