Как известно, основная цель ученого состоит в изучении закономерностей процессов или структур в соответствующей ему области знаний с последующим выходом на управление этими процессами или структурами. Или, другими словами, поиском ответов на вопросы "что это", "как" и "почему".
Однако, кто постоянно следит за научной литературой не может не отметить для себя весьма грустный факт. Бурное развитие разных областей биологии и медицины, особенно их молекулярных аспектов, насыщение современной науки новыми терминами и их синонимами делает процесс усвоения новых знаний и их осмысления психологически все более сложным для человека. Он все больше и больше осознает, что не успевает полностью осмыслить эту постоянно нарастающую лавину информации. Действительно, как показали психологи, человек может построить и удержать в голове логическую цепочку умозаключения не более чем из 5-7 звеньев.
В то же время часто связи между отдельными событиями могут быть установлены, если построить цепь рассуждений из десятков или сотен звеньев (фактов). К тому же эти самые сотни фактов (звеньев) надо еще удержать в голове, что само по себе весьма проблематично. Интенсивное накопление информации идет сейчас во многих областях медицины и биологии. При этом идет взаимное проникновение знаний из разных областей. Например, при изучении патологии все активней применяются знания из соседних медицинских дисциплин - физиологии, биохимии, иммунологии, генетики, молекулярной биологии с соответствующей специфической терминологией.
Разобраться во всех этих терминах иногда бывает затруднительно даже специалистам. Поэтому очень часто важная и полезная информации для специалиста в своей области лежит невостребованной, если она формально относится к другой области знаний в силу отсутствия между этими областями знаний соответствующих связующих нитей.
Неумолимый прогресс науки с неизбежностью заставляет искать выходы из этой не очень приятной ситуации. Одним из них является все более узкая специализация науки и соответственно специалистов. Но это неизбежно ведет к потере видения целостной картины изучаемого процесса, разобщенности разных специалистов и часто взаимному недопониманию их проблем. Об этом говорил еще 40 лет наш выдающийся патолог И.В.Давыдовский.
Другим возможным выходом их этой сложной ситуации является создание компьютерных моделей (виртуальных двойников) изучаемых процессов. Есть разные способы их создания. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки. На мой взгляд, для наших целей в наибольшей степени подходит представление знаний в виде создания причинно-следственных цепочек соответствующих событий. На научном языке это соответствует логико-лингвистическим или семантическим моделям. В их основе лежит компьютерное представление знаний в виде сети, состоящей из сотен или тысяч причинно-следственных связей между отдельными событиями, происходящими на разных уровнях организации систем. Связи между событиями в зависимости от степени знания изучаемого процесса могу быть качественными или количественными. Данный подход был апробирован автором при построении семантической модели нормального эмбриогенеза человека и успешно защищен в виде дипломной работы одной из его студенток на медико-биологическом факультете Московского медицинского университета. Кроме того, автор использовал этот подход и при построении общей модели дифференциации клетки.
Безусловно, молекулярная биология и генетика это фундамент современной биологии и медицины и за ними будущее. Но без системного анализа взаимосвязи их достижений с более верхними уровнями организации человека (клеточном, тканевом, органном, системном) понять и управлять нормальными (например, процессами морфогенеза и регенерации) и патологическими процессами невозможно. Это хорошо видно на примере той же генетики, где уже расшифрован геном человека, но эти знания пока лежат во многом не востребованными, так как для большинства генов не выяснены их функции и роль в организме. Поэтому только создание и анализ компьютерных моделей этих взаимосвязей может существенно помочь при создании общей формализованной теории нормальных и патологических процессов человека.
Необходимость и неизбежность формализации описания нормальных и патологических процессов осознают все больше ученых. В последнее время в монографиях и учебниках все чаще появляются графические отображения разных процессов в виде причинно-следственных цепочек. Более того, уже есть даже случаи выпуска целых монографий и учебных пособий, представляющих научный и учебный материал в виде схем и графиков. Например, монография нашего известного иммунолога В.Галактионова c названием "Механизмы иммунитета в графической форме".
Графический способ представления данных в виде причинно-следственных цепочек взаимосвязей, кроме наглядности, позволяет использовать его для получения новых данных. Когда количество фактов и взаимосвязей между ними в модели становится достаточно большим, то человек перестает самостоятельно без компьютера отслеживать возможные новые причинно-следственные цепочки между отдельными событиями.
Одно из основных преимуществ представления знаний в виде семантических сетей (причинно-следственных цепочек) состоит в возможности получения ответа на вопрос типа - "Что будет, если произойдет или, наоборот, не произойдет какое-то событие в системе". В частности, с помощью такой модели можно получить ответ на вопрос, что будет с системой, если внутри ее изъять какое-то звено (узел) этой сети. Это так называемая прямая задача. Или, наоборот, введя в модель данные о каких-то внешних признаках или симптомах, можно узнать, за счет каких внутренних процессов эти признаки образовались, т.е. выяснить возможный механизм образования этих признаков. Причем опыт показывает, что часто может быть несколько сценариев образования этих признаков. И врачу важно знать, по какому сценарию образовались данные признаки у его больного, так как от этого может зависеть тактика лечения и его эффективность. Это уже обратная задача.
Данная модель при достаточном ее насыщении необходимой информацией может существенно помочь ученым разобраться в механизмах изучаемых процессов, врачам разбираться со сложными случаями патогенеза отдельных заболеваний, патологоанатомам с выяснением причин смерти, предсказывать возможные новые заболевания и их патогенезы, а также возможные схемы лечения, моделировать возможные реакции организма на разнообразные факторы внешней и внутренней среды без использования дорогостоящего оборудования и химреактивов. А то, что новые заболевания в связи с ухудшающейся экологией и техническим прогрессом будут открываться, мало кто сомневается. Например, за последние 40 лет человечество получило 72 новые инфекции. При этом каждый год возникают еще две-три инфекции, опасные для человека
Такая модель, кроме использования ее в научных целях, может быть прекрасным учебным пособием для студентов медицинских институтов и училищ, а также служить интеллектуальной информационно-справочной базой для патологов, морфологов, физиологов и врачей.
За рубежом уже более 10 лет разработкой подобных моделей в рамках международного проекта "Виртуальный человек" (Virtual Human Project) весьма интенсивно и успешно занимаются ряд научных и учебных учреждений. Полученные результаты исследований постоянно публикуются в специальном журнале "ORNL Review". Интересно отметить, что организатором данного проекта является американский ученый, профессор биоинформатики Бостонского университета Чарлз Делизи, который в свое время был одним из основных организаторов широко известного проекта "Геном человека".
Модели органов виртуального человека будут по мере своего создания связываться по интернету и в конце концов сформируют целостную картину человеческого организма. "Это уже сделано в астрономии и молекулярной физике", - подчеркнул Делизи. Многие ученые, как и Делизи, считают, что биологическая информация о человеке становится слишком специализированной, объемной и рассредоточенной, поэтому для эффективного управления ею нельзя обойтись без аналитической и интерактивной помощи компьютеров.
Новый проект Делизи по созданию программного обеспечения физиологических процессов, происходящих в теле человека, и модели виртуального человека еще более фантастический, чем его прежний проект. Однако многие эксперты считают его реализацию вполне возможной и своевременной, хотя он и рассчитан на многие годы.
В связи с изложенным было бы целесообразно создать межинститутскую рабочую группу в рамках российского отделения Международной академии патологии для участия в указанном проекте по созданию компьютерной модели виртуального человека, учитывая большой объем предстоящей работы. Постоянно нарастающий разрыв между скоростью получения новой медико-биологической информации и скоростью ее переработки и анализа делает создание компьютерной модели организма человека достаточно актуальной.
Опубликовано: http://patho-not.narod.ru/page6_1.html, 15.02.2007.
Источник: Сборник научных трудов "Актуальные вопросы морфологии", Красноярск, 2006 г., с. 66-67.
