Российские ученые впервые создадут "цифровой двойник" человеческого мозга

Ученые из Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) в сотрудничестве с Федеральным центром нейрохирургии приступили к созданию уникальной комплексной компьютерной модели головного мозга, известной как "цифровой двойник" — первой в России подобной платформы. Этот инновационный проект был представлен на Международной научно-технической конференции IEEE "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (АПЭП-2025), где вызвал значительный интерес специалистов.

Основная задача разработки заключается в создании виртуальной среды, которая позволит врачам и исследователям безопасно моделировать и тестировать различные медицинские вмешательства и сценарии лечения, не подвергая пациентов риску. Такая цифровая платформа станет мощным инструментом для нейрохирургов, способствуя повышению точности операций и улучшению результатов терапии. Планируется, что пилотный запуск проекта состоится уже в 2026 году, что откроет новые горизонты в области персонализированной медицины и нейронауки.

Кроме того, создание "цифрового двойника" мозга позволит углубленно изучать механизмы работы нервной системы, что может привести к прорывам в диагностике и лечении неврологических заболеваний. В перспективе эта технология может стать основой для разработки новых методов реабилитации и профилактики, а также для обучения молодых специалистов в области нейрохирургии. Таким образом, проект НГТУ и Федерального центра нейрохирургии является важным шагом на пути к интеграции передовых цифровых технологий в медицинскую практику и научные исследования.

Современные технологии стремительно меняют подходы к нейрохирургии, открывая новые горизонты в диагностике и лечении заболеваний мозга. Одним из наиболее перспективных достижений является создание «цифрового двойника» мозга — виртуальной модели, которая способна значительно снизить риски при хирургических вмешательствах и помочь в разработке щадящих терапевтических методов, потенциально позволяющих избежать операции вовсе.

В основе этой инновационной разработки лежит концепция персонализированной медицины, ориентированной на индивидуальные особенности каждого пациента. Для формирования цифровой копии мозга используются данные, полученные с помощью различных методов нейровизуализации, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), электроэнцефалография (ЭЭГ) и другие современные технологии. Благодаря этому создаётся уникальная модель, отражающая анатомические и функциональные характеристики конкретного человека.

Особое значение в создании таких моделей имеет магнитно-резонансная трактография — метод, который позволяет реконструировать комплекс проводящих путей мозга, соединяющих различные его области. Это обеспечивает глубокое понимание структурных связей и функционирования нейронных сетей, что крайне важно для точного планирования операций и разработки индивидуальных схем лечения.

В перспективе использование цифровых двойников мозга может не только повысить безопасность и эффективность нейрохирургических процедур, но и открыть новые возможности для ранней диагностики и профилактики заболеваний нервной системы. Такой подход способствует переходу от стандартных методов лечения к более точным, адаптированным под каждого пациента стратегиям, что значительно улучшит качество жизни и снизит вероятность осложнений. Таким образом, цифровой двойник мозга становится важным инструментом в эволюции современной медицины, объединяя передовые технологии и глубокие знания о человеческом мозге.

Современные технологии стремительно меняют подходы к медицинским операциям, предоставляя врачам новые инструменты для планирования и анализа. Разработчик проекта Антон Пашков отмечает, что виртуальная модель выступает в роли испытательного полигона, где хирург может смоделировать различные варианты вмешательства, тщательно оценить возможные последствия и выбрать наиболее оптимальный сценарий. Такая методика позволяет значительно повысить точность и безопасность операций, минимизируя риски для пациента.

По мнению Пашкова, крайне важно понимать, что окончательное решение всегда остается за врачом. Программа служит высокоточным советником, предоставляя рекомендации и прогнозы, но не заменяет профессиональное мнение специалиста. Это подчеркивает баланс между инновациями и ответственностью медицинской практики.

В настоящее время команда проекта сосредоточена на создании математической архитектуры модели на платформе The Virtual Brain. Одной из ключевых задач является преобразование статичной структуры в динамическую систему, способную адекватно отражать процессы, происходящие в мозге в реальном времени. На текущем этапе исследователи проводят тестирование моделей нейронных масс, что позволяет эффективно сокращать размерность многомерных данных, получаемых от реального мозга, при этом сохраняя биологическую достоверность и функциональную релевантность.

В будущем развитие этой технологии откроет новые горизонты в нейрохирургии и других областях медицины, обеспечивая более глубокое понимание работы мозга и улучшая качество медицинской помощи. Таким образом, проект не только расширяет возможности врачей, но и способствует прогрессу в изучении человеческого мозга.

Разработка сложных систем моделирования мозговой активности представляет собой многогранный и поэтапный процесс, требующий глубокого анализа и интеграции различных научных дисциплин. В первую очередь, специалисты сталкиваются с необходимостью сбора и обработки огромного объема данных, что является фундаментом для дальнейших исследований. Эксперт отмечает, что именно выбор математической модели станет критическим моментом, поскольку именно она должна точно отражать особенности функционирования мозга конкретного пациента через компьютерное моделирование.

"Мы тщательно изучаем широкий спектр теоретических подходов и не исключаем ни одной гипотезы, которая может принести значимый результат", – подчеркивает ученый, акцентируя внимание на открытости и комплексности исследовательского процесса. Помимо этого, одной из главных задач является обеспечение мощной вычислительной инфраструктуры, способной эффективно обрабатывать гигантские массивы данных. Для этого планируется использовать передовые суперкомпьютерные технологии, что позволит значительно повысить точность и скорость моделирования.

На данном этапе команда разработчиков намерена задействовать вычислительные ресурсы Новосибирского государственного технического университета (НГТУ), обладающего необходимой технической базой и опытом в области высокопроизводительных вычислений. В перспективе это позволит не только улучшить качество моделирования, но и расширить возможности персонализированной медицины, открывая новые горизонты в диагностике и лечении неврологических заболеваний. Таким образом, процесс разработки представляет собой сложное взаимодействие теории, практики и технологий, направленное на создание эффективных инструментов для понимания и поддержки работы человеческого мозга.

Хирургические вмешательства при подобных заболеваниях всегда связаны с серьезными рисками и требуют предельной точности и осторожности. В таких условиях особенно важно иметь возможность заранее оценить последствия различных манипуляций на мозговую ткань. Наша инновационная разработка предоставляет уникальную возможность виртуального моделирования воздействия на мозг — например, симуляции удаления нервной ткани или ее стимуляции — что позволяет наблюдать и анализировать реакцию мозга на эти воздействия в режиме реального времени, – поясняет Пашков.

Он отметил, что благодаря этой технологии врачи смогут более точно определить оптимальный баланс между максимальным удалением опухолевых образований и сохранением жизненно важных функциональных зон мозга. Это особенно важно, поскольку сохранение здоровых участков напрямую влияет на качество жизни пациента после операции. Главная цель нашего подхода — обеспечить пациентам не просто успешное хирургическое лечение, но и возможность максимально полного восстановления и возвращения к нормальной, активной жизни.

Таким образом, внедрение таких виртуальных симуляций открывает новые горизонты в нейрохирургии, снижая риски осложнений и повышая эффективность лечения. Это значительный шаг вперед в персонализированной медицине, который поможет врачам принимать более обоснованные решения и улучшит исходы для пациентов с тяжелыми неврологическими патологиями.

В настоящее время первичное тестирование и отладка инновационной технологии запланированы на базе Федерального центра нейрохирургии в Новосибирске, который является одним из ведущих медицинских учреждений страны. Этот этап играет ключевую роль в подтверждении эффективности и безопасности системы, прежде чем ее внедрят в более широкую медицинскую практику. Только после успешного завершения апробации и получения положительных результатов технология будет масштабирована и адаптирована для использования в других клиниках и больницах по всей России.

Ранее международное научное сообщество привлекло внимание к исследованиям китайских ученых, которые заявили о создании уникальной таблетки для продления жизни. Этот препарат, получивший название "Святой Грааль", теоретически способен значительно увеличить продолжительность жизни человека — возможно, до 150 лет. Основное действие лекарства направлено на устранение так называемых "зомби-клеток" — поврежденных клеток, которые накапливаются в организме с возрастом и способствуют развитию различных возрастных заболеваний и ухудшению общего состояния здоровья.

Данные разработки открывают новые перспективы в области геронтологии и медицины, предлагая потенциальные решения для борьбы со старением и связанными с ним патологиями. Внедрение подобных технологий может кардинально изменить подходы к лечению возрастных заболеваний и повысить качество жизни пожилых людей. Следует внимательно отслеживать дальнейшие исследования и клинические испытания, чтобы оценить реальную эффективность и безопасность этих инноваций в долгосрочной перспективе.