Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Благодаря пяти шагам, описанным ранее, мы можем использовать компьютеры для моделирования нашего мира в широком диапазоне: от ядра атома до крупномасштабных структур, простирающихся по всей Вселенной. С развитием визуализации данных мы можем показать огромные просторы темной материи, обнаружить сердце черной дыры, окруженное светом, искаженным, как в доме кривых зеркал, или продемонстрировать работу молекулярных машин, которые управляют нашими клетками.

Мы можем смоделировать чрезвычайно сложную область, лежащую между атомами и галактиками, – мезомасштаб, в котором обитают люди. Благодаря новым технологиям мы даже можем обитать в этих виртуальных мирах и совершать фантастические путешествия в наши собственные органы, ткани и клетки. Наступает эра Виртуального Человека, и очень важно, чтобы мы начали учитывать моральные и этические последствия этого быстро приближающегося будущего.

Расцвет цифровых двойников

Технология цифровых двойников сейчас внедряется в медицину, и, как мы показали в предыдущих главах, уже есть проблески ее потенциала: от испытаний лекарств с виртуальными клетками сердца до замены животных в исследованиях, планирования деликатных операций на головном мозге, оттачивания конструкции и ускорения испытаний имплантов и медицинских устройств, обеспечение того, чтобы частицы вдыхаемого лекарства достигали нужного места в организме[581].

Мы уже можем использовать суперкомпьютер для изучения ферментов и других молекулярных механизмов в ваших клетках, чтобы настроить лекарство так, чтобы оно лучше всего подходило именно вам. Ваш виртуальный аватар сможет не только реагировать на лекарства так же, как вы, но и двигаться, как вы. Мы сможем использовать его для расчета сил, действующих на ваши кости, и прогнозировать риск перелома, если у вас есть метастазы или остеопороз. Когда виртуальные органы будут связаны между собой виртуальными нервными системами, гормонами и системами кровообращения, мы станем лучше понимать реальные.

В краткосрочной перспективе виртуальный человек станет цифровым, и по причинам, объясненным в предыдущей главе, не будет полностью имитировать все, что можете делать вы. Цифровые двойники не будут виртуальными людьми, но смогут представлять множество подсистем пациента: от фермента до клетки, органа и конечности. Во многих случаях мы остаемся в основном в эпохе низкоразмерных моделей, построенных на простых теоретических основах, то есть на обыкновенных дифференциальных уравнениях. Другими словами, наши виртуальные творения часто обитают на равнине математических возможностей, хотя это по-прежнему чрезвычайно ценно, поскольку поможет поставить медицину на более прочную научную основу.

Мы вступаем в эпоху колоссальных данных благодаря новым методам медицинской визуализации, не говоря уже о геномике. При разумном использовании машинного обучения, руководствуясь теорией, мы сможем лучше понять эти данные. Сочетая это с пониманием, основанным на физике, и выражая его с помощью уравнений в частных производных, которые способны улавливать детали формы и функции, мы можем создавать высокоточные модели самих себя. С наступлением эры экзафлопсных машин и появлением новых видов вычислений, особенно квантовых и аналоговых, мы сможем моделировать больше процессов внутри тела с большей детализацией, чем когда-либо прежде.

Путь к виртуальному человеку будет долгим, тернистым и постепенным. Из-за ограничений цифровых двойников, описанных во второй главе, появлением разумного существа в киберпространстве он не завершится. Тем не менее по мере того, как будут успешно моделироваться все больше особенностей, а также ключевых элементов окружения, медицина вступит в четырехмерную, высокоточную, полноцветную эпоху Виртуального Человека и будет оказывать все большее влияние на реальную жизнь. Когда все пять шагов, описанных в этой книге, будут сделаны, медицина изменится.

Современная медицина подобна справочнику, где вам ставят диагноз и назначают лечение в зависимости от прошлого опыта врачей, лечивших поколения подобных пациентов. В будущем медицина будет все больше руководствоваться научными взглядами на здоровье и методы лечения, которые, как и инженерия, основаны на теории, данных, моделировании и понимании того, как работает ваше собственное тело. Вместо того чтобы всегда оглядываться назад на результаты предыдущих клинических испытаний, медицина станет по-настоящему прогностической.

Медицина XXI в.