Как создать цифровую копию вашего мозга

Цифровые двойники уже используются в производстве, промышленности и аэрокосмической отрасли. Теперь европейский проект Neurotwin хочет сделать виртуальные копии мозга.

Цифровые двойники, виртуальные копии реальных вещей, уже стали основным элементом производства, промышленности и аэрокосмической отрасли: Существуют цифровые двойники городов, портов и электростанций. Впервые этот термин был введен в 2010 году исследователем NASA Джоном Викерсом в докладе о технологических дорожных картах агентства. По оценкам отраслевых аналитиков, к 2026 году рынок цифровых двойников может достичь почти 50 миллиардов долларов. 

Цифровые двойники мозга

Вскоре эта идея проникла в биологию. В 2016 году Билл Рух, тогдашний исполнительный директор GE Digital, предсказал, что "у нас будет цифровой двойник при рождении, и он будет собирать данные с датчиков, которыми все пользуются, и этот цифровой двойник будет предсказывать нам болезни, рак и другие вещи". Цифровой близнец может предоставить информацию об индивидуальном лечении пациента и предсказать, как может развиваться его болезнь. Его можно даже использовать для тестирования потенциальных методов лечения, вместо того чтобы испытывать их на пациентах - процесс, который может быть сопряжен с риском. 

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Пока что эти проекты находятся в основном на ранних стадиях. Исследовательская программа под названием Echoes, в которой участвуют ученые из Европы, Великобритании и США, работает над созданием цифрового сердца. Siemens Healthineers, немецкая компания по производству медицинского оборудования, стремится сделать то же самое. Dassault Systèmes, французская компания по разработке программного обеспечения, объединилась с Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США, чтобы одобрить то, что она называет "Живое сердце". Австрийская компания Golem создает цифровых двойников уязвимых людей, живущих в одиночестве. Идея заключается в том, что цифровой двойник постоянно следит за их здоровьем, предупреждая сиделок, если они заболевают и нуждаются в помощи. 

Теперь исследователи стремятся к самой высокой цели: создать двойника мозга. В рамках проекта Neurotwin, финансируемого ЕС, планируется создать компьютерную модель всего мозга отдельного пациента. 

Команда Neurotwin надеется, что модель можно будет использовать для прогнозирования эффекта стимуляции при лечении неврологических заболеваний, включая эпилепсию и болезнь Альцгеймера. Они планируют клинические испытания, которые начнутся в следующем году, и создадут цифровых двойников около 60 пациентов с болезнью Альцгеймера, которые получат лечение стимуляцией мозга, оптимизированное специально для их мозга. Второе клиническое испытание, запланированное на 2023 год, будет проводиться так же, но для пациентов с устойчивой к лечению фокальной эпилепсией. Оба испытания являются доказательством концепции, чтобы определить, работает ли данный подход и может ли он улучшить результаты лечения этих пациентов. В случае успеха команда планирует расширить свою технологию для изучения других аспектов мозга, например, тех, которые задействованы в рассеянном склерозе, реабилитации после инсульта, депрессии и воздействии психоделиков. 

Примерно трети пациентов с эпилепсией лекарства не помогают. Было показано, что неинвазивная стимуляция, при которой электрические токи безболезненно подаются в мозг, помогает снизить частоту и интенсивность припадков. Но эта технология еще довольно новая и нуждается в доработке. Именно здесь может оказаться полезным виртуальный мозг. 

По словам Джулио Руффини, координатора проекта Neurotwin, главного научного сотрудника и соучредителя испанской компании Neuroelectrics, занимающейся разработкой неинвазивных методов лечения неврологических заболеваний, таких как эпилепсия, цифровой аватар представляет собой математическую модель, работающую на компьютере. Для создания цифрового двойника пациента с эпилепсией команда Neurotwin берет около получаса данных МРТ и около 10 минут показаний ЭЭГ (электроэнцефалографии) и использует их для создания компьютерной модели, которая фиксирует электрическую активность мозга, а также реалистично имитирует основные ткани мозга, включая кожу головы, череп, спинномозговую жидкость, серое и белое вещество. 

Двойник будет включать в себя сеть встроенных "нейронных массовых моделей", - говорит Руффини. Это, по его словам, вычислительные модели среднего поведения множества нейронов, соединенных друг с другом с помощью "коннектома" пациента - карты нейронных связей в мозге. В случае эпилепсии некоторые участки коннектома могут перевозбуждаться; в случае, скажем, инсульта, коннектома может быть изменена. После создания двойника команда может использовать его для оптимизации стимуляции мозга реального пациента, "потому что мы можем проводить бесконечные симуляции на компьютере, пока не найдем то, что нам нужно", - говорит Руффини. "В этом смысле это похоже на вычислительную модель прогнозирования погоды".

Например, чтобы улучшить лечение пациента с эпилепсией, он должен носить головной убор каждый день в течение 20 минут, пока он доставляет транскраниальные электрические стимулы в его мозг. Используя цифровой двойник, Руффини и его команда могут оптимизировать положение стимулирующих электродов, а также уровень подаваемого тока. 

Цифровой двойник любого органа открывает целый ряд этических вопросов. Например, имеет ли пациент право знать или не знать, если, скажем, его близнец предсказывает, что через две недели у него случится сердечный приступ? Что произойдет с близнецом после смерти пациента? Будут ли у него свои юридические или этические права? 

С одной стороны, виртуальные двойники дают нам захватывающие, революционные возможности для разработки новых методов лечения, говорит Матиас Браун, специалист по этике из Университета Эрланген-Нюрнберг (Германия), который писал об этических аспектах использования цифровых двойников в здравоохранении. "Но, с другой стороны, это ставит перед нами сложные задачи, - продолжает он. Например, кто должен владеть цифровым двойником? Компании, которая его создает? "Или у вас есть право сказать: "Я отказываюсь от использования конкретной информации или конкретных прогнозов в отношении моего медицинского страхования или использования в других контекстах? Чтобы это не было посягательством на автономию или частную жизнь, важно, чтобы конкретный человек контролировал использование [своего цифрового двойника]", - говорит он. Потеря такого контроля приведет к тому, что Браун называет "цифровым рабством". 

Ана Майкес, генеральный директор Neuroelectrics, говорит, что компания уже столкнулась с вопросом о том, что произойдет с чрезвычайно личными данными, на которых построен цифровой двойник. "Когда вы делаете такие персонализации, вы должны задавать сложные вопросы, верно? Кому будут принадлежать эти данные? Что вы собираетесь делать с данными?" - спрашивает она. 

Для анализа этических и философских компонентов проекта были привлечены исследователи, в том числе Мануэль Герреро, нейроэтик из Университета Упсалы, Швеция. Для проекта Neurotwin, базирующегося в Европе, собранные данные будут защищены Общим регламентом защиты данных Европейского союза (GDPR). Это означает, что любое использование данных требует согласия их владельца, говорит Герреро. 

Герреро и его команда также изучают, является ли термин "цифровой двойник", который впервые был придуман для производства, наиболее подходящим для копирования чего-то столь сложного и динамичного, как живой мозг или сердце. Может ли его использование привести к недопониманию или завышенным ожиданиям в обществе? "Мозг намного сложнее, чем другие типы двойников, которые появляются в производственной системе, поэтому понятие двойника для мозга - это то, что в нейронаучном сообществе обсуждается", - говорит он. 

Создание мозга на много порядков сложнее, чем моделирование сердца или почек, а также потенциально сложнее с этической точки зрения. "Мы создаем довольно сложные вычислительные модели мозга", - говорит Руффини. "На определенном этапе, я думаю, станет неясно, насколько этот цифровой двойник является цифровым двойником или это разумное существо". 

Браун считает, что настало время задуматься над этими сложными вопросами. "На мой взгляд, это действительно важные проблемы, с которыми мы должны сейчас столкнуться", - говорит он. "Мы знаем, что происходит, если просто сказать: "Ну, просто разработайте технологию, а потом посмотрим", - добавляет он, предупреждая об опасностях, которые возникают при откладывании этических и моральных последствий на более поздний срок. 

Но команда Neurotwin утверждает, что при правильном подходе такое цифровое копирование может значительно улучшить как результаты лечения пациентов, так и наши знания о трудноизлечимых заболеваниях мозга. "Мы работаем над тем, чтобы действительно помочь людям, страдающим от заболеваний мозга, с совершенно иной точки зрения", - говорит Мейкес. "Нам нравится называть это новой категорией терапевтических средств, где вы действительно используете силу физики и математики для расшифровки мозга". опубликовано econet.ru по материалам wired.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet