Мы можем смоделировать чрезвычайно сложную область, лежащую между атомами и галактиками, – мезомасштаб, в котором обитают люди. Благодаря новым технологиям мы даже можем обитать в этих виртуальных мирах и совершать фантастические путешествия в наши собственные органы, ткани и клетки. Наступает эра Виртуального Человека, и очень важно, чтобы мы начали учитывать моральные и этические последствия этого быстро приближающегося будущего.
Расцвет цифровых двойников
Технология цифровых двойников сейчас внедряется в медицину, и, как мы показали в предыдущих главах, уже есть проблески ее потенциала: от испытаний лекарств с виртуальными клетками сердца до замены животных в исследованиях, планирования деликатных операций на головном мозге, оттачивания конструкции и ускорения испытаний имплантов и медицинских устройств, обеспечение того, чтобы частицы вдыхаемого лекарства достигали нужного места в организме[581].
Мы уже можем использовать суперкомпьютер для изучения ферментов и других молекулярных механизмов в ваших клетках, чтобы настроить лекарство так, чтобы оно лучше всего подходило именно вам. Ваш виртуальный аватар сможет не только реагировать на лекарства так же, как вы, но и двигаться, как вы. Мы сможем использовать его для расчета сил, действующих на ваши кости, и прогнозировать риск перелома, если у вас есть метастазы или остеопороз. Когда виртуальные органы будут связаны между собой виртуальными нервными системами, гормонами и системами кровообращения, мы станем лучше понимать реальные.
В краткосрочной перспективе виртуальный человек станет цифровым, и по причинам, объясненным в предыдущей главе, не будет полностью имитировать все, что можете делать вы. Цифровые двойники не будут виртуальными людьми, но смогут представлять множество подсистем пациента: от фермента до клетки, органа и конечности. Во многих случаях мы остаемся в основном в эпохе низкоразмерных моделей, построенных на простых теоретических основах, то есть на обыкновенных дифференциальных уравнениях. Другими словами, наши виртуальные творения часто обитают на равнине математических возможностей, хотя это по-прежнему чрезвычайно ценно, поскольку поможет поставить медицину на более прочную научную основу.
Мы вступаем в эпоху колоссальных данных благодаря новым методам медицинской визуализации, не говоря уже о геномике. При разумном использовании машинного обучения, руководствуясь теорией, мы сможем лучше понять эти данные. Сочетая это с пониманием, основанным на физике, и выражая его с помощью уравнений в частных производных, которые способны улавливать детали формы и функции, мы можем создавать высокоточные модели самих себя. С наступлением эры экзафлопсных машин и появлением новых видов вычислений, особенно квантовых и аналоговых, мы сможем моделировать больше процессов внутри тела с большей детализацией, чем когда-либо прежде.
Путь к виртуальному человеку будет долгим, тернистым и постепенным. Из-за ограничений цифровых двойников, описанных во второй главе, появлением разумного существа в киберпространстве он не завершится. Тем не менее по мере того, как будут успешно моделироваться все больше особенностей, а также ключевых элементов окружения, медицина вступит в четырехмерную, высокоточную, полноцветную эпоху Виртуального Человека и будет оказывать все большее влияние на реальную жизнь. Когда все пять шагов, описанных в этой книге, будут сделаны, медицина изменится.
Современная медицина подобна справочнику, где вам ставят диагноз и назначают лечение в зависимости от прошлого опыта врачей, лечивших поколения подобных пациентов. В будущем медицина будет все больше руководствоваться научными взглядами на здоровье и методы лечения, которые, как и инженерия, основаны на теории, данных, моделировании и понимании того, как работает ваше собственное тело. Вместо того чтобы всегда оглядываться назад на результаты предыдущих клинических испытаний, медицина станет по-настоящему прогностической.
Медицина XXI в.
Сегодня много говорят о персонализированной медицине. Однако, сколько бы врачи ни твердили, что хотят относиться ко всем нам как к личностям, нынешнее поколение медицинских методов лечения продолжает, грубо говоря, грести всех под одну гребенку. Как мы уже подчеркивали, современная медицина равносильна взгляду в зеркало заднего вида, а не вперед через лобовое стекло. Искусственному интеллекту и методам больших данных доверяют, но, хотя они и ценны, часто их полезность зависит от данных, на которых они обучаются, а данные часто полностью основаны на том, что произошло с другими людьми в прошлом.
В важных отношениях медицина потеряла темпы. В среднем разработка каждого нового универсального препарата обходится примерно в миллиард долларов[582], вывод на рынок занимает более 10 лет, и в лучшем случае лекарство работает, грубо говоря, для половины населения (см., например, исследования антидепрессантов[583], ингибиторов нейраминидазы[584] и мигрени[585]). В следующий раз, когда вы получите рецепт от врача, помните, что большинство распространенных лекарств имеют слабый или средний эффект[586]. Может, вас успешно вылечат данным препаратом, но часто ничего не случается. А иногда возникают вредные побочные эффекты.
То же самое касается многих других методов лечения, вакцин и т. д. Для некоторых арахис является частью сбалансированной диеты, но для других он смертельно опасен, так как вызывает аллергическую реакцию. Операция, протекающая гладко для одного человека, заканчивается катастрофой и даже смертью для другого. Поскольку мы все такие разные, нынешнее поколение методов лечения обречено на провал. В ближайшие десятилетия этот общий подход станет считаться примитивным.
Способы диагностики заболеваний в большинстве случаев являются спорадическими и зачастую слишком запоздалыми, поскольку во многом зависят от выявления симптомов. Худ и Вентер указали нам путь вперед, подвергая людей серии тестов. Мы можем ускорить диагностику, регулярно предоставляя обновленную информацию о физиологическом состоянии человека, что теперь становится возможным благодаря носимым устройствам и смартфонам. Искусственный интеллект также можно научить искать предупреждающие признаки проблем со здоровьем. Что нам действительно нужно, так это заблаговременное предупреждение о возможных проблемах. Нам необходимо взять все эти данные и, используя прогностическую модель, предложить действия, которые помогут предотвратить развитие симптомов.
В этом смысле современная медицинская практика удивительно ненаучна. Теории не хватает. Питер Хантер, десятилетиями работавший над виртуальными органами, был вынужден заметить: «Отрезвляет тот факт, что анатомия, физиология и биомедицина, лежащие в основе медицинской практики, являются единственными научными дисциплинами, не имеющими теоретической основы, в которой можно было бы собрать обширные знания биологии человека, накопленные за сотни лет. Следовательно, этим дисциплинам не хватает средств для рационального и систематического планирования экспериментов, чтобы заполнить пробелы в наших знаниях». Как мы и многие другие утверждаем, настало время для систематических и междисциплинарных усилий по развитию биологической теории.
Несмотря на эти ограничения, был достигнут прогресс в прогнозировании будущего здоровья с использованием различных видов – омик, в частности программы генома человека. Десятилетия назад предполагалось, что один ген выполняет одну физиологическую функцию. Реальность, конечно, такова, что физиологическое целое намного больше, чем его генетические части[587]. Ближе к истине будет сказать, что любая функция организма так или иначе зависит от всех 20 000 генов в результате перекрестного взаимодействия множества химических путей, каждый из которых включает в себя множество генов. Некоторые даже говорят об «омнигенном» заболевании, при котором «сети регуляции генов взаимосвязаны, так что все гены, экспрессируемые в клетках, связанных с заболеванием, могут влиять на функции основных генов, связанных с заболеванием»[588]. Как мы видели в первой главе, мы лишь затронули понимание ДНК в научных терминах[589]. Да, геном важен, но в результате дополнительных уровней биологической сложности, от некодирующих областей ДНК до эпигенетики[590], влияние геномики и основанной на ней «точной медицины», хотя и значительное, оказывается не настолько велико.
Первый проект генома человека представлял собой смесь ДНК нескольких людей, основанную на одном наборе хромосом, а не на двух, и игнорировал около 15 % генома, выходивших за рамки тогдашних методов секвенирования. В июне 2000 г., во время церемонии в Белом доме, когда эти геномы были представлены Крейгом Вентером и Фрэнсисом Коллинзом, президент США Билл Клинтон говорил о том, что геномная наука «окажет реальное влияние на всю нашу жизнь». Десять лет спустя, в 2010 г., одно исследование пришло к выводу, что «генетический скрининг всего населения вряд ли изменит профилактическое здравоохранение так, как предсказывали десять лет назад»[591]. Статья в журнале Scientific American в том же году была озаглавлена: «Революция отложена: почему проект генома человека разочаровал». В 2020 г. Эран Сегал из израильского Института науки Вейцмана отметил, что «геномика еще не выполнила свое обещание оказать влияние на нашу повседневную жизнь»[592]