Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Следующий шаг – создание цифрового двойника собственного сердца пациента. В сотрудничестве с Габриэлой Каптур из Института сердечно-сосудистых исследований UCL при поддержке Британского кардиологического фонда индивидуальная настройка осуществляется с помощью данных МРТ и эхокардиографии 500 британцев, родившихся в 1946 г. Другие команды, такие как Британский биобанк, замечательный глобальный источник данных о 500 000 человек, собирают больше данных о сердце с меньшим разрешением. Команда Барселоны часто создает синтетическое сердце популяции для определения наиболее важных параметров, а затем играет примерно с сотней переменных, чтобы создать наиболее подходящее виртуальное сердце для пациента, независимо от возраста, пола и т. д.

Команда начала создавать эти специальные модели, чтобы понять блокаду левой ножки пучка Гиса – распространенное нарушение сердечной проводимости, которое задерживает активацию левого желудочка, в результате чего он сокращается позже правого[420]. «Такие заявки поступают для отдельных пациентов», – говорит Васкес. Однако странным образом они становятся жертвой собственного успеха. Некоторые люди жаловались, что симуляции слишком красивы, чтобы быть реальными, и похожи на «научную фантастику».

Сердце также по-прежнему привлекает внимание большинства людей в команде Питера Хантера в Окленде. Путем моделирования электрической активности в виртуальных сердцах, которые были настроены с использованием данных визуализации реального сердца, а затем сравнения этих прогнозов с картами электрической активности сердца высокого разрешения, появляется новое понимание нарушений сердечного ритма. Цзичао Чжао изучает фибрилляцию предсердий – наиболее распространенное из них. «Фибрилляция» происходит от латинского «мешок с червями» – яркое отражение того, как мышечная стенка верхних камер сердца (предсердия) нескоординированно извивается, в результате чего предсердия перестают перекачивать кровь должным образом. Работая с Вадимом Федоровым и его командой в Университете штата Огайо, Чжао основывал свое моделирование на данных МРТ сердца 63-летней женщины, погибшей в автокатастрофе. Исследователи смогли раскрыть, как структурное ремоделирование предсердий при повреждении человеческого сердца делает их склонными к фибрилляции, поскольку рубцевание (фиброз) сморщивает тонкую стенку предсердий[421].

Это исследование также помогло им определить идеальное место для проведения абляции, при которой тепло или сильный холод используются для рубцевания или разрушения тканей, вызывающих неправильные электрические сигналы – аномальный сердечный ритм. Они используют аналогичный подход, чтобы понять, как изменения в желудочках провоцируют желудочковую аритмию и внезапную смерть. Мы приближаемся к тому дню, когда пациенты будут регулярно получать пользу от использования информации из сложной персонализированной виртуальной версии своего сердца.

Точная кардиология

Конечная цель работы в Окленде, Барселоне и других командах заключается не только в том, чтобы сделать сердца-близнецы точными во всех масштабах, от каждого удара до своеобразной архитектуры сердечных камер и деталей клеточного метаболизма, формы ионных каналов и т. д., но также в осознании всех закономерностей и ритмов реального сердца отдельного пациента. В сердечно-сосудистой медицине ряд виртуальных методов проложил путь к зарождению того, что, среди прочих, Марк Палмер из Medtronic[422], называет точной кардиологией. Эти модели, основанные на менее трудоемких обыкновенных дифференциальных уравнениях, позволяют настраивать сердца-близнецы.