КОНВЕРГЕНТНЫЕ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗНАНИЙ И РЕАБИЛИТАЦИИ ЛЮДЕЙ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ ЗДОРОВЬЯ
Автор:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение инклюзивного высшего образования Московский государственный гуманитарно-экономический университет (МГГЭУ), профессор кафедры Прикладной математики информатики, к. т.н., руководитель НОЦ МГГЭУ
Номинация 7. ИКТ в обучении людей с ограниченными возможностями здоровья.
Предмет (предметная область) - система образования в области современных конвергентных, когнитивных, интеллектуальных информационных телекоммуникационных технологий и реабилитации людей с ограниченными возможностями здоровья.
Даты проведения занятия (серии занятий) – первый, второй семестр 2014/15 учебного года.
5. Общая продолжительность занятия (лекции, практические семинары в темах ИИС, СИИ, Введение в кибернетику,. ..) – 7 семестр 36 часов, 8 семестр 24 часа). и ряд целевых семинаров и выступлений (в Презентации)
6. Участники (аудитория): студенты 4 курса, дневное отделение факультета ПМиИ, специальность прикладная математика и информатика, бакалавры, магистры, аспиранты (лингвисты, экономисты), участники семинаров.
7. Оборудование, необходимое для проведения занятия (компьютеры, использование сети Интернет в режиме онлайн, проектор, звуковое сопровождение, специальные блоки - контроллеры с компьютерами, а также стереомонитор, ЭЭГ,3D принтер в экспериментах.).
8. Используемый учебник: Литература в конце Описания работы,
Аннотация Рассмотрены междисциплинарные вопросы влияния конвергенции наук и современных информационных технологий на формирование знаний и реабилитации. Отмечена особенность когнитивных аспектов представления знаний, изучения сознания и поведения человека. Проблема реабилитации личности с нозологиями рассматривается через погружение в информационный творческий процесс и предметную область, используя технологию рассуждений, рефлексии мыслей, образного и ассоциативного мышления, понимания и лингвистическую коммуникацию. Представлены примеры: информационных систем для диагностики и коррекции нозологий функциональных систем организма; медицинских роботов для реабилитации, жизнеобеспечения; информационных систем в помощь инвалидам-спортсменам; систем и интернет – вещей, среды обитания и деятельности и др. Дана оценка и рекомендации по решению проблем конвергенции наук и технологий в формировании современных знаний и реабилитации, как элемента инклюзивного образования инвалидов в XXI веке. В Презентации представлен некоторый иллюстративный материал применения современных ИКТ.
Описание работы
Формирование знаний рассматривают как сферу деятельности по обучению и воспитанию человека, связанную со становлением личности, умений, основанных на научном представлении предметных областей, сущности знаний и на проявлении искусства передачи знаний. Современный этап развития формирования знаний основан на конвергенции - объединении, взаимопроникновении наук и технологий, саморазвитии научной отрасли, сочетающей процессы интеграции и дифференциации с широким взаимодействием с другими науками: философией, медициной, психологией, физиологией, математикой, социологией, экономикой, политологией [1].
Наследие прошлого великих мыслителей, педагогов составляют базис гуманистических традиций воспитания и обучения приёмам и способом управления разумом, развития мышления, нравственного сознания человека, определяющего поведение [2].
Центром внимания, является личность с ограниченными физическими возможностями, ориентированная на приобретение знаний и умений, как средства реабилитации и утверждения в обществе.
Проблему формирования знаний, умений, реабилитации личности с нозологическими отклонениями следует рассматривать как процесс использования комплекса информационных, когнитивных, функциональных, конвергентных, нейрореабилитационных высокотехнологических методов и средств, через погружение в творческий процесс, используя индивидуальный подход и способность учителя увлечь в предметную область
Задачей является расширение базы мыследеятельности, направленной на самого человека, на развитие его интеллектуальных способностей, приобретение дополнительных знаний в процессе анализа о состоянии и развитии проблемной области, кибернетических систем, о функциональных системах человека и системах реабилитации, нейрореабилитации отдельных систем организма в различные периоды жизни.
В настоящее время мировая проблема - создание современных развивающих технологии, методов и средств получения человеком знаний, основанных на ИКТ, приобщения к общекультурным ценностям, с учетом его индивидуально-возрастных особенностей, активизация творческого потенциала личности, способностей.
Искусство стимулирования и рождения новых научных идей, проблем, концепций связаны с развитием современных вещей как объектов, подверженных искусству трансформации формообразующих факторов дизайна, использующих традиции, авангардную фантазию и определяющих формы вещей как произведений искусства начала XXI века. Особенно они нужны для личностей с нозологическими признаками, как средства реабилитации.
Основой информационной технологии создания эффективных систем управления творческим процессом приобретения знаний является: комплексификация знаний - системность 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 [3]. Психологическая виртуальная реальность порождается психикой человека и теоретически есть психическое отражение процессов, происходящих в самой же психике [4]. 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[5], 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.
Квантование «сознания» Пенроуза-Хамероффа фиксирует процесс того, как живой мозг рождает конкретную мысль, создаёт образ, информационный продукт [6]. Каждой мысли, образу обязательно соответствует определённая структура активизированных нейронных сетей - клеток головного мозга, полный набор нейронных единиц когнитивного опыта, фиксируемых ЭЭГ, которые называет – когнитомом.
Информационные технологии, специально ориентированные на развитие интеллектуальных способностей человека, развивающие воображение и ассоциативное мышление человека составляют важный элемент когнитивных технологий в формировании знаний. Информационные технологии, описывающие основные мыслительные процессы человека называют когнитивными или познавательными и они являются одним из наиболее важных разделов формирования знаний личности с нозологическими отклонениями.
Когнитивная образовательная технология является общепедагогической предметно независимой индивидуально ориентированной образовательной технологией формирования смысловых схем в виде содержательных структур, обеспечивающих понимание учащимися предметной области и необходимых для успешной адаптации к жизни в современном информационном обществе.
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, 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 [7]. Конвергентная наука представляет собой современный междисциплинарный подход к изучению психики и мозга человека.
Компенсация и реабилитация ограниченных физических возможностей личностей включает, наряду с медициной, как технические вопросы диагностики и 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.
В последние годы 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 [8]. 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 - процессам принятия решений, включающим афферентный синтез, обратную афферентацию, эфферентные возбуждения, акцептор результата действия[9]. 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. 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, имплантации 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, как средства реабилитации, 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.
Весьма актуально использование конвергентных направлений в проблемах связанных с концепцией «medical pedagogy» (медицинская педагогика, лечебная педагогика, коррекционная педагогика и др.), берущей начало от учения Р. Штайнера (Германия) по вопросам развития и поведения аномальных детей, утверждающей, что в каждом человеке, определённым обучением, действиями, можно прямо или косвенно реабилитировать некоторые недостатки.
Проблемы, связанные с очным образованием инвалидов студентов – опорников и их реабилитации с 1988г изучал доктор физико-математических наук, профессор , основатель, первый ректор Московского инвалидного института (современное название МГГЭУ). Его работы и коллег - преподавателей отражены в монографии «Лечебная педагогика» в МИИ 2000 года [10]. 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 МГГЭУ также освещались вопросы инклюзивного образования, инвалидов с нарушением опорно-двигательной системы [11].
С целью развития системы дополнительного образования и обеспечения научных исследований в области современных когнитивных интеллектуальных информационных телекоммуникационных технологий, по проблемам реабилитации инвалидов, создан научно-образовательный центр НОЦ МГГЭУ (http://noc. mgsgi. ru), который осуществляет взаимодействие с ведущими научно-исследовательскими, образовательными и общественными организациями.
На базе Научно-Образовательного Центра МГГЭУ и кафедры Прикладной математики и информатики, выполнено, в основном студентами-инвалидами (представленных в перечне и в Презентации), значительное число работ, относящихся к высокотехнологическому комплексу по использованию когнитивных методов и информационных систем формирования знаний и умений, основанных на современных интеллектуальных технологиях, обеспечивающих функциональную реабилитацию людей с различными частично нарушенными функциями (нозологиями).
Комплекс высокотехнологических методов и средств, учитывая реальные особенности формирования знаний, умений, включает использование и развитие приложений математических методов, таких как фракталы, динамические структуры, распознавания, а также следующие системы.
1.Системы информационной совместимости людей с ограниченными возможностями по зрению, слуху, речи, движениям, (преобразователи речь-текст, текст-речь, жест-текст и др.), основанные на современных программно-аппаратных коммуникационных, информационных, виртуальных, интеллектуальных технологиях.
2. Системы когнитивного анализа функциональных систем человека, рефлекторных структурных проявлений, особенностей механизмов реципроктной инервации мышечных взаимодействий.
3. Системы когнитивного анализа и нейроморфного моделирования функциональных систем человека.
4.Системы энергоинформационной реабилитации, биорезонансной и мультирезонансной терапии.
5. Технологии самоорганизации системных механизмов поведения (системогенеза) личности, реализующих эффективный творческий процесс формирования профессиональных знаний и умений на базе когнитивных, виртуальных, системных, информационных технологий.
6. Системы и «умные» интернет – вещи для среды обитания и деятельности, включая карты безбарьерных маршрутов.
5. Экспертные системы и информационные системы в помощь инвалидам-спортсменам, включая средства моделирования и визуализации биомеханических и динамических процессов в таких видах спорта, как футбол, бег, плавание, фехтование, хоккей, гребля, боча.
6. Системы управления энергетикой в социальной сфере: энергосбережением на базе контроллеров и оборудования фирмы SE; образовательный центр «Умный Дом» для молодежи с ограниченными возможностями.
7. Когнитивная интернет технология WEB-портала компетенций и сопровождения деятельности НОЦ.
8.Экспертные системы диагностики и коррекции нозологий функциональных систем организма: вестибулярного аппарата, речевого аппарата, опорно-двигательного аппарата.
9.Экспертные системы диагностики и коррекции физических отклонений на стадии перинатального и раннего развития ребёнка,
10.Медицинские роботы для реабилитации, жизнеобеспечения.
11. Экзоскелетонные модели, позволяющие инвалидам вести дистанционное управление и контроль состояния сложных систем в различных средах.
12.Особую важность для ампутантов верхних и нижних конечностей представляет разработка управляемых киберсистем и биопротезов, в том числе управляемых биопотенциалами мышц, биотоками мозга, а также использование биотоков мозга для нейродиагностики и нейрореабилитации.
На стадии разработки систем медицинской кибернетики, при создании центра тестирования, сертификации и эксплуатационной поддержки систем для инвалидов, с участием фирм-разработчиков систем и медицинских реабилитационных центров, изделия могут пройти полноценную апробацию при участии студентов МГГЭУ, где живут и обучаются, наряду со студентами без инвалидности, около 600 студентов-инвалидов с более 30 формами заболеваний.
Для решения проблем конвергентных технологии формирования знаний, как элемента инклюзивного образования инвалидов в XXI веке, необходимо:
- создание центра компетенции, комплексного понимания современного специального образования инвалидов, социальной, научно-медицинской, экономической ориентации;
- создание кафедр, ориентированных на подготовку специалистов по направлениям: конвергентные технологии формирования знаний, когнитивная педагогика, медицинская кибернетика, биомехатроника, робототехнические системы и нейрокибернетика;
-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;
- обеспечение инвестиционной поддержки создания современных интеллектуальных робототехнических систем в помощь инвалидам.
Автор признателен коллегам, студентам, с которыми связывают 15 лет работы со студентами - инвалидами в МГГЭУ, что способствовало формированию научно-технических позиций и решения практических задач формирования знаний и средств реабилитации и утверждения инвалидов в обществе.
Литература
«НИЦ Курчатовский институт» От синтеза в науке - к конвергенции в образовании. Образовательная политика №11-12 (49-50)2010. , Реан . Учебник для вузов.- СПб: Питер, 2001,304 с. (Серия «Учебник нового века). Солсо психология. – Пер. с англ.–М.:Тривола, 1996.- 600 с. Носов психология - М.: АГРАФ,2000, 432 с. Хомская : Учебник для вузов. МГУ, 4-изд.+CD –СПб, Питер, 2013 (Классический университетский учебник). Квантовая теория Сознания: Стюарт Хамерофф и Роджер Пенроуз http:///za-granyu-nauki/issledovaniya-okolosmertnogo-opyta-richard-moudi-i-drugie/1174-nakonets-to-najdeno-mesto-gde-u-lyudej-nakhoditsya-dusha. , Анохин научные перспективы современных когнитивных исследований. Актуальные проблемы и перспективы когнитивных исследований. Вестник РФФИ №2-3, 2011. Никольский вопросы нейрореабилитации. УДК616.8-07-08-036.82 Минздрав РФ/Сб. материалов VII-го международного Конгресса «Нейрореабилитация – 2015» «От нейрона к мозгу. Восстановление утраченных или измененных функций» 2-3 июня 2015г. –1 электрон, опт. диск (CD-ROM). – С.135. http://rehabrus. ru/Docs/neyroreabilitacia-2015-25may. pdf Анохин труды. Кибернетика функциональных систем./ Под ред . Сост. .-М.: Медицина, 1989. Функциональные системы организма: Руководство./Под ред .- М.: Медицина,1987. , , Лечебная педагогика. – М.: МГГИИ, 2000. , , Образование лиц с ограниченными возможностями здоровья в современной России. – М.:Кнорус, 2012. Никольский исследования и инновационные перспективные проекты на кафедре Прикладной математики и информатики. Сб. Математические методы и их приложения в социальной сфере. Под редакцией – М.: МГСГИ, 2007. Когнитивные технологии реабилитации. // Сб. трудов. Первая Международная конференция Интеллектуальные технологии и средства реабилитации людей с ограниченными возможностями (ИТСР-2010). Грант РФФИ 10-08-017003. Москва, МГСГИ, 23-24.12.2010. Вопросы кибернетики. Сб. статей. Под ред. , - М.: ЦДУ РАН, Изд. «Спутник+», 2014. ISBN 978-5-9973-3106-1 Никольский кибернетической траектории жизни./ журнал «Интеллектуальные системы и технологии», вып.5,2013 (ВАК) (в журнале «Информационно-измерительные и управляющие системы» №6, т.11, 2013. (ВАК). . Информационные и когнитивные технологии формирования знаний. Труды Международной конференции. – СПб. ЮНЕСКО, ЛИАП, 2007 . Никольский науки и технологии формирования знаний и реабилитации. Новые педагогические технологии: Материалы XXV Международной научно - практической конференции (20.01.2016).- М.:Изд. «Спутник+», 2016. - ISBN 978-5-9973-3676.