Возможности метода мультифрактального анализа для оценки перемещения биологических объектов

Н. В. Зайцева¹, М. А. Землянова^{1, 2}, А. М. Игнатова^{1, 3,} *, О. Б. Наймарк³, М. С. Степанков¹

¹Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения
ул. Монастырская, 82, Пермь, 614045 Россия
²Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Комсомольский пр., 29, Пермь, 614990 Россия
³Институт механики сплошных сред УрО РАН
ул. Академика Королева, 1, Пермь, 614000 Россия
*Е-mail: iampstu@gmail.com
Поступила в редакцию 05.04.2022 г.
После доработки 17.08.2022 г.
Принята к публикации 07.09.2022 г.

Объектом исследования в работе являются данные о перемещении лабораторных животных (крыс) в лабиринте “открытое поле”, которые отражают динамику изменения величины скорости и положения объектов в пространстве (координаты) в определенный момент времени. Эти данные в формате временных рядов анализировали методами фрактального и мультифрактального анализов. Постановка эксперимента с животными заключалась в том, чтобы сравнить характер перемещения крыс в присутствии фактора внешнего воздействия с доказанным влиянием на поведение и, соответственно, в отсутствие данного фактора. В качестве фактора внешнего воздействия выбрана ингаляционная экспозиция нанодисперсным оксидом кальция. Установлено, что в отсутствие указанного внешнего воздействия и при его влиянии перемещению лабораторных животных соответствуют два достоверно различных типа активности, а траектория перемещения соответствует признакам масштабно-инвариантной структуры и может быть исследована метод мультифрактального анализа. Выявлено, что при наличии внешнего воздействия траектория перемещения животных часто меняет направление, а остановки преобладают над движением. Использование анализа аномалий мультифрактального спектра, характеризующего траекторию перемещения, позволяет количественно охарактеризовать выявленные типы активности. Так, активность животных при наличии внешнего воздействия снижена в 1.8 раза, а количество остановок выше, чем действия связанные с движением, в 1.7 раза. Таким образом, выявлены дополнительные возможности мультифрактального анализа временных рядов, характеризующих перемещение биологических объектов в эксперименте, для количественной и качественной оценки состояний активности.

DOI: 10.31857/S0044459622050098

Полный текст статьи доступен на сайте Elibrary.ru (необходимо зарегистрироваться).