Методы статистического разделения электрофизиологических сигналов

БЮЛЛЕТЕНЬ ВОЛГОГРАДСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАМН

ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ (ПЕМП ПЧ) НА ЛИМФАТИЧЕСКИЕ УЗЛЫ КРОЛИКА

Л. И. Александрова, М. Ю. Капитонова, Н. Г. Краюшкина

Волгоградский государственный медицинский университет

Электромагнитные поля, вовлекая в сферу влияния миллионы людей, становятся весьма значимым экологическим фактором (Александрова Л. И., 1995-2007 гг., Латышевская Н. И. с соавт. 2006), обладая глубокими, проникающими свойствами, почти не искажаясь плотными структурами тела. Человек не имеет специальных органов восприятия электромагнитных полей, которые могли бы сигнализировать об их влиянии на организм, поэтому особую актуальность приобретают экспериментальные исследования, направленные на выявление воздействия электромагнитных полей на все функциональные системы организма. Сведения о воздействии переменного электромагнитного поля

промышленной частоты (ПеМП ПЧ) на наиболее многочисленные органы иммунной системы -лимфатические узлы (ЛУ) сравнительно не многочисленны. Отсутствуют данные на различных уровнях биологической организации - от органного до клеточного - висцеральных и соматических ЛУ при воздействии ПеМП ПЧ с учетом современных методологических и методических требований, предъявляемых к морфологическим исследованиям, результаты которых будут иметь теоретическое значение для фундаментальных медицинских дисциплин, а также прикладное значение для клинических дисциплин и экологии.

При изучении взаимодействия ПеМП ПЧ с ЛУ кролика в работе использованы как классические, традиционные методические подходы, так и новые информационные технологии, применяемые в фундаментальных медицинских исследованиях.

Проводился морфометрический анализ, включающий стереометрию, количественную характеристику на светооптическом уровне (денситометрия, густота расположения клеточных элементов, клеточный состав). Морфометрическое изучение динамики фракции конкретной анализируемой структуры в объеме органа проводилось на основе и с учетом трех известных принципов стереологии, сформулированных М. Бе-¡еББе, А. КоБта1 и А. А. Глаголевым.

При этом ЛУ фиксировались в жидкости Карнуа, 10 и 20 %-м растворах формалина. Из парафиновых блоков готовились продольные и поперечные срезы толщиной 7-10 мкм. Во всех случаях изготавливались серийные срезы, которые окрашивались по общепринятым методам (гематоксилином и эозином, по Ван-Гизону, Гомори, Фельгену, Футу, азур-эозином по Романовскому-Гимза).

Ф

3-2007 |

Высоко информативным является

морфометрический анализ структурных

компонентов паренхимы, стромы и дренажной системы лимфатических узлов, который проводился с использованием аппаратного комплекса, состоящего из 3,5 мегапиксельной камеры, компьютера со встроенным пакетом программ "Видеотест Морфо 3.0" - Санкт-Петербург, 2003 г., "Image Tool".

В ходе исследования установлено, что наиболее значимыми в отношении выявления эффектов воздействия ПеМП ПЧ на ЛУ могут быть признаны соотношение числа лимфоидных узелков с центром размножения и без центра размножения, площади мантии и центра размножения, размеры и площади лимфоидных узелков, относительные и абсолютные размеры и площади мякотных тяжей, межузелковой и паракортикальной зон. В клеточном составе ЛУ, помимо оценки насыщенности (густоты) клеток по значениям оптической плотности, показательна динамика процентного содержания малых лимфоцитов, бластов и ретикулярных клеток.

В литературе представлены различные сведения, касающиеся интерпретации взаимодействий электромагнитных полей с различными органами и системами.

В. А. Остапенко с соавт. (1988 г.) приводят данные о том, что применение аутогемомагнитотерапии с использованием аппарата "Гемоскоп" у больных с ишемической болезнью сердца и ишемической болезнью головного мозга позволило обеспечить улучшения различной степени выраженности практически всех больных. При этом, как показано авторами, происходит увеличение толерантности к физическим нагрузкам, уменьшаются головокружение и головные боли, улучшаются показатели центральной гемодинамики. Магнитные поля для гемотерапии используются при лечении острых эндо- и экзотоксинов, а также для коррекции вторичных метаболических нарушений при атеросклерозе и опосредованных им заболеваниях. А. Л. Костюченко (2000 г.) установлено, что магнитная гемотерапия обеспечивает снижение вязкости крови, уменьшение жесткости эритроцитарных мембран и спонтанной агрегации эритроцитов, улучшая их деформируемость. А. И. Тепляков с соавт. (1998 г.) выявили иммуномодулирующий эффект у магнитогемотерапии, который проявляется изменением показателей фагоцитарной активности нейтрофилов, структурно-функциональных

параметров иммунокомпетентных клеток и цитокинового статуса. Однако, как указывают авторы, интерпретация представленных сведений относится пока еще к области гипотез.

Полученные нами морфологические данные по изучению влияния ПеМП ПЧ на ЛУ кролика будут использованы для уяснения механизмов взаимодействия физических полей с биологическими объектами.

МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

Ф

41

3-2007

БЮЛЛЕТЕНЬ ВОЛГОГРАДСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАМН

ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Л. Г. Акулов

Волгоградский государственный технический университет

В настоящее время для анализа электрофизиологических сигналов применяют различные статистические методы. Одной из задач статистической обработки является разделение сигнала на независимые компоненты. Это означает выделение из общего массива данных нескольких независимых источников. Основная задача разделения сигналов состоит в понижении размерности проводимого измерения.

Так, например, если для ЭЭГ-исследования применяется 24 канала отведения, то при использовании гипотезы о двух формирующих дипольных источниках размерность измерения автоматически падает до пары каналов. Очевидно, что это приводит к увеличению наглядности метода, снижению затрат на хранение, передачу и обработку информации. Однако все методы обладают существенным недостатком в виде невозможности точного определения количества источников, формирующих сигнал, если уровень сигнала, дающего вклад в результирующее измерение, достаточно мал. Второе ограничение, накладываемое этими методами, заключается в зависимости разложения сигнала на независимые составляющие от числа точек съема и от их геометрии. Частично решить озвученную проблему помогают различные методики формирования априорных знаний о системе. Наиболее важной из таковых является знание структуры исследуемого объекта. Поскольку структура исследуемого объекта в большинстве случаев является нелинейной, то ее приходится частично линеаризовывать методом навязывания, т. е. предполагая в исследуемом объекте некоторые обособленные части и связи между ними [1, 2].

Решая задачу съема, предобработки и последующей передачи электрофизиологического сигнала, зачастую нет иного выхода, кроме как вслепую заниматься предварительными операциями над информацией, полученной от точек съема. Современные средства электронной техники позволяют с достаточной степенью успешности решать поставленные проблемы, поскольку имеют в своем составе высококачественные аналоговые и цифровые блоки. Это в сочетании с относительно малыми размерами и низкой стоимостью делает их сегодня незаменимыми при проведении измерительных процедур.

К методам так называемого слепого разделения сигналов (в английском варианте BSS - Blind Source Separation) относят ряд статистических алгоритмов обработки исходных данных. Поскольку сам термин является англоязычным, то и набор основных его разновидностей тоже англоязычен [4, 5]. Это, прежде всего, такие методы, как PCA (Principal Component Analysis) - Метод главных компонент; ICA

(Independent Component Analysis) - Анализ независимых компонент; FA (Factor Analysis) -Факторный анализ; SVD (Singular Value Decomposition) - Сингулярная декомпозиция; NMF (Non-negative Matrix Factorization) -Неотрицательная матричная факторизация; RA (Random Projection) - Метод произвольных проекций; LCCD (Low Complexity Coding and Decoding) -Кодирование/декодирование низкой сложности.

Некоторые из методов основаны на предположении статистической некоррелированности источников сигналов. Для других методов выявляется связь различных источников не между собой, а с некоторыми воздействующими на эти источники факторами. Для одних методов разложение ведется по ортогональным составляющим, а для других - это условие не является обязательным.

Каждый из рассматриваемых методов может применяться в современных

электрофизиологических исследованиях и в зависимости от поставленных задач иметь больший или меньший эффект. Поскольку алгоритмы обработки сигналов применяются в измерительных системах, то важным является учет погрешностей вносимых этими методами. Наиболее простое и в то же время полное представление о характере вносимой погрешности дает операционный метод записи измерительного уравнения [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Акулов Л. Г., Муха Ю. П. Адаптивные методы в электроэнцефалографических измерениях // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2007. -№ 5. - С. 25-30.

2. Муха Ю. П., Акулов Л. Г. Модель измерительного уравнения при исследовании биопотенциалов организма на примере электроэнцефалографии // Известия СПб.: ГТУ "ЛЭТИ". Серия "Биотехнические системы в медицине и экологии". - 2006. - Вып. 2. - С. 80-89.

3. Цветков Э. И. Основы математической метрологии. - Спб.: Политехника, 2005. - 510 с.

4. Cichocki A. Blind Signal Processing Methods for Analyzing Multichannel Brain Signals // International Journal of Bioelectromagnetism. - 2004. - Vol. 6. - № 1.

5. Szymkowiak A. H. Data mining in medical databases. Ph. D. Thesis. - Lyngby: Technical University of Denmark, 2003. - 220 p.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ НОВЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ АЦИКЛОВИР-РЕЗИСТЕНТНОСТИ ВИРУСОВ HERPES SIMPLEX ТИПА 1 ЧЕЛОВЕКА

Е. В. Барковский, А. В. Бутвиловский, В. В. Хрусталев

Белорусский государственный медицинский университет

В настоящее время препараты ацикловира выступают в качестве базисной этиотропной терапии