Informace a živé organismy.

1. Informacea živé organismy. Zdravotnická informatika ZS 2011/2012 Mgr. Martin Kubačák

2. Poznámka na úvod • Pojem informace, kterým se tato přednáška zabývá, je z pohledu (nejen) informatiky pojmem fundamentálním – bohužel jako u všech takovýchto pojmů tím vyvstávají potíže s jeho definicí a objasněním. I díky tomu tato prezentace není tak docela typická. Ne ani tak proto, že je toho na jejich snímcích více, než je pro prezentaci obvyklé, ale proto, že je pojatá trochu víc filozoficky než technicky. Nebyl by problém ji udělat jako ryze exaktní záležitost plnou vzorců – nicméně v takovém případě by však byla patrně pro drtivou většinu studentů bez znalostí potřebného matematického aparátu nesrozumitelná. Proto je podána v předkládané podobě, která je pro posluchače na lékařské fakultě daleko přijatelnější. Navíc je tím docela názorně ukázáno, že informatika není jen čistě technická záležitost, jak si to mnoho lidí myslí, ale má skutečně multioborový záběr a pojetí… • Snímky označené nadpisem bleděfialové barvy (jako např. tento ) poskytují stručné doplňující a rozšiřující informace z jiných oborů (biofyzika, biologie, genetika, fyziologie, …) k probíraným bodům. Detailněji budou probrány na jiných předmětech, tady slouží pouze k dokreslení celkového kontextu…

3. Motto „Druhá nejlepší věc po znalosti něčeho je vědět, kde lze informaci o dané znalosti najít.“ (S. Johnson)

4. Ze všech stran… • Termín informace je dnes používán prakticky všude a všemi kolem nás • Informace nás obklopují celý život • Informační „záplava“: • Informační společnost, informační systémy, informační věk, informační potřeby, informační bariéry, informační požadavky, informační revoluce, informační náskok, informační instituce, informační pracovník, informační služby, informační zdroje, informační prameny, informační cyklus, informační bezpečnost, informační politika, informační průmysl, informační gramotnost, informační etika, informační poločas, informační procesy, …

6. Co je to vlastně informace? • Lat. informare = utvářet a podávat představu, znázorňovat, opisovat, oznamovat nebo přenášet oznam či poučení • Pojem informace běžně užívaný v minulosti s rozvojem spojovací a přenosové techniky a nástupem nového vědního odvětví kybernetiky počátkem 20. stol. povýšil na pojem vědecký • Dnes informaci chápeme jako jeden ze základních filozofických pojmů a neoddělitelnou vlastnost hmoty a energie (jak bude ukázáno dále), která se projevuje pouze v určitých třídách vzájemného působení v systémech s řízením a samoorganizací (co platí zejména pro živé systémy)

7. Všechno souvisí se vším • Definice hmoty je nesnadná, nejčastěji lze nalézt její popis jako objektivní reality. • Intuitivně je to něco, co je (existuje v prostoru a čase). • Základními vlastnostmi hmoty jsou (dle přijímaného současného fyzikálního obrazu světa) hmotnost (míra setrvačnosti hmoty) a energie (míra pohybu hmoty). • Hmotnost a energie jsou propojeny dle známého Einsteinova vztahu E = m*c2 • V praxi se často jako hmota bere pouze to, co má hmotnost. • Lze ukázat, že v termodynamických systémech (což je prakticky všechno kolem nás – vesmír, sluneční soustava, Země či živé organismy) je prostřednictvím entropie s hmotou „propojena“ i informace.

8. Malá odbočka k evoluci hmoty… • Dle standardního kosmologického modelu 4 stádia: • I. fyzikální • vznik vesmíru a jeho struktury, základních interakcí, polí a částic • II. jaderné • reakce elementárních částic, nukleosyntéza prvků a jejich expanze ve vesmíru • III. chemické • rekombinace atomů, vznik sloučenin • IV. biologické • reakce uhlovodíků, prebiotické reakce, vznik života, evoluce buněk a organismů • V. inteligenční (?) • evoluce myšlení, v budoucnosti snad vznik superinteligence a globálního distribuovaného vědomí (?)

10. Informace dle definice je… A)Informace = sdělení přinášející nový poznatek, jež u příjemce snižuje stupeň nejistoty (entropie) v dané oblasti (historická definice dle Shannona) • Jsou i jiné typy informací než jenom zprávy → modifikované verze def. B)Informace = zpráva, zasílaná od vysílače k přijímači • Chybí možnost získání informace měřením nebo pozorováním C) Informace = data (údaje), která se stala předmětem komunikačního aktu D)Informace = určitým způsobem (s využitím znalostí) interpretována data, tj. data, kterým je přiřazen určitý význam E) Informace = relativní veličina definovatelná pouze v rámci specifické situace se specifickým souborem pozorovatelných akcí

11. Nebo taky… F) Informace = aspekty a formy odrazu v živé přírodě, v technice a společnosti, které se využívají na cílenou činnost, regulaci a řízení G) Informace = z fyzikálního hlediska časově a prostorově uspořádaný sled signálů, který je nositelem určitého významu (sémantiky) ve smyslu jazykové formulace či logické souvislosti H) Informace = základní a univerzální fyzikální jev podobný hmotě a energii; tak jako může energie nabývat různých forem (teplo, práce, elektrická energie, apod.), rovněž i informace může mít mnoho podob (vědomosti, poznatky, údaje, postupy, aj.) a může být popisována abstraktně i analyticky nezávisle od jejich rozličných forem

13. Terminologický chaos • Neexistuje jednotná definice informace • Každý obor (teorie informace, kybernetika, matematika, informatika, fyzika, chemie, informační věda, sociální komunikace, lingvistika, sémiotika, aj.), který se zkoumáním informace zabývá, má svou vlastní definici • Každá definice informace má svoje přednosti ale i nedostatky – informaci lze chápat jako: • míra odstranění nejistoty, neurčitosti, neuspořádanosti (entropie) • psychofyziologický jev a proces • data kolující v technických zařízeních (např. PC) • projev různorodosti v procesech živé a neživé přírody, atd. • Z pohledu fyziky a přírodních věd obecně je klíčová definice A) dle Shannona • Vyjadřuje kvantitativní míru informace a navíc ji formálně propojuje s energií (a tím i s hmotou)

14. Informatika vs. výpočetní technika • Informatika = věda o informacích a jejich automatickém výpočtovém zpracování; primárně se nezabývá nástroji ani technologiemi, ale získáváním poznatků o počítání • Počítání lze definovat jako proces výpočtu – např. zjišťování čehokoli pomocí matematických a logických metod; manipulace s čísly či symboly podle pevně stanovených pravidel; hledání řešení problému ze zadaných vstupů pomocí algoritmů, … • Ani jedno z uvedeného nezmiňuje počítač!Počítání se chápe jako abstraktní proces, nezávislý na tom, jakým způsobem se provádí – na papíře, v písku, na počítadle, uvnitř buňky, v hlavě, v systému molekul, na počítači, … • Výpočetní technika= odvětví zbývající se technickými prostředky a přístroji, které slouží ke sběru, ukládání, zpracování a přenosu informací (implementace HW i SW) • Tyto prostředky jsou schopné s informacemi provádět výpočetní (matematické, logické a další) operace • Hlavním představitelem těchto prostředků je číslicový počítač 

15. … nebo raději ICT? • Informatika a výpočetní technika se v současnosti prolínají natolik, že stanovit hranici mezi nimi se nikdo neodvažuje – dnes se proto za vhodnější označení považuje termíninformační a komunikační technologie (ICT) • Někdy se používá i rozdělení do „specializací“ (odbornosti) při vytváření a používání profesních ICT: • analytik • prográmator a softvérový inženýr • hardvérový a systémový inženýr • operátor (zaškolený uživatel) • laik (nezaškolený uživatel) • Problematika návrhu a implementace kvalitních profesních ICT → nutnost mezioborové spolupráce

16. Biomedicínská informatika • V centru pozornosti stojí biomedicínské informace  • Možné rozdělení aplikačních oblastí (Shortliffe & Cimino: Biomedical Informatics, 3rd Edition): • Bioinformatics→ molekulární a buněčné procesy • Imaging Informatics→ tkáně a orgány • Clinical Informatics→ pacienti • Public Health Informatics→ populace a společnost • Zdaleka ne jednoznačné a určitě ne jediné možné dělení  • Nejlépe si lze vzájemný vztah těchto oblastí představit po promítnutí do vrcholů 4-stěnného jehlanu • Některé základní metody, techniky a teorie jsou pro tyto aplikační oblasti rozdílné, jiné společné (teorie informace, matematické a statistické metody, technické prostředky a realizace, …)

17. Co na to terminologie v češtině? • Bioinformatika – jediná „bezproblémová“ oblast  • Zobrazovací informatika – toto označení zatím není příliš rozšířeno a používáno (tento překlad z angličtiny není asi nejvhodnější, ale zatím nikdo s lepším nepřišel) • Klinická informatika = v češtině synonymum pro biomedicínskou informatiku, vhodnější by však bylo brát ji – tak jako je tomu v anglické definici – za označení pro množinu {lékařská informatika, ošetřovatelská informatika, dentistická informatika, informatika uživatelů zdravotní péče} • Zdravotnická informatika = v češtině další synonymum pro biomedicínskou informatiku (viz. třeba název našeho kurzu), vhodnější by však bylo brát ji jako označení pro krkolomný název informatiky veřejného zdraví

18. Vztah biomedicínské informatiky k jiným odvětvím • K biomedicíně mají vztah různá odvětví, která do značné míry využívají ICT: • Biomedicínská informatika→no comment • Biomedicínské inženýrství→ dg. a th. přístroje v medicíně • Biokybernetika→ modelování a simulace systémů a jejich řízení • Bionika→ zpracování biosignálů • Opět tady platí to, co i u samotného dělení biomedicínské informatiky (předchozí snímek), že se určitě nejedná o jednoznačné a ani jediné možné dělení  A analogicky nejlépe si lze vzájemný vztah těchto odvětví představit po promítnutí do vrcholů 4-stěnného jehlanu (kvůli překrývání oblastí zajmu, metod, aj.) • Klade se značný důraz i na etické a právní otázky! • U všeho, co souvisí s biomedicínou! • Počítačová bezpečnost → zamezení zneužití, manipulaci či ztrátě dat, spolehlivost diagnostických a terapeutických přístrojů, …

19. Shannon-Hartleyho formule • Hartley – jako první se pokusil pomocí výběru z různých možností vyjádřit a kvantifikovat míru nejistoty, zavedl pojem bit • Shannon – pozměnil Hartleyho výklad a nejistotu vyjádřil pomocí výběru z n stavů si z množiny S s různou pravděpodobností P(si) (přičemžpoložil 0*log20 ≡ 0) • Pozn.: Bit jako jednotka míry nejistoty (a tedy velikosti informace) je bezrozměrná veličina

20. Informace a entropie • Entropii termodynamické soustavy, která má výskyt pravděpodobnosti P, lze vyjádřit Boltzmannovým vztahem: S = (R/NA)*ln(P) [J.K-1] • Informace, která by popisovalatento stav, má podle Shannona velikost: H = -P*log2(P) [bit] • Po úpravách dostaneme formálně vztah převodu množství informační entropie na entropii termodynamickou: S = -9,56*10-24*H/P [J.K-1]

21. Informace a energie • Na základě předchozího odvození je vidět, že informace lze považovat za jednu ze základních vlastností nejenom hmoty, ale obecně všech termodynamických soustav • V tomto bodu je vhodné vypíchnout zejména živé systémy, které představují speciální termodynamické systémy vyznačující se stochastickým (pravděpodobnostním) chováním (ne vždy lze u nich použít deterministický popis jako u neživých soustav) • Lze rovněž nahlédnout, že generování, přenos, uchování, zpracování či vyhodnocování informace je nutně spjato s transformacemi energie (a potažmo hmoty) • Informace jako taková je nehmotná, je však vázaná na signál (nosič) v podobě hmoty či energie (viz. Komunikace dále) • Neživé (izolované) soustavy mají tendenci zvyšovat svou entropii (do stavu s vyšší pravděpodobností a větším neuspořádáním), živé (otevřené) naopak snižovat nebo alespoň udržovat (nižší pravděpodobnost při vyšší organizovanosti), a to i díky příjmu informací

22. Odbočka druhá aneb co je život? • Přesná definice života obtížná • Obvykle se tak dělá výčtem vlastností, které živý organismus má mít (vysoká organizovanost, přítomnost nukleových kyselin, růst a vývoj, reprodukce a evoluce /dědičnost a proměnlivost/, metabolismus, vnímavost a dráždivost, účelné chování, z termodynamického hlediska otevřené, apod.), nicméně tyto vlastnosti má i mnoho „neživých“ soustav • Biologové se zajímají, jak život funguje u „klasických“ organismů (bakterie, rostliny, živočichy), na otázky proč život vznikl či jaký je jeho smysl hledají odpověď spíš filozofové a teologové • Souvis života s hmotou je nediskutovatelný, jak ale souvisí život s vědomím, myšlením a inteligencí? Jak vlastně život vznikl? • Je těžké v některých krajních případech rozlišit, co už je živé a co naopak ne • Existuje mimozemský život? Počítačový život? Je možný život i na neuhlíkové bázi? Můžeme za živý považovat i celý vesmír?

23. Odbočka poslední anebživé organismy… • Živý organismus = otevřený termodynamický systém + tok látek + tok energie + tok informací • Probíhají v nich děje proti termodynamické rovnováze s cílem snižování (nebo alespoň nezvyšování) entropie systému a dosažení nerovnovážného stacionárního stavu • Živiny, které organismus přijímá, poskytují látky a energii pro jeho fungování (živý organismus je obecně schopen zužitkovat několik druhů energie: světelnou, tepelnou, mechanickou, elektrickou, chemickou) • Pro řízení dějů v živém systému je nutná i přítomnost řídících a regulačních mechanismů na základě interních (geny, parametry vnitřního prostředí) a externích (podněty z venku) informací • Po smrti organismu postupný přechod systému do stavu termodynamické rovnováhy, samovolně proběhnou všechny termodynamicky možné děje, dochází k desintegraci a rozpadu organismu • Z pohledu informatiky lze život charakterizovat jako složitou informační strukturu (bez ohledu na fyzickou či chemickou stavbu) a všechny životní projevy a aktivity jako procesy zahrnující zpracování informace

24. Informace a sdružené děje • U nezávislých dějů je výsledné množství informace součtem informací získaných z každého děje zvlášť • Pacient trpí bolestmi kyčelního kloubu a má cukrovku. • U závislých dějů dochází k překrývaní informací a výsledný součet musí být právě o tuto sdílenou informaci snížen (viz. Bayesovy vzorce pro podmíněnou pravděpodobnost v učebnicích) • Pacient má zvýšenou hladinu glukózy v krvi a má cukrovku.

25. Typy informace • Samotné informace lze dělit a kategorizovat z různých hledisek, pro medicínské účely je vhodné následující formálnírozdělení informací do 3 kategorií: • Údaje (data) = fakta a objektivní popisy jevu, vlastnosti objektu, hodnoty (výsledky vyšetření pacienta, fyziologické hodnoty, biosignál), získávají se sdělením, měřením nebo pozorováním, jsou vyjádřitelné číslem nebo kategorií (např. pohlaví) • Údaje lze v počítači bez problémů uchovávat ve vhodně navržené databázi. • Znalosti = abstraktní modely světa, vznikající zobecněním dat (např. co je hodnota normálního krevního tlaku) • Reprezentace znalostí už představuje větší problém zejména pokud jde o formulaci příslušných znalostí (pravidlové systémy, logické systémy, atp.), nicméně i v tomto případe lze na uložení bázy znalostí použít databázi. • Interpretace = aplikace znalosti na data (formální modely lidského myšlení, paradigmy umělé inteligence, …), táto aplikace pak dává informaci v užším slova smyslu • Interpretace představuje v tomto kontextu pomyslný vrchol práce s informací, člověk má v ní zatím nad počítači až na pár výjimek (expertní systémy) jednoznačně navrch…

26. Škály a variabilita údajů • Údajům, získaným jako výsledek měření, je přiřazena jedna z úrovní příslušné škály (stupnice) měření, např. • Kategorická škála – nominální, ordinální data • Kvantitativní škála – diskrétní, spojitá, intervalová data • Variabilita dat je dána přesností a správností měření (analytická variabilita), plus kolísáním hodnot u téže osoby v důsledku denní doby, zátěže, genetických vlivů, apod. (biologická variabilita) • Přiřazení údaje k určité škále je důležitý proces, který pak značně usnadňuje rozhodování o způsobu reprezentace dat v počítači. Problémem bývá tvorba škál pro „neměřitelné“ jevy (intenzita bolesti, psychická zátěž, aj.).

27. Problém normálnosti dat • Stanovení standardních (referenčních) mezí je velkou výzvou klinické medicíny (hlavně u diagnostických procesů) • Hodnotící koncepce: přiměřené zdraví, optimální zdraví • Popisné koncepce: normální jsou hodnoty zahrnující 95 % populace (viz. statistické normální rozdělení pravděpodobnosti v učebnici, 95 % hodnot je soustředěných kolem aritmetického průměru ± 2 směrodatné odchylky), resp. 90 % (např. percentilovégrafy v pediatrii) • Referenční interval (normální rozmezí) hodnot zohledňuje variabilitu analytickou (chyby metody) plus variabilitu intraindividuální (kolísání znaku u téhož jedince) a interindividuální (odchylky ve zdravé populaci) • Obecně nelze ztotožňovat častost (průměrnost) se zdravím a zřídkavost (extrémnost) s patologií!

28. Kódování informace • Kódování = záznam informace pomocí pevně stanoveného kódu, případně kódové tabulky. • Informace mohou být zachyceny a vyjádřeny různými způsoby, což je klíčové zejména u přenosu informace. • Kód je pravidlo konverze kousku informace (písmeno, slovo, fráze, gesto) do jiné podoby či formy (symbol, znak) ne nutně stejného typu (vizuální, akustický, taktilní, ...). • V informatice se striktně rozlišuje mezi kódem a šifrou. Kód je známý všem, např. genetický kód převodu tripletů bazí NK na aminokyseliny. Naopak, šifra se používá k utajení informace. Kódem se však často označuje i uměle vytvořený (formální) jazyk. • Systém, pomocí kterého se informace vyjádřují či zaznamenávají, lze obecně nazvat též jazykem. • Přirozený jazyk představuje speciální druh kódování přenášené informace běžně používaný lidmi (viz. dále Komunikace). • Zásobu symbolů (znaků) jazyka (kódu) nazýváme obecně abecedou. • Informatika a výpočetní technika je dnes postavena na základě binárního kódu, jehož abeceda je tvořena nulou a jedničkou.

29. Bit • Bit je základní jednotkou velikosti informace používanou v počítačových vědách, značka b • Z angl. binary digit (resp. binary unit), dvojková číslice (angl. též bit = drobek, kousek). • Bity jsou vyčíslením pravděpodobnosti jevu, že nastane nějaká skutečnost. Pokud máme nějakou skutečnost s výskytem o pravděpodobnosti 50%, máme 1 bit. • Bit se používá i k zaznamenání či zakódování informace. Nabýva hodnot 0 nebo 1, resp. logické hodnoty ANO nebo NE, či kóduje jiné 2 stavy. • Nicméně, jelikož 1 bit reprezentuje právě 1 z 2 možných stavů, což je pro praktické využití absolutně nepostačující, je potřeba bity „spájet“ do delších celků.

30. Byte • Byte je vedlejší jednotka množství informace používaná v informatice, značka B • Slovo byte vzniklo záměrnou úpravou slova bite (z angl. sousto), aby se předešlo záměnou se slovem bit. V češtině se často používá i pojem bajt. • V bytech se zejména vyjadřuje velikost paměti nebo jak velký prostor v paměti potřebujeme k uchování nějaké informace) • „Spojením“ několika bitů se podstatně zvyšuje počet stavů, které můžeme různými kombinacemi nul a jedniček reprezentovat. • Jestliže n je velikost bytu v bitech, pak do jednoho bytu je možno uložit celkem 2n různých hodnot.

31. Bit vs. byte • Z důvodů jednoznačnosti ve formálních specifikacích je v informatice standardně definován 1 byte jako posloupnost právě 8 bitů (oktet). • Pro 8-bitový byte to znamená 256 hodnot, tzn. např. celá čísla v rozsahu 0–255. • Tyto hodnoty lze vyjádřit taky pomocí 2 hexadecimálních číslic (00HEX–FFHEX) • Jeden byte je nejmenší objem dat, se kterým dokáže počítač (procesor) samostatně pracovat. Obvykle odpovídá jednomu znaku uloženému v textovém souboru. • Počítač obvykle nedokáže pracovat přímo s jednotlivými bity. • Procesory prvních počítačů byly 8-bitové 

32. Kilo-, mega-, … v informatice • Při práci s bajty se násobné předpony soustavy SI (kilo-, mega-, …) chápou odlišně: • kilo- = 210 = 1024 (namísto 103) • mega- = 210 kilo- = 210* 210 = 220= 1024 * 1024 = 1048576 (místo 106) • giga- = 210 mega = 210* 220 = 230= 1024 * 1048576 = 1073741824 (místo 109) • tera- = 240 • peta- = 250, atd. (Pozn.: V posledních letech se někteří odborníci snaží těmto předponám „vrátit“ jejich „klasický“ význam a pro mocniny 2 používat nově definované předpony jako kibi- (KiB), mebi- (MiB), gibi- (GiB), atd., nicméně zatím nebyla přijata žádná konvence) • Násobné předpony pro bity, Hz a další veličiny používané v informatice a výpočetní technice mají standardní význam!

33. Míra vs. důležitost informace • Z tradičních důvodů se používají bity při vyjádření hodnoty kapacity komunikačního systému při přenosu informace. • V bitech se vyjadřuje jednak množství informace (kolik místa v paměti je třeba), jednak míra velikosti informace (dle Shannon-Hartleyho formule). • Samotná důležitost a význam informace pro příjemce s velikostí informace (tj. s bity ani bajty) nikterak nesouvisí. • Žádné kódování nesnižuje velikost ani důležitost a význam informace, samozřejmě je však nutné pak signál patřičně dekódovat. • Zašifrování informace může pro osobu, která nezná dešifrovací klíč, znemožnit pochopit její význam, obecně však neznamená snížení či ztrátu informace. • Bezztrátová vs. ztrátová komprese informace?

34. Kód ASCII • Jeden ze základních kódů v ICT • ASCII (American Standard Code for Information Interchange) je historicky nejúspěšnější kódovací tabulka pro převod základních znaků anglické abecedy do binární podoby, používaná v informatice a výpočetní technice pro kódování a výměnu informaci. • Tabulka ASCII obsahuje: • tisknutelné znaky: písmena, číslice, speciální znaky • netisknutelné znaky: řídící kódy, které byly původně určeny pro řízení periferních zařízení (např. tiskárny nebo dálnopisu). • Kód ASCII je podle původní definice 7-bitový, obsahuje tedy 128 platných znaků. Pro potřeby dalších jazyků a pro rozšíření znakové sady se používají 8-bitová rozšíření ASCII kódu, která obsahují dalších 128 kódů. • I takto rozšířený kód je přesto příliš malý na to, aby pojmul třeba jen všechny evropské národní abecedy.

35. Jiné kódy používané v ICT • Pro potřeby jednotlivých národních jazyků a jejich abeced byly vytvořeny různé kódové tabulky • 8-bitová kódování češtiny: • Windows-1250 (operační systém Windows) • ISO-8859-2 (Linux) • CP-852 / Latin2, kódování Kamenických, KOI8-ČS (starší OS) • Unicode je původně 16-bitová tabulka znaků všech existujících abeced, později rozšířená na 32 bitů • Vznikl koncem 20. stol. z potřeby sjednocení kódování pro národní adresy (viz výše). • Postupně na nej přecházejí všechny operační systémy (Windows, UNIX). • UTF-8 je způsob kódování řetězců znaků Unicode do sekvencí bajtů. Varianta UTF-16 kóduje řetězce do posloupností 16-bitových slov (2 bajty), Varianta UTF-32 do 32-bitových slov (4 bajty). • Čísla mají vlastní kódování (neplést si s pojmem číslice!) • Založené na převodu do dvojkové číselné soustavy, např. 230D=1.27+1.26+1.25+0.24+0.23+1.22+1.21+0.20=11100110B

36. Data vs. informace • Pojem data v ICT obecně představuje všechny informace (viz. definice na snímku Typy informace), které jsou v počítači uloženy a zakódovány v podobě posloupností bitů (tj. sekvencích 0 a 1). • V tomto kontextu je důležité si pojem data neplést a nezaměňovat s údaji jako kategorií informace! • Pro reprezentaci a kódování informace v počítači je nezbytností rovněž přiřazení odpovídajícího datového typu (znak, text, celé číslo, reálné číslo, datum, logická hodnota, atd.).

37. Komunikace • Komunikace = proces sdělování a přenosu informací, zpráv, myšlenek, názorů a pocitů mezi živými bytostmi (lidmi, živočichy, ale i rostlinami aj.), obvykle prostřednictvím společné soustavy symbolů • „Information is nothing if not shared“ – nešířená informace ztrácí svou hodnotu • Zvířata se dorozumívají různými signály (zvukovými, pachovými, tancem, ap.), tzv. první signální soustava, což do jisté míry platí i pro lidi • Hlavním dorozumívacím prostředkem člověka však je jazyk, tzv. druhá signální soustava

38. Komunikační systém • Zdroj informace – generuje informaci a předává ji vysílači • Informace nemůže být ve většině případu předávána v původní podobě • Vysílač – proměňuje (kóduje) informaci do podoby signálu • Signál je materiálním nosičem informace • Při kódování se využívají symboly (písmena, znaky, matematické vzorce, nervový impulz, změna molekulové struktury, aj.) a polohy (časové a prostorové rozložení symbolů) • Komunikační kanál – prostředí, ve kterém se uskutečňuje předávání a přenos signálu • Elektrický vodič, pružné hmotné prostředí, nervové vlákno, apod. • Zápis do paměti či knih lze chápat jako přenos informace v čase • Max. množství přenesené informace za jednotku času určuje kapacitu komunikačního kanálu • Přijímač – zpětně proměňuje (dekóduje) přijatý signál v informaci určenou pro příjemce • Příjemce – zužitkovatel informace

39. Signál • V komunikačním modelu je vyjádřením informace (zprávy, sdělení), může mít rozmanitou formu závislou na povaze sledovaného děje (řeč, hudba, text, obraz, apod.) • Signál je fyzikální podobou jisté zprávy (je nosičem, realizací informace), prezentované zpravidla změnami parametrů určité fyzikální/chemické veličiny v čase. Podle fyzikální podstaty pak hovoříme o signálu elektrickém, akustickém, vizuálním, aj. • Signál je v počítači kódován, uchováván a zpracováván v podobě dat (v sekvencích bitů) • Pro různé druhy signálů byly vytvořeny různé datové formáty souborů (jak se to kóduje a pak zpětně interpretuje) • Zdrojem informací (signálů) může být libovolný jev, děj či objekt (technické zařízení i živý organismus), pokud jsou generátorem měřitelných fyzikálních/chemických veličin.

40. Srozumitelnost informace • Komunikační šum ruší komunikaci a snižuje srozumitelnost a množství přenášené informace • Komunikační šum může ovlivňovat kteroukoliv část komunikačního systému, nejčastěji a nejvýrazněji však ovlivňuje přenosový kanál • V reálném životě neexistuje bezporuchový přenos informace (tj. bez šumu) • V případě šumu se informace (nebo její část) k příjemci vždy dostane, pokud komunikace vůbec neproběhne, mluvíme o komunikační bariéře • Redundance informace – nadbytečnost znaků, zčásti může nesrozumitelnosti předejít • Např. degenerovaný genetický kód transkripce tripletů nukleových bazí (64 kombinací) do aminokyselin (20) do jisté míry zamezuje při mutacích (šum) vytvoření „špatného“ proteinu • Přirozené jazyky mají obecně vysoký stupeň redundance (např. čeština asi 70%), naproti tomu jazyky přírodních věd (matematika, fyzika, chemie) mají redundanci nízkou • Na úrovni symbolů lze rovněž vybadat, že některé mají pro přenos informace větší význam než jiné (číslice vs. písmena, samohlásky vs. spoluhlásky)

41. Jazyk • Systém, který má kromě abecedy (sady symbolů/znaků) definovanou též gramatiku (jak je použít?), pragmatiku (kdy je použít?) a sémantiku (jaký je jejich význam?) • Mnoho dalších definicí, pro naše účely postačí chápání jazyka jako prostředku k vyjadřovaní pojmů a komunikaci • Dělení jazyků: • Přirozené – historicky starší, národní jazyky v plném rozsahu, vyznačující se ohromnou mnohotvárností a flexibilitou • Taky znaková abeceda pro neslyšící, Brailleova abeceda pro slepé, Morseova abeceda, … • Formální – umělé jazyky, mají naprosto závazný obsah a formu slov (terminologii) a současně i zcela přesně vymezená pravidla pro jejich používání • Programovací jazyky, notový záznam hudby, chemické a matematické značky, dopravní značky, vlajková abeceda, … • Lékařský jazyk se do jisté míry nachází někde mezi přirozeným a formálním jazykem 

42. Přirozený jazyk • Historicky se u lidstva vyvinulo víc než tisíc jazyků zařazených do desítek různých jazykových rodin • Neodpovídají geneticky vymezeným populacím (na podkladě historických migrací) – u genů je možný pouze vertikální přenos (dědí se po rodičích), u jazyku je možný i přenos horizontální (dají se naučit při přechodu do cizího prostředí) • Základní podoby přirozeného jazyka – mluvená řeč a psané písmo • Za „revoluční“ kroky v dalším civilizačním vývoji lidstva lze po vývoji řeči bez nadsázky považovat vynálezy písma, později knihtisku a nakonec počítačů – všechny představovali skok na kvantitativně i kvalitativně vyšší úroveň šíření informací • Jazykové kompetence jsou komplexně řízeny jazykovými centry v mozkové kůře především levé hemisféry (sluchové, zrakové a jiné podněty, jejich asociace a porozumění, koordinace motorických dovedností při hlasovém projevu a psaní) → různé kognitivní poruchy, afázie, dysartrie, aj. při postižení CNS

43. Některé oblasti mozku odpovědné za jazykové kompetence: gyrus supramarginalis – porozumění psaného jazyka (žlutě), gyrus angularis – pochopení metafor a abstrakcí (oranžově), primární sluchová kůra (růžově), Brocovo centrum – motorická kontrola jazykových dovedností (modře), Wernickovo centrum – pochopení psaného i mluveného jazyka (zeleně)

44. Řeč • Řeč – účelové jednání s využitím jazykové kompetence, při kterém se tvoří akustický signál (hlas), který může být zachycen (sluch) a pak zpracován (mozek) • Řeč je ze všech dnes známých živých organismů vlastní pouze Homo sapiens. Je však možné, že řečové schopnosti měl i vyhynulý druh Homo neanderthalensis (nasvědčuje tomu velikost mozku i anatomické předpoklady – např. přítomnost jazylky apod.). Neandrtálci však v evoluci člověka představují slepou vývojovou větev. • Podle posledních paleoantropologických hypotéz vývoj řeči výrazně ovlivnil evoluci lidského mozku a tím v podstatě celé lidské civilizace (vyšší úroveň socializace a společenských vazeb lidí, lepší koordinace spolupráce a komunikace s přenosem negenetické informace na potomstvo při učení, čímž se zvýšily šance na přežití v primitivních podmínkách). Používání nástrojů asi nemělo takový význam, jak se dříve soudilo (dovedou to např. i šimpanz či vrána). • Za řeč se nepovažuje její napodobení papouškem, či zvukové signály a skřeky, které mají pouze signální význam. Někteří živočichové jsou však schopni naučit se porozumět některým lidským slovům (pes, delfín, aj.), či dokonce částečně ovládat a používat posunkovou řeč (šimpanz, bonobo, gorila).

45. Písmo • Písmo – používá se na vizuální, potenciálně pernamentní zápis jazyka do podoby symbolů (viz. dále), je vývojově mladší než řeč. • Obecné označení pro symboly v písmu je grafém (znak). Písmeno (též glyf) je grafická reprezentace znaku. • Glyfy většiny písem tvoří linie (čáry) a proto se nazývají lineární (čárové), ale existují i glyfy neliárních písem tvořené jinými typy značek. • Matematické symboly, kresby a malby, noty, apod., nevyžadují na rozdíl od písma apriorní jazykovou kompetenci! • Protopísmo – obrázkové glyfy, historicky starší • mnemonické – značky k zapamatování; piktografické – reprezentace reálného objektu či objektivní situace; ideografické – zaznamenání idey nebo představy • Pravé písmo – glyfy reprezentující mluvené zvuky → kódovací tabulky pro reprezentaci písma v počítači a zobrazení na monitoru (viz. ASCII a Unicode) • logografické (slovné) – egyptské hieroglyfy, tradiční čínské znakové písmo, sumerské klínové písmo, mayské písmo, arabské číslice • sylabické (slabičné) – sylabické moderní japonské písmo • hláskové (alfabetické, abecední) – segmentální písma reprezentující základní jazykové fonémy: a/ abjad – arabské písmo b/ abugida – písma indického subkontinentu a JV Azie c/ pravá abeceda – latinka, cyrilika, řecké písmo, staroitalika, hlaholika, runové písmo, ... • speciální – morseovka, Brailleovo písmo, znakové písmo, steganografické písmo

46. Nahlédnutí do historie mezilidské komunikace • Vývoj řeči – evoluce Homo sapiens cca. 200000 p.n.l. • Signální kouře, ohně, bubny, rohy – prehistorická komunikace na dálku (telekomunikace) cca. 100000 p.n.l. (možná i dříve) • Malby v jeskyních – zejména zvířata a lovecké výjevy cca. 30000 p.n.l. • Petroglyfy – rytiny do kamene cca. 10000 p.n.l. • Vývoj písma – nejdříve piktogramy cca. od 8000 p.n.l., první nezávislá písma cca. 4000 p.n.l. (Sumer), 3500 p.n.l. (Egypt) a 2700 p.n.l. (Čína) • Kurýři a první poštovní služby – cca. 2400 p.n.l. • Knihtisk – 1439 • Audio a elektromagnetická komunikace – 1838 (telegraf); 1876 (telefón); 1896 (rádio); 1927 (televize) • Číslicový počítač – 1941 (Zuse), 1944 (Colossus), 1946 (ENIAC) • Počítačová síť – 1969 • Mobilní telefon – 1973 • Internet – 1983 • Psací materiály: kámen, dřevo, kost → kůže, hliněné, voskové a kovové tabulky→ papyrus→ pergamen→ papír→ elektronická média

47. Model přirozené komunikace • Typicky jde vlastně o sled otázek a odpovědí • Např. zjišťování anamnézy pacienta, konzultace s expertem, dialog učitele a studenta u zkoušky, atd. • Otázka = vyjádření zájmu o určitou informaci • Odpověď = poskytnutí požadované informace • Kladení správných otázek ze strany lékaře a získání správných odpovědí na ně ze strany pacienta jsou důležitou podmínkou k fungování diagnostického a terapeutického procesu • Kromě kognitivní analyticko-synteticko-encyklopedické inteligence (IQ) je k úspěšné komunikaci (nejen v medicíně) potřeba i emocionální (EQ) a socio-kulturní inteligence (SQ), jinak je výsledkem nepochopení či neochota k spolupráci…

48. Typy otázek a odpovědí • Otázky: • rámcové – ponechávají volnost ve způsobu i obsahu odpovědi • důvodové (kauzální – příčina jevu; teleologické – účel jevu), definiční (co to je) • přímé – odpověď je dána jednou z alternativ • rozhodovací (pravdivá je 1 ze 2 možností), zjišťovací (věcný údaj), alternativní (2 zjišťovací otázky, spojeny přes spojku „nebo“), eventuální (2 otázky, odpověď na návaznou otázku má smysl pouze pro případ pozitivní odpovědi na otázku první) • vadnost otázek:odborná – znesnadňuje správnost odpovědi; logická – vylučuje rozumnou odpověď; sugestivní – pravdivost odpovědi je ovlivněná prostřednictvím psychiky • Odpovědi: • afirmační/negační – odpovědi charakteru „pravda“ nebo „nepravda“ • indikativní – odpovědí je jedna z poskytnutých alternativ • narativní – odpověď volně vyprávějící o předmětu otázky • vadnost odpovědí:lakonické – příliš úzké, potřeba doplňujícících otázek; redundantní – příliš široké, potřeba výzvy držet se otázky; neadekvátní – při neznalosti problému, ale i u logorhei „či slovního salátu“

49. Komunikace v medicíně • Cílem komunikace v medicíně je získání informací pro účely diagnostického, terapeutického a prognostického rozhodování • V medicíně je důležitá i podoba, v jaké komunikace probíhá • Ofenzivní „autoritativní“ vs. podpůrný „partnerský“ přístup • nezájem ↔ empatie • nadřazenost ↔ partnerství • hodnocení ↔ popis • vševědoucnost ↔ diskuse • Verbální vs. nonverbální komunikace • Pro zdravotníky je důležité nejenom získávání informací pomocí otázek a odpovědí, ale i pozorováním chování pacienta • Úspěšná komunikace = umění mluvit + umění naslouchat + umění klást otázky + umění dělat kompromisy (IQ + EQ + SQ)

50. Chyby v komunikaci • Mohou zásadním způsobem ovlivnit kvalitu informace od pacienta, její přesnost a validitu, a tím pádem i diagnostický a terapeutický proces • Podle mezinárodních studií je cca. 10-15 % pacientů (rozdíly mezi rozvinutými krajinami jsou minimální) špatně diagnostikovaných, více než třetina z toho padá na vrub neefektivní komunikace • Správně vedená komunikace s pacientem je pro odběr spolehlivých anamnestických údajů klíčová • Problémem jsou hlavně špatně kladené otázky, sugestivní otázky, zle strukturované otázky, vzájemné se nepochopení • Při rozhodování mohou negativní roli sehrát i další jevy: • Neoprostění se lékaře od vlastních sympatií/antipatií vůči pacientovi, nedostatek času, škatulkování, diagnostikování pohledem „ode dveří“, nekritické přijímání názoru kolegů a zejména nadřízených, slepé přidržování se zavedených postupů a neochota přistupovat k pacientovi individuálně, …