Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Несмотря на это, уже достигнут значительный прогресс. Ученые всего мира создали карты, которые каталогизируют и отображают разнообразные клетки мозга и их свойства[497]. Опираясь на эти и другие данные, виртуальный мозг и его моделирование входят в число целей проекта «Человеческий мозг», который опирается на усилия более 700 ученых из более чем 140 университетов, больниц и исследовательских центров по всей Европе, а также пяти суперкомпьютерных центров, включая Суперкомпьютерный центр Барселоны.

Некоторые аспекты этого набора исследовательских программ направлены на получение базовых знаний: открытие того, что высокочастотные колебания передают «пакеты информации» от одной небольшой группы нейронов к другой, находящейся далеко (с клеточной точки зрения) в мозге[498], рисование всей карты связей коры головного мозга человека[499] или разработка математической основы для количественного воспроизведения всего диапазона связей мозговой сети[500]. Другие решают более практические проблемы, такие как способы обмена соответствующими медицинскими данными о мозге, хранящимися в тысячах больниц.

Моделирование – ключевой ингредиент. Некоторые команды разрабатывают упрощенные, но точные модели дендритов – сложных древовидных структур, простирающихся между нейронами, которые делают гораздо больше, чем просто собирают сигналы: дендриты интегрируют и сравнивают входные сигналы, чтобы найти специальные комбинации, важные для роли нейронов[501]. Другие использовали компьютерное моделирование нейронных цепей спинного мозга, опираясь на исследования, которые позволили людям с параличом нижних конечностей снова начать ходить с помощью эпидуральной электрической стимуляции (целенаправленная стимуляция спинного мозга), чтобы позволить пациентам с травмами спинного мозга восстановить контроль над своим кровяным давлением[502]. Другая инициатива ЕС, Neurotwin, направлена на разработку близнецов мозга, способных предсказать эффект транскраниальной электромагнитной стимуляции, или ТМС[503], когда магнитные поля используются для того, чтобы вызвать протекание токов в определенных областях мозга, например, для лечения депрессии и для базовых исследований. Чтобы подтвердить эффективность этого подхода, Роджер принял участие в эксперименте по использованию ТМС для временного отключения его способности говорить[504].

Еще одним ключевым компонентом проекта «Человеческий мозг» является The Virtual Brain, TVB, платформа моделирования с открытым исходным кодом, которая объединяет экспериментальные данные о мозге из различных источников для улучшения понимания основных механизмов работы мозга. Механизм моделирования мозговой сети, основанный на моделях популяции нейронов и структурной информации, полученной при нейровизуализации, с 2010 г. находится в стадии разработки под руководством Виктора Йирсы, директора Института нейробиологии Inserm в Университете Экс-Марсель, и его коллег Рэнди Макинтоша из Бэйкрест-центра Торонто и Петры Риттер из клиники Шарите в Берлине.

Эти виртуальные модели мозга способны имитировать визуализацию мозга, которая часто проводится в больницах. Одним из примеров использования виртуального мозга является лечение эпилепсии, от которой страдают около 50 миллионов человек во всем мире. Во многих случаях судороги, свойственные заболеванию, можно контролировать с помощью лекарств. Однако около трети пациентов устойчивы к лекарствам, и единственным выходом для хирургов является удаление эпилептогенной зоны – эпицентра в мозгу, где приступ возникает, а затем распространяется. Эту область необходимо определить как можно точнее, что очень сложно, и в результате уровень успеха операции составляет всего около 60 %. Чтобы помочь врачам спланировать эту сложную операцию, команда виртуального мозга создает персонализированные модели мозга пациентов и имитирует распространение аномальной активности во время судорог[505]. На момент написания «виртуальный пациент с эпилепсией» (ВЭП) тестировался на более чем 350 пациентах в 13 французских больницах, что представляет собой первый пример персонализированного подхода к моделированию мозга[506].