Биологическая и биотехническая системы как объекты исследования

Система как объект исследования. Основные понятия

Современная медицина и биология широко используют измерения и различную измерительную и регистрирующую технику для решения самых разнообразных задач по исследованию организма. Необходимым условием эффективности этих исследований является оснащение лечебных и научных учреждений совершенными методами исследования и современным оборудованием.

При проведении биологических и медицинских исследований используется большой арсенал методов и средств, предназначенных для измерения различных медико-биологических показателей, а также для регистрации и анализа физиологических процессов, протекающих в организме.

Результаты исследований представляются в виде набора чисел и графиков, отражающих состояние биологического объекта во время проведения исследований.

Приступая к изучению неизвестного объекта, исследователь стремится рассмотреть его с разных точек зрения, проанализировать с нескольких позиций. Для этого ему приходится использовать различные методы и способы получения и обработки информации от объекта, формирования информативных показателей и алгоритмов принятия решения. Так как на процесс исследования влияет большое количество трудно учитываемых факторов, то всегда необходимо оценить соответствие полученных количественных и качественных характеристик действительному состоянию объекта исследования. При изучении биологического объекта оценка этого соответствия становится особенно важной, так как в зависимости от состояния определяется дальнейший ход исследований, диагностики, терапевтических или хирургических воздействий.

Для того чтобы разобраться в огромной информации, поступающей от исследуемого объекта, необходимо ясное понимание особенностей биологического объекта, его структуры и законов функционирования. Знание особенностей биологических объектов необходимо при решении многих задач, например, как диагностика заболеваний и выбор лечебных мероприятий, контроль за состоянием тяжелобольных и вопросы реабилитации после продолжительных лечений, управление нарушенными функциями организма с помощью искусственных органов и создание биоуправляемых роботов-манипуляторов, поддержание жизнедеятельности организма в экстремальных условиях и оценка профессиональной пригодности, оптимизация систем «человек-машина» и связанное с этим изучение поведения человека-оператора и т. д.

В развитии системного проектирования большую роль сыграла кибернетика, которая впервые открыла возможность формального описания и анализа систем управления самой различной природы.

Одной из разновидностью системного подхода к исследованию наиболее сложных проблем науки, например системный анализ — анализ проблем с позиций, системного подхода, помогающий связать между собой все известные факты и взаимосвязи, которые составляют существо анализируемой проблемы, и создать обобщенную модель, отображающую эту проблему с максимально возможной степенью полноты. Системный анализ может быть использован как при постановке и решении новых проблем, так и при изучении уже существующих объектов, в том числе созданных природой и человеком.

Он помогает исследователю глубже понять особенности организации живых систем. При разработке новых систем, особенно биотехнических, в которых биологический объект включается в качестве одного из звеньев, большое значение приобретает системный синтез — синтез систем с позиций системного подхода, позволяющий на основании исходных данных (которые включают сведения о назначении системы, ее характеристиках и функциях), знании элементной базы и опыта проектирования подобных систем предложить обобщенную модель системы, отвечающую поставленным задачам с максимально возможной степенью соответствия при вводимых ограничениях на выбор характеристик ее компонентов.

При анализе методов медико-биологических исследований необходимо обращать Особое внимание на их метрологический аспект, связанный с повышением точности и достоверности получаемых измерений. Биологический объект характеризуется огромным количеством показателей — статических и динамических, количественных и качественных, измеряемых прямыми, а чаще косвенными методами. Любой процесс измерения, связанный с подключением датчика информации, можно характеризовать методическими погрешностями, специфическими для того или иного метода. Например, контактные датчики, взаимодействуя с объектом исследования, искажают изучаемые процессы, а сам объект влияет на характеристики датчика. Эти источники погрешностей могут привести к значительным ошибкам при измерении медико-биологических показателей или регистрации физиологических процессов. Анализ подобных методических погрешностей, оценка их доли в общей погрешности исследования невозможны без знания особенностей биологической системы.

Эффективность подобных систем полностью определяется тем, насколько точно будут согласованы характеристики этих звеньев, обеспечена единая информационная среда, в которой происходит взаимодействие разнородных звеньев, и соблюден принцип адекватности при выборе средств воздействия. С позиций общей теории систем синтез биотехнических систем можно отнести к одному из видов прикладных системных теорий наряду с системотехникой, инженерной психологией, эргономикой и т. д., где соблюдение принципов системного проектирования является непременным условием для достижения высокого качества синтеза.