5.2. Диалоговая система "объект исследования - исследователь"

Методы исследования с применением технических средств получили широкое распространение и вытеснили методы качественного анализа состояния и управления состоянием исследуемых объектов (будь то технический комплекс или природный объект), ориентированного только на характеристики человека-исследователя (Исс). Такая замена опыта и интуиции специалиста формализованными процедурами оценки состояния исследуемого объекта (ИО) на основании регистрации некоторого набора процессов и измерения ряда параметров, характеризующих функционирование ИО, и принятия управляющих решений, позволила увеличить скорость решения исследовательских задач, повысить надежность и сопоставимость получаемых результатов.

Основным элементом любой системы исследований является звено “исследуемый объект - исследователь ” (“ИО-Исс”). Это звено представляет собой пример простейшей специализированной диалоговой системы (рис. 5.1,а), в которой хотя бы один элемент - элемент Исс - биологического происхождения. Очевидно, что именно с такого варианта исследовательской системы начинался путь человека к вершинам познания окружающего мира и к созданию многообразной техносферы, развиваемой для удовлетворения потребностей человеческого общества. Ясно, что для того, чтобы вся система “ИО-Исс” в целом смогла эффективно выполнять свое назначение, каждый из элементов системы должен выполнять определенные функции.

Элемент ИО является источником осведомительной (измерительной) информации и объектом для воздействия со стороны другого элемента - Исс. Элемент Исс отвечает за прием и анализ информации, а также за выработку решений по управлению состоянием ИО. Когда в качестве ИО выступает тоже биологический объект (БО), то такие исследования уже можно отнести к классу медико-биологических. Содержательная функция осведомительной информации и смысл принимаемых решений зависят от целевой функции всего звена “ИО-Исс”.

Сама система "ИО-Исс" является элементом Окружающей Среды, которая может быть весьма активной, и даже агрессивной по отношению к каждому включенному в нее элементу, оказывая существенное влияние на их свойства. ОС, выступая фоном, на котором разворачивается диалог, тоже содержит хорошо выраженную биологическую составляющую, и сама испытывает воздействия со стороны каждого элемента, которые могут повлиять на ее состояние.

В общем случае, анализ разнообразных научно-производственных задач показывает, что биологические объекты в структуре системы “ИО-Исс” могут занимать одно из двух положений: либо они выступают в роли исследуемого объекта, либо играют роль “исследователя, ответственного за ход эксперимента”. Конечно, не следует забывать об активной роли ОС, в которую следует включать все факторы, способные оказать влияние на ИО и Исс.

Можно определить четыре основных функции, которые выполняют БО в диалоге ИО-Исс:

- БО как источник измерительной информации, позволяющей оценивать характеристики и отдельные параметры его жизнедеятельности;

- БО, проводящий анализ осведомительной информации с целью формирования представлений о мгновенном состоянии исследуемого объекта и выработке прогноза его развития;

- БО, ответственный за принятие решений о способах управления состоянием объекта исследования;

- БО, подвергающееся воздействиям с целью изменения его состояния в нужном направлении.

Возможны и комбинации этих функций, например, когда человек, выполняющий определенную работу, контролируется системой оценки его текущего состояния, а в зависимости от этого включаются средства управления его состоянием. Так или иначе, но все перечисленные функции присутствуют на любом этапе развития системы взаимоотношений в звене “ИО-Исс”.

На ранних стадиях эволюционного развития такого диалога основной формой взаимодействий между ИО и ИСС являлся непосредственный контакт, когда исследователь изучал физические характеристики ИО. При этом в качестве “исследовательских инструментов ” он использовал свои органы чувств, настроенные на восприятие соответствующего вида “порождающего” поля (путем осмотра, прослушивания, прощупывания, оценки запахов и вкуса), и мышечную силу рук и ног. При этом под “порождающим” полем (этот термин уже использовался выше) понимается вид физического или “химического” поля, поступающего непосредственно от исследуемого объекта или на этот объект и воздействующего на чувствительную к этому полю структуру.

Качественный характер и низкая точность дифференцирования различных физических свойств, ограниченность модальностей порождающих полей, на которые может реагировать человек, невозможность объективного учета влияний ОС на состояние ИО и ряд других факторов определяют низкий уровень достоверности таких исследований. Эти недостатки естественно заставляют расширять рассматриваемую систему за счет включения в нее новых элементов (например, приглашение группы экспертов, использование измерительных комплексов, систем автоматического управления и т.п.), которые способствовали бы более надежному решению поставленной задачи.

Полное представление о путях развития диалоговой системы “ ИО-Исс” может дать методология системного анализа. Используя представления об основных этапах системного анализа, рассмотренные во второй главе, можно составить суждение о путях развития и совершенствования этой системы в разных ее приложениях. В дальнейшем это будет сделано для систем медико-биологических исследований и, в частности, для изучения лечебно-диагностического процесса.

В медико-биологических исследованиях всегда оба основных элемента звена “ИО-Исс” - биологические системы, а, кроме того, в разнообразных медико-биологи­ческих задачах смысл самого “диалога” Исс и ИО неодинаков.

Если решается сугубо медицинская задача, то в качестве Исс выступает врач, а в роли ИО - пациент. Осведомительная информация от пациента должна быть достаточно полной для правильной постановки диагноза. В то же время опыт и уровень знаний врача должен помочь объективной оценки этой информации, на основании анализа которой он принимает рекомендации по лечению больного. Легко представить, что произойдет, если пациент будет симулировать заболевание, а у врача не хватит профессиональных знаний, чтобы это своевременно распознать.

В задачах охраны труда и оптимизации трудовой деятельности человека в качестве БО выступает работающий человек, а Исс – это сотрудник отдела охраны труда, который анализирует его текущее состояние и готовит рекомендации по режиму труда и отдыха. При контроле состояния человека в процессе выполнения им производственных заданий нет необходимости в полной информации о текущем состоянии. Однако она должна быть достаточной для того, чтобы судить об утомлении, о нарушении функций, о критических стадиях состояния.

При решении биологических задач, например, при изучении поведения определенного вида животного или растительного организма в условиях управляемого эксперимента, элементы Исс и БО иные: в качестве БО выступает животное (растение), а в качестве Исс - специалист соответствующего профиля. Осведомительная информация позволяет исследователю контролировать состояние организма и в зависимости от этого состояния формировать воздействия и программу самого эксперимента.

Для оценки качества работы малого коллектива специалистов (рис. 5.1, б), занятых общей работой, (одна из задач инженерной психологии, когда в качестве БО выступает коллектив, включающий несколько человек) содержание осведомительной информации существенно меняется. В нее включаются показатели (кроме физиологических показателей состояния членов группы), характеризующие “психологический климат” в коллективе, уровень взаимопонимания, согласованности действий и т.п. В зависимости от этих показателей исследователь – руководитель эксперимента (РЭ) принимает решение о продолжении совместных тренировок, переформировании группы, замене отдельных ее членов и т.д.

Возможен вариант, при котором в качестве малого коллектива специалистов выступает группа исследователей (ГИ), и им предлагается принять общее согласованное решение по изучению объекта исследования (рис. 5.1, в). Примером такого варианта является работа консилиума медицинских специалистов, каждый из которых хорошо представляет какую-то область медицины лучше других; они рассматривают всю информацию о медицинском случае и, используя коллективный опыт, принимают необходимые решения.

Современным вариантом организации медико-биологического исследования является и такой, когда функции Исс выполняет автоматизированный комплекс (АК) принятия решений (рис. 5.1, г), который вроде бы и не включает человека-исследова­теля непосредственно. Однако в пакете прикладных программ, под действием которого работает этот комплекс, в базе данных, используемой комплексом при формировании решений, в других его составляющих заложены формализованные опыт и знания человека-исследователя. Таким образом, и в этом варианте системы Исс негласно присутствует и оказывает влияние на качество работы звена "ИО-Исс" в целом.

Оценим место и роль технических средств разного назначения при выполнении исследований живых систем-организмов (рис. 5.2).

Уже появление простых технических средств диагностики (ТСД), в которых включены технические элементы, такие как средства регистрации биопотенциалов, измерения импеданса, оптических характеристик, плотности, температуры, давления и т.п., позволило резко повысить эффективность функционирования звена “ИО-Исс”. Наметился также переход от качественной оценки свойств ИО к количественной характеристике его параметров, к объективизации процесса постановки диагноза. Диагностическая информация уже может быть представлена в виде множества медико-биологических показателей (МБП) и записей физиологических процессов (ФП), на основании анализа которых строится диагностическое заключение.

Развитие науки и техники позволили предложить, кроме лекарственного и рекомендательного способов управления состоянием (постельный режим, промывание желудка, кровопускание и подобные им процедуры), и технические средства воздействия (ТСВ) на ИО, существенно расширив их арсенал в направлении средств управления его состоянием. Появилось большое количество вариантов оказания физических воздействий различной модальности и мощности, приводящих к оздоровительным эффектам. Инструментальные средства таких воздействий объединяются во вторую группу технических средств, обеспечивающих эффективное функционирование звена "ИО-Исс".

Таким образом, инструментальные средства медико-биологических исследований представляют собой совокупность приборов, аппаратов, систем, комплексов и приспособлений к ним, в которых реализуются физические и физико-химические методы исследования различных биологических объектов (включая методы изучения состояния и методы управления состоянием).

В дальнейшем появилась еще одна группа технических средств - системы управления параметрами Окружающей Среды (ТСУОС) в помещениях, где находится пациент. При этом задаются характеристики ОС: температура, влажность, давление, кислородосодержание и т.п. Часто такие системы должны не только оценивать параметры среды в замкнутых объемах пребывания ИО, но и содержать технические средства, работа которых связана с изменениями этих параметров в соответствии с применяемой технологией решения медицинской задачи. Следовательно, системы ТСУОС должны объединять в себе как средства диагностики, так и средства управления параметрами ОС.

В ряде случаев для поддержания жизнедеятельности БО оказываются необходимыми технические средства четвертой группы – технические средства замещения функций (ТСЗФ). Они заменяют в функциональном отношении отдельные органы, и даже целые физиологические системы организма. Такая “замена” осуществляется либо на короткое время (экстракорпоральная техника: например, аппараты искусственного кровообращения, искусственной почки, печени и др.), либо на продолжительный срок (протезирующие средства и средства реабилитологии - протезы конечностей, коронарных сосудов, суставов, органов зрения и т.д.). В эту группу технических средств включаются устройства, которые вживляются в организм и стимулируют работу естественных органов (имплантируемая техника, например, электрокардиостимуляторы, стимуляторы мышц и т.д.). При этом исследователь управляет этой разнообразной техникой, задавая режимы и продолжительность их работы.

Переход на количественную оценку параметров ИО и развитие вычислительной методов анализа информации и теории управления привели к разработке автоматизированных информационных систем – технических средств обработки информации (ТСОИ) – пятая группа технических средств, позволяющая проводить анализ данных и формировать программы управления состоянием БО. Эти комплексы освобождают исследователя от рутинной работы по обработке исследовательской информации, а в ряде случаев могут решать задачи распознавания образов с целью поиска информативных признаков, классификации, прогнозирования по заранее составленным программам обработки, и даже независимо от Исс, хотя и под его контролем, вырабатывать решения по воздействию на ИО. Одной из тенденций применения вычислительной техники при анализе осведомительной количественной информации является интерактивный режим обработки, в котором исследователь, работая в режиме взаимного обмена информацией с ЭВМ, формирует программу обработки в реальном масштабе времени.

Сложность систем экспериментальных исследований, для которых невозможно заранее составить жесткую программу управления, предугадать весь ход эксперимента, работа в условиях, когда могут возникнуть непредвиденные ситуации, требующие быстрой смены программы работы, затрудняют работу исследователя. В таких условиях он уже становится звеном, ограничивающим надежность функционирования всей системы в целом. Поэтому исследователь сам становится элементом, состояние которого контролируется и управляется с помощью специальных (шестая группа) технических средств нормализации состояния Исс (ТСНС).

На рис. 5.2 представлена обобщенная схема, отражающая современное состояние технического обеспечения медико-биологических исследований. При этом каждый элемент схемы может быть рассмотрен как подсистема соответствующего назначения, включающая определенное многообразие подэлементов – технических средств этого назначения. Например, подсистема ТСД включает разнообразные средства, с помощью которых можно получить диагностическую информацию, подсистема ТСВ – средства терапевтического воздействия и т.д. Такой анализ соответствует рассмотрению этой системы уже на первом нижнем уровне (см. главу 3.). Следовательно, "морфологическое" описание системы технических средств медико-биологических исследований имеет все свойства иерархически построенного описания.