Ученые Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) в сотрудничестве с Федеральным центром нейрохирургии впервые начали разработку комплексной компьютерной модели головного мозга — так называемого цифрового двойника.
Данный инновационный проект нацелен на внедрение значительных изменений в подготовке и проведении нейрохирургических операций и запланирован к запуску уже в 2026 году.
«Основная цель проекта заключается в создании виртуальной платформы, которая даст возможность врачам тестировать различные сценарии вмешательства в безопасной цифровой среде. Технология нацелена на минимизацию рисков при операциях на мозге и нахождение оптимальных, щадящих методов лечения, включая те, которые могут исключить необходимость хирургического вмешательства. Пилотный запуск проекта запланирован на 2026 год и будет ориентирован на помощь пациентам с эпилепсией и опухолями головного мозга».
Проект был представлен на IEEE Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» AПЭП-2025. Основой разработки «цифрового двойника» мозга является принцип персонализированной медицины. Модель будет формироваться на основе индивидуальных данных пациента — результатов магнитно-резонансной томографии, электроэнцефалографии и других методов нейровизуализации. Это создаст уникальную цифровую копию мозга конкретного человека. «Скелетом» таких моделей служат данные МР-трактографии — метода, позволяющего реконструировать все проводящие пути, соединяющие разные области мозга.
«Виртуальная модель — это своего рода испытательный полигон, — объясняет разработчик Антон Пашков. — Хирург сможет смоделировать несколько вариантов операции, оценить их потенциальные последствия и выбрать наиболее безопасный и эффективный сценарий. Важно отметить, что окончательное решение всегда остается за врачом. Программа выступает в роли высокоточного советника, а не диктатора».
Команда работает над созданием математического «скелета» модели на платформе The virtual brain. Следующая масштабная задача — придание этой статичной структуре динамики. Ученые на текущем этапе занимаются тестированием моделей нейронных масс, которые позволят снизить размерность многомерных данных реального мозга при сохранении биологической реалистичности.
Этапы разработки
«Сначала нам нужно собрать и обработать огромный массив клинических данных, — отметил ученый. — После этого начнется ключевой этап — выбор математической модели, способной воспроизводить in silico (в компьютерном моделировании) активность мозга конкретного пациента. Мы рассматриваем множество теоретических подходов и не отбрасываем ни одной потенциально продуктивной гипотезы».
Еще одной важной задачей является вычислительная мощность. Моделирование работы мозга требует обработки огромных объемов информации, для чего часто необходимы суперкомпьютеры. На данном этапе разработчики планируют использовать вычислительные ресурсы НГТУ.
«Операции при таких патологиях сопряжены с высокими рисками, — подчеркивает Пашков. — Наша разработка позволит виртуально “испытывать” различные воздействия, например, симулировать удаление нервной ткани или ее стимуляцию, и наблюдать, как мозг отреагирует на такие воздействия. Это поможет хирургу найти баланс: удалить максимальный объем опухоли, сохранив при этом как можно больше здоровых, функционально важных областей. Ключевая цель — чтобы после операции пациенты могли вернуться к полноценной жизни».
Первоначальное тестирование и отладка технологии будут проходить на базе Федерального центра нейрохирургии в Новосибирске, и только после успешной апробации технология будет масштабирована для использования в других клиниках.
Фото: hi-tech.mail.ru