Вычисляемые знания по анатомии в Wolfram Language

Перевод поста Keiko Hirayama «Dissecting the New Anatomy Content in the Wolfram Language«.

Выражаю огромную благодарность Кириллу Гузенко KirillGuzenko за помощь в переводе и подготовке публикации

Тело человека является предметом изучения с самого начала человеческой истории. Современные научные направления в анатомии и физиологии происходят из симбиоза искусства и анатомии, возникшего в эпоху ренессанса. В начале 16-го века Леонардо да Винчи одним из первых представил достаточно подробные и точные эскизы человеческого тела и его структур. В 1543 году Везалий опубликовал знаменитый учебник De Humani Corporis Fabrica (О строении человеческого тела) с красивыми иллюстрациями оного.

Имея современные технологии в нашем распоряжении, мы можем представлять данные по физиологии и анатомии в вычислимом формате. С помощью Wolfram|Alpha мы создали для всех возможность легко изучить то, как отдельные анатомические структуры связаны друг с другом в организме человека, а также исследовать как целые системы органов, так и их микроскопические составляющие.

Давайте начнем наше исследование с макроскопических структур.

С важного органа сердечно-сосудистой системы — сердца:

Wolfram|Alpha предоставляет не только основную информацию об анатомическом строении (латинское название, функция, группа, части и т. д.), но также вычисляет отношения и связи между анатомическими структурами.

Вот, к примеру, артерии, снабжающие кровь сердцу:

Сравнить пару крупных сосудов сердечно-сосудистой системы столь же легко.

Аорта и нижняя полая вена:

Анатомические данные также доступны и через Wolfram Language (их доступность в языке Wolfram Language автоматически означает, что вы можете использовать этот функционал в Wolfram Mathematica и Wolfram Cloud).

Давайте рассмотрим опорно-двигательный аппарат. Если вы профессиональный гимнаст или тот, кто часто посещает тренажерный зал, вы, вероятно, заинтересованы в разработке мышц ног. А что это за мышцы? Wolfram Language может предоставить данные о том, какие мышцы имеются в ногах:

Давайте теперь рассмотрим мышцы, которые очень часто задействованы во время упражнений — икроножные мышцы.

Начало мышцы (фиксированный конец) и прикрепление (подвижный конец):

Теперь мы знаем, что икроножные мышцы соединены с бедренной и пяточной костями. Но где именно в ноге они находятся?

Ничего себе, как много костей! Как же мы сможем за этими деревьями увидеть лес? Давайте выясним, как они друг с другом соединены:

Мы можем увидеть пять пальцев справа, а также ногу и бедро слева. Можем ли мы узнать названия этих костей?

Знать то, как кости соединяются друг с другом — весьма полезно. Можем ли мы найти пяточную и бедренную кости и посмотреть на то, как они выглядят?

Насколько велика пяточная кость? Идя ещё дальше, можно даже узнать объем пяточной кости:

Давайте предположим, что после часа бега на беговой дорожке, которая в соответствии с данными Wolfram|Alpha, сжигает около 946 калорий (при скорости бега около 8 мин/милю), вы получаете сигнал от мозга о том, что пора поесть, и съедаете шоколадный батончик, покрывая расходы энергии.

Нажав «Ctrl» + «=» (в Wolfram Mathematica или Wolfram Cloud) и набрав «digestive organs» (органы системы пищеварения), мы получим представление об основных органах пищеварительной системы:

Получим список органов системы пищеварения и выясним — что же они делают:

А теперь используем функцию Wordcloud и создадим облако слов, наиболее часто используемых для описания пищеварительных функций:

Пищеварительная деятельность — бессознательный процесс, который регулируется нашей вегетативной нервной системой.

Выясним, какие именно нервы иннервируют эти органы пищеварения:

Блуждающий нерв и его ответвления в нервной системе управляют деятельностью желудка в пищеварительной системе [1].

После того как вы съедаете шоколадку, ваш уровень глюкозы в крови повышается. В результате чего поджелудочная железа выделяет инсулин:

Этот гормон, в частности, сигнализирует ядру гипоталамуса о том, что вы поели, который, в свою очередь, решает, что вы сыты [2]:

Как они влияют друг на друга?

Давайте проиллюстрируем эти связи:

Паравентрикулярное ядро гипоталамуса (красное) связано с регуляцией аппетита [3], и вы можете увидеть его связи со стволом мозга, который и занимается желудочно-кишечными функциями.

Наконец, давайте посмотрим где это ядро находится. Паравентрикулярное ядро гипоталамуса находится в левом полушарии вашего мозга, практически точно по центру:

Не важно — является-ли анатомия частью вашей повседневной работы, или это просто один из ваших интересов — вычисляемые анатомические данные дадут вам доступное и глубокое понимание того, как части человеческого тела соотносятся друг с другом. Если вы хотите более подробно изучить эту тему, можете взглянуть на документацию по AnatomyData, в которой представлено больное количество анатомических понятий и их свойств.

Библиография:
1. G. J. Schwartz. “The Role of Gastrointestinal Vagal Afferents in the Control of Food Intake: Current Prospects.” Nutrition 16 no. 10 (2000): 866–873.
2. J. K. Elmquist, C. F. Elias, and C. B. Saper. “From Lesions to Leptin: Hypothalamic Control of Food Intake and Body Weight.” Neuron 22 no. 2. (1999): 221–232.
3. A. K. Sutton, H. Pei, K. H. Burnett, M. G. Myers Jr, C. J. Rhodes, and D. P. Olson. “Control of Food Intake and Energy Expenditure by Nos1 Neurons of the Paraventricular Hypothalamus.” Journal of Neuroscience 34 no. 46 (2014): 15306–15318.