Які сучасні методи дослідження існують. Доповідь: Методи дослідження

"Сучасні методи дослідження психофізіології пам'яті"

Вступ

Розділ 1. Сучасні методи дослідження пам'яті

1.1 Мікроелектродний метод

1.2 Електроенцефалографія (ЕЕГ)

1.3 Магнітоенцефалографія (МЕГ)

Розділ 2. Візуальні методи дослідження пам'яті

2.1 Позитронно-емісійна томографія

2.2 Ядерна магнітна резонансна інтроскопія

Висновок

Джерела та література

Вступ

Пам'ять – це психофізіологічний процес, що складається із запам'ятовування, збереження та відтворення інформації.

Засновником психофізіології є англійський лікар Девід Гаржлі. За період становлення психофізіології як науки особлива увага приділялася вивченню центральної нервової системи та її фізіологічних проявів. Одним із важливих напрямів (у вивченні центральної нервової системи) є пошук структур головного мозку, які відповідають за пам'ять. Жодна з фізіологічних функцій у відсутності настільки пильної і всебічного вивчення біологами, фізіологами, психологами, неврологами та інших. науками. Нагромаджений клінічний і експериментальний матеріал дозволив висловити низку теорій, які пояснюють процеси пам'яті.

1. Теорія асоціацій щодо суміжності, подібності, контрасту.

2. Гештальтпсихологія.

3. Біхевіорізська теорія.

4. Теорія психоаналізу.

5. Смислова теорія.

6. Біохімічна теорія.

7. Нейронна теорія.

8. Хвильова теорія одиниць пам'яті.

Перелічені теорії дозволяють простежити напрямок думки вчених і обмеженість методів дослідження, що застосовувалися.

Розвиток технічного прогресу та впровадження нових методів дослідження дозволяють піднятися на якісно новий виток досліджень таємниць людської пам'яті.

Вивчення пам'яті має як науковий, а й практичний інтерес: написання шкільних підручників, програм навчання, складання графіка шкільних занять. Вивчення обсягу короткочасної пам'яті, яке проводиться у дошкільнят за формулою КП=7+2, становить від 5 до 9 картинок, цифр, слів. За обсягом короткочасної пам'яті можна прогнозувати успішність навчання чи відставання у розвитку. ОКП = 2 +1 є навчальним балом. При дослідженні дошкільнят необхідно відобразити в карті дитини тип центральної нервової системи: сангвінік, флегматик, холерик, меланхолік; біоритмічну активність ЦНС: «жайворонок», «сова», «голуб»; превалюючий тип пам'яті: слуховий, слухомузичний, «слухо-руховий», або зоровий, зорово-логічний.

Зібрана інформація дозволяє індивідуально розвивати дитину, використовуючи притаманний їй вид пам'яті, і вести групу дітей у пізнавальному процесі. У осіб із слуховим типом пам'яті для навчання іноземних мов, медичних термінів, формул у фізиці, хімії може бути використана перша фаза повільного сну, що триває 90-100 хвилин. Біохімічна та електрична активність мозку в дану фазу сну ще залишається на рівні неспання, і слухова інформація може бути засвоєна. Молоді фахівці, які виїжджають у закордонні відрядження, володіючи слуховим типом пам'яті, можуть у найкоротші терміни опанувати розмовну мову. Пам'ять досягає свого максимального розвитку до 25 років, утримується високому рівні до 40-45 років, потім починає погіршуватися. У зв'язку з цим, є вікове обмеження для прийому документів на денну вузівську та подальшу аспірантську освіту.

Електроенцефалографічні методи дослідження та доповнюючі її томографічні, судинні біохімічні методи дозволяли створити карти структур головного мозку, які беруть участь у запам'ятовуванні та відтворенні інформації, діагностувати причини погіршення пам'яті. Перше покоління приладів, що дозволяє бачити тонку енергетичну оболонку, що оточує тіло людини – ауру, дозволяють спостерігати емоційні прояви спогадів. Зчитування інформації з емоційної та ментальної оболонок аури ще недоступне. Майбутньому поколінню вчених відкриється і ця таємна сторона людської пам'яті.

Розділ 1. Сучасні методи дослідження пам'яті

1.1 Мікроелектродний метод

Дослідження людини та таємниць її пам'яті йде в ногу з технічним прогресом. З'явилися графічні електрофізіологічні методи дослідження із використанням мікроелектродів. Свою назву вони отримали тому, що діаметр їхньої реєструючої поверхні становить близько одного мікрона. Мікроелектроди бувають металевими та скляними. Металевий мікроелектрод є стрижнем із спеціального високоомного ізольованого дроту з реєструючим кінчиком. Скляний мікроелектрод діаметром близько 1 мм виготовляється із спеціального скла – пірексу, із тонким незапаяним кінчиком, заповненим розчином електроліту. Мікроелектроди підводять до відділів головного мозку, що вивчаються, відповідальних за пам'ять у тварин, і спостерігають графічний запис імпульсної активності нейронів.

1.2 Електроенцефалографія (ЕЕГ)

Першим високоінформативним, неінвазивним методом дослідження ЦНС у людини стала електроенцефалографія.

Шкіра голови в місцях накладання електродів протирається спиртом, знежирюється, потім наносять спеціальну електропровідну пасту-гель.

Існує два способи реєстрації ЕЕГ: біполярний та монополярний. При біполярному відведенні реєструється різниця потенціалів між двома активними електродами. Цей метод використовують у клініці для діагностики локалізації патологічного вогнища у мозку. У психофізіології використовують метод монополярного відведення. Один електрод розташовують над ділянкою мозку, що вивчається, інший на мочці вуха або соскоподібному відростку, де електричні процеси мінімальні і їх можна прийняти за нуль.

Для порівняння ЕЕГ результатів, отриманих у лабораторіях країн світу, знадобилося створення єдиної стандартної системи накладання електродів, що отримала назву системи «10-20». Відповідно до цієї системи, психофізіології зобов'язані зробити три виміри черепа у досліджуваного:

1. Поздовжній розмір черепа - відстань від перенісся до потиличного бугра.

2. Поперечний розмір черепа – відстань між зовнішніми слуховими проходами.

3. Довжина кола голови, виміряна за цими ж точками.

Дані розміри використовуються для креслення сітки, у місцях перетину якої накладають електроди. Електроди, які розташовані по середній лінії, відзначають індексом Z; відведення електродів від лівої половини голови нумерують непарними індексами, від правої половини голови нумерують парними індексами.

Відведення електродів у системі «10-20»:

1. фронтальні (лобові) F 1 …

2. центральні З 1 …

3. парієтальні (тем'яні) Р 1 …

4. темпоральні (скроневі) Т 1 …

5. окципітальні (потиличні) Про 1 …

У здорових людей у ​​стані неспання в потиличних областях мозку, відповідальних за зорову пам'ять та орієнтацію у просторі, реєструється альфа-ритм із частотою від 8-13 Гц. Вперше цей ритм був зареєстрований і описаний Гансом Бергер під назвою альфа-ритм. Дуже важливо відзначити, що при атрофії зорового нерва, багаторічній або вродженій сліпоті альфа-ритм зникає. Але в тім'яній ділянці, відповідальної за тактильну пам'ять, добре розвинену у сліпих – компенсуючу втрату зору, з'являється близький за частотою до альфа-ритму – мю-ритм. В експерименті ми можемо спостерігати зміну альфа-ритму на мю-ритм, пацієнту зав'язують очі і пропонують на дотик визначити знайомі нам предмети.

В осіб, які страждають на розлад зорової пам'яті та орієнтації в просторі, блукають і губляться на вулицях міста, альфа-ритм ледве простежується, через гальмування в потиличній області. Після курсу магнітотерапії на потиличну область відновлюється зорова орієнтація у просторі та альфа-ритм.

У осіб із слуховою, музичною пам'яттю, музикантів, композиторів у лівій скроневій області, відповідальної за цей вид пам'яті, реєструється близький за частотою до альфа-ритму - Каппа-ритм.

У випробуваних у виконанні музичного твори з пам'яті, ми легко відстежуємо зміну альфа-ритму на Каппа-ритм.

Феноменальну слухову пам'ять володів композитор Моцарт. У 14-річному віці він потрапив до Риму, де у соборі Святого Петра почув витвір церковної музики. Ноти зберігалися у найбільшому секреті та становили таємницю папського двору. Молодий Моцарт, прийшовши додому, з пам'яті відтворив почуту музику. Багато років по тому, вдалося зіставити запис Моцарта з оригіналом нот, як виявилося, в нотах Моцарта не було жодної помилки.

Що ж є ЕЕГ танцюристів, фігуристів переповнених емоціями чудово володіють слуховою, зорової, рухової пам'яттю? Варто зазвучати музиці і у всіх галузях мозку з'являється бетта-ритм, коливання в діапазоні від 14 до 30 Гц.

Бетта-ритм ми спостерігаємо під час парадоксальної фази сну зі швидкими рухами очних яблук, розмовною мовою. Батьки в цій ситуації, стривожені бурхливими проявами сну, поспішають розбудити і заспокоїти дитину, пояснивши, що це лише сон. Бетта-ритм ми спостерігаємо і при патології сноходіння (сомнамбулізмі), що рідко зустрічається, що вимагає лікарського втручання і батьківського контролю за дитиною.

У осіб із словесно-логічним, зорово-логічним типом пам'яті, які повільно входять у роботу, вміють довго, без стомлення підтримувати зосередженість і, на ЭЭГ креслюється спеціальний Гамма-ритм із частотою понад 30 Гц.

У водіїв, льотчиків, військових, рятувальників, лікарів, чия праця нерідко пов'язана зі значною емоційною напругою, що вимагає негайного ухвалення рішення, реєструється Тета-ритм із частотою від 4 до 8 Гц.

У людини, що спокійно сидить, на ЕЕГ реєструється Дельта-ритм. У першу фазу повільного сну, що триває 90-100 хвилин, біохімічна та електрична активність близькі до неспання, і людина успішно засвоює слухову інформацію. Це дозволило студентам, які мають слухову пам'ять, засвоювати іноземні мови в більш короткі терміни.

Вдень під час неспання Дельта-ритм говорить про пухлину кори головного мозку.

ЕЕГ дозволяє стежити за активністю різних відділів головного мозку при вирішенні завдань, рахунку в розумі, виконанні завдань на об'єм короткочасної пам'яті, виявляти причини забудькуватості або прогресуючого погіршення пам'яті.

1.3 Магнітоенцефалографія (МЕГ)

Іншим неінвазивним методом дослідження пам'яті у людини стала магнітоенцефалографія. МЕГ реєструють за допомогою високочутливих до електромагнітних полів датчиків. МЕГ може бути представлена ​​у вигляді профілів магнітних полів на поверхні черепа або у вигляді кривої лінії. МЕГ доповнює інформацію про активність мозку, одержувану за допомогою ЕЕГ.

Розділ 2. Візуальні методи дослідження пам'яті

2.1 Позитронно-емісійна томографія

В останні роки для дослідження пам'яті почали використовувати позитронно-емісійну томографію мозку. Пацієнту внутрішньовенно вводять один із ізотопів: кисень – 15, азот – 13, фтор – 18 або аналог глюкози – дезоксигмонозу. У мозку ізотопи випромінюють позитрони, які, зіштовхуючись із електронами, призводять до появи пари протонів. Над головою пацієнта знаходиться ПЕТ-камера, що уловлює протони, інформація з камери надходить на комп'ютер, що дає зображення місця болічної активності зрізів головного мозку. Таким чином, дослідник може пошарово отримувати зображення структур головного мозку, що беруть участь у запам'ятовуванні та відтворенні інформації.

2.2 Ядерна магнітна резонансна інтроскопія (ЯМРІ)

Для дослідження процесів запам'ятовування та відтворення інформації використовується ядерна магнітна резонансна інтроскопія. Для дослідження пацієнта поміщають у циліндричну трубу з постійним магнітним полем, що у 30 000 разів перевищує земне. На тіло пацієнта впливають радіохвилями, протони тканин поглинають їхню енергію. Після відключення радіохвиль протони віддають енергію, яка реєструється як магнітний резонансний сигнал. Після обробки сигналу на ЕОМ утворюється зображення, що характеризує активність біохімічних процесів, швидкість кровотоку в тканинах. ЯМРІ стала найпотужнішим візуальним методом дослідження у психофізіології пам'яті людини.

Вперше було зазначено, що при запам'ятовуванні інформації проявляється біохімічна активність у лівій півкулі головного мозку, а при згадці та відтворенні інформації проявляється біохімічна активність у правій півкулі головного мозку. Коли пацієнт мовчки згадував про епізоди власного життя, виявлялася активність у передніх відділах кори головного мозку. При згадці історичних подій виявлялася активність задніх відділів кори головного мозку. Згадування зорових образів призводить до активації потиличних відділів, слухової інформації - до активації слухових скроневих областей мозку.

Таким чином, було зроблено висновок, що спогад реактивує ті області мозку, які були активними при запам'ятовуванні. Візуальні методи дослідження дозволили створити карту активів центрів головного мозку при запам'ятовуванні та відтворенні інформації.

Висновок

Вивчення психофізіології людини, що почалося в давнину, подолало великий дослідницький шлях. У кожній епосі з впровадженням нових методів дослідження відкривалася якась сторона людської пам'яті. У наш освічений XXI століття, з впровадженням мікроелектродного методу, ЕЕГ, томографії, ЯМРІ, вперше вдалося створити карти структур головного мозку, що беруть участь у пам'яті. Використання ЯМРІ дозволило візуально спостерігати, що процеси запам'ятовування та відтворення інформації відбуваються при слуховому типі пам'яті у скроневій ділянці, зоровому типі пам'яті – у потиличних областях мозку, музичному та руховому типі пам'яті активуються додатково тім'яні зони, де розташовуються дотичні та рухові зони пам'яті.

Психофізіологічні методи дослідження знайшли своє практичне застосування у вивченні обсягу короткочасної пам'яті у дошкільнят, з метою визначення успішності навчання дитини в школі, а також навчання іноземних мов у осіб зі слуховим типом пам'яті під час повільної фази сну, що триває 90-100 хвилин.

Майбутньому поколінню вчених належить вивчити та використовувати для практичних цілей інформацію, записану на емоційній та ментальній оболонках аури людини.

Джерела та література

1. Александров Ю.І. Психофізіологія. Пітер, 2007.

2. Бехтерєва Н.П. Нейрофізіологічні аспекти психічної діяльності. Л.: Наука, 1971.

3. Данилова Н.М. Психофізіологія. М: Аспект-Прес, 2002.

4. Кузін В.С. Психологія М, 1999.

5. Лурія А.Р. Маленька книга про велику пам'ять. М: МДУ, 1968.

6. Маклаков А.Г. Загальна психологія. Пітер, 2005.

7. Столяренко Л.Д. Основи психології. Ростов-на-Дону: "Фенікс", 2003.

8. Сергєєв Б.Ф. Таємниці пам'яті. М, 1974.

Опис презентації з окремих слайдів:

1 слайд

Опис слайду:

Сучасні методи вивчення людини Презентацію підготувала Учениця 8 класу «А» Середньої школи №50 Романова Анастасія

2 слайд

3 слайд

Опис слайду:

Аудіометрія Вимір гостроти слуху, тобто. чутливість слухового органу до звуків різної висоти. Полягає головним чином у дотриманні найменшої сили звуку, коли він ще чуємо. Застосовують три основні методи: дослідження слуху мовою, камертонами, аудіометром. Найбільш простий та доступний метод – дослідження слуху мовою. Його перевагою є можливість провести обстеження без спеціальних приладів, крім того, цей метод відповідає основній ролі слухової функції – служити засобом мовного спілкування. У звичайних умовах слух вважається нормальним при сприйнятті шепітного мовлення на відстані 6-7 метрів. При використанні апаратури результати дослідження заносяться на спеціальний бланк: ця аудіограма дає уявлення про ступінь порушення слуху та локалізації ураження.

4 слайд

Опис слайду:

Біопсія Прижиттєве висічення тканин чи органів для дослідження під мікроскопом. Дозволяє з великою точністю визначити існуючу патологію, а також діагностувати клінічно неясні та початкові стадії новоутворення, розпізнавати різні запальні явища.

5 слайд

Опис слайду:

Реєстрація електричної активності серця за допомогою спеціальних апаратів - векторелектрокардіоскопів. Дозволяє визначити зміну величини та напрями електричного поля серця протягом серцевого циклу. Метод є подальший розвиток електрокардіографії. У клініці його застосовують для діагностики вогнищевих уражень міокарда, гіпертрофії шлуночків серця (особливо на ранніх стадіях) та порушень ритму. Дослідження проводять у положенні пацієнта на спині, накладаючи електроди на поверхню грудної клітки. Отримана різницю потенціалів реєструється на екрані електронно-променевої трубки.

6 слайд

Опис слайду:

Катетеризація серця Введення у порожнини серця через периферичні вени та артерії спеціальних катетерів. Застосовують для діагностики складних вад серця, уточнення показань та протипоказань до хірургічного лікування низки захворювань серця, судин та легень, для виявлення та оцінки серцевої, коронарної та легеневої недостатності. Якоїсь особливої ​​підготовки хворого катетеризація не вимагає. Зазвичай її здійснюють вранці (натще) у рентгеноопераційній (зі спеціальним оснащенням) професійно підготовлені лікарі. Методика заснована на введенні катетерів у відділи серця через аорту шляхом пункції правої стегнової артерії. Після дослідження хворі потребують постільного режиму протягом першої доби. Катетеризація дозволяє вивчити будову та функцію всіх відділів серцево-судинної системи. З її допомогою можна визначити точне розташування та розміри окремих порожнин серця та великих судин, виявити дефекти в перегородках серця, а також виявити аномальне відходження судин. Через катетер можна реєструвати кров'яний тиск, електро- та фоно-кардіограму, отримувати проби крові з відділів серця та магістральних судин. Застосовують її і з лікувальною метою для введення лікарських засобів.

7 слайд

Опис слайду:

Моніторне спостереження Проводиться протягом кількох годин чи діб із безперервною реєстрацією стану організму. Контроль здійснюється за частотою пульсу та дихання, величиною артеріального та венозного тиску, температурою тіла, електрокардіограмою та іншими показниками. Зазвичай до моніторного спостереження вдаються: 1) для негайного виявлення станів, що загрожують життю хворого, та надання екстреної допомоги; 2) для реєстрації зміни протягом заданого часу, наприклад, фіксації екстрасистол.

8 слайд

Опис слайду:

Визначення очного тиску Мета дослідження – виявити патологічні зміни тонусу очного яблука. Як підвищення, так і зниження внутрішньоочного тиску може погіршити функції ока і призвести до тяжких, незворотних змін. Метод служить діагностиці ранньої глаукоми. Для точного визначення внутрішньоочного тиску застосовуються тонометри та еластотонометри. Дослідження проводять у положенні хворого лежачи. Після анестезії ока розчином дикаїну лікар ставить тонометр на центр рогівки.

9 слайд

Опис слайду:

Радіоізотопна діагностика Розпізнавання патологічних змін в організмі людини за допомогою радіоактивних сполук. Побудована на реєстрації та вимірі випромінювань від введених в організм препаратів. З їх допомогою вивчають роботу органів та систем, обмін речовин, швидкість руху крові та інші процеси. У радіоізотопній діагностиці використовують два способи: 1) Хворому вводять радіофармацевтичний препарат з подальшим дослідженням його руху або неоднакової концентрації в органах та тканинах. 2) У пробірку з досліджуваною кров'ю додають мічені речовини, оцінюючи їхню взаємодію. Це т.п. скринінг-тест для раннього виявлення різних захворювань у необмежено великого контингенту осіб. Показаннями до радіоізотопного дослідження є захворювання залоз внутрішньої секреції, органів травлення, а також кісткової, серцево-судинної, кровотворної систем, головного та спинного мозку, легень, органів виділення, лімфатичного апарату. Проводять його не тільки при підозрі на якусь патологію або за відомого захворювання, але й для уточнення ступеня ураження та оцінки ефективності лікування. Протипоказань до радіоізотопного дослідження немає, існують лише деякі обмеження. Велике значення має зіставлення радіоізотопних даних, рентгенологічних та ультразвукових.

10 слайд

Опис слайду:

Рентгенодіагностика Розпізнавання пошкоджень та захворювань різних органів та систем людини на основі отримання та аналізу їх рентгенівського зображення. При цьому дослідженні пучок рентгенівських променів, проходячи через органи та тканини, поглинається ними неоднаково і на виході стає неоднорідним. Тому, потрапляючи потім на екран чи плівку, зумовлює ефект тіньової експозиції, що з світлих і темніших ділянок тіла. На зорі рентгенології областю її застосування були лише органи дихання та скелет. Сьогодні діапазон набагато ширший: шлунково-кишковий, жовчний тракт, нирки, сечовивідна система, кровоносні та лімфатичні судини та інші органи та системи. Основні завдання рентгенодіагностики: встановити, чи є у пацієнта якесь захворювання та виявити його відмітні ознаки, щоб диференціювати з іншими патологічними процесами; точно визначити місце та ступінь поширеності поразки, наявність ускладнень; дати оцінку загальному стану хворого. Органи та тканини організму відрізняються один від одного щільністю та здатністю до рентгенівського просвічування. Так, добре, видно кістки та суглоби, легені, серце. При рентгені ж шлунково-кишкового тракту, печінки, нирок, бронхів, судин, природна контрастність яких недостатня, вдаються до штучної, спеціально вводячи в організм нешкідливі рентгеноконтрастні речовини. До них відносяться сульфат барію, йодисті органічні сполуки. Їх приймають внутрішньо (коли досліджують шлунок), вводять у кровоносне русло внутрішньовенно (при урографії нирок та сечових шляхів) або безпосередньо в порожнину органу (наприклад, при бронхографії). Показання до рентгенівського дослідження надзвичайно широкі. Вибір оптимального методу визначається діагностичним завданням у кожному даному випадку. Починають, як правило, з рентгеноскопії чи рентгенографії.

11 слайд

Опис слайду:

Реографічне дослідження Реографія (літеральний переклад: "рео" - потік, течія та його графічне зображення). Метод дослідження кровообігу, що ґрунтується на вимірі пульсової хвилі, викликаної опором стінки судини при пропусканні електричного струму. Застосовується в діагностиці різноманітних судинних порушень головного мозку, кінцівок, легень, серця, печінки та ін. Реографія кінцівок використовується при захворюваннях периферичних судин, що супроводжуються змінами їх тонусу, еластичності, звуженням або повною закупоркою артерій. Запис реограми виробляють із симетричних ділянок обох кінцівок, на які накладають електроди однакової площі, шириною 1020 мм. Щоб з'ясувати пристосувальні можливості судинної системи застосовують проби з нітрогліцерином, фізичним навантаженням, холодом.

12 слайд

Опис слайду:

Термографія Метод реєстрації інфрачервоного випромінювання від тіла людини. Знаходить застосування в онкології для диференціальної діагностики пухлин слинних та щитовидних залоз, захворювань кісток, метастазів раку в кістки та м'які тканини. Фізіологічною основою термографії є ​​збільшення інтенсивності теплового випромінювання над патологічними осередками у зв'язку з посиленням у них кровопостачання та обмінних процесів. Зменшення кровотоку в тканинах та органах відбивається "згасанням" їх теплового поля. Підготовка хворого передбачає виключення протягом десяти днів прийому гормональних препаратів, лікарських засобів, що впливають на тонус судин, та накладання будь-яких мазей. Термографію органів черевної порожнини проводять натще. Протипоказань немає, дослідження може повторюватися багаторазово. Як самостійний діагностичний метод застосовується рідко, обов'язково зіставлення з даними клінічного та рентгенологічного обстеження хворого.

13 слайд

Опис слайду:

Фонокардіографія Метод реєстрації звуків (тони та шуми), що виникають в результаті діяльності серця і застосовується для оцінки його роботи та розпізнавання порушень, у тому числі вад клапана. Реєстрацію фонокардіограми здійснюють у спеціально обладнаній ізольованій кімнаті, де можна створити повну тишу. Лікар визначає крапки на грудній клітці, з яких потім виконується запис за допомогою мікрофона. Положення хворого під час запису горизонтальне. Застосування фонокардіографії для динамічного спостереження станом хворого підвищує достовірність діагностичних висновків і дає можливість оцінювати ефективність лікування.

14 слайд

Опис слайду:

Електрокардіографія Реєстрація електричних явищ, що виникають у серцевому м'язі при її збудженні. Їхнє графічне зображення називається електрокардіограмою. Щоб записати ЕКГ, на кінцівки та грудну клітину накладають електроди, що є металевими пластинками з гніздами для підключення штепселів дроту. По електрокардіограмі визначають частоту та ритмічність серцевої діяльності (тривалість, довжина, форма зубців та інтервалів). Аналізують також деякі патологічні стани, такі як потовщення стінок того чи іншого відділів серця, порушення серцевого ритму. Можлива діагностика стенокардії, ішемічної хвороби серця, інфаркту міокарда, міокардиту, перикардиту. Деякі лікарські препарати (серцеві глікозиди, сечогінні засоби, кордарон та ін) впливають на показання електрокардіограми, що дозволяє індивідуально підбирати медикаменти для лікування пацієнта. Переваги методу - нешкідливість та можливість застосування в будь-яких умовах - сприяли його широкому впровадженню у практичну медицину.

15 слайд

Опис слайду:

Електроенцефалографія Метод електроенцефалографічного об'єктивного дослідження функціонального стану головного мозку, заснований на графічній реєстрації його біопотенціалів. Найбільш широко використовують при вирішенні наступних завдань: для встановлення локалізації патологічного вогнища у головному мозку, диференціального діагнозу захворювань центральної нервової системи, вивчення механізмів епілепсії та виявлення її на ранніх стадіях; для визначення ефективності терапії та оцінки оборотних і незворотних змін мозку. Обстежуваний під час запису, електроенцефалографії, сидить, напівлежачи у спеціальному зручному кріслі або, при важкому стані, лежить на кушетці з дещо піднятим узголів'ям. Перед дослідженням пацієнта попереджають про те, що процедура запису нешкідлива, безболісна, триває не більше 20-25 хвилин, що треба обов'язково заплющити очі та розслабити м'язи. Використовують проби з відкриванням та заплющуванням очей, з роздратуванням світлом та звуком. Показання електроенцефалограми за будь-якого захворювання мають бути співвіднесені з даними клінічного обстеження.

16 слайд

Опис слайду:

Ядерний магнітний резонанс. Виборче поглинання речовиною електромагнітного випромінювання. За допомогою цього методу можливе вивчення будови різних органів. Істотно знижує шкідливий вплив на організм низька енергія випромінювань, що використовуються. Перевагою методу є його висока чутливість у зображенні м'яких тканин, а також висока роздільна здатність, аж до часток міліметра. Дозволяє отримати зображення досліджуваного органу у будь-якому перерізі та реконструювати їх об'ємні зображення.

Центрифугування

Використання центрифугування

Хроматографія та електрофорез

Хроматографія

Електрофорез

Основні методи вивчення клітин

МЕТОДИ ВИВЧЕННЯ ГЕНЕТИКИ ЛЮДИНИ

Муніципальний загальноосвітній заклад

середня загальноосвітня школа №37

Методи генетичних досліджень людини

Смоленськ 2010

Вступ

1.Генетика як наука

1.1 Основні етапи розвитку генетики

1.2 Основні завдання генетики

1.3 Основні розділи генетики

1.4 Вплив генетики інші галузі біології

2.Генетика людини (антропогенетика)

3.Методи вивчення спадковості

3.1 Генеалогічний метод

3.2 Близнюковий метод

3.3 Цитогенетичні (каріотипічні) методи

3.4 Біохімічні методи

3.5 Популяційні методи

Висновок

Література

додаток

Вступ

Якщо століття XIX по праву увійшло історію світової цивілізації як Вік Фізики, то стрімко завершується віці XX-му, у якому нам пощастило жити, ймовірно, уготоване місце Віку Біології, і, можливо, і століття Генетики.

Дійсно, за неповних 100 років після вторинного відкриття законів Г. Менделя генетика пройшла тріумфальний шлях від натурфілосівського розуміння законів спадковості та мінливості через експериментальне накопичення фактів формальної генетики до молекулярно-біологічного розуміння сутності гена, його структури та функції. Від теоретичних побудов про ген як абстрактну одиницю спадковості до розуміння його матеріальної природи як фрагмента молекули ДНК, що кодує амінокислотну структуру білка, до клонування індивідуальних генів, створення докладних генетичних карт людини, тварин, ідентифікації генів, мутації яких пов'язані спадковими недугами, розробки генної інженерії, дозволяють спрямовано отримувати організми із заданими спадковими ознаками, і навіть проводити спрямовану корекцію мутантних генів людини, тобто. генотерапію спадкових захворювань Молекулярна генетика значно поглибила наші уявлення про сутність життя, еволюцію живої природи, структурно-функціональних механізмів регулювання індивідуального розвитку. Завдяки її успіхам розпочато вирішення глобальних проблем людства, пов'язаних із охороною його генофонду.

Середина та друга половина ХХ століття ознаменувалася значним зменшенням частоти та навіть повною ліквідацією низки інфекційних захворювань, зниженням дитячої смертності, збільшенням середньої тривалості життя. У розвинених країнах світу центр уваги служб охорони здоров'я було переміщено на боротьбу з хронічною патологією людини, хворобами серцево-судинної системи, онкологічними захворюваннями.

Цілі та завдання мого реферату:

· Розглянути основні етапи розвитку, завдання та цілі генетики;

· Дати точне визначення терміну "генетика людини" та розглянути суть цього виду генетики;

· Розглянути методи вивчення спадковості людини.

1. Генетика як наука

1 Основні етапи розвитку генетики

Витоки генетики, як і будь-якої науки, слід шукати на практиці. Генетика виникла у зв'язку з розведенням свійських тварин та обробітком рослин, а також з розвитком медицини. З того часу, як людина стала застосовувати схрещування тварин і рослин, він зіткнувся з тим фактом, що властивості та ознаки потомств залежать від властивостей обраних для схрещування батьківських особин. Відбираючи і схрещуючи кращих нащадків, людина з покоління до покоління створювала родинні групи - лінії, та був породи і сорти з характерними їм спадковими властивостями.

Хоча ці спостереження та зіставлення ще не могли стати базою для формування науки, проте бурхливий розвиток тваринництва та племінної справи, а також рослинництва та насінництва у другій половині XIX століття породило підвищений інтерес до аналізу явища спадковості.

Розвитку науки про спадковість та мінливість особливо сильно сприяло вчення Ч. Дарвіна про походження видів, яке внесло в біологію історичний метод дослідження еволюції організмів. Сам Дарвін доклав чимало зусиль вивчення спадковості і мінливості. Він зібрав величезну кількість фактів, зробив на їх основі цілу низку правильних висновків, проте йому не вдалося встановити закономірності спадковості.

Його сучасники, так звані гібридизатори, що схрещували різні форми і шукали ступінь подібності та відмінності між батьками та нащадками, також не змогли встановити загальні закономірності спадкування.

Ще однією умовою, що сприяло становленню генетики як науки, з'явилися досягнення у вивченні будови та поведінки соматичних та статевих клітин. Ще в 70-х роках минулого століття рядом дослідників-цитологів (Чистяковим у 1972 р., Страсбургером у 1875 р.) було відкрито непрямий поділ соматичної клітини, названий каріокінезом (Шлейхером у 1878 р.) або мітозом (Флемм2) . Постійні елементи ядра клітини в 1888 р. на пропозицію Вальдейра отримали назву "хромосоми". У ті роки Флемминг розбив весь цикл поділу клітини на чотири основні фази: профаза, метафаза, анафаза і телофаза.

Одночасно з вивченням мітозу соматичної клітини йшло дослідження розвитку статевих клітин та механізму запліднення у тварин та рослин. О. Гертвіг у 1876 р. вперше у голкошкірих встановлює злиття ядра сперматозоїда з ядром яйцеклітини. Н.М. Городянкін у 1880 р. та Є. Страсбургер у 1884 р. встановлює те саме для рослин: перший – для голонасінних, другий – для покритонасінних.

У ті ж Ван-Бенеденом (1883) і іншими з'ясовується кардинальний факт, що в процесі розвитку статеві клітини, на відміну від соматичних, зазнають редукції числа хромосом рівно вдвічі, а при заплідненні - злитті жіночого і чоловічого ядра - відновлюється нормальна кількість хром , Постійне для кожного виду. Тим самим було показано, що для кожного виду характерна певна кількість хромосом.

Отже, перелічені умови сприяли виникненню генетики як окремої біологічної дисципліни – дисципліни із власними предметом та методами дослідження.

Офіційним народженням генетики прийнято вважати весну 1900 р., коли три ботаніки, незалежно один від одного, у трьох різних країнах, на різних об'єктах, прийшли до відкриття деяких найважливіших закономірностей успадкування ознак у потомстві гібридів. Г. де Фріз (Голландія) на підставі роботи з енотерою, маком, дурманом та іншими рослинами повідомив "про закон розщеплення гібридів"; К. Корренс (Німеччина) встановив закономірності розщеплення на кукурудзі та опублікував статтю "Закон Грегора Менделя про поведінку потомства у расових гібридів"; того ж року К. Чермак (Австрія) виступив у пресі зі статтею (Про штучне схрещування у Pisum Sativum).

Наука майже не знає несподіваних відкриттів. Найблискучіші відкриття, що створюють етапи у її розвитку, майже завжди мають своїх попередників. Так сталося й із відкриттям законів спадковості. Виявилося, що три ботаніки, які відкрили закономірність розщеплення в потомстві внутрішньовидових гібридів, всього лише "перевідкрили" закономірності успадкування, відкриті ще в 1865 р. Грегором Менделем і викладені ним у статті "Досліди над рослинними гібридами", опублікованій в "трудах" у Брюнні (Чехословаччина).

Г. Мендель на рослинах гороху розробляв методи генетичного аналізу успадкування окремих ознак організму та встановив два принципово важливі явища:

Ознаки визначаються окремими спадковими факторами, що передаються через статеві клітини;

Окремі ознаки організмів при схрещуванні не зникають, а зберігаються у потомстві у тому вигляді, як вони були в батьківських організмів.

Для теорії еволюції ці засади мали кардинальне значення. Вони розкрили одне з найважливіших джерел мінливості, саме механізм збереження пристосованості ознак виду серед поколінь. Якби пристосувальні ознаки організмів, що виникли під контролем відбору, поглиналися, зникали при схрещуванні, прогрес виду був би неможливий.

Весь подальший розвиток генетики було пов'язано з вивченням та розширенням цих принципів та додатком їх до теорії еволюції та селекції.

Зі встановлених принципових положень Менделя логічно випливає ціла низка проблем, які крок за кроком отримують свій дозвіл у міру розвитку генетики. У 1901 р. де Фріз формулює теорію мутацій, у якій стверджується, що спадкові властивості та ознаки організмів змінюються стрибкоподібно – мутаційно.

У 1903 р. датський фізіолог рослин У. Йоганнсен публікує роботу " Про успадкування в популяціях і чистих лініях " , у якій експериментально встановлюється, що схожі рослини, що відносяться до одного сорту, є спадково різними - вони складають популяцію. Населення складається з спадково різних особин або родинних груп - ліній. У цьому ж дослідженні найбільш чітко встановлюється існування двох типів мінливості організмів: спадкової, яка визначається генами, і неспадковою, яка визначається випадковим поєднанням факторів, що діють на прояв ознак.

На наступному етапі розвитку генетики доведено, що спадкові форми пов'язані з хромосомами. Першим фактом, що розкриває роль хромосом у спадковості, був доказ ролі хромосом у визначенні статі у тварин та відкриття механізму розщеплення по підлозі 1:1.

З 1911 р. Т. Морган із співробітниками Колумбійському університеті США починає публікувати серію робіт, у якій формулює хромосомну теорію спадковості. Експериментально доводячи, що основними носіями генів є хромосоми і що гени розташовуються в хромосомах лінійно.

У 1922 р. Н.І. Вавілов формулює закон гомологічних рядів у спадковій мінливості, згідно з яким споріднені за походженням види рослин і тварин мають подібні ряди спадкової мінливості.

Застосовуючи цей закон, Н.І. Вавілов встановив центри походження культурних рослин, в яких зосереджено найбільшу різноманітність спадкових форм.

У 1925 р. у країні Г.А. Надсон та Г.С. Філіппов на грибах, а 1927 р. Р. Меллер США на плодової мушці дрозофіле отримали доказ впливу рентгенових променів виникнення спадкових змін. При цьому було показано, що швидкість виникнення мутацій зростає більш ніж у 100 разів. Цими дослідженнями було доведено мінливість генів під впливом чинників довкілля. p align="justify"> Доказ впливу іонізуючих випромінювань на виникнення мутацій призвело до створення нового розділу генетики - радіаційної генетики, значення якої ще більше зросло з відкриттям атомної енергії.

У 1934 р. Т. Пайнтер на гігантських хромосомах слинних залоз двокрилих довів, що переривчастість морфологічної будови хромосом, що виражається у вигляді різних дисків, відповідає розташуванню генів у хромосомах, встановленому раніше чисто генетичними методами. Цим відкриттям було започатковано вивчення структури та функціонування гена в клітині.

У період з 40-х років і до теперішнього часу зроблено ряд відкриття (в основному на мікроорганізмах) абсолютно нових генетичних явищ, що розкрили можливості аналізу структури гена на молекулярному рівні. В останні роки з введенням у генетику нових методів дослідження, запозичених з мікробіології ми підійшли до розгадки того, як гени контролюють послідовність розташування амінокислот в білковій молекулі.

Насамперед, слід сказати, що тепер повністю доведено, що носії спадковості є хромосоми, які складаються з пучка молекул ДНК.

Були проведені досить прості досліди: з убитих бактерій одного штаму, що має особливу зовнішню ознаку, виділили чисту ДНК і перенесли в живі бактерії іншого штаму, після чого бактерії останнього, що розмножуються, набули ознаки першого штаму. Подібні численні досліди свідчать, що носієм спадковості є ДНК.

У 1953 р. Ф. Крик (Англія) та Дж. Уотстон (США) розшифрували будову молекули ДНК. Вони встановили, що кожна молекула ДНК складається з двох полідезоксирибонуклеїнових ланцюжків, які спірально закручені навколо загальної осі.

В даний час знайдено підходи до вирішення питання про організацію спадкового коду та експериментальне його розшифрування. Генетика разом з біохімією та біофізикою впритул підійшла до з'ясування процесу синтезу білка в клітині та штучного синтезу білкової молекули. Цим починається зовсім новий етап розвитку як генетики, а й усієї біології загалом.

Розвиток генетики до наших днів - це фонт досліджень функціональної, морфологічної та біохімічної дискретності хромосом, що безперервно розширюється. У цій галузі зроблено вже багато зроблено дуже багато, і з кожним днем ​​передній край науки наближається до мети - розгадки природи гена. До теперішнього часу встановлено цілий ряд явищ, що характеризують природу гена. По-перше, ген у хромосомі має властивість самовідтворюватися (авторепродукції); по-друге, він здатний змінюватися мутаційно; по-третє, він пов'язаний з певною хімічною структурою дезоксирибонуклеїнової кислоти – ДНК; по-четверте, він контролює синтез амінокислот та їх послідовностей у білковій молекулі. У зв'язку з останніми дослідженнями формується нове уявлення про ген як функціональну систему, а дія гена на визначення ознак розглядається в цілісній системі генів - генотипі.

Перспективи синтезу живої речовини, що розкриваються, привертають величезну увагу генетиків, біохіміків, фізиків та інших фахівців.

1.2 Основні завдання генетики

генетика біологія генеалогічний спадковість

Генетичні дослідження мають на меті двоякого роду: пізнання закономірностей спадковості та мінливості та пошук шляхів практичного використання цих закономірностей. Те й інше тісно пов'язане: вирішення практичних завдань ґрунтується на висновках, отриманих щодо фундаментальних генетичних проблем і в той же час доставляє фактичні дані, важливі для розширення і поглиблення теоретичних уявлень.

Від покоління до покоління передається (хоча іноді й у дещо спотвореному вигляді) інформація про всі різноманітні морфологічні, фізіологічні та біохімічні ознаки, які мають реалізуватися у нащадків. Виходячи з такого кібернетичного характеру генетичних процесів, зручно сформулювати чотири основні теоретичні проблеми, що досліджуються генетикою:

По-перше, проблема збереження генетичної інформації. Вивчається, у яких матеріальних структурах клітини міститься генетична інформація і як там закодована.

По-друге, проблема передачі генетичної інформації. Вивчаються механізми та закономірності передачі генетичної інформації від клітини до клітини та від покоління до покоління.

По-третє, проблема реалізації генетичної інформації. Вивчається, як генетична інформація втілюється в конкретних ознаках організму, що розвивається, взаємодіючи при цьому з впливами навколишнього середовища, що тією чи іншою мірою змінює ці ознаки, часом значно.

По-четверте, проблема зміни генетичної інформації. Вивчаються типи, причини та механізми цих змін.

Досягнення генетики використовуються для вибору типів схрещувань, що найкраще впливають на генотипічну структуру (розщеплення) у нащадків, для вибору найбільш ефективних способів відбору, для регуляції розвитку спадкових ознак, управління мутаційним процесом, спрямованої зміни геному організму за допомогою генетичної інженерії . Знання того, як різні способи відбору впливають на генотипічну структуру вихідної популяції (породу, сорт) дозволяє використовувати ті прийоми відбору, які найбільш швидко змінять цю структуру в бажану сторону. Розуміння шляхів реалізації генетичної інформації в ході онтогенезу та впливу, що надається на ці процеси навколишнім середовищем, допомагають підбирати умови, що сприяють найповнішому прояву у даного організму цінних ознак та "придушенню" небажаних. Це має важливе значення для підвищення продуктивності свійських тварин, культурних рослин та промислових мікроорганізмів, а також для медицини, оскільки дозволяє запобігати прояву ряду спадкових хвороб людини.

Дослідження фізичних та хімічних мутагенів та механізму їх дії уможливлює штучно набувати безліч спадково змінених форм, що сприяє створенню покращених штамів корисних мікроорганізмів та сортів культурних рослин. p align="justify"> Пізнання закономірностей мутаційного процесу необхідно для розробки заходів щодо захисту геному людини і тварин від пошкоджень фізичними (гл. обр. радіацією) і хімічними мутагенами.

Успіх будь-яких генетичних досліджень визначається як знанням загальних законів спадковості і мінливості, а й знанням приватної генетики організмів, із якими ведеться робота. Хоча основні закони генетики універсальні, вони мають у різних організмів та особливості, зумовлені відмінностями, наприклад, у біології розмноження та будову генетичного апарату. Крім того, для практичних цілей необхідно знати, які гени беруть участь у визначенні ознак цього організму. Тому вивчення генетики конкретних ознак організму є обов'язковим елементом прикладних досліджень.

3 Основні розділи генетики

Сучасна генетика представлена ​​безліччю розділів, які мають як теоретичний, і практичний інтерес. Серед розділів загальної, чи " класичної " , генетики основними є: генетичний аналіз, основи хромосомної теорії спадковості, цитогенетика, цитоплазматична (позаядерна) спадковість, мутації, модифікації. Інтенсивно розвиваються молекулярна генетика, генетика онтогенезу (феногенетика), популяційна генетика (генетична будова популяцій, роль генетичних факторів у мікроеволюції), еволюційна генетика (роль генетичних факторів у видоутворенні та макроеволюції), генетична інженерія, генетика, генетика бактерій, генетика вірусів, генетика тварин, генетика рослин, генетика людини, медична генетика та багато інших. ін Нова галузь генетики - геноміка - вивчає процеси становлення та еволюції геномів.

4 Вплив генетики інші галузі біології

Генетика займає центральне місце у сучасної біології, вивчаючи явища спадковості і мінливості, переважно визначають всі основні характеристики живих істот. Універсальність генетичного матеріалу та генетичного коду лежить в основі єдності всього живого, а різноманіття форм життя є результатом особливостей його реалізації в ході індивідуального та історичного розвитку живих істот. Досягнення генетики входять важливою складовою майже всі сучасні біологічні дисципліни. Синтетична теорія еволюції є найтіснішим поєднанням дарвінізму і генетики. Те саме можна сказати про сучасну біохімію, основні положення якої про те, як контролюється синтез найголовніших компонентів живої матерії – білків та нуклеїнових кислот, засновані на досягненнях молекулярної генетики. Цитологія головну увагу приділяє будові, репродукції та функціонуванню хромосом, пластид та мітохондрій, тобто елементам, у яких записана генетична інформація. Систематика тварин, рослин та мікроорганізмів все ширше користується порівнянням генів, що кодують ферменти та інші білки, а також прямим зіставленням нуклеотидних послідовностей хромосом для встановлення ступеня спорідненості таксонів та з'ясування їх філогенії. Різні фізіологічні процеси рослин та тварин досліджуються на генетичних моделях; зокрема, при дослідженнях фізіології мозку та нервової системи користуються спеціальними генетичними методами, лініями дрозофіли та лабораторних ссавців. Сучасна імунологія повністю побудована на генетичних даних про механізм синтезу антитіл. Досягнення генетики, тією чи іншою мірою, часто дуже значною, входять складовою вірусологію, мікробіологію, ембріологію. З повним правом можна сказати, що генетика займає центральне місце серед біологічних дисциплін.

2. Генетика людини (антропогенетика)

1. Методи вивчення спадковості людини: генеалогічні, близнюкові, цитогенетичні, біохімічні та популяційні

Генетичні захворювання та спадкові хвороби. Значення медико-генетичних консультацій та пренатальної діагностики. Можливість генетичної корекції захворювань.

Генетика людини- це особливий розділ генетики, який вивчає особливості успадкування ознак у людини, спадкові захворювання (медична генетика), генетичну структуру популяцій людини. Генетика людини є теоретичною основою сучасної медицини та сучасної охорони здоров'я.

Нині твердо встановлено, що у світі закони генетики носять загальний характер, дійсні вони й у людини.

Однак, оскільки людина - це не тільки біологічна, а й соціальна істота, генетика людини відрізняється від генетики більшості організмів рядом особливостей: - Для вивчення успадкування людини не застосовується гібридологічний аналіз (метод схрещувань); тому для генетичного аналізу використовуються специфічні методи: генеалогічний (метод аналізу родоводів), близнюковий, а також цитогенетичні, біохімічні, популяційні та деякі інші методи;

для людини характерні соціальні ознаки, які не зустрічаються в інших організмів, наприклад, темперамент, складні комунікаційні системи, що базуються на мовленні, а також математичні, образотворчі, музичні та інші здібності;

завдяки громадській підтримці можливе виживання та існування людей з явними відхиленнями від норми (у дикій природі такі організми виявляються нежиттєздатними).

Генетика людини вивчає особливості наслідування ознак у людини, спадкові захворювання (медична генетика), генетичну структуру популяцій людини. Генетика людини є теоретичною основою сучасної медицини та сучасної охорони здоров'я. Відомо кілька тисяч власне генетичних захворювань, які майже на 100% залежать від генотипу особини. До найстрашніших з них належать: кислотний фіброз підшлункової залози, фенілкетонурія, галактоземія, різні форми кретинізму, гемоглобінопатії, а також синдроми Дауна, Тернера, Кляйнфельтера. Крім того, існують захворювання, які залежать і від генотипу, і від середовища: ішемічна хвороба, цукровий діабет, ревматоїдні захворювання, виразкові хвороби шлунка та дванадцятипалої кишки, багато онкологічних захворювань, шизофренії та інших захворювань психіки.

Завдання медичної генетики полягають у своєчасному виявленні носіїв цих захворювань серед батьків, виявленні хворих дітей та виробленні рекомендацій щодо їх лікування. Велику роль у профілактиці генетично обумовлених захворювань грають генетико-медичні консультації та пренатальна діагностика (тобто виявлення захворювань на ранніх стадіях розвитку організму).

Існують спеціальні розділи прикладної генетики людини (екологічна генетика, фармакогенетика, генетична токсикологія), що вивчають генетичні засади охорони здоров'я. При розробці лікарських препаратів, щодо реакції організму на вплив несприятливих чинників необхідно враховувати як індивідуальні особливості людей, і особливості людських популяцій.

Наведемо приклади наслідування деяких морфофізіологічних ознак.

Домінантні та рецесивні ознаки у людини

(Для деяких ознак вказані контролюючі їх гени) (табл.№1см.пр.)

Неповне домінування (зазначені гени, що контролюють ознаку) (табл. №2см.пр.)

Спадкування кольору волосся (контролюється чотирма генами, успадковується полімерно) (табл.№3.див.пр.)

3. Методи вивчення спадковості людини

Родовід - це схема, що відображає зв'язки між членами сім'ї. Аналізуючи родоводи, вивчають будь-яку нормальну або (частіше) патологічну ознаку в поколіннях людей, які перебувають у родинних зв'язках.

3.1 Генеалогічні методи

Генеалогічні методи використовуються визначення спадкового чи неспадкового характеру ознаки, домінантності чи рецесивності, картирования хромосом, зчеплення зі статтю, вивчення мутаційного процесу. Як правило, генеалогічний метод є основою для висновків при медико-генетичному консультуванні.

При складанні родоводів застосовують стандартні позначення. Персона (індивідуум), з якого починається дослідження, називається пробандом (якщо родовід складається таким чином, що від пробанда спускаються до його потомства, то його називають генеалогічним древом). Нащадок шлюбної пари називається сиблінгом, рідні брати та сестри – сібсами, кузени – двоюрідними сібсами тощо. Нащадки, які мають спільна мати (але різні батьки), називаються одноутробними, а нащадки, які мають спільний батько (але різні матері) - однокровними; якщо ж у сім'ї є діти від різних шлюбів, причому, вони не мають спільних предків (наприклад, дитина від першого шлюбу матері та дитина від першого шлюбу батька), то їх називають зведеними.

Кожен член родоводу має свій шифр, що складається з римської цифри та арабської, що позначають відповідно номер покоління та номер індивідуума при нумерації поколінь послідовно зліва направо. При родоводі має бути легенда, тобто пояснення до прийнятих позначень. При близькоспоріднених шлюбах висока ймовірність виявлення у подружжя одного і того ж несприятливого алелю або хромосомної аберації.

Наведемо значення для деяких пар родичів при моногамії:

До [батьки-нащадки] = До [сибси] = 1/2;

До [дід-онук] = До [дядько-племінник] = 1/4;

До [двоюрідні сібси] = До [прадід-правнук] = 1/8;

К [троюрідні сібси] = 1/32;

До [четвірородні сібси] = 1/128. Зазвичай такі далекі родичі у складі однієї сім'ї не розглядаються.

З генеалогічного аналізу дається висновок про спадкову обумовленість ознаки. Наприклад, детально простежено успадкування гемофілії серед нащадків англійської королеви Вікторії. Генеалогічний аналіз дозволив встановити, що гемофілія А – це рецесивне захворювання, зчеплене зі статтю.

2 Близнюковий метод

Близнюки – це дві і більше дитини, зачаті та народжені однією матір'ю майже одночасно. Термін "близнюки" використовується по відношенню до людини і тим ссавцям, у яких в нормі народжується одна дитина (дитина). Розрізняють однояйцевих та різнояйцевих близнюків.

Однояйцеві (монозиготні, ідентичні) близнюки виникають на ранніх стадіях дроблення зиготи, коли два або чотири бластомери зберігають здатність при відокремленні розвинутися в повноцінний організм. Оскільки зигота ділиться мітозом, генотипи однояйцевих близнюків, по крайнього заходу, вихідно, цілком ідентичні. Однояйцеві близнюки завжди однієї статі, у період внутрішньоутробного розвитку у них одна плацента.

Різнояйцеві (дизиготні, неідентичні) близнюки виникають інакше - при заплідненні двох або кількох яйцеклітин, що одночасно дозріли. Таким чином вони мають близько 50% загальних генів. Іншими словами, вони подібні до звичайних братів і сестер за своєю генетичною конституцією і можуть бути як одностатевими, так і різностатевими.

Таким чином, схожість між однояйцевими близнюками визначається і однаковими генотипами, і однаковими умовами внутрішньоутробного розвитку. Подібність між різнояйцевими близнюками визначається лише однаковими умовами внутрішньоутробного розвитку.

Частота народження близнюків у відносних цифрах невелика і становить близько 1%, їх 1/3 посідає монозиготных близнюків. Однак у перерахунку на загальну чисельність населення Землі у світі проживає понад 30 млн. різнояйцевих та 15 млн. однояйцевих близнюків.

Для досліджень близнюках дуже важливо встановити достовірність зиготності. Найбільш точно зиготність встановлюють за допомогою реципрокної трансплантації невеликих ділянок шкіри. У дизиготних близнюків трансплантати завжди відкидаються, тоді як у монозиготних близнюків пересаджені шматочки шкіри успішно приживаються. Також успішно і довго функціонують трансплантовані нирки, пересаджені від однієї з монозиготних близнюків іншому.

При порівнянні однояйцевих і різнояйцевих близнюків, вихованих у тому самому середовищі, можна зробити висновок про роль генів у розвитку ознак. Умови післяутробного розвитку для кожного з близнюків можуть бути різними. Наприклад, монозиготні близнюки були розлучені через кілька днів після народження та виховувалися у різних умовах. Порівняння їх через 20 років за багатьма зовнішніми ознаками (зростання, обсяг голови, число борозенок на відбитках пальців тощо) виявило лише незначні відмінності. У той же час, середовище впливає на низку нормальних та патологічних ознак.

Близнюковий метод дозволяє робити обґрунтовані висновки про успадкованість ознак: роль спадковості, середовища та випадкових факторів у визначенні тих чи інших ознак людини,

Наследуемость - це внесок генетичних чинників у формування ознаки, виражений у частках одиниці чи відсотках.

Для обчислення успадкованості ознак порівнюють ступінь подібності чи відмінності за низкою ознак у близнюків різного типу.

Розглянемо деякі приклади, що ілюструють подібність (конкордантність) та відмінність (дискордантність) багатьох ознак (табл. №4.див.пр.)

Привертає увагу високий ступінь подібності однояйцевих близнюків за такими важкими захворюваннями, як шизофренія, епілепсія, цукровий діабет.

Крім морфологічних ознак, а також тембру голосу, ходи, міміки, жестикуляції тощо д. вивчають антигенну структуру клітин крові, білки сироватки, здатність відчувати смак деяких речовин.

p align="justify"> Особливий інтерес представляє успадкування соціально значущих ознак: агресивності, альтруїзму, творчих, дослідницьких, організаторських здібностей. Вважається, що соціально значущі ознаки приблизно 80 % зумовлені генотипом.

3 Цитогенетичні (каріотипічні) методи

Цитогенетичні методи використовуються, насамперед, щодо каріотипів окремих індивідів. Каріотип людини досить добре вивчений. Застосування диференціального забарвлення дозволяє точно ідентифікувати всі хромосоми. Загальна кількість хромосом у гаплоїдному наборі дорівнює 23. З них 22 хромосоми однакові і у чоловіків, і у жінок; вони називаються аутосоми. У диплоїдному наборі (2n=46) кожна аутосома представлена ​​двома гомологами. Двадцять третя хромосома є статевою хромосомою, вона може бути представлена ​​X або Y-хромосомою. Статеві хромосоми у жінок представлені двома X-хромосомами, а у чоловіків однією X-хромосомою та однією Y-хромосомою.

Зміна каріотипу, зазвичай, пов'язані з розвитком генетичних захворювань.

Завдяки культивуванню клітин людини in vitro можна швидко одержати досить великий матеріал для приготування препаратів. Для каріотипування зазвичай використовують короткочасну культуру лейкоцитів периферичної крові.

Цитогенетичні методи використовуються для опису інтерфазних клітин. Наприклад, за наявності або відсутності статевого хроматину (телець Барра, що являють собою інактивовані X-хромосоми) можна не тільки визначати стать індивідів, але і виявляти деякі генетичні захворювання, пов'язані зі зміною числа X-хромосом.

Картування хромосом людини.

Для картування генів людини широко використовують методи біотехнології. Зокрема, методи клітинної інженерії дозволяють поєднувати різні типи клітин. Злиття клітин, що належать до різних біологічних видів, називається соматичною гібридизацією. Сутність соматичної гібридизації полягає у отриманні синтетичних культур шляхом злиття протопластів різних видів організмів. Для злиття клітин використовують різні фізико-хімічні та біологічні методи. Після злиття протопластів утворюються багатоядерні гетерокаріотичні клітини. Надалі при злитті ядер утворюються синкаріотичні клітини, які у ядрах містять хромосомні набори різних організмів. При розподілі таких клітин in vitro утворюються гібридні клітинні культури. В даний час отримані та культивуються клітинні гібриди "людина × миша", "людина × щур" та багато інших.

У гібридних клітинах, отриманих із різних штамів різних видів, один із батьківських геномів поступово втрачає хромосоми. Ці процеси інтенсивно протікають, наприклад, у клітинних гібридах між мишею та людиною. Якщо при цьому стежити за будь-яким біохімічним маркером (наприклад, певним ферментом людини) і одночасно проводити цитогенетичний контроль, зрештою, можна пов'язати зникнення хромосоми одночасно з біохімічною ознакою. Це означає, що ген, що кодує цю ознаку, локалізований у цій хромосомі.

Додаткову інформацію про локалізації генів можна отримати при аналізі хромосомних мутацій (делеций).

4 Біохімічні методи

Все різноманіття біохімічних методів поділяється на дві групи:

а) Методи, що ґрунтуються на виявленні певних біохімічних продуктів, обумовлених дією різних алелів. Найлегше виявляти алелі щодо зміни активності ферментів або зміни будь-якої біохімічної ознаки.

б) Методи, засновані на безпосередньому виявленні змінених нуклеїнових кислот та білків за допомогою гель-електрофорезу у поєднанні з іншими методиками (блот-гібридизації, авторадіографії).

Використання біохімічних методів дозволяє виявити гетерозиготних носіїв захворювань. Наприклад, у гетерозиготних носіїв гена фенілкетонурії змінюється рівень фенілаланіну в крові.

Методи генетики мутагенезу

Мутаційний процес в людини в людини, як і в інших організмів, веде до виникнення алелей і хромосомних перебудов, що негативно впливають на здоров'я.

Генні мутації. Близько 1% новонароджених хворіють внаслідок генних мутацій, у тому числі частина знову виникли. Темп мутування різних генів у генотипі людини неоднаковий. Відомі гени, які мутують із частотою 10-4 на гамету на покоління. Однак більшість інших генів мутують із частотою, у сотні разів меншою (10-6). Нижче наведено приклади найчастіших генних мутацій у людини (табл. 5.див.пр.)

Хромосомні та геномні мутації в абсолютній більшості виникають у статевих клітинах батьків. Один із 150 новонароджених несе хромосомну мутацію. Близько 50% ранніх абортів обумовлено хромосомними мутаціями. Це з тим, що з 10 гамет людини є носієм структурних мутацій. Вік батьків, особливо вік матерів, відіграє важливу роль у збільшенні частоти хромосомних, а можливо, і генних мутацій.

Поліплоїдія у людини трапляється дуже рідко. Відомі випадки народження триплоїдів – ці новонароджені рано вмирають. Тетраплоїди виявлені серед абортованих зародків.

У той самий час існують чинники, які знижують частоту мутацій – антимутагени. До антимутагенів належать деякі вітаміни-антиоксиданти (наприклад, вітамін Е, ненасичені жирні кислоти), амінокислоти, що містять сірки, а також різні біологічно активні речовини, які підвищують активність репараційних систем.

5 Популяційні методи

Головними рисами людських популяцій є: спільність території, де живе дана група людей, і можливість вільного одруження. Чинниками ізоляції, т. е. обмеження свободи вибору подружжя, в людини може бути як географічні, а й релігійні і соціальні бар'єри.

У популяціях людини спостерігається високий рівень поліморфізму по багатьох генах: тобто той самий ген представлений різними алелями, що призводить до існування кількох генотипів і відповідних фенотипів. Таким чином, всі члени популяції відрізняються один від одного генетично: практично в популяції неможливо знайти навіть двох генетично однакових людей (за винятком однояйцевих близнюків).

У популяціях людини діють різноманітні форми природного добору. Відбір діє як у внутрішньоутробному стані, і у наступні періоди онтогенезу. Найбільш виражений стабілізуючий відбір, спрямований проти несприятливих мутацій (наприклад, хромосомних перебудов). Класичний приклад відбору на користь гетерозигот - поширення серповидноклітинної анемії.

Популяційні методи дозволяють оцінити частоти тих самих алелів у різних популяціях. З іншого боку, популяційні методи дозволяють вивчати мутаційний процес в людини. За характером радіочутливості людська популяція генетично неоднорідна. У деяких людей із генетично обумовленими дефектами репарації ДНК радіочутливість хромосом підвищена в 5...10 разів у порівнянні з більшістю членів популяції.

Висновок

Отже, адекватно сприймати революцію в біології і в медицині, що відбувається на наших очах, вміти скористатися її привабливими плодами і уникнути небезпечних для людства спокус - ось, що необхідно сьогодні і лікарям, і біологам, і представникам інших спеціальностей, і просто освіченій людині.

Вберегти генофонд людства, всіляко захищаючи його від ризикованих втручань, і при цьому отримати максимальну вигоду з уже отриманої безцінної інформації в плані діагностики, профілактики та лікування багатьох тисяч спадково обумовлених недуг - ось завдання, яке необхідно вирішувати вже сьогодні і з яким ми увійдемо до нового 21 століття.

У своєму рефераті поставила завдання, які мені потрібно було розглянути. Я більше дізналася про генетику. Дізналася, що ж таке генетика. Розглянула її основні етапи розвитку, завдання та цілі сучасної генетики. Так само я розглянула один з різновидів генетики-генетику людини. Дала точне визначення цього терміну та розглянула суть цього виду генетики. Також у моєму рефераті ми розглянули види вивчення спадковості людини. Їх різновиди та суть кожного методу.

Література

В· Енциклопедія. Людина. том 18. частина перша. Володін В.А.- М.: Аволта +, 2002р.;

В· Біологія. Загальні закономірності. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сивоглазов В.І. - М: Школа-Прес, 1996р.;

·<#"justify">додаток

Таблиця № 1 Домінантні та рецесивні ознаки у людини (для деяких ознак зазначені гени, що їх контролюють)

ДоминантныеРецессивныеНормальная пигментация кожи, глаз, волосАльбинизмБлизорукостьНормальное зрениеНормальное зрениеНочная слепотаЦветовое зрениеДальтонизмКатарактаОтсутствие катарактыКосоглазиеОтсутствие косоглазияТолстые губыТонкие губыПолидактилия (добавочные пальцы)Нормальное число пальцевБрахидактилия (короткие пальцы)Нормальная длина пальцевВеснушкиОтсутствие веснушекНормальный слухВрожденная глухотаКарликовостьНормальный ростНормальное усвоение глюкозыСахарный диабетНормальная свертываемость кровиГемофилияКруглая форма лица (R-)Квадратная форма лица (rr) Ямочка на підборідді (А-)Відсутність ямочки (аа)Ямочки на щоках (D-)Відсутність ямочок (dd)Густі брови (B-)Тонкі брови (bb)Брови не з'єднуються (N-)Брови з'єднуються (nn)Довгі вії ( L-) Короткі вії (ll) Круглий ніс (G-) Загострений ніс (gg) Круглі ніздрі (Q-) Вузькі ніздрі (qq)

Таблиця № 2Неповне домінування (зазначені гени, що контролюють ознаку)

ОзнакиВаріантиВідстань між очима - ТВеликеСереднєМалоеРозмір очей -ЕВеликіСередніМаленькіРозміри рота - МВеликийСереднійМаленькийТип волосся -Скорчов'ястіПряміКолір брів -Ніч темніТемніСвітліРозмір Таблиця № 3 Спадкування кольору волосся (контролюється чотирма генами, успадковується полімерно)

Кількість домінантних алелівКолір волосся8Чорні7Темно-коричневі6Темно-каштанові5Каштанові4Русі3Світло-русяві2Блондин1Дуже світлий блондин0Білі

Таблиця №4

а) Ступінь відмінності (дискордантність) за низкою нейтральних ознак у близнюків

Ознаки, контрольовані невеликим числом генів Частота (імовірність) появи відмінностей, % Спадковість, % однояйцеві різнояйцеві Колір очей0,57299Форма вух2,08098Колір волосся3,07796Папілярні лінії8,06087середнє< 1 %≈ 55 %95 %Биохимические признаки0,0от 0 до 100100 %Цвет кожи0,055Форма волос0,021Форма бровей0,049Форма носа0,066Форма губ0,035

б) Ступінь подібності (конкордантність) щодо низки захворювань у близнюків

Ознаки, що контролюються великою кількістю генів і залежать від негенетичних факторів Частота появи подібності, % Спадковість, % однояйцеві різнояйцеві Розумова відсталість 973795 Шизофренія 691066 Цукровий діабет 651 857

Таблиця №5

Типи та назви мутаційЧастота мутацій (на 1 млн. гамет)Аутосомно-домінантніПолікістоз нирок65...120Нейрофіброматоз65...120Множинний поліпоз товстої кишки10...50Аномалія лейкоцитів Пельгера 9це2 не зчеплений зі підлогою)11Рецесивні, зчеплені зі підлогоюМ'язова дистрофія Дюшена43...105Гемофілія А37...52Гемофілія В2...3Іхтіоз (зчеплений зі підлогою)24

Короткий опис:

Сазонов В.Ф. Сучасні методи досліджень у біології [Електронний ресурс] // Кінезіолог, 2009-2018: [сайт]. Дата поновлення: 22.02.2018..__.201_). Матеріали з сучасних методів досліджень у біології, її розділах та суміжних дисциплінах.

Матеріали з сучасних методів досліджень у біології, її розділах та суміжних дисциплінах

Малюнок: Основні гілки біології

Нині біологія умовно поділяється на великі групи наук.

Біологія організмів: науки про рослини (ботаніка), тварин (зоологія), гриби (мікологія), мікроорганізми (мікробіологія). Ці науки вивчають окремі групи живих організмів, їх внутрішню та зовнішню будову, спосіб життя, розмноження та розвиток.

Загальна біологія: молекулярний рівень (молекулярна біологія, біохімія та молекулярна генетика), клітинний (цитологія), тканинний (гістологія), органи та їх системи (фізіологія, морфологія та анатомія), популяції та природні спільноти (екологія). Інакше кажучи, загальна біологія вивчає життя різних рівнях.

Біологія тісно пов'язана з іншими науками. Так, на стику між біологією та хімією з'явилися біохімія та молекулярна біологія, між біологією та фізикою – біофізика, між біологією та астрономією – космічна біологія. Екологія, що знаходиться на стику біології та географії, нині часто сприймається як самостійна наука.

Завдання студентів з навчального курсу Сучасні методи біологічних досліджень

1. Ознайомлення з різноманітними методами досліджень у різних галузях біології.

Рішення та звітність:
1) Написання оглядового навчального реферату з методів дослідження різних галузях біології. Мінімальні вимоги до змісту реферату: опис 5 методів дослідження по 1-2 сторінки (шрифт 14, інтервал 1,5, поля 3-2-2-2 см) на кожний метод.
2) Надання доповіді (бажано у вигляді презентації) за одним із сучасних методів біології: об'єм 5±1 сторінка.
Очікувані результати навчання:
1) Поверхневе знайомство із широким набором методів досліджень у біології.
2) Поглиблене розуміння одного з методів дослідження та передача цього свого знання студентській групі.

2. Проведення навчального навчально-наукового дослідження від постановки мети до висновків із застосуванням необхідних вимог щодо оформлення наукового звіту про дослідження.

Рішення:
Отримання первинних даних на лабораторних заняттях та в домашніх умовах. Допускається проведення частини такого дослідження у позааудиторний час.

3. Знайомство із загальними методами дослідження у біології.

Рішення:
Лекційний курс та самостійна робота з джерелами інформації. Доповідь з прикладу фактів з історії біології: обсяг 2±1 сторінка.

4. Застосування отриманих знань, умінь та навичок для проведення та оформлення власного дослідження у вигляді НДРС, курсової роботи та/або випускної кваліфікаційної роботи.

Визначення понять

Методи дослідження - це засоби досягнення мети дослідницької роботи.

Науковий метод - це сукупність прийомів та операцій, що використовуються при побудові системи наукових знань.

Науковий факт - це результат спостережень та експериментів, який встановлює кількісні та якісні характеристики об'єктів.

Методологічна основа наукового дослідження - це сукупність методів наукового пізнання, які використовуються досягнення мети даного дослідження.

Методи загальнонаукові, експериментальні, методологічна основа – .

Сучасна біологія використовує поєднання методологічних підходів, вона використовує «єдність описово-класифікуючого та пояснювально-номотетичного підходів; єдність емпіричних досліджень із процесом інтенсивної теоретизації біологічного знання, що включає його формалізацію, математизацію та аксіоматизацію» [Ярилін А.А. Попелюшка стає принцесою, або Місце біології в ієрархії наук. // «Екологія життя і життя» №12, 2008. З. 4-11. С.11].

Завдання методів дослідження:

1. "Посилення природних пізнавальних здібностей людини, а також їх розширення та продовження".

2. «Комунікативна функція», тобто. посередництво між суб'єктом та об'єктом дослідження [Аршинов В.І. Синергетика як феномен постнекласичної науки. М: Ін-т філософії РАН, 1999. 203 с. С.18].

Загальні методи досліджень у біології

Спостереження

Спостереження - це дослідження зовнішніх ознак та видимих ​​змін об'єкта протягом певного проміжку часу. Наприклад, спостереження за зростанням та розвитком проростка.

Спостереження - це відправний пункт будь-якого природничо дослідження.

У біології це особливо добре помітно, оскільки об'єкт її вивчення – людина і жива природа, що його оточує. Вже у школі під час уроків зоології, ботаніки, анатомії дітей вчать проведенню найпростіших біологічних досліджень шляхом спостереження зростанням і розвитком рослин та тварин, за станом власного організму.

Спостереження як засіб збирання інформації – хронологічно перший прийом дослідження, що виник арсеналі біології, а точніше, ще її попередниці – природної історії. І це не дивно, оскільки спостереження спирається на чуттєві здібності людини (відчуття, сприйняття, уявлення). Класична біологія – це біологія переважно спостережна.Проте цей метод не втратив свого значення і донині.

Спостереження можуть бути прямими або опосередкованими, вони можуть вестись за допомогою технічних пристроїв або без них. Так, орнітолог бачить птаха в бінокль і може чути його, а може фіксувати приладом звуки поза чутним людським вухом діапазону. Гістолог спостерігає за допомогою мікроскопа зафіксований та забарвлений зріз тканини. А для молекулярного біолога спостереженням можливо фіксація зміни концентрації ферменту в пробірці.

Важливо розуміти, що наукове спостереження, на відміну від звичайного, є не простим, але цілеспрямованевивчення об'єктів чи явищ: воно ведеться на вирішення поставленої завдання, і увага спостерігача має розсіюватися. Наприклад, якщо стоїть завдання вивчити сезонні міграції птахів, то ми помічатимемо терміни їх появи в місцях гніздування, а не будь-що інше. Таким чином, спостереження - це виборче виділенняз дійсності певної частини, інакше кажучи, аспекти, і включення цієї частини до системи, що вивчається.

У спостереженні важлива як точність, акуратність і активність спостерігача, а й його неупередженість, його знання та досвід, правильний вибір технічних засобів. Постановка завдання передбачає наявність плану спостережень, тобто. їхня планомірність. [Кабакова Д.В. Спостереження, опис та експеримент як основні методи біології // Проблеми та перспективи розвитку освіти: матеріали міжнар. наук. конф. (м. Перм, квітень 2011 р.). I. Перм: Меркурій, 2011. С. 16-19].

Описовий метод

Описовий метод - це фіксування зовнішніх ознак об'єктів дослідження з виділенням суттєвого і відкиданням несуттєвого. Цей метод стояв біля витоків біології, як науки, та її розвиток було неможливо без застосування інших методів дослідження.

Описові методи дозволяють спочатку описувати, та був аналізувати явища, які у живої природі, порівнювати їх, знаходячи певні закономірності, і навіть узагальнювати, відкривати нові види, класи та інше. Описові методи почали використовуватися ще в давнину, але на сьогоднішній день не втратили своєї актуальності та широко застосовуються у ботаніці, етології, зоології тощо.

Порівняльний метод

Порівняльний метод - це дослідження подібності та відмінності у будові, перебігу життєвих процесів та поведінці різних об'єктів. Наприклад, порівняння особин різної статі, що належать до одного біологічного виду.

Дозволяє вивчати об'єкти дослідження шляхом їхнього порівняння між собою або з іншим об'єктом. Дозволяє виявляти подібності та відмінності живих організмів, а також їх частин. Отримані дані дають можливість об'єднувати досліджені об'єкти групи за ознаками подібності у будову і походження. На основі порівняльного методу, наприклад, будується систематика рослин та тварин. Цей метод використовувався також при створенні клітинної теорії та для підтвердження теорії еволюції. В даний час він застосовується практично у всіх напрямках біології.

Цей метод утвердився у біології у XVIII ст. і виявився дуже плідним у вирішенні багатьох найбільших проблем. За допомогою цього методу та в поєднанні з описовим методом були отримані відомості, що дозволили у XVIII ст. закласти основи систематики рослин та тварин (К. Лінней), а в XIX ст. сформулювати клітинну теорію (М. Шлейден і Т. Шванн) та вчення про основні типи розвитку (К. Бер). Метод широко застосовувався у ХІХ ст. в обґрунтуванні теорії еволюції, а також у розбудові низки біологічних наук на основі цієї теорії. Проте використання цього не супроводжувалося виходом біології межі описової науки.
Порівняльний метод широко застосовується у різних біологічних науках і в наш час. Порівняння набуває особливої ​​цінності тоді, коли неможливо дати визначення поняття. Наприклад, за допомогою електронного мікроскопа часто одержують зображення, справжній вміст яких заздалегідь невідомий. Тільки порівняння їх із світломікроскопічними зображеннями дозволяє отримати бажані дані.

Історичний метод

Дозволяє виявити закономірності освіти та розвитку живих систем, їх структур та функцій, зіставляти їх із раніше відомими фактами. Даний метод, зокрема, успішно використовувався Ч. Дарвіном для побудови його еволюційної теорії і сприяв перетворенню біології з описової науки на пояснювальну науку.

У другій половині ХІХ ст. завдяки роботам Ч. Дарвіна історичний метод поставив на наукові основи дослідження закономірностей появи та розвитку організмів, становлення структури та функцій організмів у часі та просторі. Із запровадженням цього в біології відбулися значні якісні зміни. Історичний метод перетворив біологію з науки суто описової в пояснювальну науку, яка пояснює, як відбулися і як функціонують різноманітні живі системи. Нині історичний метод, чи " історичний підхід " став загальним підходом до вивчення явищ життя переважають у всіх біологічних науках.

Експериментальний метод

Експеримент - це перевірка вірності висунутої гіпотези з допомогою цілеспрямованого на об'єкт.

Експеримент (досвід) – штучне створення у контрольованих умовах ситуації, що допомагає виявити глибоко приховані властивості живих об'єктів.

p align="justify"> Експериментальний метод дослідження явищ природи пов'язаний з активним впливом на них шляхом проведення дослідів (експериментів) в контрольованих умовах. Цей метод дозволяє вивчати явища ізольовано і досягати повторюваності результатів при відтворенні тих самих умов. Експеримент забезпечує глибше, ніж інші методи дослідження, розкриття сутності біологічних явищ. Саме завдяки експериментам природознавство загалом та біологія зокрема дійшли до відкриття основних законів природи.
Експериментальні методи в біології служать не тільки для проведення дослідів та отримання відповідей на питання, але і для визначення правильності сформульованої на початку вивчення матеріалу гіпотези, а також для її коригування в процесі роботи. У ХХ столітті дані способи дослідження стають провідними в цій науці завдяки появі сучасного обладнання для проведення дослідів, такого як, наприклад, томограф, електронний мікроскоп та інше. В даний час в експериментальній біології широко використовуються біохімічні прийоми, рентгеноструктурний аналіз, хроматографія, а також техніка ультратонких зрізів, різні способи культивування та багато інших. Експериментальні методи у поєднанні із системним підходом розширили пізнавальні можливості біологічної науки та відкрили нові шляхи для застосування знань практично у всіх сферах діяльності людини.

Питання експеримент як однієї з основ у пізнанні природи, було поставлено ще XVII в. англійським філософом Ф. Беконом (1561–1626). Його запровадження біологію пов'язані з роботами У. Гарвея XVII в. вивчення кровообігу. Однак експериментальний метод широко увійшов у біологію лише на початку XIX ст., причому через фізіологію, в якій почали використовувати велику кількість інструментальних методик, що дозволяли реєструвати та кількісно характеризувати приуроченість функцій до структури. Завдяки працям Ф. Мажанді (1783-1855), Г. Гельмгольця (1821-1894), І.М. Сєченова (1829-1905), а також класиків експерименту К. Бернара (1813-1878) та І.П. Павлова (1849-1936) фізіологія, мабуть, першою з біологічних наук стала експериментальною наукою.
Іншим напрямом, яким у біологію увійшов експериментальний метод, виявилося вивчення спадковості і мінливості організмів. Тут найголовніша заслуга належить Р. Менделю, який, на відміну своїх попередників, використовував експеримент як отримання даних про досліджувані явища, а й перевірки гіпотези, формулируемой з урахуванням одержуваних даних. Робота Г. Менделя стала класичним зразком методології експериментальної науки.

В обґрунтуванні експериментального методу важливе значення мали роботи, виконані в мікробіології Л. Пастером (1822-1895), який вперше ввів експеримент для вивчення бродіння та спростування теорії спонтанного зародження мікроорганізмів, а потім для розробки вакцинації проти інфекційних хвороб. У другій половині ХІХ ст. за Л. Пастером значний внесок у розробку та обґрунтування експериментального методу в мікробіології внесли Р. Кох (1843-1910), Д. Лістер (1827-1912), І.І. Мечніков (1845-1916), Д.І. Івановський (1864-1920), С.М. Виноградський (1856-1890), М. Бейєрнік (1851-1931) та ін. У XIX ст. біологія збагатилася також створенням методичних основ моделювання, що є також найвищою формою експерименту. Винахід Л. Пастером, Р. Кохом та іншими мікробіологами способів зараження лабораторних тварин патогенними мікроорганізмами та вивчення на них патогенезу інфекційних хвороб – це класичний приклад моделювання, що перейшло у XX ст. і доповненого у наш час моделюванням не лише різних хвороб, а й різноманітних життєвих процесів, включаючи походження життя.
Починаючи, наприклад, з 40-х років. XX ст. експериментальний метод у біології зазнав значного вдосконалення за рахунок підвищення роздільної здатності багатьох біологічних методик та розробки нових експериментальних прийомів. Так, була підвищена роздільна здатність генетичного аналізу, низки імунологічних методик. У практику досліджень було запроваджено культивування соматичних клітин, виділення біохімічних мутантів мікроорганізмів і соматичних клітин тощо. буд. Експериментальний метод став широко збагачуватися методами фізики і хімії, які виявилися цінними у ролі самостійних методів, а й у поєднані із біологічними методами. Наприклад, структура та генетична роль ДНК були з'ясовані в результаті поєднаного використання хімічних методів виділення ДНК, хімічних та фізичних методів визначення її первинної та вторинної структури та біологічних методів (трансформації та генетичного аналізу бактерій), докази її ролі як генетичного матеріалу.
В даний час експериментальний метод характеризується винятковими можливостями вивчення явищ життя. Ці можливості визначаються використанням мікроскопії різних видів, включаючи електронну з технікою ультратонких зрізів, біохімічних методів, високороздільного генетичного аналізу, імунологічних методів, різноманітних методів культивування та прижиттєвого спостереження в культурах клітин, тканин та органів, маркування ембріонів, запліднення в пробірці, методу рентгеноструктурного аналізу, ультрацентрифугування, спектрофотометрії, хроматографії, електрофорезу, секвенування, конструкції біологічно активних рекомбінантних молекул ДНК і т. д. Нова якість, закладена в експериментальному методі, викликала якісні зміни і в моделюванні. Поруч із моделюванням лише на рівні органів нині розвивається моделювання на молекулярному і клітинному рівнях.

Метод моделювання

Моделювання ґрунтується на такому прийомі, як аналогія - це висновок про схожість об'єктів у певному відношенні на основі їх подібності в ряді інших відносин.

Модель - це спрощена копія об'єкта, явища чи процесу, що замінює в певних аспектах.

Модель це те, з чим зручніше працювати, тобто те, що легше побачити, почути, запам'ятати, записати, обробити, передати, успадковувати, з чим легше експериментувати, порівняно з об'єктом моделювання (прототипом, оригіналом).
Каркіщенко Н.М. Основи біомоделювання. – М.: ВПК, 2005. – 608 с. С. 22.

Моделювання - це, відповідно, створення спрощеної копії об'єкта, явища чи процесу.

Моделювання:

1) створення спрощених копій об'єктів пізнання;

2) вивчення об'єктів пізнання з їхньої спрощених копіях.

Метод моделювання - це дослідження властивостей певного об'єкта у вигляді вивчення властивостей іншого об'єкта (моделі), зручнішого на вирішення завдань дослідження і що у певному відповідність до першим об'єктом.

Моделювання (у широкому значенні) - це основний метод дослідження у всіх галузях знань. Методи моделювання використовуються для оцінок характеристик складних систем та ухвалення науково обґрунтованих рішень у різних сферах людської діяльності. Існуючу або проектовану систему можна ефективно дослідити за допомогою математичних моделей (аналітичних та імітаційних) з метою оптимізації процесу функціонування системи. Модель системи реалізується на сучасних комп'ютерах, які у разі виступають як інструмент експериментатора з моделлю системи.

Моделювання дозволяє вивчати будь-який процес чи явище, і навіть напрями еволюції шляхом відтворення їх як простішого об'єкта з допомогою сучасних технологій і устаткування.

Теорія моделювання – теорія заміщення об'єкта-оригіналу його моделлю та дослідження властивостей об'єкта на його моделі.
Моделювання - Метод дослідження, заснований на заміні досліджуваного об'єкта-оригіналу його моделлю і на роботі з нею (замість об'єкта).
Модель (Об'єкта-оригіналу) (від латів. modus – «захід», «обсяг», «образ») – допоміжний об'єкт, що відображає найбільш суттєві для дослідження закономірності, суть, властивості, особливості будови та функціонування об'єкта-оригіналу.
Коли говорять про моделювання, зазвичай мають на увазі моделювання певної системи.
Система - Сукупність взаємопов'язаних елементів, об'єднаних для реалізації спільної мети, відокремлена від навколишнього середовища і взаємодіє з нею як цілісне ціле і виявляє при цьому основні системні властивості. В виділено 15 основних системних властивостей, до яких належать: емергентність (емерджентність); цілісність; структурованість; цілісність; підпорядкованість мети; ієрархічність; нескінченність; ергатичність; відкритість; незворотність; єдність структурної стійкості та нестійкості; нелінійність; потенційна багатоваріантність актуальних структур; критичність; непередбачуваність у критичній галузі.
При моделюванні систем використовують два підходи: класичний (індуктивний), що склався історично першим, і системний, що отримав розвиток останнім часом.

Класичний підхід. Історично першим склався класичний підхід до вивчення об'єкта, моделювання системи. Реальний об'єкт, що підлягає моделюванню, розбивається на підсистеми, вибираються вихідні дані (Д) для моделювання та ставляться цілі (Ц), що відображають окремі сторони процесу моделювання. За окремою сукупністю вихідних даних ставиться мета моделювання окремої сторони функціонування системи, з урахуванням цієї мети формується деяка компонента (К) майбутньої моделі. Сукупність компонентів об'єднується в модель.
Т.о. відбувається підсумовування компонентів, кожна компонента вирішує свої власні завдання та ізольована з інших частин моделі. Застосуємо підхід лише для простих систем, де не можна враховувати взаємозв'язку між компонентами. Можна відзначити дві відмінні сторони класичного підходу: 1) спостерігається рух від приватного до загального під час створення моделі; 2) створена модель (система) утворюється шляхом підсумовування окремих її компонентів і не враховує виникнення нового системного ефекту.

Системний підхід – методологічна концепція, заснована на прагненні побудувати цілісну картину об'єкта, що вивчається, з урахуванням важливих для розв'язуваного завдання елементів об'єкта, зв'язків між ними та зовнішніх зв'язків з іншими об'єктами та навколишнім середовищем. З ускладненням об'єктів моделювання виникла необхідність їхнього спостереження з вищого рівня. І тут розробник розглядає цю систему як деяку підсистему вищого рангу. Наприклад, якщо ставиться завдання проектування АСУ підприємства, то з позиції системного підходу не можна забувати, що ця система є складовою АСУ об'єднанням. У основі системного підходу лежить розгляд системи як інтегрованого цілого, причому цей розгляд розробки починається з головного – формулювання мети функціонування. Важливим для системного підходу є визначення структури системи – сукупності зв'язків між елементами системи, що відбивають їхню взаємодію.

Існують структурні та функціональні підходи до дослідження структури системи та її властивостей.

При структурний підхід виявляються склад виділених елементів системи та зв'язку між ними.

При функціональному підході розглядаються алгоритми поведінки системи (функції - властивості, що призводять до досягнення мети).

Види моделювання

1. Предметне моделювання при якому модель відтворює геометричні, фізичні, динамічні або функціональні характеристики об'єкта. Наприклад, модель мосту, греблі, модель крила
літака і т.д.
2. Аналогове моделювання , коли модель і оригінал описуються єдиним математичним співвідношенням. Прикладом можуть бути електричні моделі, використовувані вивчення механічних, гідродинамічних і акустичних явищ.
3. Знакове моделювання , коли в ролі моделей виступають схеми, креслення, формули. Роль знакових моделей особливо зросла розширенням масштабів застосування ЕОМ при побудові знакових моделей.
4. Зі знаковим тісно пов'язано уявне моделювання , При якому моделі набувають подумки наочний характер. Прикладом може у разі служити модель атома, запропонована свого часу Бором.
5. Модельний експеримент. Нарешті, особливим видом моделювання є включення в експеримент не самого об'єкта, а його моделі, внаслідок чого останній набуває характеру модельного експерименту. Цей вид моделювання свідчить про те, що немає жорсткої межі між методами емпіричного та теоретичного пізнання.
З моделюванням органічно пов'язана ідеалізація - Уявне конструювання понять, теорій про об'єкти, які не існують і не здійсненні насправді, але таких, для яких існує близький прообраз або аналог у реальному світі. Прикладами збудованих цим методом ідеальних об'єктів є геометричні поняття точки, лінії, площини і т.д. Із подібними ідеальними об'єктами оперують усі науки - ідеальний газ, абсолютно чорне тіло, суспільно-економічна формація, держава і т.д.

Методи моделювання

1. Натурне моделювання – експеримент на об'єкті, що досліджується, який за спеціально підібраних умов досвіду служить моделлю самого себе.
2. Фізичне моделювання - Експеримент на спеціальних установках, що зберігають природу явищ, але відтворюють явища в кількісно зміненому масштабованому вигляді.
3. Математичне моделювання - Використання моделей по фізичній природі, що відрізняються від моделюються об'єктів, що мають подібний математичний опис. Натурне і фізичне моделювання можна поєднати в один клас моделей фізичної подоби, тому що в обох випадках модель і оригінал однакові за фізичною природою.

Методи моделювання можна класифікувати на три основні групи: аналітичні, чисельні та імітаційні.

1. Аналітичні методи моделювання. Аналітичні методи дозволяють отримати характеристики системи як функції параметрів її функціонування. Таким чином, аналітична модель є системою рівнянь, при вирішенні якої отримують параметри, необхідні для розрахунку вихідних характеристик системи (середній час обробки завдання, пропускну здатність і т.д.). Аналітичні методи дають точні значення характеристик системи, але застосовуються на вирішення лише вузького класу завдань. Причини цього ось у чому. По-перше, внаслідок складності більшості реальних систем їх закінчений математичний опис (модель) або немає, або ще розроблено аналітичні методи рішення створеної математичної моделі. По-друге, при виведенні формул, на яких ґрунтуються аналітичні методи, приймаються певні припущення, які не завжди відповідають реальній системі. І тут від застосування аналітичних методів доводиться відмовлятися.

2. Чисельні методи моделювання. Чисельні методи передбачають перетворення моделі до рівнянь, вирішення яких можливе методами обчислювальної математики. Клас завдань, розв'язуваних цими методами, значно ширший. В результаті застосування чисельних методів одержують наближені значення (оцінки) вихідних характеристик системи із заданою точністю.

3. Імітаційні методи моделювання. З розвитком обчислювальної техніки широке застосування отримали імітаційні методи моделювання для аналізу систем, які переважають стохастичні впливу.
Суть імітаційного моделювання (ІМ) полягає в імітації процесу функціонування системи у часі, з дотриманням таких самих співвідношень тривалості операцій як у системі оригіналі. При цьому імітуються елементарні явища, що становлять процес, зберігається їхня логічна структура, послідовність протікання в часі. В результаті застосування ІМ отримують оцінки вихідних характеристик системи, які необхідні під час вирішення завдань аналізу, управління та проектування.

У біології, наприклад, можна побудувати модель стану життя у водоймищі через деякий час при зміні одного, двох або більше параметрів (температури, концентрації солей, наявності хижаків та ін.). Такі прийоми стали можливі завдяки проникненню в біологію ідей та принципів кібернетики – науки про управління.

В основу класифікації видів моделювання можна покласти різні ознаки. Залежно від характеру досліджуваних процесів у системі моделювання може бути поділено на детерміноване та стохастичне; статичне та динамічне; дискретне та безперервне.
Детерміноване моделювання застосовується на дослідження систем, поведінка яких можна цілком точно передбачити. Наприклад, шлях, пройдений автомобілем, за рівноприскореного руху в ідеальних умовах; пристрій, що зводить у квадрат число і т.п. Відповідно, у цих системах протікає детермінований процес, який адекватно описується детермінованою моделлю.

Стохастичне (Теоретико-імовірнісне) моделювання застосовується для дослідження системи, стан якої залежить не тільки від контрольованих, але і від неконтрольованих впливів або в ній є джерелом випадковості. До стохастичним системам відносяться всі системи, які включають людину, наприклад, заводи, аеропорти, обчислювальні системи та мережі, магазини, підприємства побутового обслуговування тощо.
Статичне моделювання служить для опису систем у момент часу.

Динамічне моделювання відбиває зміна системи у часі (вихідні характеристики системи у час визначаються характером вхідних впливів у минулому і теперішньому). Приклад динамічних систем є біологічні, економічні, соціальні системи; такі штучні системи, як завод, підприємство, потокова лінія тощо.
Дискретне моделювання застосовують для дослідження систем, в яких вхідні та вихідні характеристики вимірюється або змінюється в часі дискретно, інакше застосовують безперервне моделювання. Наприклад, електронний годинник, електролічильник - дискретні системи; сонячний годинник, нагрівальні прилади – безперервні системи.
Залежно від форми уявлення об'єкта (системи) можна виділити уявне та реальне моделювання.
При реальному (Натурному) моделюванні Вивчення показників системи проводиться на реальному об'єкті, або на його частини. Реальне моделювання – найбільш адекватне, та його можливості, з урахуванням особливостей реальних об'єктів, обмежені. Наприклад, проведення реального моделювання з АСУ підприємства вимагає, по-перше, створення АСУ; по-друге, проведення експериментів із підприємством, що неможливо. До реального моделювання відносять виробничий експеримент і комплексні випробування, які мають високий рівень достовірності. Інший вид реального моделювання – фізичне. При фізичному моделюванні дослідження проводиться на установках, які зберігають природу явища і мають фізичну подобу.
Подумки моделювання застосовується для моделювання систем, що практично не реалізуються на заданому інтервалі часу. У основі уявного моделювання лежить створення ідеальної моделі, заснованої на ідеальній, розумової аналогії. Розрізняють два види уявного моделювання: образне (наочне) та знакове.
При образному моделюванні з урахуванням уявлень про реальні об'єкти створюються різні наочні моделі, що відображають явища і процеси, які у об'єкті. Наприклад, моделі частинок газів у кінетичній теорії газів у вигляді пружних куль, що впливають одна на одну під час зіткнення.
При знаковому моделюванні описують модельовану систему за допомогою умовних знаків, символів, зокрема, у вигляді математичних, фізичних та хімічних формул. Найбільш потужний та розвинений клас знакових моделей представляють математичні моделі.
Математична модель – це штучно створений об'єкт у вигляді математичних, знакових формул, що відображає та відтворює структуру, властивості, взаємозв'язки та відносини між елементами досліджуваного об'єкта. Далі розглядаються лише математичні моделі та відповідно математичне моделювання.
Математичне моделювання - Метод дослідження, заснований на заміні досліджуваного об'єкта-оригіналу його математичною моделлю та на роботі з нею (замість об'єкта). Математичне моделювання можна розділити на аналітичне (АМ) , імітаційне (ІМ) , комбіноване (КМ) .
При АМ створюється аналітична модель об'єкта як алгебраїчних, диференціальних, конечно-разностных рівнянь. Аналітична модель досліджується або аналітичними методами, чи чисельними методами.
При ЇМ створюється імітаційна модель, використовується метод статистичного моделювання для реалізації імітаційної моделі на комп'ютері.
При КМ проводиться декомпозиція процесу функціонування системи підпроцеси. Для тих, де це можливо, використовують аналітичні методи, інакше – імітаційні.

Список літератури

1. Айвазян С.А., Єнюков І.С., Мешалкін Л.Д. Прикладна статистика: Основи моделювання та первинна обробка даних. - М.: «Фінанси та статистика», 1983. - 471 с.
2. Альсова О.К. Моделювання систем (частина 1): Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Моделювання» для студентів ІІІ – ІV курсів АВТФ. - Новосибірськ: Вид-во НДТУ, 2006. - 68с. Моделювання систем (частина 2): Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Моделювання" для студентів ІІІ – ІV курсів АВТФ. - Новосибірськ: Вид-во НДТУ, 2007. - 35 с.
3. Альсова О.К. Моделювання систем: навч. посібник/О.К. Альсова. – Новосибірськ: Вид-во НДТУ, 2007 – 72 с.
4. Боровіков В.П. Statistica 5.0. Мистецтво аналізу даних на комп'ютері Для професіоналів. 2-ге вид. - СПб.: Пітер, 2003. - 688 с.
5. Вентцель Є.С. Дослідження операцій. - М.: Вища школа, 2000. - 550 с.
6. Губарєв В.В. Імовірнісні моделі / Новосиб. електротехн. ін-т. - Новосибірськ, 1992. - Ч.1. - 198 с; Ч.2. - 188 с.
7. Губарєв В.В. Системний аналіз у експериментальних дослідженнях. - Новосибірськ: Вид-во НДТУ, 2000. - 99 с.
8. Денисов А.А., Колесніков Д.М. Теорія великих систем управління: Навч. посібник для вузів. - Л. Видавництво, 1982. - 288 с.
9. Дрейпер Н., Сміт Р. Прикладний регресійний аналіз. - М.: Статистика, 1973.
10. Карпов Ю. Імітаційне моделювання систем. Введення в моделювання з AnyLogic 5. - СПб.: БХВ-Петрбург, 2005. - 400 с.
11. Кельтон, Лоу А. Імітаційне моделювання. Класика CS. 3-тє вид. - СПб.: Пітер; Київ: 2004. - 847 с.
12. Лемешко Б.Ю., Постовалов С.М. Комп'ютерні технології аналізу даних та дослідження статистичних закономірностей: Навч. допомога. - Новосибірськ: Вид-во НДТУ, 2004. - 120 с.
13. Моделювання систем. Практикум: Навч. посібник для вузів/Б.Я. Рад, С.А. Яковлєв. - 2-ге вид., перероб. та дод. - М.: Вища школа, 2003. - 295 с.
14. Рижиков Ю.І. Імітаційне моделювання. Теорія та технології. - СПб.: КОРОНА принт; М.: Альтекс-А, 2004. - 384 с.
15. Рад Б.Я., Яковлєв С.А. Моделювання систем (3-тє вид.). - М.: Вища школа, 2001. - 420 с.
16. Теорія випадкових процесів та її інженерні додатки: Навч. посібник для вузів/Е.С. Вентцель, Л.А. Вівчарів. - 3-тє вид. перероб. та дод. - М.: Видавничий центр «Академія», 2003. - 432 с.
17. Томашевський В., Жданова Є. Імітаційне моделювання в середовищі GPSS. - М.: Бестселер, 2003. - 416 с.
18. Хачатурова С.М. Математичні методи системного аналізу: Навч. посібник. - Новосибірськ: Вид-во НДТУ, 2004. - 124 с.
19. Шеннон Р. Імітаційне моделювання систем - мистецтво та наука. - М.: Світ, 1978.
20. Шрайбер Т.Дж. Моделювання на GPSS. - М.: Машинобудування, 1980. - 593 с.
21. Арсеньєв Б.П., Яковлєв С.А. Інтеграція розподілених баз даних. - Спб.: Лань, 2001. - 420 с.