Журнал "Здоровье" №4 (52) 1959

Кибернетика в медицине

Кандидат медицинских наук Р. 3. Амиров

В контрольных цифрах развития народного хозяйства СССР на 1959–1965 годы, утвержденных XXI съездом КПСС, предусмотрено широкое развитие автоматики и электроники. Достижения техники в этой области во многом определяют успехи медицинской науки.

В медицине все больше используются электронные аппараты и приборы для диагностики и лечения различных болезней. Общеизвестные аппараты, широко применяющиеся в лечебных учреждениях, непрерывно совершенствуются. Например, электрокардиографы, записывающие в виде кривых изменения в сердце, будут постепенно заменяться более совершенными векторкардиоскопами. С помощью этого прибора можно видеть на экране пространственное изображение электрических процессов в сердце и обнаруживать поражения в сердечной мышце. Исключительно большую роль призваны сыграть в медицине электронные машины.

Заглянем в операционную, оборудованную по последнему слову техники. Хирург производит здесь сложную операцию, а электрические приборы наблюдают за состоянием больного, следят за изменениями пульса, дыхания, электрических таков мозга и; в зависимости от показаний машины-автомата регулируют дозировку наркоза.

Другой прибор производит анализ крови. Обычно это делает врач-лаборант, который подсчитывает под микроскопом эритроциты и лейкоциты в доле кубического миллиметра крови. Такой способ анализа требует немало времени. Электронная машина, снабженная фотоэлементом, мгновенно пробегает своим лучом по препарату крови и регистрирует форму кровяных телец. Фотоэлемент заменяет глаз врача, и счетчик немедленно с предельной точностью сообщает о количестве эритроцитов и лейкоцитов в одном кубическом миллиметре крови человека.

Автоматика и электроника открывают необычайно широкие перспективы совершенствования медицины. Одна из важнейших областей автоматики — кибернетика — развивается особенно успешно. Назначение кибернетики выражено в самом греческом слове «кибернос», что значит кормчий, управляющий.

Уже сегодня многие кибернетические аппараты используются в физиологических и медицинских исследованиях. Правда, пока кибернетика неизмеримо больше дала технике, чем физиологии, хотя и получила именно от физиологии очень многое, использовав ее законы.

Изучение работы мозга с применением новых методов электронной техники и анализ результатов исследований с помощью электрических счетных машин позволяют заглянуть в такие глубины, которые даже в наше время многие зарубежные ученые объявляют «непознаваемыми». Материалистическая павловская физиология дала уже много доказательств познаваемости деятельности мозга человека.

Установлено, что в нервах, идущих от мозга к скелетным мышцам, проходят электрические импульсы, причем частота их соответствует частоте звуковых колебаний. Этот факт свидетельствует о том, что в центральной нервной системе имеется своего рода «генератор» колебаний нервного возбуждения звуковой частоты. Движения глаза человека при рассматривании картины можно сравнить с движением луча телевизора. Функция органа олуха напоминает работу радиоприемника, который может настраиваться на любые или определенные звуки. Таким образом, деятельность мозга можно изучать с помощью физики, математики, химии.

Кибернетика постепенно завоевывает позиции в практической медицине.

Сложные электронные машины помогают врачу определять характер заболевания. Так, например, создан ряд моделей сердца, которые дают возможность наглядно изучать сложнейшие процессы в этом органе. Машина вычерчивает на экране прибора кривую, отражающую работу сердца в нормальных условиях и при различных заболеваниях. Так сравниваются результаты исследования больного с показываемыми на экране изменениями сердца, типичными для сердечных заболеваний. В результате таких сравнений можно точно установить характер болезни.

Помимо указанных электронных моделирующих приборов, большое будущее принадлежит электронным автоматам.

Счетная машина помогает анализировать динамику насыщения крови кислородом, а это очень важно при распознавании заболеваний сердца и леших.

Известно, что путем записи колебаний электрических токов сердца (электрокардиограммы) и регистрации его токов довольно точно определяется характер заболевания, например место поражения сердца при инфаркте миокарда. Счетная машина способна давать более точное заключение о состоянии сердца на основании регистрации электрических токов, поступающих из различных участков тела.

Автоматические приборы с успехом применяются для определения изменения кровяного давления. Обычно о величине давления крови врач судит по тонометру, требующему многократного повторения этих измерений. Автоматический прибор,»е только быстро и точно определяет давление крови, но и производит его запись. Такой прибор особенно полезен во время хирургических операций, когда крайне важно своевременно определять изменения кровяного давления у больного.

Подобный прибор, определяя изменения кровяного давления, автоматически может также регулировать дозировку вливаемых больному лекарств.

Исключительно важную роль несомненно сыграет кибернетика в изучении деятельности центральной нервной системы.

Ученые издавна мечтали о создании машины, которая могла бы выполнять действия, подобные функциям человеческого мозга.

Поражающие наше воображение необычайные электронные машины, решающие с фантастической скоростью задачи, играющие в шахматы, даже пишущие стихи, по своему устройству лишь в очень примитивной форме повторяют простейшие действия головного мозга человека.

Если представить себе современную электронную счетную машину, которая воспроизвела бы основные функции клеток головного мозга, то такая модель достигла бы размеров большого города.

В кибернетике используются основные законы деятельности мозга. Например, в основу конструкции электрических счетных машин положен принцип обратной связи, который в организме является одним из важнейших.

Мозг постоянно получает от работающих органов сигналы (информацию) о производимой ими работе. На основании этой информации он контролирует и регулирует все функции организма.

При некоторых заболеваниях можно видеть, как в результате поражения нервных волокон или органов чувств, контролирующих действия человека, возникают различные расстройства в организме:

Допустим, что человек лишился способности контролировать свои действия. Тогда он не мог бы двигаться и работать. Лишившись, например, в детстве контроля своей речи со стороны органа слуха вследствие глухоты, человек теряет также способность и говорить. Пешеход, всадник, велосипедист поддерживает равновесие своего тела с помощью вестибулярного аппарата, являющегося органом равновесия и посылающего сигналы в мозг. Повышение или понижение кровяного давления сразу же воспринимается специальными нервными окончаниями в сосудах и передается обратно через мозг в сердце, которое в связи с этим сокращается слабее или сильнее (саморегуляция).

Нервная система обладает способностью автоматически, регулировать происходящие в организме обменные процессы. Известно, что уровень сахара в крови не должен быть ниже 0,06 процента. Уменьшение количества сахара ниже этого уровня может привести к опасному нарушению обмена веществ в организме. В этом случае нервная система посылает сигнал в печень и концентрация сахара в крови выравнивается за счет запасов печени.

Таким образом, — каждое действие человека и изменение в состоянии его организма контролируются благодаря поступающим обратно в мозг сигналам от работающего органа.

Принцип обратной связи необходим для нормальной деятельности организма. Этот же принцип является решающим во всех саморегулирующихся машинах. Если, например, обычная паровая машина начинает работать быстрее, чем нужно, то ее автоматический регулятор Уатта ограничивает поступление пара.

Как известно, нервные пути связывают мозг человека со всеми органами. Поэтому нервные клетки, находясь в состоянии либо возбуждения, либо торможения, сигнализируют мозгу об изменениях внешней среды и работе внутренних органов. Нервные клетки соединяются между собой. Места их соприкосновения называются синапсами, что по-гречески значит соединение. Синапс обладает способностью передавать сигналы только в одном направлении.

Этот принцип широко используется, и в технике. В счетных машинах радиолампы или полупроводники передают электрический ток в одном направлении и благодаря соединению их по определенным схемам производится сложение, вычитание и другие математические операции.

Нельзя представить себе здорового человека, не обладающего памятью. Но могут ли и машины иметь память?

В кибернетических установках есть специальное устройство для запоминания поступающих сигналов. Разумеется, это устройство лишь очень условно можно сравнить с памятью человека.

Если все же можно в известной степени воспроизвести механически память, то способна ли кибернетическая установка вместе с тем вырабатывать и условные рефлексы, подобные тем, которые Павлов вырабатывал у животных?

Английский ученый Уолггер построил механическую черепаху, которая самостоятельно передвигается, используя заряд электроэнергии. Израсходовав почти весь этот заряд, она сама разыскивает источники питания током. Если при движении черепахи по дороге к источнику питания включать определенный звук, то она в дальнейшем начинает изменять свой путь, как только услышит этот звук.

Наблюдая за движениями этой черепахи, можно подумать, что она испытывает чувство голода, способна вырабатывать условные рефлексы. На самом же деле эти, казалось бы, осмысленные движения черепахи являются лишь результатом действия довольно простого механизма, состоящего из фотоэлемента, микрофона, аккумулятора и конденсатора. Действия этой машины имеют только внешнее сходство с деятельностью живой черепахи.

Можно ли создать «думающую» машину?

Кибернетические установки способны воспроизводить все логические процессы, все то, что может быть выражено в виде математических формул. Это существенная часть процесса мышления человека, и, таким образом, машина в какой-то степени может быть названа «думающей».

Нельзя, однако, думать, что самая совершенная машина, как бы она ни была замечательно устроена, может заменить сознание человека, которое представляет собою общественный продукт.

Говоря о том, что нормальное, здоровое состояние человека зависит от определенной формы уравновешиваний между внешней средой и внутренними процессами в организме, И. П. Павлов предсказывал: «Придет время, — пусть отдаленное, — когда математический анализ, опираясь на естественнонаучный, охватит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них и самого себя».

Конечно, это будет в состоянии сделать не сама машина, а мозг человека с ее помощью.

В недалеком будущем найдут широкое применение различные автоматы, регулирующие наркоз, заменяющие работу сердца и других органов, мгновенно выполняющие труд лаборанта, приборы, помогающие определять характер заболевания. Большое значение приобретут электронные модели, повторяющие работу здоровых и больных органов.

Уже теперь очевидно, что кибернетика будет играть большую роль в совершенствовании методов распознавания и лечения заболеваний. Но способна ли она в будущем заменить врача, как об этом пишут в зарубежной печати?

На это можно с уверенностью ответить, что самая совершенная кибернетическая машина не сумеет заменить врача.

В медицине всегда будет главенствовать ее основной принцип — лечить не болезнь, а больного со всеми его индивидуальными особенностями. Врач не только определяет характер заболевания, но и выясняет его источник, знакомится с условиями жизни, труда и отдыха больного, выясняет его настроения и переживания и каждый раз намечает план лечения в зависимости от особенностей человека. Кибернетические установки будут лишь надежными техническими средствами в повседневной работе врача.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАРКОЗА

Сигналы от мозга (1), от сердца (2) и дыхания (3) передаются в управляющую электронную машину (4), которая регулирует с помощью исполнительного механизма (5) подачу эфира (6) больному (7)