Ростовская область, 10 ноября 2021. DON24.RU. О неожиданных результатах исследования заявили ученые Южного федерального университета. Как пишет газета «Молот», в вузе разработали прибор, позволяющий посредством нейросети детально анализировать движение лошадей, точнее, диагностировать некоторые аспекты состояния здоровья этих животных, регулировать нагрузку при тренировках, а также более корректно отбирать лошадей для участия в скачках, использования их на всероссийских и международных соревнованиях.

Авторы разработки – научная группа под руководством заведующего кафедрой встраиваемых и радиоприемных систем Института радиотехнических систем управления ЮФУ (Таганрог) Сергея Синютина. «Молот» расспросил его о том, в чем принцип действия нетривиального прибора и заинтересовал ли он коневодов; а еще о том, каковы горизонты сегодняшних исследований на стыке медицины, биологии и нейрокибернетики, каких прорывных разработок можно ждать в ближайшие годы, чем они могут помочь в борьбе, например, с коронавирусом.

Как поймать «немую» болезнь

– Сергей Алексеевич, прежде всего хочу узнать, откуда у вас интерес к исследованиям, связанным именно с лошадьми? Коневодство – достаточно специфическая отрасль.

– На самом деле ничего странного в этом нет. Мы уже не один десяток лет разрабатываем приборы в области медицинской электроники. Например, не так давно в партнерстве с ростовским предприятием «КВАНТ» сделали своего рода кардиомонитор – комплекс для наблюдения за состоянием сердечно-сосудистой системы человека. И один из модулей в его составе как раз отслеживает движения человека. Что же касается всего комплекса, задачей было создать трансформируемую электрофизиологическую лабораторию, приборы которой соединены друг с другом беспроводной связью по радиоканалу (Bluetooth с низким энергопотреблением).

– Наверняка приборы, призванные решить схожие задачи, в мире есть.

– Безусловно – взять, например, метод суточного мониторирования ЭКГ по Холтеру. Но мы задались целью расширить возможности такой диагностики, углубить их. Если не погружаться в сложную медицинскую специфику, то суть в том, что не всегда процедуры ЭКГ позволяют дать полную картину того, что происходит с сердечно-сосудистой системой человека, как сердце работает при нагрузке, при различной физической активности. Тем более что есть редкие аритмии, «поймать» которые сложно. А одна из проблем диагностики ишемической болезни сердца в том, что это «немое» заболевание – на ранних стадиях человек может вообще не чувствовать никаких симптомов. Однако наш прибор позволяет, во-первых, снимать у пациента ЭКГ очень долго – например, двое суток. За сутки, к слову, человеческое сердце совершает примерно 100 тысяч ударов, и пусть среди них будет лишь десяток неправильных – мы их зафиксируем. Во-вторых, наш комплекс – это своего рода конструктор из разных модулей, при необходимости можно не только делать ЭКГ, но и измерять другие важные показатели: мышечную нагрузку, параметры движения, реально описать «цифровой профиль» походки. Кроме того, полученные сведения можно передавать через интернет в медучреждения. Сейчас готовится серийный выпуск одного из модулей этого прибора, получен сертификат федерального Минздрава.

Математика возле седла

– И все-таки почему был перекинут мостик от кардиомонитора до исследования нюансов движения лошадей?

– У нашей кафедры и у меня лично сложились хорошие рабочие, да и дружеские, отношения с коллегами из Кабардино-Балкарского государственного университета имени Бербекова. А в тех краях традиционно огромный интерес к лошадям, много потомственных коневодов. Мы не единожды общались по вопросам медэлектроники. В придачу несколько лет назад наше подразделение ЮФУ было вовлечено в крупные международные исследования по изучению генома кабардинской породы лошадей. В них поучаствовали, например, и специалисты Берлинского университета имени Гумбольдта, Кабардино-Балкарского госуниверситета, Всероссийского НИИ коневодства в Рязанской области.

Да и испытания макета нашего прибора, которые провели недавно в Кабардино-Балкарии, – это плод усилий разных людей. Меня, например, лошадь вообще к себе не подпустит. Поучаствовали коллеги из Кабардино-Балкарского госуниверситета, из НИИ коневодства, наездники Малкинского конного завода. А Заур Коков, доцент Кабардино-Балкарского госуниверситета, по сути, соавтор прибора.

Чтобы «обучить» нейросеть, макет прибора испытали на Малкинском конном заводе, на нескольких лошадях кабардинской породы. Фото: Заур Коков

Есть определенное направление в селекции – выведение пород скаковых лошадей. В мире проводят много скаковых состязаний – как на короткие дистанции, так и на длинные стипль-чезы по пересеченной местности, которые длятся, к примеру, по 10 дней. Особенности движения лошадей на быстрых аллюрах (галоп, рысь) невозможно изменить, они врожденные, наследственные. Сегодня вывести лошадь на уровень чемпиона – дело крайне затратное. И конечно, желательно как можно раньше выяснить, а перспективно ли это животное в качестве скакового, в каких дисциплинах могло бы себя проявить, как при изменении скорости движения работает его сердце. И лучше использовать не субъективные критерии – скажем, взгляд опытного наездника, а объективные, измеряемые в цифрах.

Естественно, такой прибор был бы очень полезен и в ветеринарии – для определения того, больно животное или здорово, для коррекции нагрузок при тренировках.

У меня порой спрашивают, есть ли аналоги нашей разработки за рубежом. Таких точно нигде в мире пока нет. Есть что-то похожее. При этом очень важно, что наша разработка еще и выигрывает в том, что касается затратности. К примеру, в Великобритании лошадь гоняют по специальной дорожке, начиненной датчиками примерно через каждые 40 см. Такая методика позволяет достичь примерно тех же целей, что и наш регистратор движения лошади, но ее стоимость в 200–300 раз выше.

Если говорить совсем просто, мы стараемся увидеть то, чего глаз человека не замечает. И используем для этого весь арсенал современной математики и программирования.

– Прочитала, что в основе вашей разработки – комплект инерциальных датчиков, в том числе трехосевой акселерометр, трехосевой датчик угловой скорости, электронный компас и высокоточный барометрический датчик для измерения высоты подъема или спуска. Это оборудование не травмирует животное?

– Конечно нет. Все эти датчики находятся в одной микросхеме. Это маленький кристаллик размером 3 на 3 мм. Вместе с прибором, в котором все данные записываются на флеш-карту, это коробочка размером с ладошку человека. Причем речь пока идет об экспериментальной модели, а если ее делать серийной, она будет размером примерно с большой палец руки человека. А прикрепляем мы прибор между передней лукой седла и телом лошади. Разумеется, травмирование животных исключено.

Прибор закрепляют между передней лукой седла и телом лошади. Фото: Заур Коков

Что до того, на какой стадии разработка, сейчас мы анализируем результаты испытаний. Их цель – собрать больше данных, биг-даты, чтобы научить прибор работать корректнее. В будущем году испытания продолжатся, надо задействовать больше лошадей. В дальнейшем эту разработку, конечно, можно ориентировать и на других животных.

Как поясняет Сергей Синютин, сейчас прибор по размеру с ладошку взрослого человека. Но если дело дойдет до серийного производства, его можно сделать и более миниатюрным, размером с большой палец. Фото: Центр общественных коммуникаций ЮФУ.

Лаборатория в кармане

– В последние годы ученые Института радиотехнических систем управления ЮФУ участвуют и в исследованиях по созданию российских биочипов. Речь, опять же, о медицинских изысканиях. Какова глобальная цель?

– Уже не один год во многих развитых странах занимаются разработкой биочипов, созданием «лаборатории на кристалле». Пандемия ковида стала еще одним толчком к этим исследованиям. Мы ведем их совместно с генетиками, биологами и химиками ЮФУ. Биочип подразумевает возможность использовать в качестве медоборудования для проведения базовых анализов, если говорить совсем просто, кусочек кремния размером с почтовую марку (на нем размещена микролаборатория). На него помещается капелька биоматериала, подносите к компьютеру с соответствующим программным обеспечением, и через 15–20 минут можно получить результат. А конечная цель – создание компактных и доступных по цене приборов, с помощью которых человек у себя дома мог бы делать ряд анализов крови, мочи, пота, слюны, выделений из носа; речь вполне может идти и о тестировании на коронавирус. Да, безусловно, лабораторной, очень точной диагностики это не исключает. Но в каких-то случаях достаточно и упрощенных методик анализов, пусть с некой погрешностью, но позволяющих человеку быстро и регулярно отслеживать состояние здоровья. Речь идет о лаборатории в кармане или, как говорят на Западе, «у постели пациента». С помощью схожей технологии реально, например, и быстро проверять качество фруктов, овощей. Мы хотим, чтобы Россия в этой научной гонке не осталась позади.

– Как скоро такие портативные аппараты могут стать реальностью?

– Я думаю, года через три-четыре. Лет 40–50 назад кровяное давление измерялось только врачом, а сегодня нормой стали умные часы. Наука не стоит на месте, и подход к ней тоже.

Кстати

В созданном учеными регистраторе движения лошади данные измеряются от 50 до 200 раз в секунду и записываются на флеш-карту.