Виртуальный человек

Он дышит, как мы, кровь бежит по его жилам, он пробует двигать ногами и руками, разница лишь в том, что его можно «выключить» вместе с питанием компьютера, а потом опять включить — он виртуальный человек.

Руководит его созданием и существованием компьютерный инженер Глен Олгуд из лаборатории Окридж в Теннесси, и дело это совсем нелегкое: что ни говори, а модель человека — это самая сложная из всех компьютерных моделей. Правда, надо признать, что создание этой модели только началось, а завершение может потребовать десятки лет и миллиарды долларов, однако первый шаг сделан.

Виртуальный человек качественно отличается от мультипликационных фигур, читающих новости (как широко известная Ananova в Интернете), или от медицинского представления человеческого организма во всех подробностях (как это сделано в архиве американской Национальной медицинской библиотеки) — он будет действительно жить, насколько это возможно внутри компьютера. Клетки его крови будут делиться и умирать, а если Глен Олгуд решит порезать ему руку, то из нее потечет кровь. У него можно будет вызвать стресс и головную боль, а также все те малые и большие удовольствия и печали, которым подвержен каждый из нас. Все биохимические процессы в его «цифровых» жилах будут точно повторять человеческие, поэтому с его помощью можно будет испытывать новые лекарства. Как это ни печально сознавать, но большую заинтересованность в проекте проявляют военные: они хотели бы максимально точно знать результаты воздействия военных новинок на человеческий организм. В общем, Виртуальному человеку предуготована крайне неблагодарная роль — стать подопытным кроликом для всего самого плохого и хорошего, чему не всегда можно подвергать человека живого.

Модель будет не только реагировать максимально адекватно, но и действовать так же: можно проникнуть внутрь любого органа и посмотреть, как меняется ток крови в почках или печени после приема лекарства. Создаются специальные компьютерные программы, при помощи которых врачи (а позднее скорее всего и все желающие) смогут пройти любой путь внутри человеческого тела — с молекулой воздуха, например — и наблюдать все процессы, происходящие там, воочию. Переоценить значимость такой наглядности хотя бы для медицинского обучения просто невозможно.

Идея создать Виртуального человека возникла у экспертов американской морской пехоты, когда они искали возможности исследовать воздействия новых видов вооружения на людей, не подвергая живых людей опасности. Попытка исследовать эти воздействия при помощи компьютерного моделирования привела к неудаче, поскольку смоделированы были лишь отдельные органы, но не весь человеческий организм в целом. Ради объективности стоит отметить, что моделирование органов велось давно и очень успешно.

Виртуальное сердце, созданное Денисом Ноблом в Оксфордском университете, уже наглядно продемонстрировало перспективность такого моделирования. Оно было сделано (в виртуальном смысле этого слова) из соответствующего числа клеток, каждая из которых старательно перерабатывает сахар и кислород, ну в точности, как настоящая. С 1999 года лекарственные компании успешно используют это сердце для проверки воздействия своих лекарств.

Вдохновленный первым успехом, Денис Нобл с коллегами основал компанию «Physiome Sciences», которая специализируется в моделировании человеческих органов или участков клеток для фармацевтической индустрии. На сегодня ими создано уже несколько десятков таких грубых, но работающих моделей, причем моделируются не только крупные части тела, но и отдельные рецепторы и комплексы органов. Возникла целая отрасль индустрии, работающая на тестирование лекарств. Например, компания «Entelos» моделирует состояние болезни. Для того чтобы создать модель астмы, пришлось включать информацию о самых разных структурах и процессах — от самолетного трафика до реакции иммунных клеток. Самые первые подступы к Виртуальному человеку показывают, что для его создания необходимо самое тесное сотрудничество академических исследователей с компьютерщиками, причем на самой мощной вычислительной технике.

Мало того, что это сложнейшая научная и техническая задача, она связана с большими организационными проблемами. Прежде всего, надо стандартизовать способы сбора и представления биологической информации, поскольку до сих пор все, что существует, представлено в абсолютно произвольных форматах. Никто не задумывался о том, как наладить потоки информации от сердца к легким или к почкам. На сегодня задача, стоящая перед создателям Виртуального человека, не уступает по сложности той, что встала перед создателями Вавилонской башни.

Но ситуация быстро меняется к лучшему: представители Physiome Sciences объявили в марте 2001 года, что будут бесплатно предоставлять все свои разработки некоммерческим и научным организациям. Таким образом, идея биологического моделирования будет, с одной стороны, широко распространяться, а с другой — подпитываться научным сообществом. Уже сейчас с компанией охотно сотрудничают и биотехнологические компании, и американский раковый центр, и министерство сельского хозяйства. При этом не надо забывать, что все чаще приходится задумываться о вопросах безопасности и о том, чтобы самые современные разработки не попали бы в руки недостойных людей.

Руководители Physiome Sciences надеются, что правительство примет участие в работах, хотя бы в вопросах стандартизации данных. Во всяком случае, даже первые оценки объемов работ и их стоимости говорят о том, что без государственной поддержки будет трудно обойтись: они в десятки раз превышают масштабы проекта по расшифровыванию генома человека. При этом расшифровка генома еще продолжается, и правительственных чиновников надо будет серьезно убеждать приступить к чему-то гораздо более серьезному. Но, как верно отмечают лидеры проекта «Виртуальный человек», время не ждет!

В Интернете уже создан портал «Виртуальный человек» — своеобразное «окно» для общения со всем миром. Окончательная цель проекта заключается в том, что исследователи смогут сидеть за своими терминалами и следить за поведением интересующих их частей Виртуального человека. Хирурги будут оптимизировать с его помощью свои операции, а аптекари впервые в жизни увидят, что происходит с их таблетками после того, как они отправляются в желудки пациентов. У компании есть и более глобальные, хоть и менее научные планы: с развитием 3D-технологий сделать возможным путешествие внутри человека из любой точки земного шара через Интернет. А может, даже и не внутри человека, а внутри клетки, причем внутри разных клеток. Можно будет почувствовать себя вирусом, бактерией или же молекулой яда.

Но, как ожидают «родители» Виртуального человека, самым важным и значительным результатом их работы будет первая возможность наблюдать за реакцией всего организма как целого на любое внешнее воздействие. Впервые появится возможность наблюдать, как действуют на сердце и почки лекарства от воспаления легких и т.п. В то же время создатели честно признаются, что в их планы входит моделирование работы нейрона мозга, даже большой группы нейронов, но как работает мозг, не знает никто, поэтому и моделировать его пока невозможно. Есть лишь надежда в процессе работы подступать к решению проблемы последовательными приближениями.

Вот один из первых примеров успешной работы Виртуального человека. В 1997 году американский фармацевтический гигант Hoffman-LaRoche проводил клинические испытания сердечного лекарства мибефрадил. Все выглядело хорошо, но на электрокардиограммах некоторых больных после его применения появлялся небольшой «зубец», который выглядел, как нарушение сердечной деятельности. Судьба лекарства стала совершенно неясной. Чтобы разобраться в ситуации, представители компании обратились к виртуальному сердцу Physiome Sciences. Оно было создано благодаря сотрудничеству нескольких исследовательских лабораторий в результате многолетних усилий и успешно «работало» уже несколько лет. Виртуальное испытание мибефрадила показало, что «зубец» никак не связан с его воздействием, и американское министерство здравоохранения посчитало виртуальные аргументы достаточными для того, чтобы одобрить лекарство.

Но это был не конец истории. Через год более масштабных испытаний оказалось, что, вылечивая сердце, мибефрадил иногда взаимодействует с определенными веществами в легких и создает угрозу для здоровья человека в другом месте. Несмотря на сложность решения, компания Hoffman-LaRoche самостоятельно отозвала свое лекарство и прекратила его выпуск. При этом все сожалели, что год назад у Physiome Sciences виртуальное сердце не было соединено с виртуальными легкими…

Проект «Виртуальный человек», по замыслу создателей, должен стать революцией в медицине и биологии, врачи и ученые должны привыкнуть работать не в реальном, а в виртуальном пространстве. Через 10-15 лет они будут считать наши дни «каменным веком» медицины.

Александр Семенов