CC BY
53
ББК 87.632
ДИАЛОГОВЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Н.Л. Беличко, М.С. Зеленкевич, А.В. Лучинин, А.В. Чурсинов
ТРТУ, ул. Чехова, 2, т. 312-014, E-mail: [email protected]
Важнейшим способом изучения роли фактора времени в функционировании живых систем и их временной организации является исследование биологических ритмов (циклов). Под биоритмами понимают устойчивые периодические колебания структурных и функциональных параметров биологических систем. Ритмичность биологических процессов расценивается как фундаментальное свойство живого, лежащее в основе его организации [1]. Использование хронобиологии в медицине ведет к пересмотру традиционных методов профилактики, диагностики и лечения заболеваний. При этом внедрение хронобиологических принципов профилактики, диагностики и лечения заболеваний немыслимо без автоматизации медико-биологических исследований. Ритмичность функционирования клеток, органов и организмов ставят перед исследователями в медицине и биологии задачу более дифференцированного, точного и объективного определения нормы физиологических и биохимических параметров жизнедеятельности с учетом всего спектра биологических ритмов.
Временные ряды функций поведения биологических объектов могут носить квазициклический характер. При этом спектральный анализ во многих случаях оказывается неэффективным [2]. Для повышения эффективности процедуры выделения аддитивных квазициклических составляющих при экспериментальном исследовании иерархии биоритмов организма человека - оператора использована идея фильтрации по скорости изменения процессов.
Полученные экспериментально временные ряды значений электрокожного сопротивления (ЭКС) рук, измеренные по стандартной методике в течение более 400 дней, сглаживались сплайнами по ежедневным измерениям, вычислялось среднее значение ЭКС за день, восстанавливались недостающие до еженедельной непрерывности точки (так же сплайнами, см. график а) рис.1).
В качестве фильтра была выбрана функция Y[i0,j]:=(Y[i0,j]+Y[i1,j]+Y[i2,j])/3, где: [i0,i1,i2] - скользящие порядковые номера данных;
j - номер текущей процедуры фильтрации.
На дисплей выдавались результаты j-ой процедуры фильтрации и в диалоговом режиме определялась достаточность ее для вычисления К-дневной квазициклической составляющей процесса. В частности, была выделена составляющая с периодом Т1~120 дней (см. график б) рис.1).
Далее, из исходной функции вычиталась полученная в процессе фильтрации функция с коэффициентом передачи К-дневной составляющей, соответствующей степени j. Коэффициент передачи может уточняться по локальному минимуму энергии остатка. Остаток анализировался подобным же образом.
Таким способом были выделены три квазициклических (гармонических) аддитивных составляющих в исходном процессе (с периодами Т2~Т1/3, Т3~Т2/4, Т4~Т3/3, соответствующие графикам г), д) и е) рис.1). Остаток по энергии составил не более 5%, что говорит не только об эффективности математической процедуры анализа, но и о достаточной значимости исходного экспериментального материала.
Рис.1. Обработка экспериментальных данных
Предложенный подход дает качественное решение разделения процессов. Количественную сторону в некоторых случаях можно улучшить, используя двухэтапную фильтрацию: высокочастотную, затем низкочастотную
В перспективе планируется проведение эксперимента по выявлению циркадианных, ультрадианных и высокочастотных ритмов (по классификации, приведенной в [3]). Все это позволит разработать методику прогноза состояния человека - оператора, расчета оптимальных индивидуальных графиков работы и отдыха операторов, определения состава смен при групповой работе, определения времени назначения корректирующих внутрисменных и послесменных процедур, составления графиков отпусков, определения времени назначения профилактических процедур, лечения и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Латенков В.П. Хронобиология: проблемы и перспективы. В сб.
«Циклические процессы в природе и обществе». - Ставрополь, изд.
СГУ, 1994 г., вып.1, с. 57-65.
2. Романов Ю.А. Проблемы хронобиологии. - М.: Знание, 1990 г., 82 с.
3. Моисеева Н.И., Сысуев В.М. Временная среда и биологические ритмы.
- Л.: Наука, 1981 г., 120 с.
ПРОБЛЕМА КОРРЕЛЯЦИИ БИОРИТМОВ ЧЕЛОВЕКА И СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ В СВЕТЕ КОНЦЕПЦИИ «УНИВЕРСАЛЬНОГО СПЕКТРА»
СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Н.И. Васильева
ТРТУ, ул.Чехова, 2, т. 312-014, E-mail: eniom.ru
Эффект корреляции между различными «земными» и «космическими» периодическими процессами, в том числе между биоритмами человеческого организма и ритмами солнечной активности, хорошо известен. Впервые идея существования некоторого глобального синхронизатора основных земных периодических процессов была сформулирована А.Л.Чижевским, считавшим, что они обусловлены вариациями солнечной активности. Учитывая, что Солнце является основным источником энергии, это предположение выглядит вполне правдоподобным, тем более, что имеются вполне достоверные данные о корреляциях между известными вариациями солнечной активности и рядом наиболее важных земных периодических процессов, таких как климатические, геомагнитные, сейсмические и даже социально-политические циклы. Однако почти во всех случаях непонятен механизм этой корреляции, характер причинной связи между различными колебаниями с одинаковыми или почти одинаковыми спектрами. Проблема состоит в том, что практически во всех случаях речь идет о влиянии пренебрежимо малого воздействия извне на природный периодический процесс.
Ряд исследований показал, что длиннопериодные изменения солнечной активности слишком малы по амплитуде, чтобы оказывать существенное влияние на отдельный организм и на биосферу в целом. Обнаружилось, что «солнечные» периоды относятся к классу наиболее распространенных биоритмов, охватывающих как жизнедеятельность отдельных организмов, так и целых популяций. Более детальные исследования показывают, что солнечные циклы не «отслеживаются» организмом в точности; речь может идти только о квазипериодических закономерностях с более-менее постоянной средней величиной периода. «Отклики»
