Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Подобно тому, как подводные миры Мирового океана по-прежнему таят в себе множество тайн, в человеческом теле все еще можно найти сюрпризы. В 2018 г. команда из Нью-Йоркского университета обнаружила «магистраль» движущейся жидкости. Слои, которые раньше считались плотными соединительными тканями (они лежат под поверхностью кожи, выстилают пищеварительный тракт, легкие и мочевыделительную систему, а также окружающие артерии, вены и фасции между мышцами), оказались взаимосвязанными, заполненными жидкостью отсеками[465]. Возможно, они действуют как амортизаторы или являются источником лимфы – жидкости, участвующей в иммунитете.

Эта работа служит еще одним напоминанием о том, что новые методы приводят к новому пониманию. Традиционные методы изучения под микроскопом, при которых ткань обрабатывали химическими веществами, нарезали тонкими слоями и окрашивали, чтобы подчеркнуть ключевые особенности, не учитывали эту «магистраль жидкости». Во время процесса фиксации жидкость вытекала, поэтому соединительно-белковая сеть вокруг заполненных жидкостью отсеков сжималась и выглядела твердой. В конечном итоге с помощью нового метода, известного как конфокальная лазерная эндомикроскопия на основе зонда, были обнаружены эти структуры.

Чтобы разобраться во всех этих идеях, данных и моделях, в Оклендском институте биоинженерии работают около 300 человек, из которых 100 получают докторскую степень, 60 – штатные исследователи, 20 – ученые, а остальные – вспомогательный персонал. Для поддержки этой работы требуется больше, чем государственное финансирование, и Хантер воспитал поддерживающую культуру предпринимательства, поощряя исследователей создавать компании стоимостью в миллионы долларов, которые, в свою очередь, нанимают сотни новых людей. Дочерние предприятия варьируются от специализирующихся на медицинских технологиях (например, используют моделирование для интерпретации данных с медицинских устройств) до Soul Machines – компании, основанной Марком Сагаром для создания реалистично выглядящих «аватаров», которые появлялись в выставочных залах, банках и Голливуде.

Двенадцать подвигов

Во всем мире предпринимаются усилия по расширению и интеграции диапазона виртуальных органов и систем органов, а также по развитию моделирования, от простых одномерных описаний, основанных на обыкновенных дифференциальных уравнениях (которые можно запустить на ноутбуке), до моделирующих органы в трех измерениях и во времени, зависящих от уравнений в частных производных (которые можно исследовать только с помощью суперкомпьютеров).

И здесь исследования, проведенные в Новой Зеландии, могут дать нам представление о существующих сложностях. К тому времени, когда мы встретились с Питером Хантером, его команда расширила исследования от только сердца до 12 систем органов тела, включая мозг. Он называет это стремление «двенадцатью подвигами», с намеком на покаяние, принесенное величайшим из греческих героев Гераклом (или Геркулесом) на службе у царя Эврисфея, в обмен на которое он был вознагражден бессмертием.

Одним из препятствий, с которыми сталкивается институт Хантера, является создание виртуальной инфраструктуры, координирующей жизнедеятельность во всем организме, такой как гормоны – химические курьеры, которые передают сообщения, – и в предыдущей главе это было отражено моделью Гайтона регуляции кровообращения всего тела. Команда под руководством его коллеги Винода Суреша пытается связать физиологию органов с лежащими в основе клеточными процессами, такими как поглощение и высвобождение клетками химических веществ и их транспортировку через кровь и восприятие тканями, что лежит в основе ряда регуляторных процессов – секреции инсулина в ответ на прием пищи, дыхания в ответ на физические упражнения и т. д.

Сочетая медицинскую визуализацию, математическое моделирование, лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование, они надеются понять, как движение регуляторных химических веществ и сигнальных молекул влияет на поглощение питательных веществ, секрецию слюны и баланс воды и соли в легких. Эти исследования предусматривают разработку новых тестов на деменцию, поскольку есть доказательства того, что изменения в кровотоке и транспортировке воды в мозге могут предшествовать развитию симптомов.

Еще одним примером инфраструктуры тела являются нервы, которые пронизывают каждый орган, позволяя им взаимодействовать друг с другом и «разговаривать» с головным и спинным мозгом. Человеческое тело устроено так, чтобы двигаться, реагировать, чувствовать и делать многое другое, поэтому одновременно контролируются сотни действий. Эта деятельность, которая так важна для повседневной жизни, зависит от вегетативной нервной системы, состоящей из парасимпатической части «отдыхай и переваривай» и симпатической части «бей или беги».

Рисунок 38. От моделирования клеток к виртуальному телу (Питер Хантер, Оклендский институт биоинженерии)