Цифровой двойник человека: совсем скоро в России

СПРАВКА MASHNEWS

Сергей Косогор входит в рабочую группу Национальной технологической инициативы (НТИ), созданной для формирования прогноза развития перспективных рынков в горизонте до 2035 года и плана мероприятий, направленных на достижение глобального лидерства российских компаний, продуктов и технологий. Фонд НТИ оказывает финансовую и экспертную поддержку компаниям для реализации проектов НТИ из средств федерального бюджета. FoodNet - один из 9 ключевых рынков, с которыми работает Национальная технологическая инициатива.

Из промышленности в медицину

- Цифровой двойник человека – это примерно то же самое, что цифровой двойник завода?

- Цифровые двойники пришли в медицину из промышленности. Там технология позволяет создать виртуальный клон сложного технического объекта или системы, а потом - при изменении каких-либо свойств - отслеживать последствия.

Цифровой двойник пациента в перспективе будет представлять из себя виртуальную копию если не всего человека, то какого-либо его состояния или группы состояний.

Цифровые двойники могут применяться во многих разделах медицины: хирургии, кардиологии, эндокринологии, фармацевтике, генетике. Получение данных о строении, биохимическом составе, генной структуре позволит воссоздать цифровую копию человека, на основе которой можно сделать компьютерную модель оперативного или консервативного лечения.

Моделирование работы организма человека и его жизненного цикла позволит анализировать состояние здоровья человека с учетом факторов внешней и внутренней среды, а также сможет спрогнозировать, как организм будет стареть или реагировать на определенные факторы.

- Как физически происходит создание цифровой модели – человека обвешивают датчиками?

- Модель формируется в результате сбора данных о физическом объекте на основе подключения непрерывно передающих информацию датчиков (или оцифровки накопленных о человеке параметров) и изучения генома человека.

В настоящее время идет разработка цифровых моделей различных органов человека, создаются цифровые двойники сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем. На основе персонализированных данных можно будет прогнозировать, нужна ли человеку, к примеру, операция. Смоделировать, как организм отреагирует на то или иное действие хирурга или лекарство. С помощью платформ можно будет с помощью математического моделирования процессов сформировать индивидуальное лечение организма или алгоритм восстановления после травмы.

К примеру, разрабатывается «золотой стандарт движения», который на 30% сократит процесс восстановления после травм и заболеваний. Создается «цифровой паспорт двигательного стереотипа спортсмена».

- Как это делается?

- Разработка включает в себя стельку, датчик и программно-аппаратный комплекс для обработки данных с помощью искусственного интеллекта.

Для каждого спортсмена формируется цифровой профиль на основе данных, поступающих с инерциального датчика на стопе, это позволяет оценить уровень подготовки человека, основываясь на скоростных и силовых характеристиках, а также выносливости. Система может выявить его сильные или слабые стороны, отслеживать прогресс или регресс, контролировать процесс лечения, прогнозировать риск травм.

Нужны вычислительные мощности

- То есть тут без нейросетей, искусственного интеллекта не обойтись.

- Да. Заложенные алгоритмы и современные технологии ИИ позволяют автоматизировать сбор и обработку информации, помогая экономить до 80% рабочего времени на формирование персонализированных рекомендаций для профилактики заболеваний и лечения пациентов. В частности, проводить тщательный анализ фактического питания, разрабатывать рационы с учетом множества факторов и конвертировать их в итоговые отчеты, создавать технологические карты рецептов блюд с расчетом их пищевой ценности с учетом различных видов термообработки продуктов, и т.д.

- Что сегодня технически необходимо для создания работающего цифрового двойника человека?

- Необходимо развитие вычислительных технологий и разработка программного обеспечения.

- В России вычислительных мощностей хватит?

- По рейтингу Тор 500 суперкомпьютеров 2023 года Россия находится на 63 месте с суперкомпьютером «Ляпунов» от «Яндекса» и на 66 месте с суперкомпьютером «Christofari Neo» и «Christofari» на 118 месте, от Сбербанк. Суперкомпьютер отделившегося от «Яндекса» проекта «Nebius» занял 16 место, больше Россия в рейтинге не представлена.

- Значит все у нас хорошо?

- В рейтинге 2021 года «Тор 500 суперкомпьютеров» наш суперкомпьютер «Червоненкис» от «Яндекса» занимал 19-е место, «Галушкин» 36-е и «Ляпунов» 40-е, два суперкомпьютера от Сбербанка - «Christofari Neo» 43-е и «Christofari» 72-е, «Lomonosov-2» от Московского государственного университета им 241-е, а также «Grom» от компании МТС - 294-е.

- Так справимся мы с созданием цифровой модели?

- Разработки идут, и, скорее всего, первые цифровые двойники будут созданы для имитации отдельных органов человека. Российские разработчики уже представили устройство, предназначенное стать альтернативой зрению, благодаря разработке человек чувствует образы через язык, прибор внешне похож на медицинскую маску, которая работает на принципах нейропластичности, перераспределяя функции между разными зонами коры и замещая одно чувство другим. Также разрабатываются цифровые двойники сердца и легких.

- Когда в России все же может появиться первый работающий цифровой двойник человека?

- Российские ученые считают, что цифровой двойник человека может появиться в России к 2035 году. Сейчас ведутся работы по созданию сопроцессора, который будет работать вместе с электронной вычислительной машиной, чтобы обеспечить высочайшую производительность, идет разработка софта для экзофлопсных и зеттафлопсных вычислительных систем.

И если мировой рынок цифровых двойников в 2023 году оценивался в 10,1 млрд долларов, то к 2028 году он, по прогнозам, вырастет до 110,1 млрд долларов.

А это означает, что будущее медицинских приложений кардинально меняет ландшафт здравоохранения, а искусственный интеллект играет в этом ключевую роль. Возможности, которые открываются на стыке медицины и технологий, не просто расширяют границы традиционного лечения, но и создают новые подходы к профилактике здоровья.

Пища нового поколения

- Какие еще тренды в области сбережения здоровье диктует цифровая среда?

- Это разработка программ и моделей прогнозирования персонификации питания, учитывающих индивидуальные особенности здоровья и риски развития заболеваний, которые синхронизируются с мобильными приложениями.

Важно применение технологий ИИ в программном обеспечении для врачей, в управлении здравоохранением. И в приложениях для пациентов, позволяющих создавать программные продукты для самостоятельного управления собственным здоровьем.

- Такие онлайн-платформы уже действуют в России?

- В данный момент существуют профессиональные онлайн-сервисы – НИАП (Научный инструмент анализа питания), «Nutrilogic», «Нутритест-ИП», «Оптимальная диета 5.0«/»Индивидуальная диета 5.0», «Лечебное питание 2.0», «Онлайн-диетолог», «BionMax», «Fatsecret», «Мой здоровый рацион», программа «Рацион», калькулятор калорий «ХиКи».

- Это государственные разработки или частные компании тоже этим занимаются?

- Российский бизнес активно участвует в работе по изучению влияния питания на здоровье человека, созданию инструментов для эффективной работы нутрициологов и производства правильной, здоровой еды, доступной каждому. Так, компания «ЭФКО» разрабатывает пищевые ингредиенты, «продукцию нового поколения», примером, последнего времени стал браззеин – сладкий растительный белок, это новый продукт с потенциалом решить проблему сахарного диабета.

А с 2017 года в России Институт развития интернета работает над созданием российского ИИ, который сможет ставить диагнозы по медицинским снимкам, включая рентген, УЗИ и МРТ, запущен проект TeleMD для помощи онкологам в выявлении рака на ранней стадии.

Работа идет во многих направлениях, отечественные разработки на основе ИИ помогут медицинским специалистам предсказывать развитие заболеваний, оптимизировать хирургические процедуры и улучшать качество жизни пациентов.

СПРАВКА MASHNEWS

На здоровье человека больше всего сказывается образ жизни (50% от общего влияния), 20% зависит от наследственности, еще 20% - от качества окружающей среды. Лишь 10% отдано медицинскому обеспечению.
Состав тела человека тесно связан с показателями физической работоспособности, обменными процессами и возможностями организма адаптироваться к изменениям условий жизни. При заболеваниях состав тела изменяется. Анализ состава тела позволяет определить резерв здоровья и необходимость проведения оздоровительных мероприятий. В частности, такой анализ необходим при программах снижения веса, чтобы контролировать, за счет каких компонентов идет потеря массы.

Маргарита Моржакова для Mashnews