Медицину ожидает тектонический сдвиг – наступает эпоха биоинформации

ЗАВЕРШЕНИЕ ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ ЭПОХИ

Передовой мир, не оглядываясь на свое индустриальное прошлое, уже несколько десятилетий динамично развивается в постиндустриальном пространстве, заполненном Интернетом, мобильной телефонией, социальными сетями и цифровым облаком. Основой этих технологий является глобальная цифровая инфраструктура, благодаря которой миллиарды людей на планете ежедневно пользуются мобильной связью и широкополосным Интернетом, получая неограниченный доступ к информационным ресурсам и новым формам общения с использованием смартфонов и многочисленных бытовых гаджетов. Однако и этот этап развития человечества близится к завершению. На очереди - биоинформационная эпоха.

Мы живем в период беспрецедентного обмена информацией. За все 50 тысяч лет человеческой цивилизации был накоплен один триллион гигабайт информации. Сейчас человечество ежегодно генерирует по нескольку триллионов гигабайт. Основные информационные потоки транслируются и обмениваются с помощью Интернета, виртуальных социальных сетей и мобильной телефонии. Причем мир сегодняшний все больше характеризуется персонализацией. С помощью интернет-поисковиков мы мгновенно находим именно те новости и материалы, которые для нас актуальны. На Facebook, Instagram и в других социальных сетях мы общаемся только с теми людьми, которые представляют для нас интерес. С помощью Spotify, iTunes и Youtube мы слушаем только ту музыку и смотрим только те фильмы, которые нам нравятся. Маркетинг, как двигатель бизнеса, сегодня в большей степени полагается на социальные сети и популярных блогеров, чем на газетную рекламу и билборды. Благодаря цифровому облаку мы можем без ограничений хранить и легко обмениваться огромными базами данных.

В свое время на новые возможности успешно отреагировали технологические стартапы, за короткий срок выросшие в транснациональные корпорации с многомиллиардными доходами. В условиях жесточайшей конкуренции они продолжают совершенствовать смартфоны и прочие гаджеты. Ожидается, что к 2016 году более 15 миллиардов устройств в мире будет подключено к Интернету - это в два раза больше, чем людей на планете. Однако, несмотря на спрос, конкурентное пространство в инфокоммуникационной сфере неуклонно сужается и, похоже, возможности дальнейшего технологического совершенствования вплотную приблизились к пределу.

Принимая новые вызовы, мировые производители ведут интенсивные поиски альтернативных решений. И решение найдено в биоинформационной сфере. Глобальная цифровая инфраструктура теперь может служить здоровью и качеству жизни людей путем предупреждения и своевременного лечения болезней. Будущие перспективы технологий и развития общества определяются новыми приоритетами и ценностями.

НОВЫЕ ПРИОРИТЕТЫ – КАЧЕСТВО ЖИЗНИ, ЗДОРОВЬЕ И ДОЛГОЛЕТИЕ

Сегодня для современного продвинутого и обеспеченного человека роскошное поместье, внедорожник или дорогая мебель и одежда более не являются критериями качества жизни и высокого социального статуса. Приоритетами становятся здоровье и гармония с природой, а следовательно, предупреждение и своевременное лечение болезней и чистота окружающей среды.

Данная тенденция в последнее время получила устойчивое развитие в ряде городов США, которые называют постмодернистскими. Примерами являются Портланд, Остин и Энн-Арбор, где проживает интеллектуальная элита из числа врачей, юристов и бизнесменов, а также новой когорты успешных предпринимателей, работающих в технологической сфере. Будучи весьма состоятельными они, тем не менее, предпочитают передвигаться на велосипедах, жить в простеньких, но уютных домах, выращивать органические овощи и фрукты и “вживую” общаться с близкими и соседями. Постмодернисты хотят жить долго и качественно. Для этого они постоянно следят за своим здоровьем, занимаясь спортом, правильно питаясь и регулярно наблюдаясь у своего врача, чтобы не упустить начала серьезного заболевания. Популярностью среди них пользуются  биометрические браслеты и прочие гаджеты, позволяющие следить за энергетическими затратами и другими физиологическими параметрами организма, то есть управлять своим здоровьем.

И популяция таких людей в мире неуклонно растет. Эту тенденцию быстро "вычислили" технологические компании, которые наперегонки стали производить так называемые носимые (wearable) биометрические устройства. Пока они достаточно просты, но в недалеком будущем их снабдят чувствительными беспроводными сенсорами, позволяющими оцифровывать сложные физиологические процессы, происходящие в организме человека. Все понимают, что будущее за информацией, а самым большим носителем информации оказался наш организм. Мы имеем уникальную возможность "оцифровывать" человека. И это создает колоссальные перспективы для медицины, позволяя эффективно предупреждать болезни, быстро их выявлять и своевременно излечивать.

НА ОЧЕРЕДИ – ВОЗМОЖНОСТЬ ОЦИФРОВЫВАТЬ НАШ ОРГАНИЗМ И ЭКОСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД

Уже сегодня, пользуясь смартфоном, вы имеете возможность постоянно получать информацию о работе своего сердца, динамике артериального давления и уровня глюкозы в крови. В графическом выражении эта информация тут же направляется врачу, который способен на расстоянии следить за состоянием вашего здоровья. Но что более важно, новые технологические возможности позволяют вам самостоятельно управлять своим здоровьем. Требуются лишь определенные знания, которые доступны из Интернета.

Кстати, в Казахстане растущей популярностью пользуется интернет-сайт https://www.zdrav.kz, на котором в доступной форме публикуется информация о предупреждении, диагностике и лечении тысяч болезней. Кроме того, в стадии разработки - уникальный инструмент для мобильных платформ под названием "Симптомы online". Он представляет собой десятки диагностических алгоритмов, с помощью которых пациент может сам установить суть беспокоящего его заболевания и принять правильные решения.

Традиционно врачи являлись исключительными носителями знаний о здоровье и болезни. Сегодня происходит кардинальная трансформация здравоохранения от эгоцентристского, полагающегося лишь на знания и опыт врача, на экосистемную, при которой медицинские знания благодаря Интернету и социальным сетям становятся доступными пациентам. Именно с этим связана перспектива широкого применения современной цифровой инфраструктуры и биоинформационных технологий для предупреждения и раннего выявления болезней.

НАНОСЕНСОРЫ И ДРУГИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА СЛУЖБЕ ЗДОРОВЬЯ

Мне часто приходилось замечать, что некоторые люди гораздо больше знают о своем автомобиле, чем о собственном организме. Этому есть объяснение; ведь в автомобилях встроены многочисленные сенсоры, позволяющие следить за давлением в моторе и колесах, уровнем масла и прочих жидкостей в двигателе и многими другими параметрами.

В ближайшем будущем подобная возможность представится и для человеческого организма. Это произойдет благодаря наносенсорам. Размером с песчинку введенные в кровеносное русло наносенсоры позволят улавливать единичные раковые клетки или микроскопические, но смертельно опасные тромбы задолго до того, как их обнаружат с помощью компьютерного томографа или ангиографа. С их помощью можно будет следить за действием лекарств и на самой ранней стадии выявлять диабет, сердечно-сосудистые и многие другие болезни. Так же, как автомобильные сенсоры сигнализируют о необходимости проведения профилактического ремонта, не дожидаясь появления дыма из мотора, биологические наносенсоры позволят эффективно предупреждать и рано выявлять болезни, не доводя до инфаркта, инсульта, диабета или рака. Сенсоры уже сегодня являются важнейшими источниками информации в различных технологических отраслях. Они  ежегодно генерируют более полутора триллиона гигабайт информации, а это больше сигналов, чем звезд во Вселенной. Допустив их в наш внутренний мир, мы открываем колоссальные возможности для медицины.

Не дожидаясь создания наносенсоров, уже сегодня существует возможность использования внутреннего сенсорного аппарата, каковым является геном человека. Зная собственные генетические особенности, можно устанавливать индивидуальную предрасположенность к сотням болезней, а также чувствительность к отдельным лекарствам. Все это называется персонализированной медициной. Примером коммерческого использования данной технологии является деятельность компании 23 & Me, которую возглавляет Энн Войжицки - супруга Сергея Брина - одного из основателей Google. В отличие от нынешней медицины "одного размера для всех", персонализированная медицина рассчитана на решение проблем конкретного человека путем всестороннего анализа его генома.

Огромные перспективы также связаны с технологией трехмерной печати. Она уже сегодня позволяет из искусственных материалов послойно выращивать различные части организма, такие как трахея, коленный сустав и даже целые органы. С помощью трехмерной печати в кратчайшие сроки можно воссоздавать анатомические копии для замены частей тела, поврежденных травмой или ожогами, а также для пересадки органов и тканей. Полгода назад мир облетела уникальная история спасения шестимесячного малыша, которому врачи из Университета Мичигана имплантировали силиконовую трахею, в считанные часы выращенную с помощью технологии трехмерной печати.

Описанные выше технологии позволяют медикам выполнять свои профессиональные обязанности с большей эффективностью и в кратчайшие сроки. Вооруженные всесторонней информацией о процессах, происходящих в организме, врачи смогут больше времени уделять персонализированному общению с пациентом, что является важнейшим условием выбора правильной тактики лечения и скорейшего выздоровления.

МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО И МЕЖДИСЦИПЛИНАРНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В ИЗУЧЕНИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

Следует отметить, что в отличие от сферы инфокоммуникаций, которую продолжают сотрясать жесточайшие конкурентные войны, развитие биоинформационных технологий сопряжено с объединением усилий глобальных технологических компаний и тесной международной кооперацией. Примером является проект по созданию искусственного интеллекта с помощью технологического алгоритма "глубокого познания" (deep learning).  Его смысл заключается в использовании цифровой инфраструктуры для имитации поведения головного мозга человека. Над этим сейчас интенсивно работают Google и Microsoft совместно с китайским технологическим гигантом Baidu.

Примечательно, что в этом вопросе предпочитают не "изобретать велосипед", а пользоваться наиболее развитой инфраструктурой цифрового облака компании Amazon. Все это создает равные возможности как для глобальных технологических гигантов, так и для развивающихся стартапов. Международная кооперация в биоинформационной сфере открывает большие перспективы для стран с ограниченными технологическими и человеческими ресурсами, но заинтересованных в развитии инновационных экономик в целях улучшения качества жизни своих граждан.

Другим примером международной кооперации является инициатива по картированию головного мозга, целью которой является лучшее понимание того, каким образом взаимодействуют между собой миллиарды нейронов (клеток головного мозга), и как в результате такого взаимодействия формируется человеческая память, сознание, восприятие, познавательная функция, речь и мышление. Ожидается, что в результате международного сотрудничества и фундаментальных научных исследований будут созданы новые методы лечения болезней Паркинсона, Альцгеймера, шизофрении, аутизма и многих других заболеваний, в том числе тех, которые связаны с нарушениями психического здоровья.

Состоя из более чем 100 миллиардов нейронов, каждый из которых возбуждается в ответ на внешние стимулы, головной мозг остается самым малоизученным и загадочным органом человека. То, как эти процессы происходят в масштабах всего головного мозга, и как это приводит к мыслительной деятельности, остается загадкой.

Недавно группа ученых нанотехнологов и нейрофизиологов предложили новый подход к изучению головного мозга. Он основан на так называемом картировании с помощью молекулярных нанодатчиков, которые способны проникать в различные участки головного мозга и регистрировать их активность. При этом предлагается использовать синтетическую ДНК в качестве "резервуара" для хранения мозговой активности.

Анатомия головного мозга считается изученной даже на молекулярном уровне. Однако это можно сравнить со статической картой – наподобие карты города без автомобильного трафика. То, что пытаются сделать американские ученые – это изучить головной мозг в динамике и в трехмерном масштабе– понять, что происходит с, так сказать, «живым» головным мозгом.

Следует отметить, что попытки изучить деятельность головного мозга имеют почти 150-летнюю историю. Еще в 19-м веке британский нейрофизиолог Лорд Шеррингтон указывал на существование так называемых «энграмов» памяти – то есть материальных частиц, отвечающих за нашу способность мыслить и запоминать. Современные технологии, основанные на использовании нано-частиц и манипуляций с ДНК, позволяют по-новому взглянуть на эту фундаментальную гипотезу. Интересно, что недавно молекулярные генетики установили, что более 80 процентов генов в организме человека активируются в клетках головного мозга.

Данный проект в основном финансируется Национальными институтами здоровья США. Он принципиально отличается от инициативы европейских ученых, на которых планируется затратить около 1 миллиарда евро. Смысл ее заключается в построении «силиконового мозга», под которым подразумевается модель, построенную с помощью суперкомпьютера, которая будет имитировать отдельные виды деятельности головного мозга.  Однако оба направлению синергичны, а интеграция международных усилий позволит лучше понять то, как мы мыслим и что происходит когда нарушается функция головного мозга.

Интересно, что одним из практических результатов картирования активности мозга станет построение так называемых «мозговых обсерваторий» наподобие тех, который существуют в астрономии. Подобно тому, как можно наблюдать созвездия и планеты на небе, в данном случае любой сможет рассматривать детали активности отдельных нейронов и их «созвездий» с тем, чтобы догадываться о чем «думает» или «мечтает» мозг.

Не будет преувеличением считать, что результатом интеграции возможностей геномики, наносенсоров, трехмерной печати, нейрофизиологии и других перспективных технологий станет тектонический сдвиг в здравоохранении. Многосторонняя интеграция позволит уверенно отказаться от существующей парадигмы здравоохранения, фокусирующейся на дорогостоящем лечении болезней. Разумная альтернатива - это широкое использование цифровой инфраструктуры и биоинформационных технологий для профилактики и раннего выявления болезней, их своевременного излечения.

И это только начало многообещающего пути с фантастическими возможностями и практически неограниченным спросом, который определяется новыми человеческими приоритетами и ценностями. Добро пожаловать в биоинформационную эпоху.

Источник:

Материал подготовлен профессором медицины Алмазом Шарманом.

ПРОГРАММА ПОЛНОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ «DIAGNOSTIC CHECKUP» ТЕПЕРЬ В АЛМАТЫ