Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Совместные проекты / ЛЭСМИ
Начало сайта / Совместные проекты / ЛЭСМИ

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Архимед

Загадки простой воды

Генри Форд. Моя жизнь, мои достижения

Парадокс XX века

Сын человеческий

Цепная реакция идей

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Особенности планирования биологических космических экспериментов как многофакторных

Горгиладзе Г.И.
ГНЦ РФ –- ИМБП РАН, г. Москва

Радченко С.Г.
НТУУ «Киевский политехнический институт», г. Киев

Жуков В.М., Кутепова О.А., Попова Е.В.
ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», Звездный городок

Пилотируемые полеты в космос: Восьмая Международная научно-практическая конференция

Планирование успешно применяется в различных областях исследований и производства. Практика показала, что эффективное планирование эксперимента не менее важно, чем эффективная обработка его результатов. Однако если внимание математиков давно приковано к проблеме математической обработки результатов исследований и в результате созданы стандартные пакеты программ статистической обработки данных, то применение первого раздела математической статистики – планирования эксперимента – еще не получило достаточно широкого распространения в области научных исследований. Тем не менее, эта область математической статистики в настоящее время активно разрабатывается. Современный уровень научных знаний предъявляет более высокие требования к методологии постановки эксперимента, в том числе к его планированию с учетом всех значимых факторов, оказывающих прямое или косвенное воздействие на результаты исследования [1, 2, 3, 4].

В настоящей работе сделана попытка применить методы планирования многофакторных экспериментов к новому биологическому космическому эксперименту «Рецептор» – исследование влияния движения по синусоидальной кривой и оптокинетических стимулов на сигнал импульсной активности рецепторов гравитации у раков в условиях невесомости космического полета с целью выяснения механизмов возникновения так называемой «болезни движения» (или укачивания) у космонавтов. Специфику медико-биологических объектов исследования составляют многофакторность, динамичность, наличие механизмов саморегуляции, обратных связей, адаптации, систематических составляющих типа биоритмов и т. п. Это затрудняет построение их полного описания и даже определения их структуры. Часто такие объекты при планировании приходится представлять моделью «черного ящика» [2]. В нашем случае объектом является отолитовый орган рака – статоцист, состояние которого должно меняться в процессе адаптации рака, находящегося в водном контейнере, к условиям невесомости.

Задача исследования – установление количественной статистической зависимости сигналов импульсной активности статоциста от задаваемых факторов: скорости движения камер с раками по синусоиде с постоянной амплитудой ±4 см и с задаваемой частотой колебаний; оптокинетических стимулов в виде бегущей строки светодиодов в темноте вокруг камеры с раком с задаваемой угловой скоростью движения. Условно были выбраны дополнительные факторы. К ним относятся: высокочастотные, низкочастотные и ультразвуковые колебания. Дополнительные факторы и их уровни введены в целях демонстрации методического подхода. Кроме того, выбранные диапазоны дополнительных факторов могут оказаться небезразличными по отношению к живой материи в качестве средств, снижающих негативное воздействие «укачивания». К контролируемым факторам относится температура. При исследовании биологических объектов рекомендуется использовать планы с числом факторов обычно не более пяти [2]. Оптимальное планирование эксперимента сводится к планированию их как задач оптимального управления на конечном интервале.

Опыты с раками в каждом блоке плана должны проводиться в минимально короткие интервалы времени. Общий срок опыта не должен превышать периода одного месяца.

Разработка плана многофакторного эксперимента позволит определить необходимое число опытов для наземного и космического экспериментов. В прикладных задачах математического моделирования сложных систем число различных опытов N весьма ограничено: N ≤ 32...64 [4].

КЭ «Рецептор» проводится на кубинских раках. Импульсная активность считывается с электродов, вживленных в тело и подведенных к клеткам-рецепторам статоциста (органа равновесия рака). Сигналы проходят через усилитель и записываются на магнитофон. Регистрируемым параметром эффекта является частота, которая может изменяться от 0 до физиологического максимума 300 Гц.

В эксперименте используется прозрачный цилиндрический контейнер, заполненный водой, в котором находится рак. Факторами, создающими риск возникновения «болезни движения», являются:

Ф1 – колебательные движения контейнера с задаваемой на трех уровнях частотой при одинаковой для этих частот амплитуде равной 4 см (движение с переменным ускорением); уровни: 0,02 Гц, 0,038 Гц, 0,51 Гц.

Ф2 – световой импульсный сигнал-раздражитель, который перемещается по окружности контейнера с раком с задаваемой на трех уровнях угловой скоростью; уровни: 3°С, 16,5°С, 30°С.

Дополнительные факторы:

Ф3 – высокочастотное магнитное поле (f =13,56 МГц); уровни магнитной индукции: 10 мТл, 20 мТл, 30 мТл.

Ф4 – низкочастотное магнитное поле (f =30 кГц); уровни магнитной индукции: 10 мТл, 20 мТл, 30 мТл.

Ф5 – ультразвуковое поле (f =0,5 МГц); уровни мощности излучения: 1 мкВт, 2 мкВт, 3 мкВт.

В каждой точке факторного плана используется отдельная особь кубинского рака. Продолжительность одного опыта в точке плана составляет 10 мин. Для принятого многофакторного плана математическая модель-гипотеза предлагается в виде:

Ŷ = b0 + b1 Ф1 + b2 Ф2 + b3 Ф3 + b4 Ф4 + b5 Ф5 +...

Для пяти факторов на трех уровнях число опытов полного факторного плана эксперимента «Рецептор» будет равно N = 3 = 243, что для космического эксперимента неприемлемо. Дробный факторный план позволяет сократить число опытов до 27 [1, 4]. В докладе план эксперимента представлен в табличной форме.

Показано, что применение дробных планов многофакторных экспериментов позволит повысить эффективность реализации программы НПИ за счет проведения космического эксперимента за время одной экспедиции.

 

Литература:

  1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: «Наука», 1976 – 279 с.
  2. Лисенков А.Н. Математические методы планирования многофакторных медико-биологических экспериментов. – М.: «Медицина», 1979. – 344 с.
  3. Максимов В.Н. Полиноминальные модели при решении задач экологической физиологии и биохимии. В сб. статей: Математическое планирование эксперимента в биологических исследованиях. Свердловск, УНЦ АН СССР, вып. 97, 1975. – С. 3-17.
  4. Радченко С.Г. Устойчивые методы оценивания статистических моделей: монография. Киев, ПП «Санспарель». – 2005. – 504 с.

Ранее опубликовано:

Особенности планирования биологических космических экспериментов как многофокторных / Горгиладзе Г.И., Радченко С.Г., Жуков В.М., Кутепова О.А., Попова Е.В. // Пилотируемые полеты в космос: VIII Международная науч.-практ. конф., 28...29 окт. 2009 г., Звездный городок, Московская обл., Российская Федерация: сб. тезисов. – Звездный городок: ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина», 2009. – С. 147–150.

Дата публикации:

29 декабря 2009 года

Электронная версия:

© НиТ. Совместные проекты, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика