Adiabatic Superconducting Artificial Neural Network: Basic Cells

We consider adiabatic superconducting cells operating as an artificial neuron and synapse of a multilayer perceptron (MLP). Their compact circuits contain just one and two Josephson junctions, respectively. While the signal is represented as magnetic flux, the proposed cells are inherently nonlinear and close-to-linear magnetic flux transformers. The neuron is capable of providing a one-shot calculation of sigmoid and hyperbolic tangent activation functions most commonly used in MLP. The synapse features by both positive and negative signal transfer coefficients in the range ~ (-0.5,0.5). We briefly discuss implementation issues and further steps toward multilayer adiabatic superconducting artificial neural network which promises to be a compact and the most energy-efficient implementation of MLP.Comment: 5 pages, 2 figure

Adiabatic superconducting artificial neural network: Basic cells

© 2018 Author(s). We consider adiabatic superconducting cells operating as an artificial neuron and synapse of a multilayer perceptron (MLP). Their compact circuits contain just one and two Josephson junctions, respectively. While the signal is represented as magnetic flux, the proposed cells are inherently nonlinear and close-to-linear magnetic flux transformers. The neuron is capable of providing the one-shot calculation of sigmoid and hyperbolic tangent activation functions most commonly used in MLP. The synapse features both positive and negative signal transfer coefficients in the range ∼ (- 0.5, 0.5). We briefly discuss implementation issues and further steps toward the multilayer adiabatic superconducting artificial neural network, which promises to be a compact and the most energy-efficient implementation of MLP

СРАВНЕНИЕ ДВУХ МЕТОДИК КАТЕТЕРИЗАЦИИ ЛУЧЕВОЙ АРТЕРИИ: ПАЛЬПАТОРНОЙ И С УЛЬТРАЗВУКОВЫМ КОНТРОЛЕМ

Anatomical landmarks and palpation are traditionally used for radial arterial catheterization in emergency units. Despite the successful use of ultrasound monitoring for central venous access, there is a lack of evidence about the benefits of the ultrasound guidance for peripheral arterial cannulation.The objective: to compare two methods of radial arterial catheterization (the traditional one based on palpation and the method under ultrasound guidance) in the patients undergoing planned surgery.Subjects and methods. 40 patients participated in the prospective cohort study, all of them had planned surgeries. In Group 1, the traditional method was used for arterial catheterization (the palpation group), and in Group 2 it was done under ultrasound guidance (the ultrasound group). The following parameters were recorded for both groups: number of attempts, number of puncture sites, complications and their type, time of catheterization. The number of cannulation attempts was taken as a primary endpoint.Results. The statistically significant correlation was found between the method of catheterization and the number of attempts (Pearson's chi-squared test = 29.562, df = 6, p < 0.001), places of puncture (Pearson's chi-squared test = 10.365, df = 3, p = 0.015). In the ultrasound group, the first attempt of cannulation was a success in 19 cases (95%; CI 73−99%), while in the palpation group, the first attempt was a success in 2 cases (10%; CI 2−33%). The one catheterization site was used in 95% of cases in the ultrasound group (CI 73−99%; 1 observation). While in Group 2 (the palpation group), two sites of cannulation and more were required in 50% of patients (CI 30−17%; 10 observations). Among complications there were hematomas, and no statistically significant correlations were found between the method of puncture and their number in the groups (Pearson's chi-squared test = 2.7706, df = 1, p = 0.09601). The time spent on catheterization in the ultrasound group was shorter versus the palpation group (W = 344, p < 0.001) and it made 101 sec. (51; 144) and 194 sec. (153; 311) respectively.Conclusion: Compared to the traditional (palpation) method, the radial arterial catheterization guided by ultrasound possesses such benefits as high chances of successful cannulation with the first attempt, fewer sites required to provide arterial access and total time required for the manipulation.Традиционно для катетеризации лучевой артерии в отделениях анестезиологии-реанимации и операционных используют анатомические ориентиры и пальпацию. Несмотря на успех ультразвука при обеспечении центрального венозного доступа, данных в отношении пользы ультразвука при периферической канюляции артерий недостаточно.Цель: сравнить две методики катетеризации лучевой артерии (основанную на пальпации традиционную и с помощью ультразвука) у пациентов при плановых оперативных вмешательствах.Материалы и методы. В проспективном когортном исследовании участвовало 40 человек, которым выполняли плановые хирургические вмешательства. В 1-й группе перед операцией катетеризацию артерии выполняли традиционным способом (группа «пальпации»), во 2-й − с ультразвуковым контролем (группа «ультразвука»). В обеих группах фиксировали количество попыток, количество мест для пункции, осложнения и их характер, время катетеризации. Первичной конечной точкой считали количество попыток канюляции.Результаты. Выявлена статистически значимая связь между методом катетеризации и количеством попыток (хи-квадрат Пирсона = 29,562, df = 6, p < 0,001), местами для пункции (хи-квадрат Пирсона = 10,365, df = 3, p = 0,015). В группе «ультразвука» в 19 случаях (95%; ДИ 73−99%) канюляция была выполнена с первой попытки, тогда как в группе «пальпация» лишь в 2 случаях (10%; ДИ 2−33%). В группе ультразвука в 95% случаев (ДИ 73−99%; 1 наблюдение) для катетеризация применили одно место. Во 2-й же группе («пальпации») у 50% пациентов (ДИ 30−17%; 10 наблюдений) для успешности манипуляции потребовалось два места канюляции и более. Среди осложнений встретились гематомы, при этом статистически значимой связи метода пункции и их количества в группах не выявили (хи-квадрат Пирсона = 2,7706, df = 1, p = 0,09601). Время, затраченное на катетеризацию артерии в группе «ультразвука», было меньше, чем в группе «пальпация» (W = 344, p < 0,001), и составило 101 с (51; 144) и 194 с (153; 311) соответственно.Вывод. В сравнении с традиционной (пальпаторной), методика катетеризации лучевой артерии под контролем ультразвука обладает такими преимуществами, как высокая вероятность успешности канюляции с первой попытки, меньшее требуемое количество мест для обеспечения артериального доступа и общее затраченное на выполнение манипуляции время

НЕЙРОГЕННЫЙ ОТЕК ЛЕГКИХ

Neurogenic pulmonary edema is one of the complications of acute cerebral diseases and traumas and it is accompanied by severe respiratory failure. It is associated with a high mortality level. There are several theories about neurogenic pulmonary edema development. The theory of the double hit is the most recent causing significant discussion. The theory is based on the pulmonary injury due to systemic inflammatory response when the glial tissue of the injured brain becomes the source of inflammatory mediators. A similar pathogenesis allows considering neurogenic pulmonary edema to be one of the forms of acute respiratory distress syndrome. It has diagnostic criteria common with acute respiratory distress syndrome, which are identified during acute cerebral injury and not associated with the other etiological factors. Currently, there are no effective prevention and treatment of neurogenic pulmonary edema. Support of respiratory exchange through artificial pulmonary ventilation is a major tool used for its management, which is recommended to be performed in compliance with protective ventilation principles. And some particular approaches of the preventive ventilation can be applied only with neuromonitoring. Нейрогенный отек легких (НОЛ) является одним из осложнений острых заболеваний и травм головного мозга (ГМ) и сопровождается развитием тяжелой дыхательной недостаточности. Его возникновение связано с высоким уровнем летальности. Существует несколько теорий развития НОЛ. Наиболее современной и обсуждаемой среди них является теория «двойного удара». В ее основе лежит повреждение легких за счет системной воспалительной реакции, источником медиаторов воспаления для которой становится глиальная ткань поврежденного ГМ. Сходство патогенеза позволяет рассматривать НОЛ как одну из форм острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС). Для его диагностики используются общие с ОРДС критерии, выявляемые на фоне острого повреждения ГМ и не имеющие связи с другими этиологическими факторами. Эффективных мер профилактики и лечения НОЛ в настоящее время не разработано. Ведущее место в его терапии занимает поддержание газообмена с помощью искусственной вентиляции легких, которую рекомендуется проводить в соответствии с принципами протективной вентиляции. При этом использование ее отдельных подходов возможно только в условиях нейромониторинга.

ВЛИЯНИЕ ГЛУБОКОЙ АНЕСТЕЗИИ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПОСЛЕОПЕРАЦИОННОЙ КОГНИТИВНОЙ ДИСФУНКЦИИ

The profound deepening of medicamentous sleep down to the burst-suppression electroencephalography pattern is used to provide medication-based protection of brain during preventive temporary clipping of the major arteries when performing surgery due to cerebral aneurysms. There is no consensus about the effect of profound suppression of electrobiological activity on the development of post-operative cognitive dysfunction. The goal: to evaluate the impact of anesthesia with the burst-suppression electroencephalography pattern on the post-operative cognitive status of the patients with no cerebral disorders. Subjects and methods. 30 patients were enrolled into the prospective randomized study, they all had surgeries due to degenerative spinal diseases. All patients were divided into two groups. Anesthesia in the main group (Group 1) differed from the one in the control group (Group 2); it included administration of propofol till achieving suppression of the electrobiological activity of burst-suppression electroencephalography pattern during 15 minutes. Prior to the surgery and in 4 days after it, all patients had neuro-psychological tests using Montreal Cognitive Assessment (MoCA), Frontal Assessment Battery (FAB) and numbers memorization techniques (NMT). Results. When testing in 4 days after surgery, results in the patients from Group 1 did not differ from pre-operative results of MoCA (Mebefore = 28, Meafter= 28, Z = 0.714, p = 0.476), FAB (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 0.592, p = 0.554), memorization of numbers in the direct order (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 0.178, p = 0.859) and in the reverse order (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 0.548, p = 0.583). The results of the post-operative testing in Group 2 were compatible with pre-operative results of (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 0.459, p = 0.646), FAB (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 1.348, p = 0.178), memorization of numbers in the direct order (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 0.21, p = 0.843) and in the reverse order (Mebefore = 18, Meafter = 18, Z = 0.809, p = 0.418). None of the tests detected significant differences between the Groups (U = 88, p = 0.319, Z = 0.995 for MoCA; U = 102.5, p = 0.644, Z = 0.394 for FAB; U = 92.0, p = 0.407, Z = -0.829 for memorization of numbers in the direct order, and U = 33.5, p = 0.62, Z = 0.572 for memorization of numbers in the reverse order). Conclusion. Anesthesia with burst-suppression electroencephalography pattern as a model of medication-based cerebral protection during temporary clipping of the major arteries does not cause the deterioration of cognitive status in the patients who had no cerebral pathology initially. Для медикаментозной защиты головного мозга в период превентивного временного клипирования магистральных артерий при операциях по поводу церебральных аневризм применяют значительное углубление медикаментозного сна до появления на электроэнцефалограмме паттерна «вспышка ‒ подавление». Нет единого мнения в отношении влияния выраженного угнетения биоэлектрической активности на возникновение послеоперационной когнитивной дисфункции. Цель: оценить влияние анестезии с электроэнцефалографическим паттерном «вспышка ‒ подавление» на послеоперационный когнитивный статус пациентов без патологии головного мозга. Материалы и методы. В проспективном рандомизированном исследовании участвовали 30 пациентов, которым выполнили хирургическое лечение по поводу дегенеративных заболеваний позвоночника. Все пациенты были разделены на две группы. Анестезия в основной группе (1-я группа) отличалась от контрольной (2-я группа) введением пропофола до появления в биоэлектрической активности головного мозга паттерна «вспышка ‒ подавление» в течение 15 мин. Перед операцией и на 4-е сут после вмешательства всем пациентам проводили нейропсихологическое тестирование с использованием Монреальской шкалы оценки психических функций (MoCA), батареи тестов для оценки лобной дисфункции (FAB) и методики запоминания цифр. Результаты. При обследовании на 4-е сут после операции в 1-й группе пациентов не отличались от предоперационных показателей результаты тестов MoCA (Meдо = 28, Meпосле = 28, Z = 0,714, p = 0,476), FAB (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 0,592, p = 0,554), запоминания цифр в прямом (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 0,178, p = 0,859) и обратном порядке (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 0,548, p = 0,583). Во 2-й группе пациентов результаты послеоперационного обследования были сопоставимы с предоперационными данными тестов MoCA (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 0,459, p = 0,646), FAB (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 1,348, p = 0,178), запоминания цифр в прямом (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 0,21, p = 0,843) и обратном порядке (Meдо = 18, Meпосле = 18, Z = 0,809, p = 0,418). Между 1-й и 2-й группами значимых отличий не выявлено ни по одной из методик (U = 88, p = 0,319, Z = 0,995 для MoCA; U = 102,5, p = 0,644, Z = 0,394 для FAB; U = 92,0, p = 0,407, Z = -0,829 для запоминания в прямом и U = 33,5, p = 0,62, Z = 0,572 для запоминания в обратном порядке). Вывод. Проведение анестезии с электроэнцефалографическим паттерном «вспышка ‒ подавление» как модели медикаментозной защиты мозга на период временного клипирования магистральных артерий не приводит к ухудшению когнитивного статуса пациентов без исходной патологии головного мозга.

Thomson scattering diagnostics at the Globus M2 tokamak

The paper is devoted to the Thomson scattering (TS) diagnostics recently developed for the Globus-M2 spherical tokamak and prototyping the ITER divertor TS diagnostics. The distinctive features of the system are the use of spectrometers, acquisition system and lasers that meet the base requirements for ITER TS diagnostics. The paper describes the diagnostic system that allows precise measurements of TS signals, as well as the results of the first measurements of electron temperature and density in both central region of the plasma column and scrape-off layer. The system provides measurements of electron temperature $T_{e}$ in the range of 5 eV to 5 keV and density $n_{e}$ in the range of $5{\cdot}10^{17}{\div}3.25{\cdot}10^{20} m^{-3}$. The use of two ITER-grade probing lasers of different wavelengths (Nd:YAG 1064.5 nm and Nd:YLF 1047.3 nm) allows reliable measurement of $T_{e}$ in multi-colour mode, i.e., assuming that spectral calibration is unknown

МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ ПРИ ИШЕМИЧЕСКОМ ИНСУЛЬТЕ

The article shows the world experience of metabolic therapy use in the treatment of ischemic stroke. The issue still remains prominent. The reasonability of prescribing metabolic drugs is not completely clear, its effectiveness has not been fully proved, despite numerous studies which show only trends. The article presents an overview of the most popular drugs of different pharmacological groups with a metabolic effect which affect different parts of the ischemic cascade. Ethylmethylhydroxypyridine succinate and cytoflavin have predominantly antihypoxic effect, improve functional outcome and neurological functions, and normalize overall well-being and adaptation. Cerebrolysin is a complex of low molecular weight biologically active peptides derived from the pig’s brain. It has a multimodal effect on the brain, helps to reduce the volume of cerebral infarction, restores neurologic functions and improves the functional outcome. Cortexin is a mixture of cattle brain polypeptides, also has a complex action that provides the most complete reversion of neurological deficit, improves cognitive functions and the functional outcome, reduces the level of paroxysmal convulsive readiness and improves bioelectric activity of the brain. Citicoline is a precursor of cell membrane key ultrastructures, contributes to significant reduction in the volume of cortical brain damage, improves cholinergic transmission, which results in better clinical outcome, even despite the questionable impact on the neurological status. Choline Alfoscerate is a precursor of choline, and the use of the drug significantly limits the growth of the cerebral infarction area starting from the first day of therapy, leads to reversion of neurological symptoms and achievement of rehabilitation goals. Actovegin is deproteinized derivative of calf blood, activates metabolism in tissues, improves trophism and stimulates regeneration. In a large study, it was shown that Actovegin improved cognitive function in patients who had experienced a stroke,. The drug does not significantly improve the neurological status of patients after a stroke, but it reduces the risk of the stroke development in the next 10 years. Thus, we analyzed mechanisms of medical substances action and data of experimental and clinical studies, including ones after thrombolytic therapy and with inclusion of drugs for primary and secondary prevention of ischemic stroke. The reasonability and effectiveness of prescribing a combination of drugs of different pharmacological groups affecting brain metabolism remains controversial, since the excessive drug treatment may have complications. The safety of metabolic therapy is in doubt, and some of authors views presented confirm the need for additional large independent studies.В статье продемонстрирован мировой опыт применения метаболической терапии в лечении ишемического инсульта. Вопрос является резонансным. Целесообразность назначения метаболических препаратов до конца не ясна, эффективность окончательно не доказана, несмотря на многочисленные исследования, которые показывают только тенденции. В статье представлен обзор самых популярных лекарственных препаратов из разных фармакологических групп с метаболическим действием, оказывающих влияние на разные звенья ишемического каскада. Этил- метилгидроксипиридина сукцинат и Цитофлавин обладают преимущественно антигипоксантным действием, улучшают функциональный исход, способствуют восстановлению неврологических функций, а также нормализации общего самочувствия и адаптации. Церебролизин — комплекс низкомолекулярных биологически активных пептидов, полученных из головного мозга свиньи, обладает мульти-модальным действием на головной мозг, способствует уменьшению объема инфаркта головного мозга, восстановлению неврологических функций и улучшению функционального исхода. Кортексин — полипептиды коры головного мозга скота, также обладают комплексным действием, что обеспечивает наиболее полный регресс неврологического дефицита, когнитивных функций и улучшение функционального исхода, препарат также снижает уровень пароксизмальной судорожной готовности и улучшает биоэлектрическую активность головного мозга. Цитиколин является предшественником ключевых ультраструктурных компонентов клеточной мембраны, способствует значительному уменьшению объема кортикального поражения головного мозга, улучшает холинергическую передачу, что сопряжено с лучшим клиническим исходом, даже несмотря на неоднозначное влияние на неврологический статус. Холина альфосцерат является предшественником холина, использование препарата существенно ограничивает увеличение зоны инфаркта мозга с первых суток терапии, приводит к регрессу неврологической симптоматики и достижению поставленных реабилитационных целей. Актовегин — депротеини- зированный гемодериват крови телят, активизирует обмен веществ в тканях, улучшает трофику и стимулирует процесс регенерации. В крупном исследовании доказано, что у пациентов, перенесших инсульт, Актовегин улучшает когнитивные функции. Препарат достоверно не улучшает неврологический статус пациентов после состоявшегося инсульта, однако уменьшает десятилетний риск развития инсульта. Таким образом, разобраны механизмы действия лекарственных веществ и данные экспериментальных и клинических исследований, в том числе после проведения тромболитической терапии и с включением препаратов первичной и вторичной профилактики ишемического инсульта. Целесообразность назначения и эффективности применения комбинации препаратов разных фармакологических групп, влияющих на метаболизм головного мозга, остается спорной, так как полипрогмазия может иметь осложнения. Поднимается вопрос безопасности метаболической терапии, представлены обоснованные сомнения некоторых авторов, что подтверждает необходимость дополнительных крупных независимых исследований

ОСОБЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ ПЕРКУТАННОЙ ДИЛАТАЦИОННОЙ ТРАХЕОСТОМИИ В ОТДЕЛЕНИИ РЕАНИМАЦИИ И ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ

The article analyzes the specific features of the training specialists in the technique of percutaneous dilatation tracheostomy (PDT) in the intensive care department. This training is divided into three stages (theory, practical demonstration, direct performance of this manipulation by the staff personnel under supervision of experienced doctors). Total number of procedures required for staff doctors to master PDT made 20 and it was accompanied by certain features which however did not cause any significant intra-operative and early post-operative complications. This is the evidence of the successful three stage training at the place of work. В статье представлен анализ особенностей процесса обучения методике перкутанной дилатационной трахеостомии (ПДТ) специалистов в отделении реанимации и интенсивной терапии. Данный процесс был разбит на три этапа (теоретический, практическая демонстрация, непосредственное выполнение манипуляции штатным персоналом отделения под контролем опытных врачей). Общее количество процедур, потребовавшихся двум штатным врачам для освоения ПДТ, составило 20 и сопровождалось рядом особенностей, которые, тем не менее, не привели к развитию каких-либо значимых интра- и ранних послеоперационных осложнений. Это свидетельствует об успешности использованной трехэтапной методики обучения на рабочем месте.

ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ОБЪЕКТИВНОГО СТРУКТУРИРОВАННОГО КЛИНИЧЕСКОГО ЭКЗАМЕНА В РАМКАХ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АТТЕСТАЦИИ ВЫПУСКНИКОВ КЛИНИЧЕСКОЙ ОРДИНАТУРЫ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ «АНЕСТЕЗИОЛОГИЯ И РЕАНИМАТОЛОГИЯ»: СТАНЦИЯ «ПУНКЦИЯ СУБАРАХНОИДАЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА»

The practical part of the state final certification implies an assessment of skills.The objective of our study was the approbation of the Station of Subarachnoid Space Puncture as a part of the objective structured clinical examination.Subjects and methods. 26 students of the second year of the clinical residency were included in the study; they all were taking the practical part of the final exam in Anesthesiology and Reanimatology. A phantom-simulator was used for the manipulation, which allowed authentic simulating of a lumbar puncture. Two trainers evaluated the manual skills, independently of each other.Results. 25 (96%) residents passed the station successfully. The total time required to pass the station made 3.1 (2.58, 3.45) min. In 1 (4%) case, the student failed to gain the required number of points for the successful passage of this station. The most common mistakes during the manipulation were associated with improper control of the patient's state after the drug administration into subarachnoid space, there were 14 (54%) such cases; and in 10 (38%) cases, several attempts were required to obtain cerebrospinal fluid. The monitoring of the check-list filling incompletion demonstrated that different trainers at the station could use it. The difference in the filled check-lists was less than 5%.Conclusions. The developed check-list allows performing an objective assessment of the practical skills of graduates from the clinical residency. Практическая часть государственной итоговой аттестации подразумевает оценку навыков. Цель исследования‒ апробация станции «Пункция субарахноидального пространства» в составе объективного структурированного клинического экзамена.Материалы и методы. В исследование включено 26 слушателей клинической ординатуры второго года обучения при приеме практической части итогового экзамена по специальности «Анестезиология и реаниматология». Манипуляцию выполняли на фантоме-симуляторе, позволяющем достоверно имитировать люмбальную пункцию. Оценку мануальных навыков, независимо друг от друга, осуществляли два преподавателя.Результаты. Успешно станцию прошли 25 (96%) ординаторов. Общее время прохождения станции составляло 3,1 (2,58; 3,45) мин. В одном (4%) случае слушатель не смог набрать необходимое количество баллов для успешного прохождения данной станции. Наиболее часто встречаемые ошибки при выполнении манипуляции связаны с неправильным контролем самочувствия пациента после введенного субарахноидально препарата ‒ 14 (54%), в 10 (38%) случаях требовалось несколько попыток для получения ликвора. Контроль выполняемости чек-листа продемонстрировал возможность его использования разными преподавателями на станции. Различие в заполненных чек-листах составило менее 5%.Выводы. Разработанный чек-лист позволяет объективно оценить практические навыки выпускников ординатуры