Проблемная научно-исследовательская лаборатория "Биоинформационные технологии"

  • Печать

 

Область исследований

В современном мире в ходе разного рода научных, медицинских и инженерных исследований ежедневно регистрируется громадное количество сигналов, тщательный анализ и сравнение которых позволяет давать ответы на поставленные фундаментальные или практические вопросы. С каждым годом ощутимо растет как оснащенность исследователей новыми приборами, так и точность и чувствительность используемых приборов. Это наряду с применением традиционных методов анализа данных требует разработки новых неинвазивных методов по количественному «прочтению» произвольных случайных последовательностей, которые совершенно свободны от априорных представлений о природе случайности. Эти методы обладают следующими свойствами:

  1. Они содержат только такие преобразования над случайными дискретными последовательностями, ошибки которых на всех этапах обработки поддаются численной оценке и контролю. Благодаря этому свойству они обладают несомненными преимуществами перед инвазивными методами: классическим преобразованием Фурье (известная проблема осцилляций Гиббса), вейвлет-преобразованиями и другими новыми предлагаемыми методами, которые в своём построении содержат неконтролируемые ошибки и корреляции. Другие методы содержат такие предположения, которые во многих случаях остаются необоснованными и навязанными предположениями.
  2. С помощью новых методов все случайные последовательности могут быть количественно "прочитаны" и, если необходимо, сравнены друг с другом с использованием универсального набора редуцированных параметров.
  3. Предлагаемые методы свободны от каких-либо априорных представлений о статистической природе шума и позволяют на основе оригинального критерия выбора оптимального окна сглаживания выделить сглаженный тренд и относительные флуктуации, которые могут быть "прочитаны" количественно независимо друг от друга.

Эти свойства делают предложенные методы незаменимыми и универсальными для анализа шумов (произвольных случайных последовательностей) самой различной природы. Новые методы отражены в российских и зарубежных публикациях [1-7]. Кроме того, в последние годы нами разработан целый ряд методов, позволяющих анализировать происходящие события/сигналы в измеряемом объекте с использованием содержательных моделей, описывающих механизм изменений при том или ином воздействии.

Проблемы, которые могут быть решены с помощью новых методов.

  1. Сравнение информативных признаков сложных биомедицинских сигналов до и после некоего воздействия на предмет выявления существенных различий.
  2. Все воспроизводимые измерения разлагаются в спектр Прони и АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) этого спектра может служить некоторой количественной мерой для выявления статистически значимых различий, проявляющихся, как правило, на качественном уровне.
  3. Моделирование процессов и систем, порождающих технические, природные, биомедицинские и другие сигналы.
  4. Классификация образов (сигналов) различной природы и разработка диагностических решающих функций
  5. Разработка алгоритмических и программно-математических методов обработки и анализа сложных сигналов на языках высокого уровня

Отсюда можно предложить возможность решения следующих практических задач: 

  1. диагностика заболеваний, основанная на количественном прочтении сигналов и/или шумов, которые регистрируются в организме человека;
  2. повышение чувствительности различных сенсоров, датчиков и создание сверхчувствительных газоанализаторов и хроматографов;
  3. на основании новых методов удается разработать общую теорию любого воспроизводимого эксперимента, удалить влияние аппаратной функции и количественно свести данные к идеальному эксперименту, выразив их количественно в рамках промежуточной модели;
  4. внедрение информационно-измерительных технологий в научные исследования, медицину, учебный процесс, промышленность, энергетику.

Основные направления работы лаборатории:

  • Выполнение анализа и сопоставления данных по заказам.
  • Разработка новых методов анализа данных.
  • Создание специализированных программ для анализа данных разного типа.
  • Калибровка и сравнение высокоточных приборов по заказам.
  • Построение широкого класса диагностических моделей (динамических в виде дифференциальных уравнений, регрессионных, причинно-следственных, функциональных), отражающих разнообразие и специфику диагностируемых объектов.
  • Разработка программно-математического обеспечения информационно-измерительных и диагностических систем, применяемых в биологии, медицине, энергетике, контроле окружающей среды, технике и т.д.