Когнитивная функциональная нейрореабилитационная педагогика XXI века

Государственная  Дума Федерального Собрания Российской Федерации

Московский государственный гуманитарно-экономический университе

 

 

Всероссийская научно практическая конференция

21-22 мая 2015

Инвалиды в XXI веке:образование, трудоустройство, социальная интеграция

 

 

 

Когнитивная функциональная нейрореабилитационная

педагогика XXI века

 

 

Никольский Анатолий Евгеньевич

руководитель Научно-Образователього  Центра

когнитивных, интеллектуальных, информационных,

телекоммуникационных технологий  МГГЭУ

(НОЦ КИИТТ МГГЭУ),

профессор МГГЭУ, к.т.н., доцент

nikae1936@yandex.ru

 

 

 

 

Знание, умение, искусство,

духовность и физкультура –

наша реабилитационная культура.

 

Миссия МГГЭУ, как единственного вуза в России для инвалидов с нозологическими формами болезней, в основном опорно-двигательного характера, инклюзивного и специального образования, состоит в том, чтобы осуществлять реализацию прав инвалидов на получение высшего качественного профессионального образования, обеспечивающего их интеграцию в общество, личную самостоятельность, социальную независимость. Важным составляющим элементом традиций института является сохранение и приумножение накопленного опыта педагогов по творческому взаимоотношению со студентами - инвалидами.

Развитие современных методов и средств педагогической системы, как науки о способах и путях передачи и получения человеком информации, приобщения к общекультурным ценностям, с учетом его индивидуально-возрастных особенностей, активизация творческого потенциала личности, способностей - мировая проблема. В различных престижных учебных центрах мира, таких как  Стэнфордский  университет, Гарвардский университет, Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, Московский физико-технический институт и др., разрабатываются специальные методы и программы по данной проблеме. Ежегодно рынок услуг на развивающие технологии растёт на   20%. Особенно они нужны для личностей с нозологическими признаками как технология реабилитации.

В основе развивающих современных технологий, имеющих свою историческую базу, используются различные методы такие как: методы направленные на сознательное и бессознательное, опыт интуитивного построения иного мира по ассоциациям старого, космизм, интуитивизм, теория всеобщей контактности, школа искусства, предметно-ориентированная математическая школа,  психологическая, физиологическая школа, ориентированная на личность-индивидуальность со своими генетическими, физическими особенностями и др..

Основой информационной технологии создания эффективных систем управления творческим процессом приобретения знаний является:  комплексификация знаний - системность, базовость фундаментальных основ знаний, совместимость, эффект присутствия в технологическом процессе управления формированием знаний. Эффект присутствия обусловленный, как естественным воображением человека, так и с помощью искусственной среды и имеет в итоге общую основу - это активизация биофизических, психофизиологических, виртуальных процессов мозга и организма человека в целом. В настоящее время определились два подхода к понятию виртуальности -  традиционный означающий «возможный, сейчас скрытый, но готовый к проявлению», «актуально бытийствующий в сокрытности» и компьютерный, основанный на компьютерных и информационных технологиях.  Психологическая  виртуальная  реальность порождается психикой человека и, теоретически, есть психическое отражение процессов, происходящих в самой же  психике.

Механизм творческого процесса может быть представлен моделью Гельмгольца - Пуанкаре – Адамара, как совокупность и последовательность процессов: «подготовка - инкубация -  озарение - фиксация». В общей модели творческого процесса, воспроизведение процесса «озарения, виртуала», остается задачей требующей раскрытия полного механизма процесса перехода от подсознательного к сознательному и пониманию. Для представления сущности и модели сложной категории «понимание», затрагивающей феномен нейропсихологии, сознания, необходим формальный язык, а точнее несколько языков, её описания, для чего может служить язык синергетики, когнитивистики, иррациональности, психологической виртуалистики. Анализ знаний - озарение это - процессы связанные с  мышлением, мыследеятельностью, сознанием, бессознательным,  самоорганизацией поведения в творческом процессе.  Связь рассудочного и подсознательного мышлений образует взаимно дополняемую пару противоположностей и образуют целостность мыследеятельности (К.Юнг), подобную тому как - психика + нейрофизиология = психофизиологическая целостность, принцип Дополнительности Бора и Принцип неопределённости Гейзенберга - целостность физического явления, волны + корпускулы = свет. К.Юнг считал наиболее плодотворным для дальнейших исследований изучение аксиом в математике (называемых Паули "первичными математическими озарениями"), среди которых он особенно выделял идею бесконечного числового ряда в арифметике или континуума в геометрии, что определяет  иррациональность знаний.

Квантование «сознания» Пенроуза-Хамероффа фиксирует процесс того, как живой мозг рождает конкретную мысль (создаёт образ, информационный продукт). Каждой мысли, образу обязательно соответствует определённое расположение (алгоритмика взаимных позиций) нейронных сетей - клеток головного мозга, полный набор нейронных  единиц когнитивного опыта, фиксируемых ЭЭГ, которые К.В.Анохин называет – когнитомом.

Информационные технологии, специально ориентированные на развитие интеллектуальных способностей человека, развивающие воображение и ассоциативное мышление человека составляют важный элемент когнитивных технологий в педагогике. Информационные технологии, описывающие основные мыслительные процессы человека называют когнитивными или познавательными и они являются одним из наиболее важных разделов теории искусственного интеллекта.

В настоящее время обсуждаются научные, организационные, технологические перспективы создания когнитивной отрасли, сравнимой по масштабу с компьютерной индустрией. Этому способствует NBICS - конвергенция - междисциплинарная, принципиально новая технологическая база, построенная на взаимопроникновении нано-, био-, информационных, когнитивных и социальных наук и технологий  и направленная на воспроизведение технических систем и систем и процессов живой природы. Меры, направленные на развёртывание работ в области конвергентных наук и технологий, предпринимаются рядом развитых стран, в том числе и в России, в Курчатовском НБИКС-центре.

Когнитивная образовательная технология является общепедагогической предметно независимой индивидуально ориентированной образовательной технологией, путём формирования когнитивных схем в виде концептуальных структур, обеспечивающих понимание учащимися окружающего мира и необходимых для успешной адаптации к жизни в современном информационном обществе.

В этой связи, проблему реабилитации личности с нозологическими отклонениями следует рассматривать, как  комплекс когнитивных, функциональных, высокотехнологических методов и средств по формированию знаний, умений, трудоспособности личности, через погружение в творческий процесс, используя индивидуальный подход и способность учителя увлечь  в предметную область, а культура рассматривается как воспитание, образование, развитие, ориентированное на компенсацию нарушенных функций организма, самоорганизацию формирования знаний, умений и деятельности в социальной среде.

Компенсация и реабилитация ограниченных физических возможностей личностей включает, наряду с медициной, как технические вопросы коррекции, основанные на информационных технологиях, так и средства когнитивной, виртуальной психологии, активизирующие самоорганизацию функциональных систем, системных механизмов системогенеза личности в информационном творческом процессе формирования профессиональных знаний, умений и гарантирующих определённый уровень социальной защищённости

Комплекс высокотехнологических методов и средств, учитывая реальные особенности формирования знаний, умений  включает:

1.Системы, совместимости личности, с ограниченными физическими возможностями,  со знаниевой средой, основанные на современных программно-аппаратных коммуникационных, информационных, виртуальных, интеллектуальных технологиях;

2. Системы когнитивного анализа функциональных систем, рефлекторных механизмов, особенностей механизмов реципроктной инервации мышечных проявлений и оценки психо-физиологических возможностей личности;

3. Системы энергоинформационной, биорезонансной и мультирезонансной терапии;

4. Технологии самоорганизации системных механизмов поведения (системогенеза) личности, реализующих эффективный творческий процесс формирования профессиональных знаний и умений на базе когнитивных, виртуальных, системных,  информационных технологий.

Современные философские  и нейрофизиологические концепции представления процессов мышления человека выдвигают всё больше вопросов по основам построения систем, включающим модели и методы представления  знаний и моделирования рассуждений на знаниях, используя процесс рефлексии мыслей.

 Процесс «думанья», как рефлексивный процесс, имеющий какое-то начало, побуждение к «думанью» о чём-то, и побуждение подумать о том, о чем подумал, и его фрагментах, и о всём цикле «думанья»,  представим  как цепь мыслей, имеющих образы в подсознании и лингвистическую трактовку в сознании. 

Одно из важных направлений когнитивной функциональной педагогики составляют медицинские проблемы.

Концепция «medical pedagogy» (медицинская педагогика, лечебная педагогика, коррекционная педагогика и др.), берущая начало от учения Р.Штайнера (Германия) по проблемам в развитии и поведения аномальных детей, а также развиваемая «лечебная педагогика» в Великобритании, в конце 20 века,  утверждает, что в каждом человеке, определённым обучением, действиями, можно прямо или косвенно реабилитировать некоторые недостатки.  

Проблемы, связанные с очным образованием инвалидов студентов – опорников и их реабилитацией в вузах России, с 1988г  изучал д. физ-мат. наук, профессор Л.А.Саркисян, основатель, первый ректор Московского инвалидного института (современное название МГГЭУ). Его работы и коллег - преподавателей отражены в монографии «Лечебная педагогика» в МИИ 2000 года. Монография представляет обобщение научно-методических и практических результатов по лечебной педагогике, осуществляющей поддержку учебного процесса с помощью медицинских, оздоровительных, психологических и коррекционных мероприятий.

 В тематике Научно-исследовательской лаборатории по проблемам профессионального образования инвалидов с нарушениями опорно-двигательной системы МГГЭУ, в  работах В.Д.Байрамова, А.В. Герасимова, А.В. Тюрина,  освещены проблемы комплексной реабилитации инвалидов с нарушением опорно-двигательной системы, в том числе инновационные подходы лечебной педагогики.

 За последние 15 лет на базе кафедры ПМиИ в МГГЭУ, выполнено значительное число работ по использованию когнитивных методов и систем формирования знаний и умений, основанных на современных интеллектуальных технологиях,  обеспечивающих функциональную реабилитацию  людей с различными частично нарушенными функциями (нозологиями).

Рассмотрены: системы информационной совместимости людей с ограниченными возможностями (по зрению, слуху, речи, движениям, преобразователи речь-текст, текст-речь, жест-текст и др.); системы когнитивного анализа и нейроморфного моделирования функциональных систем и нейрореабилитации; экзоскелетонные модели, позволяющие инвалидам вести дистанционное управление и контроль состояния сложных систем в различных средах;  средства энергоинформационной реабилитации; технологии системогенеза (поведения) личности в процессе формирования знаний; средства моделирования и визуализации биомеханических и динамических процессов в спорте, для людей с ограниченными возможностями, а также разработку принципов построения и создания интернет порталов когнитивных систем, основанных на интеллектуальных технологиях.

С целью развития системы дополнительного образования и обеспечения научных исследований в области современных когнитивных интеллектуальных информационных телекоммуникационных технологий, по проблемам реабилитации инвалидов в 2012 году, создан НОЦ  МГГЭУ. (http://noc.mgsgi.ru). НОЦ МГГЭУ осуществляет взаимодействие с ведущими научно-исследовательскими, образовательными и общественными организациями, такими как Российский Фонд Фундаментальных Исследований, Российская ассоциация искусственного интеллекта, Национальная ассоциация инноваций и развития информационных технологий, вузами – МИФИ, МИЭМ, МГУ им. М.В. Ломоносова. В практическом плане ведется сотрудничество с российскими и международными компаниями, среди которых Schneider Electric, Microsoft, SAP, Siemens, 1С и др.

 Развивается творческая связь НОЦ  МГГЭУ с разработчиками робототехнических средств и изделий медицинской кибернетики, такими как ООО «Андроидная техника» (Магнитогорск), ExoAtlet (МГУ им. М.В.Ломоносова), Neurobotics, Холдинговая компания «Прит», ООО «Реабилитационные системы», а также с кафедрой реабилитации ПФ РНИМУ им. Н.И.Пирогова.  

В этой связи, на стадии разработки систем медицинской кибернетики изделия могут пройти полноценную апробацию непосредственно в МГГЭУ, где живут и обучаются, наряду со студентами без инвалидности, более 600 студентов-инвалидов с более 30 формами заболеваний. Проведённый анализ студентов-инвалидов показал, что наиболее часто встречается ДЦП спастический тетрапарез в 40% случаев, спастическая диплегия -30%, особая группа студентов с ампутацией нижних конечностей, верхних конечностей.

В МГГЭУ может быть создана команда исследователей, под руководством опытных медицинских и технических специалистов, для проведения клинических испытаний изделий.

Цель испытаний - оценка того, как пациенты передвигаются, с помощью экзоскелета, а также анализ влияния и оказания действий на их мышцы, сердце и легкие. При применении экзоскелета,  необходимо убедиться, в отсутствии долгосрочных осложнений, сердечно-сосудистых заболеваний, потери мышечной и костной массы, образования пролежней, хронической боли и в положительном влиянии на учебный процесс формирования знаний.

Особый интерес представляет разработка и исследование биопротезов и киберсистем, управляемых биотоками мозга, для ампутантов  верхних и нижних конечностей.

В последние годы в НОЦ МГГЭУ развитие получают кибернетические вопросы нейрореабилитации. Нейрореабилитация, как известно, связана с диагностикой расстройств различных функций, поражения нейроструктур головного мозга,  рефлекторных нейросетей и коррекцией, восстановлением нарушений речи, слуха, зрения, чувствительности, двигательных функций, координации, и др.  Нейрореабилитация представима кибернетической моделью.  «Кибернетика – управление и связь в животном и машине» (Н.Винер), в структуре которой объект, система управления с обратной и прямой информационной связью с объектом.

Кибернетическая модель соответствует нейрофизиологическим представлениям функциональных систем П.К.Анохина - процессам принятия решений, включающим афферентный синтез, обратную афферентацию, эфферентные возбуждения, акцептор результата действия.  

Очевидно, нейрокибернетика - управление и связь в системе мозг, нейронные рефлекторные сети, включая вегетативную систему,  сенсорно-перцептивные, мышечные  структуры функциональных систем на уровне морфогенеза, гомеостаза и системогенеза.  

Теоретической базой нейрокибернетики являются фундаментальные исследования отечественных нейрофизиологов с одной стороны, а с другой стороны, современные математические, когнитивные, интеллектуальные, информационные, телекоммуникационные методы и моделирование нейрофизиологических процессов.  

Основой математического моделирования являются многомасштабное представление нейроструктур в наноструктурной области и их энергетических, макроскопических взаимодействий, а также нейроморфные системы.

Под нейроморфными системами понимаются модели искусственных нейронных сетей, архитектура которых основана на особенностях структуры и принципах работы реальных нейробиологических систем. Интерес представляют динамические нейроморфные методы обработки  информации. Это связано с тем, что колебательная нейронная активность, синхронизация и резонанс используются как «рабочий инструмент» при функционировании многих структур мозга  (зрительная система, слуховая система, обонятельная система,  гиппокамп, таламо-кортикальная система, новая кора). Результаты моделирования могут дать предварительные рекомендации по особенностям поведения функциональных систем организма, при нарушении нейронных сетей, и через сознание позволят корректировать поведение, а также по возможностям использования операционных средств нейропротезирования, имплантатов и стволовых клеток. Сложность нейронной системы передачи информации и управления требует использования современных новых технических стереоскопических средств нейровизуализации, диагностики и локализации мест нарушения рефлекторных дуг. 

Технической базой нейрокибернетики является медицинская кибернетика – совокупность медицинских изделий по оказанию базовых медицинских услуг, широкого спектра, таких как, помощь в протезировании, ортопедии, в клеточной технологии, в реабилитационных процедурах, проведении хирургических операций и эндоскопии, нейрохирургии, микрохирургии, радиологии,  и др. 

Особое место занимают медицинские роботы, которые могут быть классифицированы на основе различных принципов, таких как кинематика, анатомия, уровень автоматизации и предполагаемые условия эксплуатации. Примером могут служить: роботы для восстановительной медицины и реабилитации   (активные биоуправляемые протезы, экезоскелетоны, активные и пассивные системы движения конечностей и в суставах); нейрохирургические робототехнические системы (Neuromate, Pathfinder, Renaissance (Spineassist) и др.); общие лапароскопические робототехнические системы (Da Vinci, Telelap ALF-X, Freehand Endoscope Holder System); малоинвазивные радиохирургические робототехнические системы (Cyberknife Robotic Radiosurgery System и др.); микроманипуляционные системы для клеточных и репродуктивных технологий (микроманипуляторы Eppendorf, Research-Instruments, Narishige), экзоскелеты (ReWalk, ExoAtlet, ExoBionics и др.); системы нейростимуляции для терапии (технология Medtronic) для лечения пациентов по направлениям аритмология, кардиохирургия, сосудистая хирургия, нейрохирургия, диабет, интраоперационная навигация и хирургия позвоночника; роботы  телеприсутствия (Irobot's RP-Vita, и др.) и др.

 Крупнейшие мировые компании – производители медицинских изделий ведут крупномасштабные исследования и разработки в сфере медицинской робототехники. Объём рынка товаров медицинской кибернетики в 2012 году составил 358,5 млрд долл. Флагманами в данной отрасли являются США, Япония, Германия, Китай и Франция, доля остальных менее 10%. На долю США приходится около 70% рынка. В России на 2012 год, оборот 8,4 млрд. долл.. 

Рассмотренные вопросы требуют: создания отрасли медицинской робототехники, обеспечивающей разработку конкурентноспособных систем робототехники для жизнеобеспечения, для диагностики, терапии, хирургии, для восстановительной медицины и реабилитации, разработку систем биомехатроники, робототехники и нейрофизиологии стимуляции опорно-двигательного аппарата человека, с нарушениями двигательной активности; разработку НБКИС - технологий реабилитации людей с ограниченными возможностями, представляющих собой фундаментальное научное направление, и которые являются источником инновационных идей, обладающих новизной, уникальностью, продуктивностью, возможностью их дальнейшего развития; разработку экспертных систем нейрореабилитации в помощь лицам с ограниченными возможностями по использованию средств медицинской робототехники.

Для решения проблем когнитивной функциональной нейрореабилитационной педагогики, как элемента инклюзивного образования инвалидов в XXI веке, необходимо:

- создание центра компетенции, комплексного понимания современного специального образования инвалидов, социальной,  научно-медицинской, экономической ориентации;

- обеспечение инвестиционной поддержки создания современных интеллектуальных робототехнических систем в помощь инвалидам;

-создание экспертных систем с целью оказания услуг инвалидам, медицинским, спортивным центрам по выбору и использованию  средств биомехатроники, робототехники и нейрофизиологии стимуляции опорно-двигательного аппарата человека, с нарушениями двигательных функций;

-создание на базе МГГЭУ центра тестирования, сертификации и эксплуатационной поддержки систем медицинской кибернетики для инвалидов;

- создание кафедр, ориентированных на подготовку  специалистов по направлениям: когнитивная педагогика, медицинская кибернетика, биомехатроника, робототехнические системы и нейрокибернетика.