Управление в биологии и медицине

Проблема управления сложными биологическими объектами и процессами в этих объектах – одно из наиболее актуальных направлений в теории управления. В современных мировых индексах цитирования первые двадцать мест безраздельно отданы научным журналам в этой области.

Работы по применению методов теории управления в биологии и медицине стали развиваться в Институте с начала 60-х годов прошлого века. Сначала в ИАТе занимались математическим моделированием процессов управления в различных физиологических системах организма, исследовали динамику развития патофизиологических процессов на разных уровнях их организации, изучали механизмы восприятия, несколько позже приступили к анализу совместного функционирования естественных и искусственных систем.

В 1962 г. в лаборатории М.А. Айзермана появилась первая “бионическая группа”. Целью её создания было ознакомление с проблематикой управления в живых организмах. Одной из исследовавшихся задач была проблема минимизации болевого раздражения у животных. Кроме того, удалось разработать метод объективной оценки состояния двигательного аппарата человека, основанный на спектральном анализе структур головного мозга, который впоследствии использовался для коррекции хода хирургических операций у больных паркинсонизмом.

В середине 60-х годов математические методы стали применяться для исследования действия лекарственных препаратов (А.М. Петровский). Примерно в то же время началось изучение вопросов управления искусственным сердцем. Эти работы дали старт широкому фронту исследований в области изучения гомеостаза организма и разработки искусственных внутренних органов. В 1968 г. в издательстве “Медицина” была опубликована книга В.И. Шумакова (ныне академика РАН), В.Н. Новосельцева и др. авторов “Математическое моделирование физиологических систем организма” – первая монография, которая отражала результаты работ Института по изучению проблемам управления в биологии и медицине.

С конца 60-х годов в Институте были организованы исследования по математическому моделированию нейронных структур и отдельных нейронов (лаборатория Н.В. Позина). Впоследствии эти работы привели к двум продолжениям: во-первых, они вылились в планомерное изучение поведенческих процессов и процессов восприятия звуков на слух; во-вторых, благодаря им удалось разработать математические модели нейронных полей и осуществить анализ распространения по ним волн возбуждения. В последнем случае были исследованы и волновые явления, характерные для сердечно-сосудистой системы (лаборатория Б.Я. Когана). В это же время в лаборатории Д.И. Агейкина велись работы по изучению пульсовой диагностики.

В 70-х годах был начат серьёзный цикл исследований, посвящённый разработке крупноблочного описания системы здравоохранения (лаборатория А.М. Петровского). В рассматриваемый круг вопросов входила разработка алгоритмов построения обобщённых индикаторов регионального развития и создание медико-демографических моделей населения регионов. Тематика управления здравоохранением оказалась востребованной не только в нашей стране, но и широким международным сообществом (отдельные вопросы изучались в рамках проекта “Народонаселение” Международного института прикладного системного анализа, г. Лаксенбург, Австрия). В онкологической практике стали применяться алгоритмы распознавания образов (лаборатория А.Я. Лернера).

С середины 70-х годов круг проблем управления в медико-биологических системах, которыми занимались в ИПУ АН СССР, существенно расширился. Продолжались исследования по управлению мышечной активностью. В 1974 г. в издательстве “Наука” вышла монография М.А. Айзермана, Е.А. Андреевой, Э.И. Канделя и Л.А. Тененбаума “Механизмы управления мышечной активностью. Норма и патология”. В книге исследовались проблемы так называемой “инженерной физиологии”, связанные с работой естественных систем человеческого организма в искусственном окружении. Целью подобных исследований является формализация представлений о жизни здорового или больного организма в техносфере. К той же области относились и другие проводившиеся в Институте работы по: (а) изучению методов лечения гипертонии и сахарного диабета, (б) разработке подходов к анализу теплового защитного снаряжения и средств доставки лекарственных препаратов в организм больного, (в) решению проблемы математического моделирования гомеостаза организма человека. В 1978 г. в издательстве “Физматгиз” вышла монография В.Н. Новосельцева “Теория управления и биосистемы. Анализ сохранительных свойств”. В том же году публикуется книга Н.В. Позина “Элементы теории биологических анализаторов”, посвящённая итогам его многолетних исследований (Никита Владимирович ушёл из жизни в 1977 г.)

Продолжало развиваваться и международное сотрудничество: в 1983 г. в Польше вышла монография А. Верыньского и В. Новосельцева (Werynski A., Novoseltcev V. “Kompartmentowe modelowanie procesow sterowania w systemach fizjologicznych”). Позже эти работы получили развитие в области токсикологии (исследования на эту тему продолжаются и поныне).

Институт принимал активное участие в пропаганде научных знаний в этой области. С начала 80-х годов в Большой Медицинской Энциклопедии был создан редакционный совет по медицинской кибернетике, во главе которого стояли член-корреспондент АН СССР С.В. Емельянов, которого после избрания его действительным членом Академии наук сменил член-корреспондент АН СССР О.И. Авен.

Исследования по организации системы здравоохранения страны продолжились и в дальнейшем. В частности, были созданы компьютерные системы по сбору данных о здоровье населения и по определению групп риска. В 90-х годах была разработана компьютерная технология ЭДИФАР для сбора данных о населении, установленная в ряде регионов России. По результатам работы этой системы в одной из клиник г. Москвы в 1999 г. была опубликована монография Ю.А. Потанина, Л.А. Дартау и О.В.  Белоконь “Компьютерная технология ЭДИФАР как средство сбора данных от населения”.

В конце 90-х была решена задача междисциплинарного моделирования сложных медико-биологических систем, нашедшая применение при анализе острых отравлений различными ядами (ядами бледной поганки, газами хлор и аммиак). В данном случае основное внимание уделялось моделированию катастроф в сложных системах, причем в качестве одного из реальных вариантов математического понятия “катастрофа” рассматривалась и смерть организма.

С началом XXI века в Институте были организованы работы по комплексному исследованию механизмов старения и смертности у различных видов животных (дрозофила, нематода, средиземноморская плодовая мушка) и у человека. Кроме того, на базе применения методов распознавания образов начались исследования по геномике.