Компетенции ЛЭТИ в области искусственного интеллекта и биомедицинских систем – для развития интегративной физиологии

Компетенции ЛЭТИ в области искусственного интеллекта и биомедицинских систем – для развития интегративной физиологии

В рамках научного центра мирового уровня СПбГЭТУ «ЛЭТИ» будет разрабатывать методы, модели и программно-аппаратные решения для интегративной физиологии и высокотехнологичного здравоохранения.

07.09.2020 503

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» вошел в число получателей государственной поддержки на развитие научного центра мирового уровня по направлению «Персонализированная медицина, высокотехнологичное здравоохранение и технологии здоровьесбережения».

В создании НЦМУ Павловский центр «Интегративная физиология – медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости», помимо СПбГЭТУ «ЛЭТИ», примут участие Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН и Институт медико-биологических проблем РАН.

Определяющими критериями конкурсного отбора стали наличие опыта проведения исследований по направлениям деятельности центра, программа научных исследований, кадровый потенциал, а также научная инфраструктура центра. Кроме того, учитывались инновационная база центра, его интегрированность в международную научную деятельность и планируемый вклад в реализацию приоритетных направлений развития России, количество научных публикаций, актуальность планируемых исследований и перспективы их дальнейшего использования.

«Это заслуженная победа, потому что она основана на наших работах, которые являются фронтирными и проводятся в соответствии с мировыми трендами. Здесь идет сочетание наших хороших разработок инженерной школы и математических методов моделирования, прогнозирования. Все вместе это позволило нам уверенно войти в этот конкурс с другими участниками консорциума и победить. ЛЭТИ единственный технический вуз, вошедший в этот консорциум. Остальные три участника – это академические организации медицинского профиля. Трансдисциплинарная кооперация дает прорывные результаты – мы надеемся на это».

Первый проректор СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Михаил Степанович Куприянов

Задачей Центра станет получение новых знаний в области интегративной физиологии, которые лягут в основу разработки научно обоснованных инновационных технологий для обеспечения перехода к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, прежде всего, технологиям стрессоустойчивости. Новые знания позволят обеспечить переход к интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, к созданию систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта.

ЛЭТИ имеет значительный опыт разработки систем для анализа больших данных, приложений на основе искусственного интеллекта, а также биомедицинских систем. Ученые вуза имеют признанные научные достижения в области фундаментальной математики, создания систем неинвазивного мониторинга и анализа показателей жизнедеятельности человека.

В рамках НЦМУ в ЛЭТИ планируется создание лаборатории комплексного моделирования когнитивых процессов человека для построения сильного искусственного интеллекта. Ученые вуза займутся развитием технологий и методов решения задач взаимодействия, интеграции и взаимовлияния различных подсистем человеческого организма, а также человека и окружающей среды с помощью математического аппарата, обеспечивающего интероперабельность решений.

По мнению М.С. Куприянова, предстоящая работа в рамках НЦМУ  позволит университету развивать инфраструктуру, усиливать международные контакты, в том числе за счет деятельности международного инновационного института искусственного интеллекта, кибербезопасности и коммуникаций, придаст новый импульс развитию образовательного процесса. Взаимодействие с партнерами поможет глубже понять взаимодействие подсистем человека и использовать эти знания при построении интеллектуальных устройств и систем: «Мы идем под флагом интегративной физиологии – это значит, что в организме все взаимосвязано, и изменение состояния  одной подсистемы влияет на другую. Построение модели цифровых двойников, предикативная аналитика, основанная на данных, построение интерпретируемого интеллекта – все это нацелено на преодоление новых вызовов, новых барьеров в исследованиях как человека, так и при создании эффективных природоподобных моделей и систем».

С информационной точки зрения в основе интегративной физиологии лежит такая интеграция данных, моделей и методов, которая позволяет добиться совместного, синергетического эффекта, не достижимого при применении каждой модели в отдельности. То же самое касается данных – полнота данных о физиологии человека в настоящее время технически недостижима, и поэтому получение интегральных оценок возможно только путем анализа неполных данных, полученных из различных гетерогенных источников.

Основные прорывные научные результаты ЛЭТИ планирует получить в четырех областях.

Во-первых, планируется создание комплексной математически обоснованной модели обеспечения интероперабельности (возможности совместного применения для достижения синергетических свойств) методов обработки физиологических данных позволит решить проблему полноты данных о физиологическом состоянии и выполнять качественную оценку на основе неполных данных.

Вторая область связана с разработкой методов оценивания и учета взаимовлияния состояния различных подсистем человеческого организма, а также методов моделирования влияния окружающей среды в условиях природных, техногенных и биологических факторов. Данные методы позволят оценивать соответствие текущего состояния организма выполняемым трудовым функциям, прогнозировать развитие патологий, а также обеспечат основу для мониторинга в условиях удаленной работы, что подготовит экономику к возможной работе в условиях ограниченной мобильности трудовых ресурсов.

В рамках создания научного центра ученые ЛЭТИ также планируют разработать программно-аппаратные системы для обеспечения неинвазивных методов регистрации параметров состояния организма, а также мобильного (удаленного) мониторинга и коррекции. Решение данной задачи позволит развернуть систему диагностики и коррекции на федеральном уровне за счет возможности использования дешевых сенсоров и имеющихся в наличии у большого процента населения смартфонов и планшетов.

Четвертой задачей ученых ЛЭТИ станет разработка технологий аппаратного моделирования нейропроцессов, позволяющих радикально ускорить моделирование процессов, происходящих в центрально-нервной системе. Это позволит открыть новые принципы симуляционно-экспериментальных исследований физиологии человека, его когнитивных процессов, а также анализа уровня стресса в реальном времени.

«С Институтом физиологии имени И.П. Павлова у ЛЭТИ давние традиционные связи – в разные годы на разных кафедрах, в частности вычислительной техники и биотехнических систем, был разработан целый ряд программно-аппаратных решений и приборов для лабораторий института, а также подготовлены специалисты для этого института. Это позволило нам сразу же задать необходимый ритм подготовки заявки, который обеспечил качественную и результативную работу.

Координирующая роль в подготовке заявки была выполнена директором Павловского института, академиком Людмилой Павловной Филаретовой. Имея колоссальный организационный опыт и обладая блестящим научным талантом, Людмила Павловна вела вместе с нами эту работу. Проект был представлен на заседании Совета по государственной поддержке создания и развития научных центров мирового уровня, где получил безоговорочную поддержку».

Первый проректор СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Михаил Степанович Куприянов

Финансовую помощь от государства на период 2020-2024 годов получат десять российских научных центров по шести приоритетным направлениям, которые создаются в формате консорциумов в рамках национального проекта «Наука». Их главная цель – проведение исследований и разработок по приоритетам научно-технологического развития. Общий объем финансового обеспечения составит 15,46 млрд. руб.