Цифрово копие на мозъка: научна фантастика или реална възможност?
Цифровите близнаци, виртуални копия на действителни неща, към този момент са се трансформирали в главен детайл на производството, индустрията и космонавтиката. Има цифрови близнаци на градове, пристанища и електроцентрали. Терминът е въведен за първи път през 2010 година от откривателя на НАСА Джон Викерс в отчет за софтуерните пътни карти на организацията. Индустриалните анализатори пресмятат, че пазарът на цифрови близнаци може да доближи близо 50 милиарда $ до 2026 година
Цифрови близнаци на мозъка
Скоро тази концепция навлезе в биологията. През 2016 година Бил Ру, тогавашен основен изпълнителен шеф на GE Digital, предвижда, че „ ще имаме дигитален близнак при раждането и той ще събира данни от датчиците, които всеки употребява, и този дигитален близнак ще предсказва заболявания, рак и други неща за нас “. Дигиталният близнак може да даде информация за самостоятелното лекуване на пациента и да планува по какъв начин може да се развие болестта му. Може даже да се употребява за тестване на евентуални лекувания, вместо да ги тестват върху пациенти, развой, който може да бъде рисков.
Засега тези планове са най-вече в начален стадий. Изследователска стратегия, наречена Echoes, която включва учени от Европа, Обединеното кралство и Съединени американски щати, работи за основаването на цифрово сърце. Siemens Healthineers, немска компания за медицински произведения, се стреми да направи същото. Dassault Systèmes, френска софтуерна компания, се сплоти с Американската администрация по храните и медикаментите, с цел да поддържа това, което назовава „ Живото сърце “. Австрийската компания Golem основава цифрови близнаци на уязвими хора, живеещи сами. Идеята е цифровият близнак непрекъснато да следи здравето им, като предизвестява болногледачите, в случай че се разболеят и имат потребност от помощ.
Как ще се сътвори цифрово копие на мозъка?
Сега откривателите се стремят към най-високата цел: да основат близнак на мозъка. Финансираният от Европейски Съюз план Neurotwin възнамерява да сътвори компютърен модел на целия мозък на обособен пациент.
Екипът на Neurotwin се надява, че моделът може да се употребява за прогнозиране на резултата от стимулацията при лекуването на неврологични болести, в това число епилепсия и заболяването на Алцхаймер. Те възнамеряват клинично изпитване, което ще стартира идната година, което ще сътвори цифрови близнаци от към 60 пациенти с Алцхаймер, които ще получат лекуване за мозъчна стимулация, усъвършенствано особено за техните мозъци.
Второ клинично изпитване, планувано за 2023 година, ще се организира по същия метод, само че за пациенти с резистентна на лекуване фокална епилепсия. И двете изследвания са доказателство за концепцията, с цел да се дефинира дали методът работи и може да усъвършенства резултатите за тези пациенти. Ако успее, екипът възнамерява да разшири технологията си към други аспекти на мозъка, като множествена склероза, рехабилитация след инсулт, меланхолия и психеделично излагане.
Приблизително една трета от пациентите с епилепсия не се повлияват от медикаменти. Доказано е, че неинвазивната стимулация, при която електрическите токове се доставят безболезнено до мозъка, оказва помощ за понижаване на честотата и интензивността на пристъпите. Но тази технология към момента е много нова и би трябвало да бъде усъвършенствана. Тук виртуалният мозък може да бъде потребен.
Според Джулио Руфини, координатор на плана Neurotwin, основен академик и съосновател на испанската компания Neuroelectrics, която създава неинвазивни лекувания за неврологични болести като епилепсия, цифровият аватар е математически модел, който работи на компютър. За да сътвори цифров близнак на пациент с епилепсия, екипът на Neurotwin взема към половин час данни от ЯМР и към 10 минути ЕЕГ (електроенцефалография) показания и ги употребява, с цел да сътвори компютърен модел, който улавя електрическата интензивност на мозъка, както и реалистично преструване на главните мозъчни тъкани, в това число скалпа, черепа, цереброспиналната течност, сивото и бялото вещество.
Близнакът ще включва мрежа от вградени „ модели на невронна маса “, споделя Руфини. Това, споделя той, са изчислителни модели на междинното държание на доста неврони, свързани един с различен, употребявайки " конектома " на пациента - карта на невронните връзки в мозъка. В случай на епилепсия някои области на конектома могат да се превъзбудят; при положение, да речем, на инсулт, конектомът може да бъде изменен. След като двойникът бъде основан, екипът може да го употребява, с цел да усъвършенства стимулацията на мозъка на същинския пациент, „ тъй като можем да изпълняваме безкрайни симулации на компютъра, до момента в който намерим това, което желаеме “, споделя Руфини. „ В този смисъл това е като изчислителен модел за прогнозиране на времето. “
Например, с цел да се усъвършенства лекуването на пациент с епилепсия, той би трябвало да носи шапка всеки ден в продължение на 20 минути, до момента в който тя доставя транскраниални електрически тласъци към мозъка му. Използвайки цифров близнак, Руфини и неговият екип могат да усъвършенстват позицията на стимулиращите електроди, както и равнището на доставяния ток.
Етичната страна на въпроса
Цифровият близнак на всеки орган повдига редица етични въпроси. Например, пациентът има ли право да знае или да не знае, в случай че, да речем, близнакът му предскаже, че ще получи инфаркт след две седмици? Какво се случва с близнака след гибелта на пациента? Ще има ли той свои законови или етични права?
От една страна, виртуалните близнаци ни дават вълнуващи и революционни благоприятни условия за създаване на нови лекувания, споделя Матиас Браун, етик от университета в Ерланген-Нюрнберг (Германия), който написа за етичните аспекти на потреблението на цифрови близнаци в опазването на здравето. " Но въпреки това, това слага провокации за нас ", продължава той. Например, кой би трябвало да има цифровия близнак? Компанията, която го основава? " Или имате право да кажете: " Отказвам да употребявам съответна информация или съответна прогноза по отношение на моята здравна застраховка или потребление в други контексти? За да не бъде това офанзива против автономността или неприкосновеността на персоналния живот, значимо е съответно лице да управлява потреблението на цифровия си близнак ", споделя той. Загубата на подобен надзор ще докара до това, което Браун назовава „ цифрово иго “.
Ана Майкс, основен изпълнителен шеф на Neuroelectrics, споделя, че компанията към този момент се е заела с въпроса какво ще се случи с извънредно персоналните данни, върху които е построен цифровият близнак. „ Когато вършиме персонализации като тази би трябвало да задавате сложни въпроси, нали? Кой ще има данните? Какво ще вършиме с данните? “, пита тя.
Изследователи са привлечени да проучват етичните и метафизичен съставни елементи на плана, в това число Мануел Гереро, невроетик от университета в Упсала, Швеция. За плана Neurotwin, основан в Европа, събраните данни ще бъдат предпазени от Общия правилник за отбрана на данните на Европейския съюз (GDPR). " Това значи, че всяко потребление на данните изисква единодушието на техния притежател ", споделя Гереро.
Гереро и неговият екип също по този начин изследват дали терминът " цифров близнак ", който е въведен за първи път за произвеждане, е най-подходящият термин за възпроизвеждане на нещо толкоз комплицирано и динамично като жив мозък или сърце. Може ли потреблението му да докара до недоразумения или високи упования в обществото? „ Мозъкът е доста по-сложен от другите типове близнаци, които се появяват в индустриалната система, тъй че концепцията за близнаци за мозъка е нещо, което се разисква в общността на невронауките. “, споделя той.
Създаването на мозък е в доста връзки по-трудно от моделирането на сърце или бъбреци, а също и евентуално по-етично. „ Ние построяваме много комплицирани изчислителни модели на мозъка “, споделя Руфини. „ В един миг мисля, че ще стане неразбираемо дали този дигитален близнак е дигитален близнак или е умишлено създание. “
Браун има вяра, че е пристигнал моментът за размисъл върху тези сложни въпроси. „ Мисля, че това са в действителност значими проблеми, против които би трябвало да се надигнем в този момент “, споделя той. „ Знаем какво се случва, когато просто кажете „ Е, просто разработете технологията и тогава ще забележим “, прибавя той, предупреждавайки за заплахите от отлагането на етичните и морални последствия за по-късна дата.
Но екипът на Neurotwin споделя, че в случай че се направи вярно, този тип цифрова репликация може фрапантно да усъвършенства както резултатите от пациентите, по този начин и познанията ни за трудноразрешимите мозъчни болести. „ Ние работим, с цел да помогнем в действителност на хората, страдащи от мозъчни разстройства, от напълно друга позиция “, споделя Майкес. „ Ние обичаме да назоваваме това нова категория терапевтици, където в действителност употребявате силата на физиката и математиката, с цел да дешифрирате мозъка.
