Техника - молодёжи 1968-04, страница 22

МАШИННАЯ

БИОЛОГИЯ

БУДУЩЕГО

Г. М. ФРАНК, академик

Невероятно большой объем информации получаем мы при изучении живого. Организм человека и высших животных состоит из сотен миллиардов клеток. Ежесекундно в нем рождается около 5 млн. красных кровяных шариков — эритроцитов. Очень сложна клетка. Так, например, в каждой клетке центральной нервной системы и коры головного мозга — десятки тысяч «энергетических фабрик» — митохондрий. Каждая из них, в свою очередь, разделена множеством мембран, на поверхности которых функционируют вещества — ферменты. Трудно представить себе более сложную организацию.

Микроскоп давно и прочно обосновался в биологической лаборатории. Но, рассматривая препараты глазом, исследователь на самом деле видит лишь исчезающе малую долю реально существующих структур. Непосредственное микроскопическое наблюдение — сугубо выборочное. Оно, например, не позволяет определить даже число клеток в тех или иных отделах мозга, не говоря уже об установлении схемы их соединений. Правда, человеческий глаз очень тонко подмечает различия между микрообъектами, фиксирует их величину, форму, оттенки цвета или яркость свечения. Но все это носит характер быстротекущего впечатления. В памяти полученная информация долго не сохраняется. И самое главное — даже опытному исследователю зрительный образ не позволяет количественно судить об особенностях изучаемой картины. Ведь там, где счет идет на миллионы и миллиарды, человек, вооруженный пером да бумагой, способен лишь на самое малое.

Выход один — создавать машины, которые могли бы вместо человека «смотреть» в микроскоп, определять количественные характеристики микрообъектов. Эпоха машинной биологии не за горами. Пройдет немного времени, и автоматы-анализаторы живых структур совершат в биологии такой же переворот, какой около 300 лет назад произвел оптический микроскоп, а лет 15 назад — микроскоп электронный. Первая в мире станция автоматического анализа микрообъектов уже создана в Институте биофизики Академии наук СССР.

Принцип работы машинного «лаборанта» — преобразование изображения по телевизионному способу. Поле зрения под микроскопом с помощью перемещающейся диафрагмы раскладывается на многочисленные строки, а фотоэлектронный умножитель превращает каждую из них в электрический сигнал. Затем преобразованная информация поступает в логическую часть автомата, где идет обработка сигналов. Например, суммирование строчек дает площадь клетки или ее ядра. Машина считает число объектов и выдает сразу в виде кривой закон их распределения по размерам или форме. Автомат-анализатор может освещать препарат монохроматическими лучами видимого или ультрафиолетового света и определять характер его поглощения. Вместе с анализом люминесцентного свечения самого препарата это дает богатые данные о химическом составе исследуемой живой ткани.

Уже освоено получение автоматических кривых распределения красных кровяных шариков по размерам. Этот пока

затель, недоступный для обычных микроскопических исследований, не только дает картину численного состава красных кровяных телец, но и указывает на случаи отклонения от нормы процессов кроветворения. Ученые уже на подступах к машинному анализу строения и взаимного расположения клеток головного мозга. Решаются задачи, которые раньше даже трудно было сформулировать из-за их трудоемкости. У машинной биологии самое заманчивое будущее!

электрическое идоврлжение

Л РеПАРЛТА

сАмолисец

ЛРепАйет

Представим себе биологическую лабораторию недалекого будущего. Ученые наблюдают микроскопические объекты на огромном экране, а количественную обработку данных ведут автоматы. Такая картина уже не кажется фантастической. Ведь на берегу Оки, в новом здании Института биофизики, уже работает станция автоматического анализа микрообъектов. Типовую схему современной машины-анализатора вы видите на рисунке. За семь последних лет создано шесть вариантов таких автоматов. Сейчас идет работа над конструкцией седьмой, наиболее универсальной машины, способной определять почти все геометрические характеристики микрообъектов. Скорость измерения — 300—500 микрочастиц в секунду. Это значит, что за 1—3 мин. машина выполняет месячную работу лаборанта, причем ошибка измерений не превышает 5%.

Станция на Оке помогает не только биологам. Здесь уже получены кривые распределения частиц цемента, абразивных порошков, микропор в почве, осадков в томатных пастах. Специалисты разных областей используют ценные данные машинного анализа. Скоро начнется серийный выпуск наших автоматов.

Г. ИВАНИЦКИЙ, кандидат технических наук, заведующий лабораторией машинного анализа Института биофизики АН СССР

18