Это была здоровая дискуссия с моим директором, когда я выбирал между математикой и биологией после зачисления. Математика всегда была у меня на нервах вместе со специями компьютерных приложений в те школьные годы, она добавляла гораздо больше вкуса, хотя я выбрала биологию, так как чувствовала, насколько увлекательно знать о том, что находится внутри вашего тела. Теперь, сегодня я могу связать оба аспекта, если вы глубоко погрузитесь в человеческое тело, это предоставит вам большой объем данных.
В этом блоге я буду обсуждать роль науки о данных в организме человека в следующих областях:
- Физиология человека
С точки зрения непрофессионала, физиология означает все хорошее, что происходит внутри тела. За последнее десятилетие междисциплинарная область прикладного математического моделирования в физиологии человека сильно выросла и продолжает расти. Растущая способность исследователей получать данные является одной из причин этого роста. Благодаря более быстрым технологиям отбора проб и более совершенным средствам получения как инвазивных, так и неинвазивных данных объем физиологических данных, получаемых в результате различных исследований, значительно увеличивается.
Кроме того, данные имеют гораздо более высокое временное и пространственное разрешение, чем всего несколько лет назад. Например, измерения неинвазивной магнитно-резонансной томографии (МРТ) могут предоставить информацию о скорости кровотока как функции времени и трех пространственных координатах в сердце и артериях диаметром всего несколько миллиметров. Еще одним недавним достижением является способность отображать активность нейронов в головном мозге, наблюдая за изменением уровня кислорода в капиллярах.
Из-за огромного количества данных модели могут предоставлять как качественную, так и количественную информацию о функции, которую они предсказывают, а также предлагать дополнительные испытания. Я считаю, что такие модели необходимы для лучшего понимания основной физиологической функции и что в долгосрочной перспективе математические модели могут помочь в создании новых математических и физиологических теорий.
Ниже приведены некоторые примеры:
- Моделирование временной задержки, связанной с системой барорецепторов, может дать представление о том, что вызывает волны Майера (специфические колебания среднего артериального давления).
- Наличие дикротической вырезки в профиле пульса и изменение дикротической вырезки по всей аорте можно объяснить путем моделирования распространения пульсовой волны вниз по аорте.
- Моделирование динамики реакции мозгового кровотока на внезапную гипотензию после смены положения тела с положения сидя на положение стоя может помочь нам лучше понять церебральную ауторегуляцию.
Кроме того, модели могут помочь избежать двусмысленности, неправильных представлений и потерь усилий. Только использование математики может четко определить большинство, если не все понятия. Неясность и двусмысленность рано или поздно возникнут, если не будут даны математические описания. Например, когда несколько ученых предложили отдельные отдельные индексы для характеристики сократительного состояния желудочка, возникла двусмысленность. Некоторые из этих показателей сильно зависят от системы кровообращения; следовательно, вместо того, чтобы описывать сократительное состояние желудочка, они описывают взаимодействие между желудочком и сосудистой системой.
Отныне, если с помощью сложной технологии, которая помогает в сборе данных с 'n' количеством атрибутов (это могут быть как помеченные данные, так и нет) из человеческого тела, это могло бы помочь в демистификации различных вопросов и помогает в медицине. наука.
2. Биомеханика
Проще говоря, биомеханика — это изучение сил и углов, действующих на человеческое тело в состоянии покоя или движения. Кинетика (когда мы говорим о силе) и Кинематика (когда мы говорим об углах) — два столпа биомеханики. Он помогает определить распределение силы при выполнении любых видов деятельности (ходьбе, беге или занятиях спортом) с влиянием угла. Крайне важно понимать путь сил, потому что это не только предотвращает травмы, но и обеспечивает оптимальную работу этой конкретной мышцы. Например, хотя метание представляет собой одно непрерывное плавное движение, его можно разбить на шесть отдельных фаз. Эти сегменты включают в себя: скручивание (присутствует попеременно, поскольку оно будет отсутствовать, если спортсмен выполняет бросок с растяжки), раннее взведение, позднее взведение, ускорение, замедление и завершение.
Интеграция кинетики и кинематики в каждой фазе может помочь определить сложное движение, которое приводит к уменьшению силы и снижению эффективности движения, поэтому, если мы сможем устранить неисправную кинематику (внутреннюю и внешнюю), это поможет в создании оптимального движения. сил (с учетом человека, силы реакции земли, мышечной силы, совместной силы, гравитационных сил).
Собрав эти данные, мы можем создать контролируемую модель обучения с пометкой данных, таких как хорошая биомеханика и ошибочная биомеханика, что помогает понять лазейки, вызывающие такие проблемы, как боль, снижение производительности и так далее.
3. Прогноз травм/заболеваний
Трудно идентифицировать травму и заболевание, так как на это влияет множество факторов, будь то травма или болезнь. Этот раздел блога разделен на два компонента:
- Прогнозирование травм. Травма может случиться с кем угодно, это то, что мы не можем контролировать, если речь идет о несчастном случае, а точнее о травмах при столкновении. Однако, если мы углубимся в типы травм, их можно разделить на два типа: травматические повреждения и нетравматические повреждения. Нетравматические травмы — это травмы от перенапряжения, которые мы контролируем и предотвращаем.
Спросите спортсменов о травмах, они расскажут вам лучше.
Травма может помешать выступлению, времени и деньгам, и, как есть цитата:
Профилактика лучше лечения…!!
Мы можем предотвратить травмы с помощью науки о данных, вы будете думать, как?
Травма происходит с асимметрией в анатомической области и определенной нагрузкой на ткани, в случае травматического повреждения нагрузка возникает внезапно, вызывая разрыв ткани, однако в случае чрезмерных травм (атравматических) нагрузка постепенно увеличивается, вызывая периодический износ.
Если вы сможете отслеживать асимметрию и нагрузку, мы сможем предотвратить травму. Асимметрию можно отслеживать с помощью биомеханики, как обсуждалось в предыдущем разделе.
Мониторинг нагрузки играет жизненно важную роль в спорте, помогая разделить спортсмена на:
а) Недотренированность — тоже приводит к травме
б) Оптимальный — вероятность травм очень минимальна
в) Перетренированность — больше шансов получить травму
- Заболевание. Несколько сопутствующих факторов риска, таких как диабет, высокое кровяное давление, избыточный уровень холестерина, нерегулярный пульс и другие, затрудняют диагностику заболевания. Тяжесть болезни у людей была определена с использованием различных методов интеллектуального анализа данных и нейронных сетей. Для классификации тяжести состояния (NB) используются различные методы, такие как алгоритм K-ближайших соседей (KNN), деревья решений (DT), генетический алгоритм (GA) и наивный байесовский алгоритм.
Например, при сердечных заболеваниях; поскольку природа сердечных заболеваний сложна, к ним нужно относиться с осторожностью. Невыполнение этого требования может повредить сердце или привести к преждевременной смерти. Медицинская наука и интеллектуальный анализ данных используются для выявления различных типов метаболических нарушений. В прогнозировании сердечных заболеваний и запросе данных важную роль играет интеллектуальный анализ данных с классификацией.
Идентификация необработанных медицинских данных обработки сердечной информации поможет в долгосрочном спасении человеческих жизней и раннем обнаружении нарушений в проблемах с сердцем.
Однако, если заболевание распознать на ранней стадии и как можно скорее принять профилактические меры, уровень смертности может быть значительно снижен.
4. Биоинформатика
Биоинформатика — это отрасль науки о данных, которая фокусируется на использовании программного обеспечения (такого как BLAST и Ensembl) для анализа биологических данных на геномном и белковом уровнях. Открытия в области биоинформатики могут принести пользу здравоохранению, сельскому хозяйству и биоразнообразию. Это сочетание биологии, информатики, статистики и математики, которые обычно не изучаются вместе. Как правило, специалист одной из дисциплин решает заниматься биоинформатикой, что требует от него знакомства с остальными областями.
Анализ последовательности ДНК и белков с использованием различных программ и баз данных, доступных в Интернете, является жизненно важным занятием. Любой, от врачей до молекулярных биологов, имеющий доступ к Интернету и соответствующим веб-сайтам, теперь может использовать простые биоинформационные методы для раскрытия состава биологических молекул, таких как нуклеиновые кислоты и белки. Это не означает, что обрабатывать и анализировать необработанные генетические данные просто для всех. Опытные биоинформатики теперь используют сложные программы для поиска, сортировки, анализа, прогнозирования и хранения данных о последовательностях ДНК и белков. Биоинформатика — это развивающаяся дисциплина, и опытные биоинформатики теперь используют сложные программы для поиска, сортировки, анализа, прогнозирования и хранения данных о последовательностях ДНК и белков.
Исследования генетических нарушений смещаются от изучения отдельных генов в отдельности к открытию клеточных сетей генов, расшифровке их сложных связей и определению их функции при заболевании. В результате этого наступит новая эра индивидуально подобранной медицины. Биоинформатика будет направлять и помогать молекулярным биологам и клиническим исследователям максимально использовать преимущества вычислительной биологии.
Я надеюсь, что вы нашли вдохновение в моем посте, если вы дочитали до этого места.
Если у вас есть какие-либо предложения, пожалуйста, оставьте комментарий.
Счастливого обучения….!!!
