Игровое биоуправление: сетевое развитие

УДК 612.821: 612.014.421.7

Д.Н. Шамтеев, О.А. Джафарова

ИГРОВОЕ БИОУПРАВЛЕНИЕ: СЕТЕВОЕ РАЗВИТИЕ

ГУ НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, Новосибирск

В настоящей статье описаны и проанализированы этапы сетевой траектории развития игрового биоуправления. На основании практического опыта выделены и описаны три основных этапа:

1. Объединение локальных баз данных;

2. Использование игрового биоуправления в локальной сети;

3. Проведение тренинга игрового биоуправления посредством сети Интернет.

Предложены возможные решения, рассмотрены технические и организационные вопросы по созданию и использованию комплекса лечебно-оздоровительных тренажеров, использующих принципы игрового биоуправления в локальной сети._____________________________________

Ключевые слова: игровое биоуправление, лечебно-оздоровительные тренажеры, сетевое развитие, локальная сеть, интернет-технологии

В настоящее время игровое биоуправление и лечебно-оздоровительный процесс, основанный на нем, перешли из разряда новых в разряд обширно развитых и широко доступных технологий. Практически любая система биоуправления содержит некоторое количество игровых сессий, построенных на использовании мультимедийных игровых сюжетов.

Таким образом, можно выделить два направления развития игрового биоуправления:

1. Создание автономных реабилитационно- оздоровительных систем, управляемых простыми электронными устройствами, которые не требуют постоянного контроля врача;

2. Создание единых систем лечебных процедур, соединяющих в себе как традиционное биоуправление, так и его игровые виды [4].

Под руководством академика РАМН М.Б. Штарка в Институте молекулярной биологии и биофизики СО РАМН была разработана технология игрового биоуправления, предназначенная для профилактики стресс-зависимых состояний, для реализации которой в лабораториях института был разработан уникальный компьютерный комплекс лечебно-оздоровительных тренажеров [1-3].

Комплекс представляет собой компьютерный тренажер, содержащий несколько различных игровых сюжетов. Сюжет управляется физиологическим параметром (частотой сердечных сокращений (ЧСС), температурой кончиков пальцев, кожно-гальваническим сопротивлением) с помощью специального датчика, регистрирующего сигнал и передающего его в компьютер. Сюжет реализован с применением современных мультимедийных средств. В комплексе предусмотрена программа анализа результатов тренинга.

В 2002 году академиком РАМН М.Б. Штарком и профессором Марком Шварцем (США) в предисловии к книге “Биоуправление-4: теория и практика” были выделены две траектории развития игрового биоуправления: семейная и сетевая. [5]. В настоящей статье сделана попытка проанализировать и описать этапы сетевой траектории развития.

Сетевое игровое биоуправление

Первым этапом в развитии сетевого игрового биоуправления стало решение задачи об объединении лока-

льных баз данных. Каждый компьютерный комплекс лечебно-оздоровительных тренажеров сохраняет данные проведенного тренинга на жестком диске компьютера. Способы организации хранения данных могут быть различны: от хранения всей информации в двоичных файлах до использования реляционных баз данных. По мере все более широкого распространения комплекса, актуальной становится задача объединения всех данных в одном месте. Создание единого хранилища данных необходимо и в случаях, когда пациент проходил тренинг в разных местах, например: в кабинете биоуправления, у себя дома. В этом случае данные хранятся в двух разных компьютерах и задача слияния этих данных является необходимостью. Эти задачи могут быть решены созданием единого сервера данных пользователей компьютерного комплекса лечебно-оздоровительных тренажеров.

Единый сервер является, по сути, хранилищем данных, полученных в ходе тренинга разными пользователями комплекса. С помощью глобальной сети Интернет данные передаются на единый сервер, где могут быть доступны из любой точки земного шара при наличии доступа к глобальной сети. С помощью механизма специальной авторизации данные одного пользователя (конфиденциальные в обычной ситуации) могут быть проанализированы как другим пользователем, так и врачом или психологом. Каждому пользователю предоставляется единый способ представления и анализа данных тренинга.

Помимо хранения данных тренинга, такая система может решать и задачу их математической обработки. Пользователи системы могут получать результаты исследования как по электронной почте, так и в режиме реального времени, используя установленное на сервере аналитическое программное обеспечение.

На сервере может вестись заочное виртуальное соревнование с помощью рейтинговых листов; налажена консультационная служба в режиме реального времени, что позволяет повышать уровень эффективности тренинга, обеспечивает контроль над ходом тренинга.

Подобная система реализована лабораторией компьютерных систем биоуправления НИИМББ СО РАМН совместно с компьютерной студией “Альбатрос”[1,3].

Вторым этапом сетевой траектории развития является использование комплекса в локальной сети како-

го-либо учреждения - школы, института, корпорации. Необходимо отметить ключевое отличие подобного тренинга от локального использования комплекса: наличие множества одновременно тренирующихся пользователей. Это отличие делает необходимым присутствие организатора тренинга или наличие строго детерминированного тренинга. Возможны два типа решения: использование локального комплекса на каждом отдельно взятом компьютере с объединением баз данных или создание специализированного сетевого комплекса. Дальнейший анализ показывает преимущества второго подхода.

Анализ использования локального комплекса в сети. Как показал опыт, ключевой проблемой на этапе установки и настройки комплекса является необходимость длительной настройки каждого рабочего места в отдельности, что приводит к значительным временным затратам. Это отнимает тем большее количество времени, чем больше компьютеров объединено в локальной сети. Более того, это делает невозможным установку комплекса без участия технического специалиста, что существенно снижает возможности использования системы в целом, а также и влияет на простоту его эксплуатации, что немаловажно.

Однако эти проблемы оказываются не столь значительными по сравнению с проблемами, возникающими на этапе использования комплекса. Как показал опыт, можно выделить несколько главных проблем в процессе использования комплекса вышеописанным способом:

1. Проблема идентификации пользователя.

Данная проблема основана на отсутствии механизма единой регистрации пользователя в комплексе. При сетевом использовании это может принести вред настолько большой, что возникнут вопросы вообще о целесообразности применения комплекса и о научной достоверности полученных данных. Отсутствие механизма единой регистрации пользователей позволяет им регистрироваться под разными именами, как в разных игровых сюжетах, так и на разных рабочих местах в сети. В этой ситуации пользователь и, соответственно, данные его тренинга не могут быть однозначно идентифицированы. Это может привести к полному обесцениванию как самого тренинга, так и научной, медицинской его составляющих. При локальном использовании комплекса эти проблемы тоже могут возникнуть, однако степень вероятности их появления гораздо более низкая. Локальный тренинг проходит в основном под наблюдением врача, психолога или иного специалиста, который отслеживает на одном компьютере правильную регистрацию пользователя в каждом игровом сюжете. В сетевом варианте любой специалист физически не в состоянии следить за всеми участниками тренинга, которыми могут быть люди, не располагающие компьютерной грамотностью, или дети дошкольного и младшего школьного возраста. При сетевом использовании комплекса приходится прибегать к жесткому административному ресурсу, отслеживающему однозначное соответствие пользователя своему постоянному рабочему месту. Такая практика отнимает большое количество времени и может оказаться малоэффективной, особенно в школьных компьютерных классах среди школьников старшего возраста. С учетом вышеизложенного проблема идентификации по-

льзователя является одной из ключевых, т. к. ставит под вопрос само использование комплекса;

2. Проблема организации тренинга.

Эта проблема заключается в организации сеансов тренинга с определенным количеством сессий и набором заданий. Руководитель тренинга ставит конкретную задачу на каждый сеанс: может выбирать различные игровые сюжеты, ограничивать количество сессий; включать, выбирать или совсем отключать музыкальное сопровождение; выбирать разные устройства физиологического мониторинга. Все эти задачи легко решаемы при локальном применении комплекса, однако при сетевой его организации возникают очевидные проблемы. Невозможно ограничить, например, количество сессий, необходимых для проведения. Это можно сделать исключительно в устной форме; при этом проследить за выполнением этого указания достаточно сложно, т. к. рабочих мест много, а требовать контроля за количеством от пользователя (как показала практика) невозможно -пользователь концентрируется на тренинге и полностью теряет из виду количество проведенных сессий, что особенно характерно для детей младшего возраста. При желании сменить надоевший игровой сюжет или музыкальное сопровождение необходимо прерывать сеанс тренинга и устанавливать необходимые настройки на каждом рабочем месте. Таким образом, эта проблема накладывает на руководителя тренинга обязанности не столько по организации тренинга, сколько по тотальному отслеживанию технической правильности проведения тренинга. Это отнимает у руководителя много времени, которое можно было бы потратить, например, на методологическую помощь пользователям;

3. Проблема настройки игровых сюжетов.

Настройка игровых сюжетов тесно переплетена с организацией тренинга. При необходимости настроить игровые сюжеты, например: длительность сюжета, скорость первоначального соперника, различные варианты сюжета, - все настройки следует проводить на каждом компьютере, где установлен комплекс. Более того, все это необходимо делать во время тренинга, что приводит к снижению его эффективности. Эта проблема не будет актуальной в среде компьютерно грамотных пользователей, однако станет непреодолимым препятствием для полноценного тренинга среди технически беспомощных людей и детей младшего возраста;

4. Проблема сбора и анализа данных.

Локальный комплекс предоставляет возможность

анализа данных тренинга, проведенного на каждом отдельном компьютере. Объединенный анализ данных возможен только при сканировании всех компьютеров сети. Таким образом, сбор всех данных может быть осуществлен только при включенных компьютерах. Следствием этого является необходимость включать все компьютеры, данные с которых требуется проанализировать. Руководитель тренинга при желании проанализировать данные всех участников тренинга не в процессе самого тренинга вынужден самостоятельно включать все компьютеры, объединенные в локальной сети.

По итогам анализа можно сделать заключение, которое было очевидным исходя из начальных условий. Применение в локальной сети комплекса, разработанного для использования на локальном компьютере, нецелесообразно и не отвечает тем целям и задачам, которые

стоят при использовании комплекса лечебно-оздоровительных тренажеров в сетевом варианте. Все вышеперечисленные проблемы являются лишь доказательствами факта, что использование локально ориентированного комплекса в сети есть, по сути, многократное повторение (по числу компьютеров, объединенных в сеть) процедур по установке, настройке и эксплуатации комплекса. Такое использование приводит к многократному возрастанию времени настройки комплекса и необходимому постоянному присутствию технического специалиста. Во много раз увеличивается нагрузка на руководителя тренинга, а это не всегда возможно: в наших опытных случаях руководитель - это владеющий техническими навыками на среднем уровне, загруженный другими занятиями учитель школы. Требовать от него тотального контроля за организационной стороной и, более того, за технической, было бы наивно. Таким образом, организационные нагрузки на руководителя огромны вследствие отсутствия единой системы организации тренинга. Помимо этого, техническая поддержка комплекса требует значительной степени грамотности и подготовленности, что опять является следствием разрозненной системы.

Сетевая организация комплекса лечебно-оздоровительных тренажеров требует совершенно иного подхода, чем локальное использование того же комплекса.

Специализированный сетевой комплекс. Сетевой комплекс лечебно-оздоровительных тренажеров основан на одном из возможных подходов к решению сетевых задач - архитектуре Клиент/Сервер.

Он основан на разделении сфер ответственности за решение необходимых задач. Выделяется клиентская и серверная части. Серверная часть отвечает за единую систему сбора и хранения информации и единую систему настроек всего комплекса; клиентская часть - за проведение тренинга на отдельно взятом компьютере.

Основные задачи, необходимые для полноценной работы комплекса в сетевом варианте, включают в себя обеспечение:

- единой системы регистрации и идентификации пользователя (пользователь должен иметь возможность проводить тренинг на любом из компьютеров локальной сети, пройдя процедуру авторизации);

- разделения доступа для руководителя (организатора) тренинга и пользователя;

- единой системы сбора и хранения данных тренинга;

- системы организации сеансов для руководителя тренинга.

При решении вышеперечисленных задач комплекс обеспечивает полноценную работу в локальной сети.

Система хранения данных и единых настроек тренинга основана на использовании единой базы данных. В таблицах базы данных хранится вся информация по установке, настройке, организации и проведению тренинга. Доступ к единой системе осуществляется по локальной сети с любого компьютера, на котором установлена клиентская часть комплекса.

Необходимо выделить два типа рабочих мест: администраторское (для настройки комплекса и организации тренинга) и пользовательское (для прохождения тренинга пользователями).

Задачи, решаемые с помощью рабочего места администратора:

1. Единая регистрация пользователей; объединение пользователей в группы путем создания списков; ведение множественного числа списков пользователей; изменение, удаление регистрационной информации пользователя;

2. Организация тренинга путем создания сеансов тренинга: каждый сеанс тренинга может решать различные задачи и содержать разное количество сессий; сессия состоит из нескольких триалов одного игрового сюжета - таким образом сохраняется классическая древовидная структура, присущая локальной версии комплекса тренажеров: Пользователь ->Сеанс -> Сессия -> Триал;

3. Каждое звено структуры имеет свои параметры, доступные для настройки организатору тренинга; пользователь имеет регистрационную информацию (п. 1), сеанс - количество сессий и комментарии по задачам сеанса, сессию - вид тренажера, тип визуализации игрового тренажера, количество триалов, длину триалов, стартовую скорость соперника; триал настраивается автоматически из настроек сессии;

4. Возможность выбора устройств физиологического мониторинга, а также музыкального сопровождения или отсутствия такового для каждой сессии и пользователя;

5. Просмотр и анализ данных тренинга всех пользователей комплекса с любого компьютера в сети независимо от состояния остальных компьютеров (кроме сервера, который, естественно, должен быть включен).

Для объединения данных тренинга сетевого варианта комплекса с единой информационной системой необходимы, помимо технических требований (наличие подключения хотя бы одного компьютера сети к глобальной сети Интернет), еще и дополнительные возможности рабочего места администратора;

6. Возможность автоматической регистрации списка пользователей в единой информационной системе с присвоением уникальных имен (логинов) и паролей в системе (это требование не столько к комплексу, сколько к разработчикам единой информационной системы);

7. Возможность отсылки данных, полученных в ходе тренинга, на единый сервер.

Требования к рабочему месту пользователя приведены ниже.

• Рабочее место пользователя не предоставляет возможностей по настройке сессий. Пользователь проходит тренинг с учетом единой программы тренинга, составленной и проводимой организатором (руководителем) тренинга. Пользователь может пройти только те сеансы, которые запланированы на текущий момент руководителем тренинга.

• В связи с наличием индивидуальных калибровочных коэффициентов для некоторых устройств мониторинга физиологических параметров возможность небольшой настройки этих устройств должна быть представлена для каждого рабочего места. Таким образом, единый список устройств и их общие настройки хранятся на серверной стороне сетевого комплекса, а индивидуальные настройки - на каждом клиентском компьютера

• Рабочее место пользователя предоставляет возможность просмотра и анализа только конкретного пользователя.

В итоге сетевой комплекс обеспечивает легкость использования простыми участниками тренинга. Пользователь комплекса, не являющийся организатором тренинга, может не иметь вообще никаких специфических знаний, в том числе и навыков обращения с компьютером. Даже человек с низким уровнем компьютерной грамотности будет способен пользоваться комплексом и полноценно проходить тренинг. Пользователь не имеет возможности своими неправильными действиями обесценить значение самого тренинга.

Основная нагрузка по эксплуатации тренинга ложится на руководителя (организатора) тренинга. При использовании вышеописанной модели организатор тренинга должен:

- потратив время (один единственный раз перед началом всего тренинга), зарегистрировать всех пользователей в едином списке, вместо того, чтобы постоянно контролировать каждого пользователя в правильности введения своего имени в каждом игровом сюжете;

- перед каждым сеансом тренинга создать и настроить сеанс, который будет предложен пользователям. Преимущества очевидны, т. к. руководителю нет необходимости проводить с каждым пользователем разъяснительную работу по настройке сеанса и отслеживать правильность ее выполнения. Руководитель сам создает этот сеанс, и у пользователя нет необходимости и возможности изменять этот сеанс - он просто проходит его. Возможен вариант, при котором весь тренинг будет разработан заранее, и руководитель перед началом каждого сеанса будет лишь несколькими нажатиями клавиш выбирать активный на текущий момент сеанс.

Таким образом, временные, физические и организационные нагрузки во время проведения тренинга на его руководителя существенно снижаются. Организационные задачи решаются с помощью рабочего места администратора, которое предлагает широкий спектр возможностей по организации тренинга: создание и настройка сеансов, настройка сессий и триалов.

Третьим этапом сетевой траектории развития является тренинг в режиме реального времени с использованием глобальной сети Интернет. Этот этап предполагает наличие у пользователя аппаратной части комплекса (датчика мониторинга физиологического параметра), компьютера с доступом в глобальную сеть Интернет и простого системного программного обеспечения (интернет-браузера, например, Microsoft Internet Explorer). Таким образом, третий этап является объединением первого и второго этапов и, по сути, является реализацией той же самой архитектуры Клиент/Сервер, только в роли сервера выступает Web-сервер, а в роли клиента -интернет-браузер на компьютере пользователя. Браузер на стороне клиента отвечает за проведение тренинга, а сервер хранит все данные и всю информацию по настройке и организации тренинга. Приложения могут быть построены на современных web-технологиях (Java, ActiveX, скриптовые языки). Сервер может получать данные как в реальном времени, так и по завершении сеанса тренинга.

Преимущества третьего этапа очевидны:

• постоянное наличие последних версий программного обеспечения;

• накопление на сервере данных тренинга от большого количества пользователей;

• отсутствие необходимости в настройке большого числа пользовательских рабочих мест.

К сожалению, пока есть существенные ограничения на передачу данных в режиме реального времени из-за низкой скорости линий доступа в Интернет, особенно в России. Вариант комплекса с передачей данных после завершения сеанса может быть реализован даже при существующих каналах связи. В настоящий момент в институте уже ведутся работы в этом направлении.

В настоящей статье авторами сделана попытка проанализировать сетевую траекторию развития игрового биоуправления - этапы, как уже пройденные, так и перспективные. Выделены три ключевых этапа развития:

1. Объединение локальных баз данных, создание единой информационной системы данных;

2. Создание специализированного сетевого комплекса для решения задач многопользовательского тренинга в локальной сети учреждения;

3. Использование самых современных web- технологий в глобальной сети Интернет для создания многопользовательского комплекса игрового биоуправления.

Третий этап, являющийся самым перспективным, и в недалеком будущем самым востребованным, подходом к решению любых сетевых задач, станет неотъемлемой частью комплексов игрового биоуправления.

Сетевые технологии ликвидируют информационную изолированность врачей, школьных и корпоративных психологов; создадут возможность общения, обмена опытом с коллегами из крупных центров, а также значительно увеличат количество людей, освоивших навыки саморегуляции. Значительное их число будет знакомиться с биоуправлением в целом через легкодоступные технологии игрового биоуправления.

GAME BIOFEEDBACK: NETWORK DEVELOPMENT

D.N. Shamteev, O.A. Jafarova

The paper reviews the main stages of network development for game computer biofeedback. The authors eliminate and describe three stages:

1. Integration of local data bases;

2. Game biofeedback application in a local area network;

3. Game biofeedback training by means of Internet network. The paper describes technical and organization problems on

creating and using a complex of stress-preventing trainers based on principles of game biofeedback in local area network. Analysis and solutions are presented in this paper.

ЛИТЕРАТУРА

1. Игровое биоуправление (история и современное состояние) / Р.И. Великохатный, О.А. Джафарова, О.Г. Донская и др. // Бюл. СО РАМН. 1999. № 1. С. 23-29.

2. Игровое биоуправление как технология профилактики стресс-зависимых состояний / О.А. Джафарова, О.Г. Донская, А.А. Зубков, М.Б. Штарк // Биоуправление-4: теория и практика. Новосибирск, 2002. С. 86-96.

3. Компьютерные оздоровительные и лечебно-реабилитационные игры (новая ветвь биоуправления / О.Г. Донская, Р.И. Великохатный, В.А. Дебелов и др. // Биоуп-

равление-3: теория и практика. Новосибирск, 1998. С. 233-242.

4. Программно-аппаратный комплекс БОСЛАБ. Траектория развития / О.А. Джафарова, О.Г. Донская, А.В. Со-

колов и др. // Биоуправление-4: теория и практика. Новосибирск, 2002. С. 279-286.

5. Шварц М.Некоторые аспекты биоуправления в интерпретации редакторов (вместо предисловия) / М. Шварц, М.Б. Штарк // Там же. С. 3-5.