Sunday, October 23

Лаборатории Интернет Технологий


Кафедра биофизики и биокибернетики

Б.М.Владимирский, д.б.н., проф., зав.каф. биофизики и биокибернетики, директор НИИ, 

Р.Е. Вербицкий, администратор ЛВС НИИ, 

В.В. Сердюков, старший инженер НИИ, 

А.Г.Сухов, д.б.н., зав. отделом НИИ

Использование Интернет, открывает новые возможности в реализации технологий, но  успешное использование этих возможностей станет реальностью после решения некоторых возникающих проблем  и ответа на ряд актуальных вопросов. Одной из таких проблем является дистантное проведение работ. В самом деле, сейчас уже понятно как организовать изучение и контроль при изучении теоретических курсов. Проблема получения практических навыков будет оставаться  в ближайшие годы одной из основных методических проблем.
Здесь возможны, по крайней мере, две ситуации. Первая более простая и связанная с физико-математическими и техническими курсами, когда достаточно полно известна модель изучаемого объекта или процесса. В этом случае можно виртуально воспроизвести этот объект или процесс и экспериментировать с этой виртуальной реальностью в ходе выполнения лабораторной работы. Естественно, что при этом возникает много сложностей, но, в основном, это сложности технического характера и они преодолимы.
Вторая ситуация, имеющая место, например, при изучении дисциплин биологического цикла существенно более сложна. Речь идет о получении навыков изучения поведения животных и т.д. Здесь не представляется возможным создание достаточно адекватных виртуальных объектов и работа с ними. Поэтому речь должна идти об организации дистанционного доступа к реально существующим и функционирующим лабораториям. Речь  пойдет о лабораторном комплексе для дистанционного on-line изучения с помощью сети Internet двигательного поведения мелких животных (крыс, морских свинок и т.д.)
Двигательная активность животных является естественным индикатором анализаторной деятельности мозга и его функционального состояния. Необходимость объективной регистрации скорости, длительности, частоты, последовательности различных поведенческих актов существует в экологии, зоологии, физиологии, биохимии и многих других науках при изучении механизмов восприятия и анализа информации, обучения и памяти, процессов адаптации и развития стресса, характера действия различных физических, химических и фармакологических факторов на организм.
Из других процессов, которые могут эффективно исследоваться по двигательной активности следует отметить также формирование условных рефлексов; определение функционального состояния животных, уровня их возбудимости, беспокойства, стрессированности или, наоборот, заторможенности и т.д.
Несмотря на информативность показателей двигательной активности, до настоящего времени нет достаточно простой, надежной и объективной методики автоматической регистрации поведения животных, в связи с чем по-прежнему используется традиционный метод открытого поля с регистрацией различных форм поведения животных самим экспериментатором.
В НИИ нейрокибернетики разработана оригинальная методика автоматической регистрации и анализа двигательного поведения  животных с возможностью стимуляции и управления поведением  в режиме реального времени.
Используемый для реализации методики программно-аппаратный комплекс позволяет осуществлять автоматическую регистрацию поведения и двигательной активности: выделение двигательных актов – горизонтальных перемещений в плоскости полигона, вертикальных стоек, состояния покоя и локальной деятельности, к которой  относятся мелкие двигательные акты – почесывание, груминг, поедание пищи. Координаты животного определяются с точностью до 1 мм по пространству и до 5 мс по времени. Длительность регистрации может составлять от нескольких минут до нескольких часов или дней и ограничена объемом свободной памяти на жестком диске ПЭВМ.
Аппаратная часть экспериментального комплекса состоит из весо-координатной тензометрической платформы, устройства регистрации вертикальных стоек животного, усилителей и компьютера, оснащенного платой ввода-вывода (АЦП, ЦАПы, TTL-порты).
Программное обеспечение (ПО) включает набор программ, выполняющих следующие функции:
¦       регистрация перемещения животного в реальном времени с отображением на экране монитора местоположения, траекторий движения, вертикальных стоек;
¦       подача звуковых и световых стимулов, управление подачей воды и пищи в зависимости от текущего анализа поведения животного;
¦       выделение основных поведенческих актов (покой, перемещение, груминг, локальная деятельность, стойки, потребление воды и пищи).
Результаты могут быть представлены в виде:
¦       траектории движения животного,
¦       протокола опыта (время, поведенческий акт, координаты, стимулы и т.д.),
¦       интегральных показателей - суммарных времен поведенческих актов,
¦       суммарного пути, скорости перемещения и т.д.


















Аппаратная часть комплекса

Существует целый набор общих и частных регистрируемых и вычисляемых показателей:
¦       координаты центра тяжести животного;
¦       траектории пробежек;
¦       моменты стоек;
¦    суммарная диаграмма времени нахождения в выделенных состояниях;
¦       средняя скорость передвижения;
¦       суммарный путь, пройденный за время;
¦       среднее расстояние, пройденное за одно передвижение;
¦       время начала и окончания отдельного состояния;
¦       число отдельных состояний;
¦       среднее время нахождения в конкретном состоянии;
¦       распределение состояния по оси времени;
¦       вероятность перехода в другое состояние.
Компьютер, осуществляющий управление экспериментом, подключен к WEB-серверу посредством локальной вычислительной сети (ЛВС). Текущее состояние отображается через WEB-интерфейс. Регистрация подачи стимулов и управляющих воздействий  осуществляются через CGI-шлюз. Через WEB-интерфейс наблюдатели могут получить результаты в виде файлов данных, графиков, гистограмм, рисунков.     
Рассматриваемый комплекс позволяет ставить и решать достаточно широкий круг задач, таких, например, как изучение спонтанного поведения животных; изучение поведения при выработке условных рефлексов; сравнительное изучение особенностей разных видов поведения; изучение поведения при действии различных внешних факторов; изучение циркадианных ритмов и т.д.
При этом пользователи имеют возможность выбирать по своему усмотрению такие переменные как модальность стимулов; количество стимулов; параметры стимулов; моменты подачи стимулов; способ подачи стимулов и некоторые другие.
Разработаны условия пользования, состоящие в том, что используя WEB-форму необходимо зарегистрироваться на WEB-сайте, сделать заявку с  использованием электронных средств коммуникаций в реальном времени, с учетом задержек сетевого соединения, можно получить исходные и/или обработанные   данные по e-mail или ftp-протоколу. Существуют и некоторые другие условия пользования, определяемые условиями договора на разработку и ввод в эксплуатацию данных.
Анализ параметров регистрации временных и пространственных характеристик двигательной активности крыс существенно превосходит известные зарубежные аналоги. Оригинальный программно – аппаратный комплекс существует в настоящее время в единственном экземпляре в НИИ НК РГУ, что ограничивает  потенциальные возможности его более эффективной эксплуатации. В связи с этим, весьма актуальной становится задача сделать лабораторию практически доступной для студентов, преподавателей и научных сотрудников различных вузов, с  помощью Internet использовать   метод автоматической регистрации и анализа поведения с широким спектром учебно-исследовательских задач, что позволит решить проблему получения практических навыков в выполнении ряда работ и практикумов.

No comments:

Post a Comment

You can write whatever you want, but technically, the precise mathematical-statistical forecast of earthquakes based on information about the behavior of wild and domestic animals, birds, fish, and individuals available from 1995, with the advent of social networking.

THE STRUCTURE OF INPUT BIG DATA: API applications to social networks

Loading...