WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |

Моделирование в фазовом пространстве состояний психофизиологических функций учащихся югры

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи










Филатов Михаил Александрович




Моделирование в фазовом пространстве состояний психофизиологических функций учащихся югры




АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук




Специальность 03.01.02 Биофизика (биологические науки)















Сургут 2010

Работа выполнена в НИИ Биофизики и медицинской кибернетики

ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры»

Научные консультанты:

ПОПОВ Юрий Михайлович

доктор биологических наук, профессор

ПЯТИН Василий Федорович

доктор медицинских наук, профессор


Официальные оппоненты:

ВЕдясова Ольга Александровна

доктор биологических наук, профессор

Ковалев Игорь Викторович

доктор медицинских наук, профессор

НИФОНТОВА Оксана Львовна

доктор биологических наук, доцент


Ведущая организация: Институт биофизики клетки РАН (г. Пущино)

Защита состоится «23» октября 2010 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 800.005.02 при Сургутском государственном университете по адресу: г. Сургут, пр-т Ленина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сургутского государственного университета по адресу: 628400, г. Сургут, ул. Ленина, 1

Автореферат разослан «22 » сентября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Е.В. Майстренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развивающаяся наука синергетика испытывает большие методические трудности, которые связаны с постоянными попытками перехода от детерминистских моделей и методов сразу в теорию хаоса и синергетики (ТХС). В ходе реализации таких попыток возникает принципиальная проблема в описании и прогнозировании хаотических процессов – невозможно отдельной траекторией или точкой в пространстве (как это делается в детерминистском или стохастическом подходе – ДСП) описывать хаотический процесс, для которого положение точки в фазовом пространстве состояний в данный момент времени ничего не означает для прогноза ее дальнейшего движения к конечному состоянию к произвольному моменту времени t. Это противоречие еще более усиливается, если учитывать главный постулат синергетики Г. Хакена: ”…мы не работаем с отдельными элементами системы (с отдельной точкой в фазовом пространстве состояний (ФПС)), а только с совокупностью элементов, с подсистемами”.

Все постулаты Г. Хакена (1970-2009) принципиально перечеркивают детерминистский подход и нивелируют значение траектории поведения биологической динамической системы (БДС) в фазовом пространстве состояний (ФПС). На сегодняшний день, разработанный в НИИ БМК СурГУ компартментно-кластерный подход (ККП) (Еськов В. М., 1999-2009), дает гибридное описание поведения БДС в ФПС с позиций детерминизма и теории хаоса и синергетики (ТХС) одновременно. Компартментно-кластерный подход (ККП) является мостиком между ДСП и ТХС и базируется на компартментно-кластерной теории биологических динамических систем (ККТБ). Важность последней теории трудно переоценить, т.к. именно в рамках ФПС сейчас создается новая теория идентификации и описания поведения биологических динамических систем (БДС). Эта новая теория базируется на измерениях параметров биосистем в ФПС и может уже не оперировать к конкретными уравнениями, а основываться на идентификации параметров квазиаттракторов поведения БДС в фазовом пространстве состояний (ФПС). При этом числовыми характеристиками являются параметры этих квазиаттракторов. Такая трансформация ДСП в ТХС привела к смене парадигм, в частности, переходу к синергетической парадигме. Основа этой трансформации, по мнению безвременно ушедшего от нас С.П. Курдюмова (1997-2003), базируется на понимании сложности «человекомерных систем». А это не только организм человека, но и динамика человеческой цивилизации, биосферы Земли в целом.



В рамках этого нового подхода становится возможным решение задачи формальной идентификации параметров порядка (ПП) и русел (основных законов поведения БДС в ФПС), т.е. возможно решение задач системного синтеза. Для формализации этой фундаментальной проблемы теореии хаоса и синергетики (ТХС) коллективом сотрудников НИИ БМК при Сургутском государственном университете разработаны и запатентованы алгоритмы и программы ЭВМ, которые обеспечивают минимизацию размерности фазового пространства состояний и идентификацию наиболее важных диагностических признаков, т.е. параметры порядка (ПП) для БДС, находящихся в стационарных и квазистационарных состояниях.

В рамках нового подхода возникает двузначность в моделировании - описание траектории движения как отдельного элемента БДС в ФПС, так и целого кластера элементов. Эта двузначность порождается методами компартментно-кластерной теории биологических динамических систем (ККТБ) и следует из всего синергетического подхода, тем самым еще раз демонстрируя универсальность и полезность ККТБ для описания поведения БДС со свойствами вариабельности и описания поведения БДС в рамках уже новой теории хаоса и синергетики (ТХС). В целом, и ККТБ, и уже новая ТХС имеют в своей основе учет принципов обязательной вариабельности поведения БДС в фазовом пространстве состояний (ФПС). Однако, в рамках ККТБ эти вариабельности (по аналоги флуктуаций в физике) не учитываются явно, а постулируются наличием некоторого размытого (вариабельного) множества элементов в виде компартмента или кластера. При этом подразумевается, что компартмент или кластер содержит элементы, варьирующие (мерцающие - glimmering) не только в динамике поведения, но и в свойствах самих элементов (изменчивость морфологических свойств и параметров, вариабельность параметров функционирования и т.д.). В то же время в ТХС также учитывается реальная вариабельность в динамике поведения БДС, что позволяет нам говорить о вариабельности движения вектора состояния системы (ВСС) конкретной биологической динамической системы (БДС) в рамках движения в пределах некоторых квазиаттракторов в фазовом пространстве состояния (ФПС).

Введение вариабельности в расчеты БДС и их количественная оценка уже были заложены как в постулатах Г. Хакена по синергетике, так и в ККТБ (в определении компартмента или кластера), но только в теории хаоса и синергетики (ТХС) вариабельность (изменчивость) получила полные права, т.е. возникла возможность ее количественного описания. В настоящее время усилиями Сургутской научной школы в области разработки синергетических методов для изучения сложных биофизических систем разработаны и обоснованы пять критериев (особенностей) биологических динамических систем (БДС), которые их существенно отличают от других природных систем и технических объектов. После фундаментальных работ Е.П. Хижняка, Е.Е. Фесенко, Г.Р. Иваницкого (1996-2009 г.г.) по обоснованию кластерного строения воды (что требует модификации уравнений теплопроводности, диффузии и вязкости), а также создания математического аппарата компартментно-кластерной теории биологических динамических систем (ККТБ) научной школой В.М. Еськова (1988-2009 гг.) компартментно-кластерная структура любых биосистем как первое свойство получила дальнейшее развитие. Вторым важным свойством БДС является их свойство постоянной изменчивости (glimmering system). Третье и четвертое свойства БДС связаны с их постоянной эволюцией и телеологичностью. Наконец, пятое свойство БДС, которое также исследуется в настоящей работе – это возможность выхода БДС за пределы интервала 3-х сигм (средне – квадратичных отклонений). Разработка методов моделирования БДС в рамках всех 5-ти указанных свойств является актуальной проблемой биофизики сложных систем и составляет основу настоящей работы на примере психофизиологических функций человека.

Учет всех пяти особенностей БДС порождает необходимость создания новых методов и моделей на их основе для описания и прогноза динамики поведения кластерных, “мерцающих”, эволюционирующих, телеологичных, выходящих за пределы 3-х сигм биосистем. Одно из возможных направлений решения этой фундаментальной проблемы нам представляется на базе теории хаоса и синергетики. В этом случае возникает возможность количественного учета всех вышеперечисленных 5-ти свойств биосистем с использованием многомерных фазовых пространств состояний (ФПС), методов расчета параметров квазиаттракторов. В этих многомерных ФПС на базе построения матриц межаттракторных (межквазиаттракторных) расстояний возможна разработка новых методов и программных продуктов для обработки и анализа кластеров данных, например, по психофизиологическим показателям учащихся, проживающих на севере Российской Федерации (РФ) на территории Северо-Западной Сибири - в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре, а также при их переездах на юг европейской части РФ. Отметим, что вывоз детей Югры в оздоровительные лагеря приобретает массовый характер, что требует длительного изучения в том числе и методами биофизики. Это и определило актуальность настоящей работы.





Создание новых биофизических подходов, методов и моделей в рамках синергетической парадигмы, с учетом особых свойств биосистем должно обеспечить дальнейшее развитие не только биофизической науки, но и естествознания в целом. При этом именно успехи в области биофизики сложных систем могут создать определенную положительную динамику развития синергетики в естествознании и дальнейшем продвижение методов теории хаоса и синергетики (ТХС) в биологические и медицинские науки.

Цель исследования: разработка новых биофизических методов и подхода в целом для описания и моделирования динамики поведения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний и их апробация на примере сравнительного анализа психофизиологических параметров учащихся Югры.

Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи:

  1. Создать новые авторские методы моделирования и идентификации состояния психофизиологических функций человека в фазовом пространстве состояний.
  2. Разработать методы анализа мнемических функций и построение их математических моделей для разных возрастных групп населения.
  3. Исследовать особенности параметров моделей памяти у учащихся коренного и пришлого населения Югры, на базе модельного сравнения параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния их мнемических функций.
  4. Исследовать функциональную асимметрии полушарий учащихся (девочки и мальчики) профильной и непрофильной школы в связи с особенностями состояний объемов квазиаттракторов параметров памяти.
  5. Разработать программный продукт и модели в фазовом пространстве состояний для изучения сенсомоторных реакций человека.
  6. Изучить на моделях в фазовом пространстве состояний особенности поведения параметров восприятия и переработки информации учащихся в аспекте возрастных и гендерных различий.
  7. Методом фазовых пространств выполнить гендерный и возрастной анализ параметров квазиаттракторов сенсомоторных реакций пришлого населения Югры.
  8. Выполнить сравнение моделей в фазовом пространстве состояний поведения вектора состояния психофизиологических функций учащихся при широтных перемещениях (кратковременные поездки на юг европейской части РФ) и оценить эффективность традиционных стохастических расчетов в сравнении с синергетическими моделями.

Научная новизна работы:

  1. Впервые созданы и запатентованы новые методы моделирования состояния психофизиологических функций человека, обеспечивающие идентификацию параметров квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний.
  2. Разработан и зарегистрирован в Федеральной службе по интеллектуальной собственности патентам и товарным знакам программный продукт, обеспечивающий создание математических моделей памяти для разных возрастных групп учащихся.
  3. Выявлены с помощью моделей количественные различия параметров функций памяти для учащихся, представителей коренного и пришлого населения Югры.
  4. Получены количественные данные о возрастных различиях параметров квазиаттракторов мнемических функций коренного и пришлого населения округа.
  5. Установлены новые количественные различия параметров квазиаттракторов мнемических функций испытуемых с разной латерализацией функциональной асимметрии полушарий, в частности, повышение качества успеваемости приводит к снижению размеров квазиаттракторов психофизиологических функций учащихся. Наблюдается наибольшие суммарные расстояния в ФПС для правополушарных девочек и левополушарных мальчиков из непрофильной школы
  6. Расчет матриц межаттракторных расстояний показал, что расстояния между центрами квазиаттракторов когнитивных функций учащихся с низкой успеваемостью профильной и непрофильной школ меньше, чем значения расстояний между квазиаттракторами когнитивных функций учащихся с высокой успеваемостью этих двух типов школ.
  7. Установлены количественные различия в параметрах квазиаттракторов психофизиологических функций учащихся при переездах с севера на юг Российской федерации и обратно. Показана эффективность новых синергетических методов в таких расчетах.

Теоретическая и практическая значимость работы:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.