Учёные ТГУ им. Г. Р. Державина разрабатывают нейросеть, которая поможет врачам в постановке диагноза и лечении пациентов

Это одно из направлений проекта, реализуемого математиками вуза на грант Российского научного фонда и Правительства Тамбовской области.

Это одно из  направлений проекта, реализуемого математиками вуза на  грант Российского научного фонда и  Правительства Тамбовской области. Грант выиграли весной этого года, но  исследования по  задачам проекта велись уже давно, на  протяжении ряда  лет. В  рамках гранта работа рассчитана на  три года.

Трудится большой коллектив сотрудников научно-исследовательского института математики, физики и  информатики и  кафедры функционального анализа ТГУ им.  Г.  Р.  Державина под научным руководством профессоров Михаила Иосифовича и  Владимира Иосифовича Суминых, Алексея Феридовича Измаилова. В  работе активно участвуют молодые учёные, доценты Наталья Павлова, Евгений Усков, Елена Плужникова, Ричик Сенгупта, аспиранты Ирина Серова, Иван Мальков, студентка Анастасия Ланина и  другие.

Это масштабный проект, у  него несколько направлений: математические проблемы теории управления, сельское хозяйство, медицина и  социально-экономическая сфера.

 

Вито Вольтерра поможет

Причём в  решении поставленных в  проекте задач во  всех этих направлениях современным математикам помогает итальянский учёный, математик и  физик, Вито Вольтерра, живший и  исследовавший на  рубеже девятнадцатого и  двадцатого веков специальный тип интегральных и  интегро-дифференциальных уравнений, описывающих многие процессы в  физике, демографии, биологии, экологии, экономике…

Такие уравнения так и  назвали  — вольтерровыми, а  название проекта тамбовских учёных также не  обошлось без них, проект называется так: «Задачи управления и  оптимизации для вольтерровых систем: методы исследования, алгоритмы решения, приложения в  интеллектуальных технологиях и  в  управлении социально-экономическими процессами». Разобраться с  каждым словом, расшифровать его, помог доктор физико-математических наук, профессор, директор НИИ  математики, физики и  информатики ТГУ им.  Г.  Р.  Державина Евгений Семёнович Жуковский.

 

«Вольтеррово уравнение — это уравнение относительно неизвестной функции, значения которой в каждый настоящий момент времени определяется настоящими и прошлыми значениями параметров уравнения. Такие уравнения описывают любые процессы, в которых состояние объекта не зависит от будущего, только от прошлого и настоящего, — а это любые природные процессы. Вито Вольтерра начал изучать такого типа интегральные уравнения в связи с изучением экологических систем. Наиболее известна его модель популяции животных в виде дифференциальных уравнений, называемая «хищник — жертва». Достаточно понятно, как может меняться численность сосуществующих двух видов животных: если хищников много, то быстрыми темпами сокращается количество жертв, через некоторое время это приведёт к уменьшению и самих хищников из-за недостатка пищи, в результате жертвы станут реже попадаться хищникам, начнёт расти их численность. Это качественное описание колебаний численности можно достаточно точно определить количественно, решив соответствующую систему дифференциальных уравнений. И тогда можно достаточно точно прогнозировать количество животных в такой системе в любой момент времени. Динамика самых разных процессов описывается дифференциальными, интегральными и более сложными функциональными уравнениями типа Вольтерра. Подобные более сложные вольтерровы системы, позволяющие очень точно описывать различные процессы, мы изучаем и применяем в наших исследованиях. В институте есть несколько лабораторий, которые занимаются разными математическими проблемами. В первую очередь у нас ведутся фундаментальные, теоретические исследования, но они у нас находят и практическое применение, например, как в проекте, реализуемом на средства гранта. Проект решает актуальные для региона задачи», — подчеркнул Евгений Семёнович.

Сельскохозяйственное направление проекта решает важную задачу: как вырастить высокий урожай той или иной культуры в  закрытом грунте, в  парниках, теплицах, каким при этом должно быть оптимальным сочетание всех необходимых для выращивания параметров: влажности, света, вносимых удобрений. Эту задачу решают с  помощью методов математических теорий управления и  оптимизации. Математики даже готовы посчитать сколько нужно полезных насекомых, например, пчёл, на  определённом участке с  опыляемым ими растением. То  есть процесс выращивания сельскохозяйственной культуры моделируется математически.

 

Нейросеть ставит диагноз

Второе очень интересное и  востребованное сейчас направление проекта: моделирование нейронных систем, приложения таких моделей к  машинному обучению, то  есть разработка умной компьютерной программы, которая поможет врачам с  постановкой диагноза, определением тактики лечения при заболеваниях головного мозга. Это как раз та  часть проекта, которая связана с  интеллектуальными технологиями, иначе говоря, искусственным интеллектом.

 

«Компьютерные программы бывают двух типов: в одних программах заложен жёсткий алгоритм действий, а искусственный интеллект — это тоже программа, но ей не предписаны строгие действия, как и любой интеллект такая программа обучаемая, искусственный интеллект анализирует ситуацию и сам выбирает то или иное действие, исходя из опыта, приобретённого при выполнении похожих задач, то есть в процессе обучения. Мы создаём математические модели нейронных систем, процессов, которые либо происходят в искусственном интеллекте, либо в «натуральном», то есть мозге человека. Математики могут внести свою лепту в лечение психических заболеваний, использование решений модельных уравнений позволит проанализировать состояние электрической активности мозга, чтобы помочь врачу подобрать воздействие, направленное на снижение патологической активности, на возвращение к нормальному функционированию мозга», — пояснил Евгений Семёнович.

 

 

Тамбовские учёные учат искусственный интеллект распознавать патологии в работе мозга на конкретных энцефалограммах пациентов. Математики надеются, что их математические модели найдут применение в медицине: программа проанализирует анализы, результаты обследований пациента и даст врачу рекомендации по диагнозу и лечению.

Третье направление проекта — разработка социально-экономических моделей. Математики готовы дать экономический прогноз развития той или иной ситуации для конкретной фирмы или целого региона. Конечно, усилия наших математиков сосредоточены на Тамбовской области. С помощью таких моделей принимаются взвешенные управленческие решения.

 

Формулы и законы — на все случаи жизни

 

«Математика — универсальна. Она позволяет найти решение конкретной прикладной задачи с помощью абстрактных уравнений. Практически все процессы нашей жизни укладываются в формулы и законы. Конечно, наиболее надёжным инструментом познания различных процессов и явлений является эксперимент. Но если для проведения эксперимента может потребоваться сложное дорогостоящее оборудование, а эксперименты в медицине могут быть опасны, то для математического описания процесса достаточно взять листок бумаги, ручку, подумать и с помощью формул предложить решение», — говорит Евгений Семёнович Жуковский.

 

У проекта тамбовских математиков несколько этапов реализации: на первом этапе проводятся фундаментальные исследования, на втором создаются математические модели, третий этап предполагает исследование полученных моделей и выработку практических рекомендаций.

Фото: управление медиакоммуникаций ТГУ им. Державина Авторы:Людмила Сокрушаева

Последние новости

В поликлинике на севере Тамбова открыли кабинет для больных с сердечной недостаточностью

Врач-кардиолог окажет консультативную и диагностическую помощь,

В Тамбове зимние морозы сменятся весенним потеплением

И это произойдет уже в конце недели, а в оставшиеся до этого дни гребень сибирского антициклона обеспечит в нашем регионе небольшие морозы при облачной погоде, когда небольшой снег пройдет лишь местами.

В Тамбове под домашний арест отправили директора плодоовощного института

Ленинский районный суд Тамбова назначил домашний арест исполняющей обязанности директора Института фундаментальных и прикладных агробиотехнологий им.

МегаФон для бизнеса: как выбрать интернет-тариф для работы и путешествий

Решения для предпринимателей и компаний, которые ценят стабильность, скорость и удобство подключения

На этом сайте представлены актуальные варианты, чтобы снять квартиру в Междуреченске на выгодных условиях

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш email не публикуется. Обязательные поля отмечены *