Лаборатория № 7

Лаборатория обработки биоэлектрической информации

Заведующий лабораторией – д.б.н., профессор Титомир Леонид Иванович

Тел.: (095) 209-46-79, (095) 299-50-02

E-mail: titomir@iitp.ru

Ведущие ученые лаборатории:

д.т.н.	Малиновский Л. Г.	к.т.н.	Жожикашвили А. В.
д.т.н.	Стефанюк В. Л.	с.н.с.	Айду Э. А.-И.
к.т.н.	Трунов В. Г.

Направления Исследований:

· оценка измерительных характеристик "экономичных" систем отведений для электрокардиографического картирования на математических моделях, допускающих аналитическое решение прямой электродинамической задачи;

· разработка и экспериментально-клиническая апробация метода коррекции векторкардиографических измерений по индивидуальным антропометрическим параметрам;

· сравнительное модельное исследование различных методов локации электрогенных зон в сердце для топической диагностики;

· экспериментальное исследование влияния перегрузок и невесомости (при авиационных и космических полетах) на электрическое поле сердца и электрокардиотопографические параметры;

· определение новых диагностических критериев на основе экспериментально-клинического применения разработанных методов содержательно-образной визуализации характеристик электрофизиологического состояния сердца.

основные результаты

В результате сравнительного исследования нескольких "экономичных" систем отведений для электрокардиографического картирования выбрана оптимальная система с 16 электродами, удобно расположенными на поверхности грудной клетки, причем измерительная процедура не усложняется по сравнению со стандартной электрокардиографией и векторкардиографией. Диагностическая эффективность существенно повышается за счет большей информативности данных и облегчения их количественной и эвристической оценки. Экспериментально-клиническая апробация предложенной системы на базе Российского кардиологического научно-производственного комплекса (РКНПК) МЗ РФ подтвердила точность диагностики, обеспечиваемую предложенной системой (в частности, при распознавании гипертрофий разных отделов сердца).

Совместно с РКНПК продолжены клинические испытания и внедрение в практику предложенного ранее метода дипольной электрокардиотопографии (ДЭКАРТО). В частности, метод ДЭКАРТО был успешно применен для оценки изменений электрофизиологического состояния сердца у летчиков и космонавтов при резких изменениях перегрузки в полете.

Выведены количественные соотношения для коррекции векторкардиограммы в системе отведений Франка по индивидуальным значениям основных геометрических параметров грудной клетки (трансверсального и сагиттального диаметров и высоты) и выполнена предварительная экспериментальная апробация этих соотношений, подтвердившая их эффективность.

Ряд исследований был проведен совместно с учеными Словацкой Республики в соответствии с договорами о научном сотрудничестве, подписанными ИППИ РАН с Институтом проблем измерения Словацкой Академии наук, Институтом нормальной и патологической физиологии Словацкой Академии наук и Международным лазерным центром в Братиславе. По результатам совместных исследований и разработок подготовлена к печати и опубликована монография Л. И. Титомира, И. Рутткай-Недецкого и Л. Бахаровой "Комплексный анализ электрокардиограммы в ортогональных отведениях".

Проведено сравнительное исследование модельно-структурных методов статистического анализа данных (на примере электрокардиографических записей) и методов, реализованных в широко известных статистических пакетах Statgraphics, BMDP и SAS.

Основные научные результаты были представлены проф. Л. И. Титомиром с соавторами в докладах на международной конференции "Измерение-2001" (Смоленице, Словацкая республика, 14-17 мая 2001 г.) и на VI Съезде Словацкого кардиологического общества (с международным участием, Братислава, Словацкая Республика, 11-13 октября 2001 г.). Метод ДЭКАРТО экспонировался на 50-м Всемирном салоне изобретений, научных исследований и промышленных инноваций "Брюссель – Эврика 2001" (Бельгия, Брюссель, 13-19 ноября 2001 г.), где был удостоен Золотой медали.

Проф. Л. И. Титомир участвовал в международных научных и научно-организационных мероприятиях как член Совета Международного общества электрокардиологии, редакционный консультант журнала "Journal of Electrocardiology" (США) и член редакционного совета журнала "Bratislava Medical Journal" (Словацкая Республика).

Гранты:

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 01-01-00104): "Математическое моделирование биоэлектрических процессов в сердце и разработка методов диагностики, динамического наблюдения и прогнозирования ишемической болезни сердца на основе компьютерных и информационных технологий".

· Минпромнауки России, Подпрограмма "Информатизация России", приоритетное направление "Информационные технологии и электроника" (№ 037.03.359.12/1-99): "Разработка и внедрение в медицинскую практику компьютерной системы диагностики и динамического наблюдения за состоянием сердца на основе содержательно-образных методов ортогональной электрокардиографии" (координатор проекта – НИИ кардиологии им. А. Л. Мясникова РКНПК МЗ РФ).

· INTAS (№ 99/01319): "Monitoring of the cardiovascular system of astronauts by means of noninvasive methods based on comprehensive computerized analysis of orthogonal electrocardiography (ASTROCARD)".

публикации в 2001 г.

1. Титомир Л.И., Рутткай-Недецкий И., Бахарова Л. Комплексный анализ электрокардиограммы в ортогональных отведениях. М.: Академиздатцентр "Наука", 2001, 238 с.

2. Блинова Е.В., Сахнова Т.А., Сергакова Л.М., Кожемякина Е.Ш., Чихладзе Н.М., Щедрина Е.В., Атьков О.Ю., Титомир Л.И. Векторкардиографические и дэкартографические признаки гипертрофии левого желудочка у больных артериальной гипертензией различного генеза. – В сб.: Тезисы докладов Российского национального конгресса кардиологов, Москва, 2001, с. 49.

3. Сахнова Т.А., Блинова Е.В., Кожемякина Е.Ш., Салтыкова М.М., Щедрина Е.В., Титомир Л.И., Трунов В.Г., Айду Э.А.-И., Вайда П., Капдероу А., Чермак М., Атьков О.Ю. Изменения дэкартограмм в условиях переменной гравитации. – В сб.: Тезисы докладов Российского национального конгресса кардиологов, Москва, 2001, с. 337-338.

4. Малиновский Л.Г. Модельно-структурные методы в многомерном статистическом анализе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. Том. 67. № 11, с. 52-61.

5. Titomir L.I., Mikhnev A.A., Trunov V.G., Aidu E.A.I. Practical ECG mapping with few-lead systems: A new approach and mathematical modeling. – In: Measurement 2001. Bratislava: Inst. Meas. Sci. SAS – VEDA, 2001, p. 219-222.

6. Titomir L.I., Trunov V.G., Aidu E.A.I., Agarkova T.V., Moving electric center of the heart as a means for noninvasive location of electrogenic zones in the myocardium. – In: Electrocardiology 2000. Roma: Casa Editrice Scientifica Internazionale, 2001, p. 85-90.

7. Titomir L.I., Trunov V.G., Aidu E.A.I., Sakhnova T.A., Kozhemyakina E. Sh. Topographic imaging of the cardioelectric field on the basis of unipolar Frank-electrode leads. – In: Electrocardiology 2000. Roma: Casa Editrice Scientifica Internazionale, 2001, p. 179-183.

8. Mateasik A., Bacharova L., Kniz J., Titomir L.I. DECARTO – a tool for superposition of functional and structural characteristics of the heart // Biomedizinische Technik. 2001. Band 46. Erg. 2. Р. 79-81.

9. Titomir L.I., Sakhnova T.A., Aidu E.A.I., Trunov V.G., Mikhnev A.A. Few-lead systems for noninvasive imaging of the cardioelectric field on a standard surface // Biomedizinische Technik 2001. Band 46. Erg. 2. Р. 91-93.

10. Titomir L.I., Trunov V.G., Aidu E.A.I., Sakhnova T.A., Mikhnev A.A. Dipole electrocardiotopography (DECARTO) as a new technique for recognition and prediction of cardiac pathologic states on the basis of orthogonal lead systems. – In: 7th Asian – Pacific Symposium on Cardiac Pacing and Electrophysiology. Abstracts. Beijing, China, 2001, p. 5.

11. Титомир Л.И., Трунов В.Г., Айду Э.А.-И., Агаркова Т.В. Подвижный электрический центр сердца: новая концепция и математическое моделирование // Биофизика (в печати).

12. Михнев А.А., Баринова Н.Е., Сахнова Т.А., Титомир Л.И. Влияние основных антропометрических соотношений грудной клетки на векторкардиогра-фические измерения: исследование на математических моделях // Измерительная техника (в печати).

Группа искусственного интеллекта

Направления Исследований:

· исследование поведения локально-организованных систем искусственного интеллекта в теории и в приложениях;

· использование теории категорий для описания задач обучения и обработки знаний в области искусственного интеллекта;

· разработка семиотических методов выбора представления задач;

· разработка компьютерных обучающих систем на интеллектуальных принципах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Используя разработанный в группе семиотический принцип и опыт, накопленный при решении задачи выявления последовательности оснований в ДНК, сформулированы новые возможности решения вопросов возникновения целей, задач и критериев, озарений и открытий, и многих других эзотерических вопросов, решение которых тормозит развитие искусственного интеллекта. В частности показано, что методы обучения также имеют самое прямое отношение к использованию знаний в искусственном и естественном интеллекте.

Составлен и опубликован обзорный отчет по семинару «Прикладная семиотика», в котором с семиотических позиций рассмотрен широкий спектра теоретических и прикладных задач.

Продолжена работа по прагматике (как части семиотики) с целью исследования коммуникационных стратегий в публицистике, таких как стратегия вежливости, обращение к исторической аналогии, иронический комплимент, повторы и ряд других. К.филол.н. Л. В. Савинич известным Европейским издательством (Benjamin Press) было предложено расширить содержание статьи, доложенной ею ранее на конференции по прагматике (Франция), и представить ее для публикации в новом сборнике.

Выполнена работа, посвященная анализу продукций в том виде, в котором они нашли применение в системах искусственного интеллекта. Предложено определение продукции, охватывающее значительное число конкретных вариантов продукций, использованных в таких системах. В этом определении в самом общем виде выделены элементы, особо важные как для теории, так и для практики, которые по различным причинам оставались вне поля зрения многих исследователей. Эти элементы нашли воплощение в теоретической схеме продукции, которой завершается это исследование. Полученный результат подводит серьезное основание под развиваемый в группе теоретико-категорный подход к описанию интеллектуальных систем.

Реализована концепция интеллектуального интерфейса, развитая за последнее время. С этой целью продолжен анализ способов построения предметно-независимой компоненты интерфейса в виде совокупности самообучающихся агентов, решающих локальную задачу целесообразного поведения во взаимодействии с другими агентами. Для организации агента использованы несколько схем в зависимости от степени упорядоченности состояний характеристик пользователя, которые моделируются каждым агентом.

Продолжены работы по созданию интеллектуальных обучающих систем с привлечение разработанных ранее представлений о когнитивных уровнях обучения. Показано, что будущие компьютерные обучающие системы будут основаны на интенсивном использовании моделей ученика и учителя, учитывающих не только объем полученных учеником знаний, но и многие другие характеристики, влияющие на ход обучения, такие, как когнитивные уровни и иные особенности взаимодействия учителя и ученика в ходе обучения. Рассмотрены пути и средства создания таких систем, основанные на использовании самых последних результатов в искусственном интеллекте.

По приглашению Национального института информатики (NII, Токио), В. Л. Стефанюк командировался в Японию на три месяца в качестве приглашенного профессора для научной работы по теме "Интеллектуальный человеко-машинный интерфейс". В ходе командировки В. Л. Стефанюк выступал перед сотрудниками Национального института информатики и прочел приглашенный доклад для участников ежегодного собрания ассоциации искусственного интеллекта и ассоциации программирования на основе знаний Института электроники, информатики и инженерии связи.

В течение двух месяцев В. Л. Стефанюк сотрудничал с американской компанией, (Нью Хейвен, Коннектикут), где занимался исследованиями и разработками в области создания интеллектуальных обучающих систем.

В качестве члена программного комитета В. Л. Стефанюк участвовал в организации и проведении Международного конгресса «Искусственный интеллект в XXI веке» (Геленджик, 3-8 сентября 2001 г.), где он руководил работой секций конгресса.

В Дни польской науки в Москве В. Л. Стефанюк выступил с докладом на тему «Мета компоненты в человеко-машинных системах», в котором он описал новый подход к практической разработке человеко-машинных систем.

В 2001 г. руководитель группы В. Л. Стефанюк был избран постоянным членом (Fellow) Европейского координационного совета по искусственному интеллекту, где в настоящее время он является единственным представителем от «восточных» стран.

Гранты:

· Российский фонд фундаментальных исследований (№ 99-01-01152): "Проблемы построения интеллектуальных человеко-машинных интерфейсов методами локально-организованных систем" руководитель – В. Л. Стефанюк.

· Программа Президиума Российской академии наук «Интеллектуальные компьютерные системы» (№ 2.4): "Проблемы теоретико-категорной формализации работы интеллектуальных компьютерных систем, основанных на знаниях", руководитель – В. Л. Стефанюк.

публикации в 2001 г.

1. Stefanuk V.L. Report on the workshop "Applied Semiotics: Control Problems (ASC 2000)" // AI Communication. 2001, no. 2, pp. 105-109.

2. Stefanuk V.L. Advanced IT projects in Russian Academy of Sciences: AI in the Institute for Information Transmission Problems // National Institute of Informatics Journal. 2001, no. 3 (in Japanese).

3. Stefanuk V.L. Invited paper: Role of Russian Association for Artificial Intelligence (RAAI) in Stimulation of Advanced AI Projects, Artificial Intelligence and Knowledge-Based Processing, IEICE Technical Report (AI 2000-66, KBSE74 (2001-3)), The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Kikai-Shinko-Kaikan Bldg., Shibakoen, Minato-ku, Tokyo, pp. 73-80, 2001.

4. Stefanuk V.L. Personal Computer Tutoring in Elementary School // Technical Report, Screen Mentor Inc., July 29, 2001, 13 p.

5. Стефанюк В.Л. Создание интеллектуальных обучающих систем. С.-Петербург: Моринтех, 6 с.

6. Жожикашвили А.В., Стефанюк В.Л. О понятии продукции в искусственном интеллекте // представлено в журнал Известия академии наук, серия «Теория и системы управления».

7. Stefanuk V.L., Zhozhikashvili A.V. Productions and rules in artificial intelligence // представлено в международный журнал Kybernetes (Великобритания).

8. Стефанюк В.Л. Уроки искусственного интеллекта // Труды Конференции «Интеллектуальные системы и технологии» в рамках юбилейной научной сессии МИФИ-2002», МИФИ, 21-25 января 2002 г., 2 с. (в печати).

9. Стефанюк В.Л. Проблемы создания интеллектуальных обучающих систем // Дистанционное обучение – образовательная среда XXI века. Минск: БГУИР, 18-20 декабря 2001 г., 5 с. (в печати).