Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

К счастью, как обнаружил Нобл с помощью Connection Machine несколько десятилетий назад, биология отображалась в архитектуре суперкомпьютера, что упростило задачу. Общий поток крови через артерию сводился к решетке из более мелких блоков, и расчеты могли определить струйки крови между соседними блоками. Эта ближайшая связь между соседними участками крови четко отражается на архитектуре процессоров машины и потоке информации между ними[449]. (Для сравнения: при моделировании мозга, где существует множество долгосрочных взаимодействий, было бы сложно сопоставить их с конкретной компьютерной архитектурой[450].)

Рисунок 37. Юн Сон. Качество и разрешение изображения (0,1×0,1×0,2 мм) позволили детально выявить периферические нервы, артерии, вены и другие мелкие структуры (IT’IS Foundation)

Команде удалось создать виртуальную копию кровеносной системы Юн Сон до долей миллиметра, но не до более тонкой сети сосудов, лежащих за кончиками примерно 1500 обработанных с помощью модели «подсетки». Саму виртуальную кровь создать было относительно просто: уравнения механики жидкости игнорируют то, что кровь состоит из лейкоцитов, эритроцитов, плазмы и т. д., рассматривая ее как континуум. На несколько дней взяв Super-MUC-NG под свой контроль, исследователи смогли реалистично в течение примерно 100 с показать, как кровь циркулировала через виртуальное тело Юн Сон.

В настоящее время команда использует это понимание для составления детальных графиков изменений артериального давления по всему телу, чтобы исследовать, как эти различия коррелируют с различными типами заболеваний. Другое применение модели кровообращения – впервые моделировать движение тромбов. Совсем недавно ее использовали, чтобы продемонстрировать, как включение всего предплечья человека в моделирование артериальных и венозных структур позволяет точно моделировать артериовенозную фистулу, которую хирурги создают, соединяя собственные вену и артерию пациента, образуя место, через которое можно будет удалять кровь и возвращать ее для диализа[451]. К сожалению, значительная часть фистул не созревает для успешного диализа, но есть надежда, что модель сможет повысить шансы на успех.

В США Аманда Рэндлс из Дюкского университета в Северной Каролине предпринимает еще одну попытку смоделировать систему кровообращения всего человека, чтобы пролить свет на такие заболевания, как гипертония. Код динамики жидкости называется HARVEY в честь Уильяма Гарвея (1578–1657), английского хирурга, впервые описавшего систему кровообращения. «Потенциальное влияние моделирования кровотока на диагностику и лечение пациентов, страдающих сосудистыми заболеваниями, огромно», – писали Рэндлс и коллеги[452]. В качестве одного из примеров: HARVEY помог Рэндлс понять, как лечить церебральные аневризмы с помощью стентов.

Тем временем в Граце, Австрия, Гернот Планк работал с нидерландскими коллегами и Эдвардом Вигмондом из Франции над созданием первой трехмерной модели сердца и системы кровообращения с «замкнутым контуром»[453], которая, как он сказал Питеру, «максимально приближена к универсальному электромеханическому симулятору сердца»[454]. Все эти проекты представляют собой замечательную веху, ведь наконец-то на горизонте виднеются модели всего человека, а также очень значительных частей человеческого тела.

Современный Прометей

Намек на многомасштабное моделирование есть даже в романе Мэри Шелли «Франкенштейн, или Современный Прометей». В этой классической готической книге Виктор Франкенштейн создает в своей лаборатории существо, используя загадочную смесь химии и алхимии, а также органов животных и человека. Эта работа не только раскрывает сложность создания человека, но и входит в число первых вымышленных презентаций образования молодых ученых.

Отчасти вдохновение Шелли родом из лекций, прочитанных в Королевском институте Великобритании великим химиком Гемфри Дэви (1778–1829)[455]. Учитывая влияние на «Франкенштейна» науки, думается, Шелли было бы интересно узнать, как далеко ученые продвинулись в соединении различных типов описаний для создания бьющегося сердца. Для нее сердце имело особенно важное значение, учитывая, как она вела себя в июле 1822 г. после смерти мужа, Перси Биша Шелли, которому было всего 29 лет (он утонул, когда его шхуна попала в шторм).

Тело поэта было кремировано в присутствии друзей, которые извлекли из костра останки сердца Шелли и передали их скорбящей жене. В 1852 г., через год после смерти Мэри Шелли, сердце Перси было найдено в ее столе, завернутое в страницы «Адонаиса», одного из его последних стихотворений. В элегии, написанной в память о кончине Джона Китса за несколько десятилетий до этого, отмечается: «Дарует мысль сердцам свои крыла, / И выше смерти – вечная примета! / В эфире грозовом живые вихри света»[456].