Как новые цифровые технологии работают в медицине
Иннополис. Это место называют городом будущего. В 23 километрах от Казани создаются прорывные информационные технологии. Некоторые из них будут использоваться в медицине. В Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис ведутся исследования самой неизведанной области человеческого организма – мозга. Как подобрать ключ к этой сложноустроенной системе, управляющей нашим телом, чтобы избежать сбоев? Ответ на этот вопрос совместно ищут российские и китайские ученые.
Вадим Грубов, старший научный сотрудник лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис, г.Казань:
«В данном проекте нам было интересно, как активность головного мозга выглядит, как изменяется при движениях. Мы человека сажали, перед ним был монитор, и ему подавались команды, когда двигать левой рукой, когда двигать правой».
Экспериментальные данные российские специалисты отправляют в Китай, где цифровые показатели преобразовываются в сложные нейронные модели. Ученые Поднебесной разработали уникальную технологию, позволяющую на основе сигналов мозга создавать 3D-модели. Таким образом исследователи смогут будто заглядывать в человеческий мозг и анализировать, как он меняется при дегенерации, связанной с болезнью или старением.
Александр Храмов, руководитель Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис, г. Казань:
«Мы получаем данные экспериментально. Мы вытаскиваем данные, переводим их на язык математики, а вот дальше смоделировать, понять какие-то разные ситуации – этим занимаются наши дорогие китайские коллеги во в главе с профессором Джан Вангом в северо-западном политехническом университете в Китае. Они используют очень современные аппараты, так называемые мемристеры. Это новый подход к моделированию интеллектуальных систем, каких-то процессов в мозге».
Проект поддержан Российским фондом фундаментальных исследований и Государственным фондом естественных наук Китая. Ведь «старение головного мозга» – одна из глобальных проблем, стоящих перед современной медициной всего мира. Ученые пытаются понять, почему в молодости все дается легче, а с возрастом даже элементарные вещи требуют неимоверных усилий. Все просто. Чтобы совершить привычное движение, «пожилому мозгу» приходится выстраивать сложные нейронные связи и затрачивать больше энергии, в то время как у молодых людей этот процесс происходит быстрее. Они могут обращаться к оперативной памяти, что для старшего поколения затруднительно. Поэтому мозг ищет «обходные пути».
Никита Фролов, старший научный сотрудник Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис, г. Казань:
«Опираясь на результаты, которые уже получены, мы сможем строить какие-то стратегии восстановления двигательной активности, в первую очередь, у здоровых пожилых людей, доводить их до уровня, соответствующего молодым людям, возвращать им двигательные способности».
Сбором экспериментальных данных занимаются специалисты Саратовского медицинского университета. Ведь именно ученые кафедры неврологии одними из первых в России начали заниматься вопросами дегенеративных заболеваний. В ходе исследования эксперименты проводились со здоровыми людьми, чтобы получить биомаркеры «эталонной» работы мозга. Сначала показатели снимали у молодых людей, затем обследовали категорию людей 60+. Причем найти «здоровых» пациентов оказалось непростой задачей. Образцовых испытуемых выбирали не только врачи-неврологи, но и нейропсихологи. Они оценивали работу мозга с точки зрения мышления, оотсеивали не только людей с заболеваниями, но даже с депрессией.
Николай Щуковский, доцент кафедры неврологии им. Третьякова Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского, г. Саратов:
«Нервные клетки, помните миф, что ни не восстанавливаются. Они на самом деле восстанавливаются, но крайне медленно, это зависит от возраста, иммунной системы. Но восстанавливать намного сложнее, чем предотвратить повреждения чего бы то ни было. Таким образом, если мы научимся на доклинических исследованиях заподозрить или же предугадывать возможность развития такого заболевания, мы более внимательно будем относиться к этому пациенту».
Пациентов с нарушениями в работе головного мозга с каждым годом во всем мире становится все больше. Связано это с тем, что качество медицины растет, как следствие, увеличивается продолжительность жизни. Но дожив до преклонных лет, люди сталкиваются с деменцией. Так называемый «старческий маразм» вовсе не норма, как было принято считать, – это болезнь. У 60% заболевших нарушения вызывает болезнь Альцгеймера. Она возникает к 60-65 годам и может развиваться в течение 10 лет. Постепенно у человека нарушается связь с миром.
По данным ВОЗ, в мире этим заболеванием страдают 50 миллионов человек. В связи с этим только совместными усилиями ученых двух стран можно гораздо быстрее наметить пути решения проблемы. И здесь важно объединить усилия ученых из разных стран. Синергия общего дела приблизит результат.
Александр Федонников, проректор по научной работе Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского, г. Саратов:
«Общение профессионалов в сфере науки способствует взаимному пониманию как государств, так и обществ, повышению доверия, обмену научно-технической информацией. Все это вместе взятое способствует прогрессу человечества. Как бы высоко это ни звучало. На самом деле и наша страна в этом нуждается, наши партнеры в этом нуждаются, тем более такие глобальные экономики, как Китай, это БРИКС, группа стран, которая взаимодействует в рамках этого объединения. Для нас это на самом деле важно».
Пока исследователи лишь в начале пути. Они сравнивают мозг со Вселенной, с космосом – неизведанным и таинственным, бесконечно манящим. Но уже сейчас можно попытаться избежать «преждевременного старения» мозга: тренировать память. Это обеспечит не только двигательную активность, но и поможет сохранить здоровье. Кроме того, в ходе исследования, выяснилась еще одна любопытная деталь. Оказалось, что электрическая реакция в мозге возникает не только при реальном движении, но и при воображаемом. Это открытие может быть использовано при реабилитации, например, после инсультов. Решать эти задачи помогут новые технологии.
Антон Киселев, начальник научного отдела Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского, доктор наук, г. Саратов:
«Допустим, мы видим простейшую активность в головном мозге, но мы не знаем, что ее порождает. Можно попытаться симулировать. Если у нас получится первый шаг, у нас открываются весьма заманчивые перспективы. Если мы поняли, что там происходит, и у нас еще есть цифровой объект, который это все симулирует, то дальше можно попытаться это все провзаимодействовать».
А если реакции мозга на воображаемые ситуации удастся переложить на язык математики, то можно всерьез подойти к решению проблемы создания искусственного интеллекта. А это открывает перед учеными России и Китая колоссальные возможности – прежде всего в робототехнике. Интеллектуальные системы, способные прогнозировать природно-климатические катаклизмы, слушать глубины мирового океана и направлять космические корабли к другим планетам, смогут сделать все то, о чем еще только мечтает человеческий разум.
