Российские ученые впервые создадут "цифровой двойник" человеческого мозга

Ученые из Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) в сотрудничестве с Федеральным центром нейрохирургии начали уникальный проект по созданию первой в России комплексной компьютерной модели головного мозга, известной как «цифровой двойник». Эта инновационная разработка позволит значительно повысить точность и безопасность медицинских вмешательств.

Проект, который был представлен на престижной IEEE Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП-2025), нацелен на запуск пилотной версии уже в 2026 году. Создание такой виртуальной платформы открывает новые возможности для врачей: они смогут моделировать и тестировать различные сценарии хирургических операций в безопасной цифровой среде, что снизит риски для пациентов и повысит эффективность лечения.

Кроме того, «цифровой двойник» головного мозга станет мощным инструментом для научных исследований, позволяя изучать сложные процессы функционирования мозга и разрабатывать новые методы терапии неврологических заболеваний. В перспективе эта технология может стать основой для персонализированной медицины, где лечение будет максимально адаптировано к индивидуальным особенностям каждого пациента. Таким образом, проект НГТУ и Федерального центра нейрохирургии открывает новую эру в медицине, объединяя передовые технологии и клиническую практику для улучшения качества жизни людей.

Современные технологии стремительно меняют подходы к лечению заболеваний мозга, открывая новые горизонты в нейрохирургии и неврологии. Одним из наиболее перспективных достижений в этой области стал «цифровой двойник» мозга — инновационная модель, которая позволяет значительно снизить риски при проведении операций и разработать максимально щадящие методы терапии. В долгосрочной перспективе такие технологии могут вовсе заменить необходимость хирургического вмешательства, обеспечивая более безопасное и эффективное лечение.

Основой создания цифрового двойника является концепция персонализированной медицины, которая учитывает уникальные особенности каждого пациента. Для формирования этой модели используются индивидуальные данные, полученные с помощью современных методов нейровизуализации, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), электроэнцефалография (ЭЭГ) и другие диагностические процедуры. Благодаря этому удается создать точную и уникальную цифровую копию мозга конкретного человека, отражающую его анатомические и функциональные особенности.

Особое значение в процессе моделирования имеет магнитно-резонансная трактография — метод, позволяющий визуализировать и реконструировать сложную сеть проводящих путей мозга. Эта технология отображает все соединения между различными областями головного мозга, что помогает врачам лучше понять индивидуальную структуру нейронных связей и прогнозировать последствия тех или иных вмешательств. Таким образом, цифровой двойник становится мощным инструментом для планирования операций и разработки новых, менее инвазивных методов лечения.

В будущем развитие цифровых моделей мозга может привести к революционным изменениям в медицине, позволяя не только повысить безопасность хирургических процедур, но и открыть новые возможности для диагностики и терапии нейродегенеративных заболеваний, эпилепсии и других сложных патологий. Интеграция таких технологий в клиническую практику обещает сделать лечение более точным, индивидуализированным и эффективным, что значительно улучшит качество жизни пациентов.

Современные технологии стремительно меняют подходы к планированию хирургических вмешательств, предоставляя врачам новые инструменты для повышения точности и безопасности операций. В этом контексте виртуальные модели мозга становятся незаменимым помощником, позволяя врачам заранее оценить различные варианты хирургического вмешательства и выбрать оптимальный путь. Разработчик проекта Антон Пашков сравнил такую виртуальную модель с испытательным полигоном, где можно безопасно протестировать несколько сценариев операции и проанализировать их возможные последствия.

По словам Пашкова, ключевым аспектом является то, что окончательное решение всегда остается за хирургом. «Программа выступает в роли высокоточного советника, а не диктатора», – отмечает он, подчеркивая, что технология лишь дополняет профессиональное мнение врача, не заменяя его. Это особенно важно, учитывая сложность и индивидуальность каждого клинического случая.

В настоящее время команда проекта сосредоточена на создании математической архитектуры модели на платформе The Virtual Brain. Одной из главных задач является трансформация статичной структуры в динамическую систему, способную отражать изменения активности мозга в реальном времени. На текущем этапе исследователи проводят тестирование моделей нейронных масс, которые позволяют значительно сократить размерность многомерных данных, полученных от реального мозга, при этом сохраняя биологическую достоверность и функциональную точность.

Дальнейшее развитие этой технологии обещает открыть новые горизонты в нейрохирургии, улучшая качество подготовки к операциям и снижая риски для пациентов. В перспективе виртуальные модели смогут интегрироваться с другими медицинскими системами, обеспечивая комплексный подход к диагностике и лечению заболеваний мозга. Таким образом, проект Антона Пашкова представляет собой значительный шаг вперед в применении искусственного интеллекта и математического моделирования в медицине.

Разработка сложных систем моделирования мозговой активности представляет собой многогранный и трудоемкий процесс, включающий ряд важных этапов и задач. В первую очередь, специалисты сталкиваются с необходимостью сбора и обработки огромного массива данных, что требует не только технических навыков, но и глубокого понимания нейрофизиологии. Одним из ключевых моментов в работе станет выбор математической модели, способной точно воспроизводить активность мозга конкретного пациента посредством компьютерного моделирования.

«Мы изучаем широкий спектр теоретических подходов и не исключаем ни одной перспективной гипотезы», — отмечает ведущий ученый проекта, подчеркивая комплексность и открытость исследовательского процесса. В середине разработки особое внимание уделяется обеспечению необходимой вычислительной мощности, поскольку моделирование мозговой активности связано с обработкой огромных объемов информации. Для этого планируется использовать передовые суперкомпьютерные технологии, способные справиться с высокими нагрузками и обеспечить точность расчетов.

В настоящее время команда разработчиков намерена задействовать вычислительные ресурсы Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), что позволит значительно ускорить процесс и повысить качество моделирования. Таким образом, сочетание продвинутых математических методов и мощных вычислительных платформ открывает новые горизонты в изучении работы человеческого мозга и создании персонализированных моделей, способных помочь в диагностике и лечении неврологических заболеваний.

Хирургические вмешательства при подобных заболеваниях всегда связаны с серьезными рисками и требуют предельной точности и аккуратности. В таких условиях крайне важно иметь инструменты, которые позволят заранее прогнозировать последствия тех или иных действий. «Наша инновационная разработка предоставляет возможность виртуально моделировать различные воздействия на мозг, такие как удаление нервной ткани или ее стимуляция, и наблюдать реакцию мозга на эти вмешательства», – объясняет Пашков. Это открывает новые горизонты в нейрохирургии, позволяя врачам проводить «репетиции» операций в виртуальной среде, минимизируя риски для пациента. Он особо отметил, что такой подход помогает добиться оптимального баланса: максимально удалить опухоль, при этом сохранить жизненно важные функциональные участки мозга. Главная цель этой технологии – обеспечить пациентам не только успешное лечение, но и возможность вернуться к полноценной и активной жизни после операции. В перспективе подобные симуляции могут стать стандартом подготовки к сложным нейрохирургическим вмешательствам, значительно повышая безопасность и эффективность лечения.

В настоящее время первичные этапы тестирования и отладки новой технологии запланированы на базе Федерального центра нейрохирургии в Новосибирске, который обладает необходимой инфраструктурой и опытом для проведения подобных исследований. Этот этап является критически важным для оценки эффективности и безопасности системы в реальных клинических условиях. Только после успешного завершения этой апробации планируется масштабировать использование технологии и внедрить её в других медицинских учреждениях по всей стране, что позволит значительно расширить доступ пациентов к инновационным методам лечения.

Ранее в научном сообществе вызвала большой интерес новость о том, что китайские исследователи якобы разработали уникальную таблетку для продления жизни, способную теоретически увеличить её продолжительность до 150 лет. Этот препарат, получивший название "Святой Грааль", направлен на борьбу с так называемыми "зомби-клетками" — клетками, которые накапливаются в организме с возрастом и способствуют развитию различных возрастных заболеваний и ухудшению общего состояния здоровья. Устранение этих клеток может замедлить процессы старения и улучшить качество жизни пожилых людей.

Стоит отметить, что подобные разработки открывают новые перспективы в области геронтологии и медицины в целом, однако требуют тщательного клинического подтверждения и долгосрочных исследований. Внедрение инновационных технологий и препаратов должно сопровождаться строгим контролем и оценкой рисков, чтобы обеспечить безопасность пациентов и эффективность лечения. Таким образом, интеграция новых методов в практику здравоохранения — это сложный и многоэтапный процесс, направленный на улучшение здоровья и продление активной жизни населения.