Електронні обчислювальні машини (ЕОМ)

Методи обробки біологічної інформації. Біологічна інформація - це відомості про структуру та функціональний стан біологічних об'єктів, які можуть бути виражені словесними описами, микрофотограммами, схемами, цифрами, осциллограммами і т. п.
Останнім часом спостерігалося бурхливий розвиток біологічної та медичної електроніки; широке розповсюдження отримав осцилографічний метод подання біологічної та медичної інформації, наприклад електрокардіографія, електроенцефалографія, електроміографія та інші методи. В ході дослідницької роботи і в процесі постановки діагнозу лікар і біолог здійснюють обробку біологічної інформації, тобто аналізують і оцінюють її. Аналіз біологічної інформації, зокрема ЕКГ, ЕЕГ, може бути візуальним, графічним, автоматичним. У результаті аналізу забезпечується подання інформації у формі, найбільш придатною для подальшої оцінки. Можна виділити три стадії аналізу біологічної інформації: дешифрування або перетворення даних в цифрову форму, статистична та математична обробка і порівняльний аналіз даних.
Дешифрування полягає в опознавании характерних елементів кривий і обчисленні визначених (амплітудних, часових тощо) показників. Зазвичай дешифрування роблять візуально, рідше графічно (наприклад, використання планіметрів). Створені також спеціальні пристрої для автоматичного дешифрування; серійно випускаються різні системи для автоматичного зчитування даних, представлених у вигляді осцилограм.
Найбільш зручна для введення в обчислювальні машини інформація, записана на магнітну стрічку. При автоматичному або напівавтоматичному аналізі по ходу зчитування даних з носія здійснюються впізнавання і виділення заданих показників. Так, при автоматичному аналізі ЕЕГ застосовують методи виділення обвідної або сумації, коли вимірюють деякі середні характеристики процесу. Значне поширення одержали методи виміру інтенсивності і спектру ЕЕГ. Розроблено спеціальні прилади-інтегратори та аналізатори, з допомогою яких виробляють виділення заданих ритмів і вивчення їх інтегральної потужності.
Статистична та математична оцінка отриманих даних є обов'язковою частиною наукового аналізу біологічної інформації. Обчислення різноманітних математико-статистичних показників не тільки забезпечує оцінку достовірності експериментальних даних, але і дозволяє досліджувати тонкі механізми біологічних явищ. Зокрема, досить перспективним додаток теорії випадкових функцій. В електроенцефалографії - це імовірнісні методи і кореляційний аналіз. При корреляционном аналізі можуть бути обчислені авто - і кросскорреляционные функції. Автокореляційна функція є результатом зіставлення досліджуваного процесу з його копіями, зрушеними на задані інтервали часу. Такий аналіз дозволяє виділити періодичні та випадкові компоненти аналізованого процесу. При порівнянні двох біологічних процесів може бути обчислена кросскорреляционная функція, за якою можна визначити моменти найбільшої зв'язку між процесами, наприклад, можна встановити залежність реакції від певних дій або знайти закономірні відповіді серед випадкових флуктуацій. В електроенцефалографії автокоррелограммы дозволяють судити про періодичності біоелектричних процесів, а кросскоррелограммы - про фазових співвідношеннях коливань у різних ділянках мозку (рис.). Останнім часом все більшого значення набувають методи частотного аналізу. Досліджують біологічні ритми різноманітних органів і систем; при цьому вивчають коливання різних періодів, в тому числі дуже довгі (до доби і більше) і дуже короткі (до сотень кілогерц).
Порівняння отриманих даних з відомими нормами або відхиленнями є заключним етапом обробки біологічної інформації. В результаті порівняльної оцінки визначається ступінь подібності даної інформації відомих явищ, тобто її новизна. У медицині цей етап відповідає постановці діагнозу або виявлення симптомів та синдромів. Однак діагностика - це процес, який включає узагальнення різноманітних даних, оброблених різними методами. При обробці біологічної інформації кінцева мета полягає в тому, щоб структурні або функціональні особливості досліджуваного об'єкта висловити деякими якісними або кількісними показниками.

Кореляційний аналіз електроенцефалограм: 1 - типова автокоррелограмма нормальної електроенцефалограми (за Бреже); 2 - автокоррелограммы ЕЕГ хворого з правобічної пухлиною мозку. Внизу наведено зразки вихідних електроенцефалограм (за Бреже і Барлоу); 3 - взаємна кореляція електроенцефалограм двох півкуль головного мозку здорової людини. Вгорі вказані величини тимчасової затримки (миллисек); 4 - те ж у хворого з правобічної менингиомой (за Бреже).