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.