Возможности использования методов и средств математики и информатики в исследованиях мозга и интерпретации их результатов столь же многообразны и широки, как собственно проблематика этих исследований. Общепризнано, что роль математических и информационных методов в естественных науках заключается в:
1) формальной постановке задач исследований;
2) автоматизации обработки, анализа и интерпретации экспериментальных результатов;
3) построении математических и имитационных моделей исследуемых объектов и информационных, биологических, физиологических, физических, химических и других материальных и энергетических процессов;
4) проведении машинных экспериментов с математическими и имитационными моделями;
5) принятии интеллектуальных решений на основе анализа результатов исследований и моделирования;
6) извлечении из экспериментальных данных и моделей, структуризации и формальном описании новых знаний.
Эти математические процедуры имеют явно выраженный двойственный характер, поскольку полученные результаты немедленно становятся отправной точкой для постановки и решения новых исследовательских задач.
Цели и средства математических и информационных исследований мозга можно сформулировать следующим образом:
1) цели:
• выявление принципов и механизмов, определяющих развитие, организацию, обработку информации и умственные способности нервной системы;
• автоматизация извлечения информации и знаний из экспериментальных данных;
• моделирование на уровне отдельных нейронов, сетей нейронов и разделов мозга;
2) средства:
• разработка методов и программного обеспечения для анализа и моделирования;
• разработка, теоретическое и экспериментальное исследование моделей нервной системы и процессов, в ней реализующихся;
• разработка методов, инструментальных средств, баз данных (БД) и баз знаний (БЗ) нейронаук на всех уровнях анализа механизмов деятельности мозга и его функций.
Математические и информационные подходы в настоящее время широко используются в нейронауках, в частности, в таких ее существенных разделах, как молекулярная и клеточная нейронауки, поведенческая нейронаука, системная нейронаука, нейронаука развития, когнитивная нейронаука, теоретическая и вычислительная нейронаука, неврология и психиатрия, нейронная инженерия, нейролингвистика, нейровизуализация. При этом собственно исследования мозга имеют в основном теоретический, алгоритмический и структурный характер и проводятся, главным образом, на следующих структурных уровнях (это относится в первую очередь к работам по моделированию мозга):
• мозг в целом;
• специфические системы мозга (например зрительная система);
• сверхбольшие нейронные сети;
• малые нейронные сети;
• нейроны;
• ионные каналы и синапсы;
• молекулярные процессы.
Важным направлением в моделировании заболеваний, в том числе заболеваний мозга и их диагностике, является получение, хранение, обработка и анализ данных, извлекаемых из цифровых изображений. Изображение является одной из наиболее информативных и распространенных форм представления, передачи и хранения информации и в настоящее время активно используется как средство представления результатов биологических и клинических исследований в основных разделах медицинской науки и практической медицины. Так, например, для углубленного понимания патогенеза, диагностики и лечения нейродегенеративных заболеваний (НДЗ), в частности болезни Паркинсона (БП), большое значение имеет их экспериментальное моделирование. Разработка моделей могла бы продвигаться гораздо быстрее и была бы экономически эффективнее при снижении временных и материальных затрат на морфологические исследования за счет автоматизации и оптимизации методов обработки и анализа экспериментального материалана основе применения современных алгебраических методов математических теорий анализа изображений и распознавания образов.
Современное состояние математической теории анализа и распознавания изображений позволяет ставить и решать задачи, связанные с созданием стандартизированных тиражируемых информационных технологий и поддерживающих их высоконаукоемких алгоритмическо-программных комплексов (АПК) широкого назначения, а также их специализированных версий, обеспечивающих автоматизацию извлечения информации из медицинских изображений и создающих объективную основу для оптимизации принятия диагностических решений врачами-практиками и врачами-исследователями в интерактивных режимах.
Использование информационных технологий и поддерживающих их АПК позволит увеличить производительность труда врачей-клиницистов и снизить затраты на подготовку экспериментального материала. Кроме того, наличие информационных технологий открывает возможность ставить и решать такие задачи научных исследований, решение которых теряет смысл при отсутствии возможности автоматизировать обработку и анализ получаемых результатов в силу их высокой и специфической информационной насыщенности, сложности и колоссальных объемов экспериментальных данных. В целом создание информационных технологий анализа медицинских и биологических изображений имеет определяющее значение для совершенствования медицинской диагностики в клинических учреждениях и существенному повышению качества медицинской помощи.
Читайте также
Трудовые споры: как добиться справедливости от недобросовестного работодателя
Трудовые отношения — это тонкая материя, полная нюансов и правовых
Как отличить брендовые очки от подделки
Брендовые солнцезащитные очки — это не только модный аксессуар, но
Дизайн встроенной кухни: как оптимизировать пространство
Несмотря на большое разнообразие готовой (типовой) мебели, мебель на заказ
Михаил Владимирович Мишустин: отличный управленец и экономист
Михаил Владимирович Мишустин — выдающийся российский государственный и политический деятель,
Самые популярные рецепты пиццы: идеальное сочетание ингредиентов для настоящего гурмана
Пицца – это одно из наиболее популярных блюд в мире,
Лето – это время, когда дети, закончив учебный год, уходят
Как получить гражданство Бельгии и что оно дает?
Бельгия, расположенная в сердце Европейского союза, по праву считается одним
Когда начинать готовиться к ЕГЭ и ОГЭ 2024: полезные рекомендации
Начало нового учебного года часто становится временем повышенной тревожности как
На чем можно долететь до Мальдив? Регулярный рейс или аренда частного самолета?
Путешествие на Мальдивы — это мечта многих туристов. Острова, утопающие
Зубной имплантат: преимущества выбора при протезировании
Зубной имплантат – это современная технология, предоставляющая возможность восстановить утраченный
Яйцо шоколадное Kinder сюрприз: волшебство, которое завоевало сердца детей и взрослых
Яйцо Kinder сюрприз, безусловно, является одним из наиболее популярных шоколадных
Суши и пицца: почему они так популярны в службе доставки
Службы доставки еды становятся всё популярнее среди людей, желающих насладиться
Пептидные препараты: сущность и области применения
Пептидные препараты стали одним из важнейших направлений в современной медицине