Цифровите близнаци, виртуални копия на реални неща, вече са се превърнали в основен елемент на производството, промишлеността и космонавтиката. Има цифрови близнаци на градове, пристанища и електроцентрали. Терминът е въведен за първи път през 2010 г. от изследователя на НАСА Джон Викерс в доклад за технологичните пътни карти на агенцията. Индустриалните анализатори изчисляват, че пазарът на цифрови близнаци може да достигне близо 50 милиарда долара до 2026 г.
Цифрови близнаци на мозъка
Скоро тази идея навлезе в биологията. През 2016 г. Бил Ру, тогавашен главен изпълнителен директор на GE Digital, прогнозира, че „ще имаме цифров близнак при раждането и той ще събира данни от сензорите, които всеки използва, и този цифров близнак ще предсказва болести, рак и други неща за нас “. Дигиталният близнак може да предостави информация за индивидуалното лечение на пациента и да предвиди как може да се развие заболяването му. Може дори да се използва за тестване на потенциални лечения, вместо да ги тестват върху пациенти, процес, който може да бъде рисков.
Засега тези проекти са предимно в начален етап. Изследователска програма, наречена Echoes, която включва учени от Европа, Обединеното кралство и САЩ, работи за създаването на дигитално сърце. Siemens Healthineers, немска компания за медицински изделия, се стреми да направи същото. Dassault Systèmes, френска софтуерна компания, се обедини с Американската администрация по храните и лекарствата, за да подкрепи това, което нарича „Живото сърце“. Австрийската компания Golem създава цифрови близнаци на уязвими хора, живеещи сами. Идеята е цифровият близнак постоянно да следи здравето им, като предупреждава болногледачите, ако се разболеят и имат нужда от помощ.
Как ще се създаде цифрово копие на мозъка?
Сега изследователите се стремят към най-високата цел: да създадат близнак на мозъка. Финансираният от ЕС проект Neurotwin планира да създаде компютърен модел на целия мозък на отделен пациент.
Екипът на Neurotwin се надява, че моделът може да се използва за прогнозиране на ефекта от стимулацията при лечението на неврологични заболявания, включително епилепсия и болестта на Алцхаймер. Те планират клинично изпитване, което ще започне следващата година, което ще създаде дигитални близнаци от около 60 пациенти с Алцхаймер, които ще получат лечение за мозъчна стимулация, оптимизирано специално за техните мозъци.
Второ клинично изпитване, планирано за 2023 г., ще се проведе по същия начин, но за пациенти с резистентна на лечение фокална епилепсия. И двете проучвания са доказателство за концепцията, за да се определи дали подходът работи и може да подобри резултатите за тези пациенти. Ако успее, екипът планира да разшири технологията си към други аспекти на мозъка, като множествена склероза, рехабилитация след инсулт, депресия и психеделично излагане.
Приблизително една трета от пациентите с епилепсия не се повлияват от лекарства. Доказано е, че неинвазивната стимулация, при която електрическите токове се доставят безболезнено до мозъка, помага за намаляване на честотата и интензивността на пристъпите. Но тази технология все още е доста нова и трябва да бъде подобрена. Тук виртуалният мозък може да бъде полезен.
Според Джулио Руфини, координатор на проекта Neurotwin, главен учен и съосновател на испанската компания Neuroelectrics, която разработва неинвазивни лечения за неврологични заболявания като епилепсия, цифровият аватар е математически модел, който работи на компютър. За да създаде дигитален близнак на пациент с епилепсия, екипът на Neurotwin взема около половин час данни от ЯМР и около 10 минути ЕЕГ (електроенцефалография) показания и ги използва, за да създаде компютърен модел, който улавя електрическата активност на мозъка, както и реалистично симулиране на основните мозъчни тъкани, включително скалпа, черепа, цереброспиналната течност, сивото и бялото вещество.
Близнакът ще включва мрежа от вградени „модели на невронна маса“, казва Руфини. Това, казва той, са изчислителни модели на средното поведение на много неврони, свързани един с друг, използвайки "конектома" на пациента - карта на невронните връзки в мозъка. В случай на епилепсия някои области на конектома могат да се превъзбудят; в случай, да речем, на инсулт, конектомът може да бъде променен. След като двойникът бъде създаден, екипът може да го използва, за да оптимизира стимулацията на мозъка на истинския пациент, „защото можем да изпълняваме безкрайни симулации на компютъра, докато намерим това, което искаме“, казва Руфини. „В този смисъл това е като изчислителен модел за прогнозиране на времето.“
Например, за да се подобри лечението на пациент с епилепсия, той трябва да носи шапка всеки ден в продължение на 20 минути, докато тя доставя транскраниални електрически стимули към мозъка му. Използвайки дигитален близнак, Руфини и неговият екип могат да оптимизират позицията на стимулиращите електроди, както и нивото 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, ако, да речем, близнакът му предскаже, че ще получи инфаркт след две седмици? Какво се случва с близнака след смъртта на пациента? Ще има ли той свои законови или етични права?
От една страна, виртуалните близнаци ни дават вълнуващи и революционни възможности за разработване на нови лечения, казва Матиас Браун, етик от университета в Ерланген-Нюрнберг (Германия), който пише за етичните аспекти на използването на дигитални близнаци в здравеопазването. "Но от друга страна, това поставя предизвикателства за нас", продължава той. Например, кой трябва да притежава цифровия близнак? Компанията, която го създава? "Или имате право да кажете: "Отказвам да използвам конкретна информация или конкретна прогноза във връзка с моята здравна застраховка или използване в други контексти? За да не бъде това атака срещу автономността или неприкосновеността на личния живот, важно е конкретно лице да контролира използването на дигиталния си близнак", казва той. Загубата на такъв контрол ще доведе до това, което Браун нарича „дигитално робство“.
Ана Майкс, главен изпълнителен директор на Neuroelectrics, казва, че компанията вече се е заела с въпроса какво ще се случи с изключително личните данни, върху които е изграден цифровият близнак. „Когато правите персонализации като тази трябва да задавате трудни въпроси, нали? Кой ще притежава данните? Какво ще правите с данните? “, пита тя.
Изследователи са привлечени да анализират етичните и философски компоненти на проекта, включително Мануел Гереро, невроетик от университета в Упсала, Швеция. За проекта Neurotwin, базиран в Европа, събраните данни ще бъдат защитени от Общия регламент за защита на данните на Европейския съюз (GDPR). "Това означава, че всяко използване на данните изисква съгласието на техния собственик", казва Гереро.
Гереро и неговият екип също така проучват дали терминът "дигитален близнак", който е въведен за първи път за производство, е най-подходящият термин за възпроизвеждане на нещо толкова сложно и динамично като жив мозък или сърце. Може ли използването му да доведе до недоразумения или високи очаквания в обществото? „Мозъкът е много по-сложен от другите видове близнаци, които се появяват в производствената система, така че идеята за близнаци за мозъка е нещо, което се обсъжда в общността на невронауките.“, казва той.
Създаването на мозък е в много отношения по-трудно от моделирането на сърце или бъбреци, а също и потенциално по-етично. „Ние изграждаме доста сложни изчислителни модели на мозъка“, казва Руфини. „В един момент мисля, че ще стане неясно дали този цифров близнак е цифров близнак или е съзнателно същество.“
Браун вярва, че е дошъл моментът за размисъл върху тези трудни въпроси. „Мисля, че това са наистина важни проблеми, срещу които трябва да се изправим сега“, казва той. „Знаем какво се случва, когато просто кажете „Е, просто разработете технологията и тогава ще видим“, добавя той, предупреждавайки за опасностите от отлагането на етичните и морални последици за по-късна дата.
Но екипът на Neurotwin казва, че ако се направи правилно, този вид дигитална репликация може драстично да подобри както резултатите от пациентите, така и познанията ни за трудноразрешимите мозъчни заболявания. „Ние работим, за да помогнем наистина на хората, страдащи от мозъчни разстройства, от съвсем различна гледна точка“, казва Майкес. „Ние обичаме да наричаме това нова категория терапевтици, където наистина използвате силата на физиката и математиката, за да дешифрирате мозъка.
