Александр Георгиевич Барт о биометрическом направлении

Обзор направления

Биометрическое направление работ на кафедре возникло на базе известного городского Биометрического семинара, организованного в 1963 г. на нашем факультете О.М. Калининым по инициативе академика Ю.В. Линника.

Среди его целей основными были:

  1. математическое обеспечение реальных работ медико-биологического плана на базе непосредственных рабочих контактов с экспериментаторами;
  2. разработка математического аппарата, отражающего логическую структуру биосистем;
  3. обучение студентов проблемам биометрии.

В 60-80 гг. Семинар играл в Ленинграде роль координирующего, консультативного центра по статистике и прикладным математическим методам не только для биологов и медиков, но и для специалистов других областей знания. Участие в работе Семинара принимали видные ученые; среди них – биологи А.А. Любищев, П.Г. Светлов, А.Л. Берг, А.А. Малиновский, К.А. Бреев, историк и географ Л.Н. Гумилев, медики М.Б. Тартаковский, Б.Л. Нуллер, Б.Б. Бондаренко, В.Н. Ардашев, С.С. Жихарев, архитектор И.П. Шмелев. С некоторыми из них велись многолетние совместные работы.

Барт А.Г.
Барт А.Г.

Особую роль в идеологии и методологии работы биометрической группы сыграла многолетняя плодотворная научная связь О.М. Калинина с А.А. Любищевым [34]. Александра Александровича отличала энциклопедичность знаний и основанная на ней смелость и нетрадиционность подхода к самым принципиальным проблемам биологии, а также высокая культура в работе с реальным материалом. Примером может служить его книга по дисперсионному анализу [35], которая была написана еще в 1940 г., но остается актуальной и в настоящее время. Уникальный материал А.А. Любищева по земляным блошкам рода Chaetocnema много лет являлся тестовым массивом для статистических разработок нашей группы. До сих пор в Ульяновске проводится ежегодные Любищевские чтения, одним из организаторов которых является профессор нашего факультета Р.Г. Баранцев.

В историческом плане по возрождению биометрии после лысенковщины следует также отметить научную и организационную деятельность П.В. Терентьева. Его знаменитый метод корреляционных плеяд [28] является одним из важнейших методов первичной статистической обработки данных. Он был организатором первых всесоюзных конференций по применению математических методов в биологии.

Существенной особенностью деятельности Семинара, продолжившего традиции этой биометрической школы в статистическом и математическом направлениях, был и остается целостный, системный подход к проблеме применения математических методов, учитывающий не только научный, но также организационный, экспериментальный и методологический её аспекты.

Коллективное совмещение профессий в решении конкретных реальных задач отражает общую прогрессивную тенденцию, дающую возможность при анализе явления сохранить целостностное представление о нем. Оно позволяет не копаться в деталях другой профессии, а учесть ее последние результаты для продвижения в основном вопросе. Но при этом возникают методологические проблемы взаимопонимания специалистов с разными стереотипами мышления. Одним из важнейших в опыте работы Семинара была разработка и практическое апробирование принципов (прежде всего методологических) взаимодействия математика и экспериментатора, в частности при статистической обработке реальных данных [1].

Отметим кратко наиболее важные этапы научного аспекта.

Прежде всего – систематизация исходных понятий (индивиды, признаки, значения признаков, параметр) и типов наблюдений (матрицы, процессы, прочерки, конфигурации) в статистике, а также система анализов многомерной статистики. Такой систематизации требовала постоянная работа с разнообразным реальным материалом. Проблема ротаций в факторном анализе и проблема выделения периодичностей привела О.М. Калинина к идее и первым апробациям метода “гусеница” в статистике процессов, который в настоящее время получил техническое развитие в книге (см. [30]). Важным этапом была его работа по морфомеханике [32,33], давшая, в частности, толчок к разработке теории кривых саногенеза. Но наиболее принципиальным и перспективным представляется многолетний опыт О.М. Калинина в применении для исследования естественных систем алгебраических (теория групп и полей), комбинаторных (конечные геометрии, дизайны) и теоретико-числовых методов. Так, он первым обратил внимание на существенность в этих вопросах исключительных изоморфизмов конечных групп. Именно эти методы дискретной математики составляли основу системного подхода к анализу биосистем.

В практической работе главная нагрузка ложилась в то время на основных программистов биометрической группы Т.П. Кистер, С.Ф. Колодяжного, В.И. Бойко (и их учеников), опыт которых лег в основу компьютаризации многих статистических методов, развиваемых и в настоящее время. Среди активных участников семинара – сотрудники, аспиранты, студенты – Б.З. Докторов, Н.В. Хованов, Е.М. Кузьминчук, В.В. Корников, B.Н. Солнцев, К.С. Сурина, Т.Е. Петрова, Л.Э. Гаав, Н.Н. Гизлер, М.М. Кислицин и другие.

После переезда математических факультетов ЛГУ в Петергоф деятельность Семинара перешла в более узкое русло конкретных специализаций по направлениям, в которых был накоплен многолетний опыт: генетика, нейрофизиология, паразитология, кардиология, иммунология (конкретно – бронхиальная астма), раневые процессы и так далее.

В локальных вариантах Семинар продолжает работать и в настоящее время.

Биометрическая группа была организована на кафедре 1981 году. Ее основу составляют доценты А.Г. Барт и Н.П. Алексеева (Клочкова), с.н.с. В.Н. Солнцев, н.с. К.С. Сурина, аспиранты и студенты специализации статистического моделирования. Следует отметить существенное участие в этих работах асс. Н.Ю. Баланиной в 80-90 гг., продолжившей программисткие традиции Т.П. Кистер и В.И. Бойко. Эпизодически в медико-биологических работах участвовали доценты В.В. Некруткин и Н.Э. Голяндина и другие сотрудники указанной специализации.

Перейдем к краткому пояснению научных результатов деятельности группы.

Здесь прежде всего следует отметить совместные работы нашей группы в 70-90 гг. с паразитологами К.А. Бреевым и его учеником из Чехословакии Я.К. Минаржем по борьбе с оводами сельскохозяйственных животных. В результате этих работ возник метод частично обратных функций для анализа регуляций в биосистемах, позволивший определять границы устойчивых регуляций (пороги и масштаб иммунитета), а также теория обобщенных биномиальных распределений. Эти работы оказались плодотворными и методологическом плане.

Другое важное направление – новый подход к анализу кривых дожития – возникло в результате наших работ с нефрологами 1-ЛМИ (проф.Б.Б. Бондаренко) по гломерулонефриту [7]. Здесь появилось понятие кривой саногенеза (компенсации), описывающей динамику болезни и понятие критических точек в этой динамике.

В работе [4] принципиальная теорема, доказанная Н.А. Алексеевой, позволяет понятия границ устойчивых регуляций, введенные на стохастическом языке, перенести на детерминистический язык критических точек кривой саногенеза. Это в частности оказалось существенным при анализе данных по гипертонии (совместные работы с НИИ кардиологии), по раневым процессам (совместная работа с хирургами Российской военно-медицинской академии (РВМА)) и при анализе маркетинга продаж. Здесь следует отметить вклады студентов кафедры П.А. Груздева и М.Л. Заславского.

Отдельно следует выделить многолетнее сотрудничество с пульмонологами 1-ЛМИ (проф. С.С. Жихарев) в исследовании бронхиальной астмы. Здесь указанная теория успешно применена при анализе процесса гликогенолиза и данных по реалогии крови [14]. Большой вклад аспирантки О.А. Джафаровой.

Сущестенным оказалось многолетнее плодотворное сотрудничество нашей группы с нейрофизиологами НИИ Эволюционной Физиологии и Биохимии им. И.М. Сеченова по анализу межнейронных соединений. Здесь можно выделить результаты по двум направлениям – квантовый анализ постсинаптических потенциалов (активное участие аспирантов и студентов в разные годы: А.Э. Дитятев, Нгуен Куанг Тиен, А.В. Петров, Н.А. Бочкина, А.В. Гаген-Торн), и анализ трехмерных реконструкций нейронных деревьев (студенты Л.А. Терновая и И.С. Щербакова).

Этапным можно назвать нашу работу в составе группы “ТРЕНД”, собранной проф. А.А. Жиглявским для работ с фирмой Procter & Gamble по зубным пастам. В результате публикован сборник работ группы. В нем есть несколько принципиальных статей биометрической группы. Например, в [2] впервые границы нормы и патологии исследуются на языке симметрий конечных полей, дизайнов и платоновых тел.

Наконец, отметим сотрудничество Н.П. Алексеевой с акад. Ю.Б. Вахтиным из НИИ цитологии по проблемам генетики и радиобиологии и работы К.С. Суриной совместно с О.М. Калининым по методам дискретной математике в анализе биосистем.

Существенной стороной деятельности группы является обучение студентов и аспирантов кафедры статистическим (и биометрическим) проблемам. Результаты и опыт работы передаются в спецкурсах и спецсеминарах, в курсовых и дипломных работах. Начиная с 3 курса, студенты приобщаются к работе с реальным материалом.

В заключении следует отметить наблюдаемую прогрессивную тенденцию заинтерисованности в математических методах (прежде всего информатика и статистика) на гуманитарных факультетах (например, медицинский или восточный). Здесь при обучении акцент делается на подготовку специалистов к указанной совместной с математиками деятельности при решении реальных проблем. Для студентов медиков нами совместно с хирургами РВМА выпущена методичка по самым необходимым вопросам биометрии [29].

Вернуться в начало страницы

Основные публикации по биометрии

Общие

  1. Барт А.Г. Анализ медико-биологических систем. Метод частично-обратных функций. – СПб.: Изд. С-Петербург. ун-та, 2003. – 280 с.
  2. Барт А.Г., Клочкова Н.П., Некруткин В.В. Симметрии в структурах факторного анализа стоматологических данных // Статистические методы в клинических испытаниях / Под ред. А.А. Жиглявского и В.В. Некруткина. – СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 1999. – С. 165-219.
  3. Bart A.G., Klochkova N.P., Kozhanov V.M. 1993. The Universal Scheme of Regulations in Biosystems for the Analysis of Neuron Junctions as an Example // In Model-Oriented Data Analysis, W.G. Muller, H.P. Wynn, A.A. Zhigljavsky (Eds.). – Heidelberg: Physica-Verlag, 1993. – P. 167-177.
  4. Барт А.Г., Клочкова (Алексеева) Н.П. Критические периоды в кривых дожития. // Статистические методы в клинических испытаниях / Под ред. А.А. Жиглявского и В.В. Некруткина. – СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 1999. – С. 234-253.
  5. Bart A.G., Alekseyeff (Klochkova) N.P., Bochkina N.A. Partially Inversion of Functions for Statistical Modelling of Regulatory Systems // Advances in Stochastic Simulation Methods (Series: Statistics for Industry and Technology) N. Balakrishnan, V.B. Melas, S.M. Ermakov (Eds.). – Boston: Birkhauser, 2000. – P. 355-371.
  6. Барт А.Г. Целочисленность и управление биологическими системами // Биологические аспекты изучения целостности организма. – 1987. С. 141-151.

Медицина

  1. Барт А.Г., Бондаренко Б.Б., Бойко В.И. Математический анализ течения ХГН // Гломерулонефрит. – М.: Наука, 1980. – С. 213-225.
  2. Барт А.Г., Бондаренко Б.Б., Соколова Л.А, Клочкова Н.П. Математический анализ эволюции артериальной гипертензии // Артериальные гипертензии (Актуальные вопросы патогенеза и терапии). – 1995. – С. 202-209.
  3. Барт А.Г., Джафарова О.А., Жихарев С.С., Минеев В.Н Биоматематический анализ функции мембранно-рецепторного комплекса при бронхиальной астме // Этиология, патогенез, лечение и профилактика бронхиальной астмы. – 1989. С. 21-24.
  4. Барт А.Г., Жихарев С.С. Некоторые итоги изучения адренергического дисбаланса при бронхиальной астме // Новое в этиологии, патогенезе, клинике, лечении и профилактике предастмы и бронхиальной астмы. – 1985. – С. 56-59.
  5. Барт А.Г., Жихарев С.С., Джафарова О.А. и др. Изучение патологических основ бронхиальной астмы методами статистического моделирования. // Новое в этиологии, патогенезе, клинике, лечении и профилактике предастмы и бронхиальной астмы. – 1985. – С. 31-36.
  6. Барт А.Г., Иванов С.Л. Анализ распределений показателей гингивита в структуре орального иммунитета // Статистические методы в клинических испытаниях / Под ред. А.А. Жиглявского и В.В. Некруткина. – СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 1999. – C. 274-284.
  7. Клочкова Н.П., Соловьева А.М., Барт А.Г. Статистические исследования влияния экзогенных местнодействующих этиологических факторов на развитие гингивита // Статистические методы в клинических испытаниях / Под ред. А.А. Жиглявского и В.В. Некруткина. – СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 1999. – С. 120-130.
  8. Барт А.Г., Джафарова О.А. Стохастическая модель процессов РОЭ // Сб. трудов НИИММ им. акад. В.И. Смирнова (к 70-летию института) / Под ред. М.К. Чиркова., СПб.: НИИХ СПбГУ, 2002. – С. 113-125.

Паразитология

  1. Барт А.Г., Бреев К.А., Мальцева И.Г., Янимяги К.Э. Математико-статистический анализ хозяино-паразитных отношений подкожных оводов // Успехи биометрии и бионики / Труды ЛОЕ, 1976. – Т. 73, Вып. 5. – С. 11-22
  2. Барт А.Г., Бойко В.И., Бреев К.А., Корников В.В.Об определении параметров роста и выживаемости паразитов в популяциях хозяина. // Паразитологический сб., 1980. – Т. XXXIX. – С. 14-23.
  3. Корников В.В., Калинин О.М., Барт А.Г. Математические модели распределения организмов на территории // Математические модели популяций. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1979. – С. 69-74.
  4. Бреев К.А., Корников В.В., Барт А.Г. и др. Метод калибровки орудий лова на примере количественного учета личинок комаров в районе Байкало-Амурской магистрали (бета-пуассоновская схема) // Паразитологический сб. – 1983. – Т. ХХХI. – С. 48-61.
  5. Bart A.G., Minar I. Basic regulatory parameters of the host-parasite system for warble flies of farm animals using Hypoderma bovis as an example // Folia Parasitologica (Praga), 1984. – 31, P. 277-287.
  6. Bart A.G., Minar I. Probability description of regulation on the level of population and individual in the host-parasite system using O.ovis as an example // Folia Parasitologica (Praga), 1992. – 39, P. 75-83.

Нейрофизиология

  1. Барт А.Г., Дитятев А.Э., Кожанов В.М. Квантовый анализ постсинаптических потенциалов в межнейронных соединениях: выделение сигнала из шума // Нейрофизиология, 1988. – Т. 20. – С.479-487.
  2. Барт А.Г., Дитятев А.Э., Кожанов В.М. Анализ передачи в межнейронных синапсах с помощью свертки биномиальных распределений // Нейрофизиология, 1988. – Т. 20. – С. 487-493.
  3. Барт А.Г., Дитятев А.Э., Кожанов В.М. Анализ передачи сигналов в межнейронных синапсах на основе принципа отражений // Докл. АН СССР, 1989. – Т. 306. – С. 1503-1507.
  4. Барт А.Г., Клочкова Н.П., Кожанов В.М., Чмыхова Н.М. Исследование механизмов межнейронного взаимодействий на основе принципа отражений // Журн. эволюц. биохимии и физиологии, 1997. – Т. 33, 4.5. – С. 462-474.
  5. Барт А.Г., Кожанов В.М., Чмыхова Н.М., Бочкина Н.А., Терновая Л.А., Клеманн Г.П. Топологический и статистический анализ трехмерных реконструкций аксонных коллатералей. Нейрофизиология, Киев, 2000. – Т. 32, 4. – С. 285-296.
  6. Hagen-Thorn A.V., Bart A.G., Kozhanov V.M. The method of distributions deconvolution in neurophysiological applications // Simulation 2001. Proceedings of the 4th St.Petersburg workshop on simulation, Nii chemistry St.Petersburg university publishers. – P. 239-243.
  7. Гаген-Торн А.В. Выделение дискретного распределения из свертки с нормальным шумом // Вестник СПбГУ. Сер.1., 2001. – Вып.1 (№1). – С. 10-14.

Другие публикации

  1. Зайцев Г.Н. Общебиологическое значение биометрических исследований П.В. Терентьева // Биометрические методы. – М: Изд-во МГУ, 1975. – С. 11-19.
  2. Иванцов В.А., Мадай Д.Ю., Барт А.Г., Барт В.А. Биометрический анализ. – СПб.: Наука, 2003. – 105 с.
  3. Главные компоненты временных рядов: метод “Гусеница” / Под ред. Д.Л. Данилова и А.А. Жиглявского. – СПб.: С-Петербург. гос. ун-тет, 1997. – 308 с.
  4. Калинин О.М., Барт А.Г., Кузьминчук Е.М., Гизлер Н.Н. Система анализа данных на ЭВМ и четверки в природе.// Тез. всесоюз. конф. “Теория классификаций и анализ данных”, ВЦ СО АН СССР, Новосибирск, 1981, Ч. 3. – С. 37-38.
  5. Калинин О.М. О единых математических трактовках в биологической систематике и динамике популяций и о связи диффузии с нелинейными равнениями // Проблемы кибернетики, 1972. – Вып. 25. – С. 107.
  6. Калинин О.М. Органическая форма, высшие таксонометрические категории и квантовая физика // Труды ЛОЕ. Успехи биометрии и бионики, 1976. – Т.73, Вып.5. – С. 3-11.
  7. Александр Александрович Любищев / Под ред. П.Г. Светлова. Л.: Наука, 1982. – 143 с.
  8. Любищев А.А. Дисперсионный анализ в биологии. – М.: Изд-во МГУ, 1986. – 200 с.
Вернуться в начало страницы