fbpx
ОСТАННІЙ ПОДКАСТ

Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

Читати

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Повідомлення успішно надіслано

Для пошуку
введіть назву запису
Медицина — 16.01.20
ТЕКСТ: Ольга Рашевська
Ілюстрації: Каталіна Маєвська
Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
Ctrl+Enter.
Від серця до серця: біокібернетика Миколи Амосова

«У людини достатньо розуму, щоб створювати різні штуки, але мало, щоб оцінити їхні наслідки». Ця фраза належить Миколі Михайловичу Амосову, талановитих рук якого світові бракує вже 17 років.  Суспільство донині користується його внесками в науку. Амосов прагнув займатися біокібернетикою і створювати ідеальні моделі, але присвятив себе хірургічним операціям на серці.

 

Біокібернетика: що, коли, навіщо?

 

У сучасному світі кібернетика як цілісна наука вивчає складні системи та взаємодії, що в них відбуваються. Термін «біокібернетика» енциклопедії описують як «науковий напрямок, що використовує ідеї, методи і засоби кібернетики для дослідження процесів управління в живих істотах». Тобто це дослідження і моделювання біологічних процесів за допомогою математики і комп’ютерних технологій. 

 

Для сучасності такі постулати здаються звичайним явищем. Проте біокібернетика зародилася ще у 60-х роках ХХ століття, коли розквіт ЕОМЕОМ (електронно-обчислювальна машина)–програмно-керований пристрій для обробки інформації, комп’ютер. лише почався. Самі ЕОМ вважалися технологічним дивом, а складні алгоритми – чимось на кшталт наукової фантастики. Науковці, які потрапили в цю течію, випередили свій час. Вони бачили широкі перспективи для біокібернетики, усвідомлювали, що це майбутня реальність, яка розпочинається вже зараз. Проте в Радянському Союзі кібернетика разом з генетикою вважались хибними науками. Комуністична система тиснула на гальма, не давала розвивати ці напрями, вчених переслідували. Так тривало аж до середини 50-х років. 

 

Біокібернетика почала розглядати мозок як цілісну систему управління всім організмом. Незабаром на дереві кібернетичних наук відокремилися ще одна гілка – медична кібернетика. Завдяки спадщині цієї галузі сьогодні людство має біологічні протези, пристрої для оцінки стану людини під час фізичних навантажень, активно використовує кібернетичні моделі для вивчення процесів дихання, терморегуляції та інших процесів життєдіяльності.

 

В Україні розвиток біокібернетики пов’язаний з іменами Віктора Глушкова та Миколи Амосова. Вони були одними з перших на теренах СРСР та лідерами в Україні, які активно вивчали і розвивали цей напрям. У 1962 році Глушков створив перший в Радянському Союзі Інститут кібернетики Академії Наук Української РСР (зараз – Інститут кібернетики імені В. М. Глушкова НАН України) і був піонером у комп’ютерних технологіях. Амосов очолив вужчий напрям – відділ біокібернетики у складі інституту. Результати досліджень допомогли йому у розробці апарата штучного кровообігу та інших медичних пристроїв. У власному щоденнику, який Амосов вів до останніх днів, він підсумовував: «Близько 20 хірургічних та технічних винаходів. Непогано!»

 

Початок

 

Амосов народився 6 грудня 1913 року у далекому північному селищі Вільхове біля міста Череповець (сучасна територія Росії). Свого батька він майже не знав і зростав поруч з мамою, яка привчила майбутнього лікаря до цікавих книг, філософських роздумів та пізнання нових галузей. Після школи почалась стрімка кар’єра, а разом з нею – складний вибір. 

 

Відчуваючи поклик до інженерії, Амосов закінчив Лісомеханічний технікум у Череповці й отримав диплом техніка, працював механіком на Архангельскій електростанції. Механіка стає рушійною силою, яка штовхає його до наступного кроку – вступу до Всесоюзного заочного індустріального інституту в Москві.

 

В цей період Амосов вперше одружується, але швидко розлучається з дружиною. Також формуються його політичні погляди: «соціалізм визнавав, але до комуністичного начальства ставився погано і в армії служити не хотів. Можливо, вплинув гіркий досвід родини, оскільки в таборах згинули брат та сестра матері». Саме ці погляди кардинально змінюють його долю. Відштовхнувши механіку, він вступає до Архангельського державного медичного інституту, адже розуміє: медика в армію не візьмуть.

 

Обидва виші Амосов закінчив з відзнаками, ставши і механіком, і хірургом. До армії лікар не потрапив, проте Друга світова війна стала справжньою школою хірургії.

 

Він активно оперує на білоруських фронтах біля Брянська. За цей час стає справжнім віртуозом: вміє оперувати будь-які частини тіла, пише перші дисертації, розробляє власні методи оперування, проводить багато операцій на легенях.

 

Медична сестра Лідія Денисенко стає другою дружиною лікаря. В повоєнний час Амосови переїжджають до Москви, але не приживаються там: «У Москві прожили лише до березня 1947 року. Робота не подобалась: техніка не цікавила, а оперувати не давали. Дивитись на чужі операції набридло. Без хірургії Москва не приваблювала. Задумав виїжджати»

 

У Брянську Амосову дають гідні посади: головний хірург області та завідувач відділенням в обласній лікарні. Наступні шість років він оперує, пише наукові праці,  розробляє власні методики. Одна з них – резекція легеньРезекція легень – операція посічення або видалення частини уражених легень. під час раку та туберкульозу. В цьому напрямку він захищає лікарську дисертацію. «Шість років пройшли як у казці», – так згадував Брянськ Амосов. У 1952 році в Києві створюють нову клініку грудної хірургії, і Амосова запрошують очолити її. 

 

«Київ. Спочатку все не подобалося»

 

Амосов потрапляє до Києва з величезним досвідом та багажем знань, і знаходить тут своє друге покликання – біокібернетику. Щоправда, українська столиця не одразу приваблювала його: «Київ. Спочатку все не подобалося: квартира – одна кімната, хірургія бідна, працював в двох місцях, хворих мало, помічники ледачі». Згодом життя налагодилось. 

 

У києві Амосов прожив наступні 15 років. Катерина Шкабара – одна з учениць Сергія ЛебедєваСергій Лебедєв – радянський інженер, який працював у Києві; творець першого в континентальній Європі комп’ютера. познайомила лікаря з кібернетикою. Вона ж відрекомендувала Амосова Віктору ГлушковуВіктор Глушков – український вчений-кібернетик, засновник Інституту кібернетики української академії наук.. Знайомство переросло у тісну співпрацю: у складі Інституту кібернетики з’являється відділ біокібернетики на чолі з Амосовим.

 

Пізнати суть роботи органів і систем, їхню тонку взаємодію, змоделювати, передбачити хворобу, вивчити її поведінку – ось чого прагнув вчений. Він почав розглядати медицину з точки зору кібернетики. «Медицина – це насамперед патологія… Здоров’я – це виконання нормальних фізіологічних програм життя – «генеральної програми»… Хвороба – це нестійкий стан режиму системи, що саморегулюється, який виник внаслідок зовнішнього впливу або дефектів у власних програмах».

 

Так зароджується ідея створення особливої машини, яка може діагностувати, лікувати і самостійно навчатися. Завдяки цій ідеї розвинувся абсолютно новий напрям – симбіоз механіки, математичного моделювання та медицини – медична кібернетика.

 

Першим винаходом у галузі української біокібернетики була машина, яка самостійно ставила діагнози. Їй надавали симптоми, вона обробляла дані і вказувала хворобу. Задум був хорошим, але діагнози були неточними. Свій слід у сучасності машина все-таки залишила: завдяки їй з’явилися бланки з готовим переліком симптомів, в яких лікарі підкреслюють  потрібне.

 

Винахідник

 

Переломним моментом в інженерній діяльності Амосова став 1957 рік. Тоді у складі делегації лікарів він відвідав Мексику. Там побачив диво сучасної техніки – апарат штучного кровообігу. У світі ним вже користувались, у Союзі – лише починали. Пережитий досвід лікар описав так: «Враження величезне. Хай там що, але треба якнайшвидше добути АШК i почати оперувати! Тільки ж у нас нічого немає. Я чув, що в Москві, в Інституті інструментарію мають справу з АШК, та для Києва це недоступно. Отже, потрібно робити апарат самотужки! Конструкція не така вже й складна – я ж інженер. Проте в нас нема таких трубок і головне – нема гепарину проти згортання крові. Та я маю ще 15 доларів! Я не втримався: знайшов крамницю з медичними засобами і, виклавши всі свої заощадження, купив трубки та трохи потрібних ліків. Подорож закінчилася, залишилися наслідки. Принаймні два: анестезіологія і штучний кровообіг».

 

Після повернення Амосов спроектував аналог АШК за тиждень. Почалися експерименти, і в 1960 році вперше вдалося успішно прооперувати хлопчика.

 

Кібернетика для Амосова почалась після цієї подорожі. В лабораторії активно відпрацьовують операції з АШК, вдосконалюють його конструкцію. До розробки долучаються математики й інженери. У Радянському Союзі Амосов був третім, хто провів операції із апаратом штучного кровообігу, проте саме вони були найуспішнішими: «Так чи так, але у перший рік ми обігнали всіх – зробили 50 операцій і втратили лише 5 хворих».

 

Ідею створення штучних клапанів серця Амосов запозичив у США. Проте зіткнувся з тією самою проблемою: в Союзі обмаль ресурсів. Потрібен був нейлон для стулок, якого на радянських просторах не бачили. Тоді лікар віддає науці свою нейлонову сорочку, привезену з Італії. Її вистачило на 11 клапанів. Західний досвід виявився сумним. У хворих розвиваються рецидиви. Вчені роблять висновки: нейлон для клапанів не підходить. 

 

Починаються експерименти з кулеподібним клапаном. Амосов разом з лікарем-інженером Юрієм Кривчиковим успішно вдосконалюють конструкцію: «Вигадали обшивати все сідлоСідло–частина конструкціїї штучного кулеподібного серцевого клапана., щоб не було голого металу. В цьому випадку сідло обростає повністю, і тромб не утворюється. Друге, Юра Кривчиков замість кулі використав напівсферу, габарити зменшились практично вдвічі… Два роки ми були дуже обережними, вшивали лише найбільш приреченим, поки не впевнились у безпечності. Потім ці клапани по всьому Союзу застосовували 20 років»

 

Біблія кібернетики

 

Амосов розглядає мозок людини як цілісну систему. Вивчає його як механізм, що запускає психіку людини. Дослідження в цій галузі описані у його «Біблії кібернетики», опублікованої в 1965 році. На монографію «Моделювання мислення і психіки» орієнтуються наступні покоління біокібернетиків.

 

«Замало визнавати мозок матеріальним субстратом психіки. Треба показати механізм його дії, як він керує поведінкою людини… Мозок складається з багатьох мільярдів різних нервових клітин. Своєю чергою, кожна клітина побудована з величезного числа молекул різних типів. Ми вже не сумніваємось у тому, що взаємовідносини цих клітин і молекул визначають вчинки людей. Але остаточним доказом, який все пояснює, будуть моделі, що показують структуру мозку і відтворюють його функцію, тобто поведінку людини».

 

«Моделювання мислення і психіки» стало постулатом, який згодом переріс у створення роботів та штучного інтелекту.

 

Це були перші спроби описати роботу мозку і психіки на теренах Радянського Союзу. Головною ідеєю роботи Амосова в цьому напрямку є те, що основний функційний елемент нейромережі – це не окремий нейрон, а нейронний ансамбль. Він становить цілісну організовану структуру, яка відповідає конкретному образу у процесі мислення. Взаємодіючи між собою, ансамблі нейронів створюють мережу, всі елементи якої активні в будь-який момент часу.

 

Поняття «увага в процесі мислення» також знайшло своє відтворення. Система підсилення-гальмування (СПГ) є невід’ємною частиною нейромереж, виконуючи функції уваги. Це дозволяє мережі обробляти інформацію у конкретному напрямі (так само, як психіка концентрує увагу в процесі мислення). СПГ діє таким чином, що один образ не залишається довго в центрі уваги, тобто «перемикає увагу», що відповідає процесу свідомого мислення. Ідея СПГ за короткий проміжок часу дала змогу провести важливі результативні досліди у сфері складних функцій людського мислення. За результатами і висновками досліджень Амосов написав дві книжки – «Моделювання мислення та психіки» й «Автомати та розумна поведінка». На початку 60-х років такі видання навряд чи були б схвалені партією, проте у вже середині 60-х радянська наука почала використовувати кібернетику і психологію, а не лише вчення Павлова про рефлекси. Тому Амосову пощастило опублікувати книжки. 

 

Наступним логічним кроком у розвитку біокібернетики було створення мережі, яка відображає активність нейронів під час обробки інформації мозком – М-мережі (штучна нейроподібна мережаШтучна нейроподібна мережа – штучний аналог біологічної мережі, який за своїми параметрами максимально наближається до оригіналу.). Кожен елемент цієї структури відповідав ансамблю нейронів і був засобом для обробки аналогової інформації. СПГ допомогла М-мережі обирати найважливішу інформацію, тобто «ухвалювати рішення».

 

Кібернетика: розквіт та занепад

 

Середина 60-х років у житті Амосова присвячена вивченню емоцій, психіки, структур мозку. В цей період створюються змодельовані структури, близькі до програми чи алгоритму, що відображають механізми, які запускають складні психічні функції. Це був перший крок до розробки нейрокомп’ютерів та штучного інтелекту. Комп’ютерні моделі інтелектуальної поведінки РЕМ і МОД стали прототипами роботів. Вони могли самостійно оцінювати свій стан і стан довкілля, а також ухвалювати рішення. 

 

Через обмежені ресурси на експерименти з РЕМ витратили досить багато часу. В Інституті кібернетики була лише одна ЕОМ потрібного типу, й отримати до неї довготривалий доступ було вкрай важко. Структура М-мережі для РЕМ змінювалась під час експериментів: їй надавали різний характер – спокійний, боязкий чи агресивний. Зрештою, було встановлено, що можливо створити нейромережі, які мають власну мотивацію і розумну поведінку. 

 

Наступна структура – МОД – вже могла навчатись і планувати поведінку відповідно до стану довкілля. 

 

У середині 1970-х і в 1980-х роках набуває популярності робототехніка. Західні тенденції досягають СРСР, і починаються певні розробки у цьому напрямку. Проте нова ера завершилась, так і не розпочавшись: всі сили науки були спрямовані на роботизацію заводів і фабрик, в іншому контексті робототехніка мало цікавила керівництво. Популярність експериментів зійшла нанівець.

 

Для відділу біокібернетики ця хвиля дала свої плоди. У 1973 році народжується автономний робот «ТАЇР», повністю керований нейромережею. ТАЇР міг рухатися вперед, обходити перешкоди. Робот мав вигляд візка на трьох колесах і став справжнім проривом: він показав, що можливо створити інтелект, керований апаратною нейромережею. До ідеалу йому було далеко: експерименти з перешкодами показали, що роботу потрібна вдосконалена нейромережа. ТАЇР став дверима у новий період – робототехніку. Потім створювалися нові моделі роботів: МАЛЮК, STAR, МАВР.

 

Роботою вчених зацікавилися колеги з Японії. А на початку 1990-х разом із компанією «WACOM» створений перший український нейрокомп’ютер. Він заклав базу для програм розпізнавання голосу, рукописних символів. Це був справжній прототип штучного інтелекту.

 

Разом з 90-ми настає розвал системи і крах біокібернетики. У відділі залишається лише група зі штучного інтелекту. Проте нову державу Амосов сприймає радо: «Незалежність України я вітав. Якщо є народ, мова – повинна бути держава. Здавалось, настає нова ера».

 

«Хірургія була моїм стражданням і щастям» 

 

Все життя Амосов балансував між кібернетичними експериментами та рятуванням людських життів. Коли Амосов вирішив повністю присвятити себе кібернетиці, він познайомився з Борисом Патоном. Вони їхали в одному поїзді до Москви. Патон сказав фразу, яка примусила Амосова замислитись: «Ви з’їхали з глузду! Хіба можна кинути операції?! Що вам дасть кібернетика?! Там більше слів, ніж діла». Тоді Амосов змінив свій вибір на користь операцій.

 

В останні роки життя Амосов відходить і від операцій, і від кібернетичної науки. Дедалі більше часу він присвячує новим публікаціям, здоровому способу життя, філософським роздумам. 

 

У спогадах Амосов пише: «Якби можна було розпочати життя спочатку, я б обрав те саме – хірургію і на додаток – мудрування про «вічні питання» філософії: істину, розум, людину, суспільство, майбутнє людства».

 

Вчений написав понад 400 робіт, зокрема книги і монографії. Проте найважливіше, що за свою практику він врятував понад 5000 життів. Кібернетика допомогла йому в цьому. І хоча власну кібернетику він бачив у моделюванні, біокібернетика Миколи Амосова – це  новітні технології для служіння людства, механіка, що рятує життя.

ТЕКСТ: Ольга Рашевська
Ілюстрації: Каталіна Маєвська
Статті

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам: