Необычная распределенная компьютерная программа воссоздает функции человеческого тела
Модели органов виртуального человека будут по мере своего создания связываться по Internet и в конце концов сформируют целостную картину человеческого организма

Ваше сердце — с теми, кто в Сан-Франциско. И уж если это произошло с вами, оставьте свои уши в Бостоне, свой кишечник — в Теннесси, а легкие — в Сиэтле. Чарлз Делизи, зачинатель Human Genome Project, пытается заполучить финансовую поддержку еще более фантастического проекта: воссоздания в программном обеспечении физиологических процессов, происходящих в теле человека.

Делизи, профессор биоинформатики Бостонского университета, намерен разработать модель виртуального человека, чьи органы могут быть распределены по различным лабораториям страны.

Речь идет не о киборге. Это будет распределенная компьютерная программа, которая воссоздает функции человеческого тела. Она предназначена для изучения того, как функции одного органа тела влияют на функции других. Предполагается, что эти модели смогут прогнозировать, как химические вещества, вирусы, бактерии или физические травмы воздействуют на уровне клетки, органа, системы и всего организма; врачи первой помощи увидят эффекты физической травмы без хирургического вмешательства, а пациенты получат лекарства, адаптированные к химическому составу их организма.

При организации, аналогичной той, которая была проведена в рамках Human Genome Project, в проекте Virtual Human Project будет поддерживаться разделение вычислительных функций. Специалисты в каждом университете и лаборатории разработают программное обеспечение, которое представляет конкретный орган, а затем изучат влияние различных воздействий на этот орган.

Программное обеспечение моделирования некоторых органов и функций создадут намного раньше других. Но разработка будет продолжаться, и это будет не законченный виртуальный человек, а постоянно развивающаяся модель. В силу этого, как считает Делизи, а также учитывая сложность программирования, виртуальный человек должен создаваться и использоваться на распределенной основе.

Бостонский университет уже создал виртуальную улитку уха, которая реагирует на звуковые волны и преобразует их в электрические импульсы для передачи в мозг. Кроме того, по словам Делизи, ученые и программисты уже в следующем году смогут добиться значительного прогресса в анализе механизма обоняния и смогут воссоздать его в программном обеспечении. Вслед за этим, как предполагается, в ближайшие десять лет будет разработано «программное зрение».

Физические пределы

Модели органов виртуального человека будут по мере своего создания связываться по Internet и в конце концов сформируют целостную картину человеческого организма. «Это уже сделано в астрономии и молекулярной физике», — подчеркнул Делизи.

Ученые считают, что биологическая информация о человеке становится слишком специализированной, объемной и рассредоточенной, поэтому для эффектного управления ею нельзя обойтись без аналитической и интерактивной помощи компьютеров.

«Человек обладает превосходно адаптирующимся мозгом, но вот ввод информации происходит слишком медленно, — заметил Клей Истерли, сотрудник Oak Ridge National Laboratory, которая также поддерживает проект по созданию виртуального человека. — Я не вижу другого способа, посредством которого человек или группа людей могли бы синтезировать это огромное количество данных».

Хотя проектом в определенной мере интересуются власти, научные круги и коммерческие компании, никто пока не выразил готовности начать финансирование какой-либо крупной его части. Со временем, скорее всего, проект виртуального человека будет создаваться как совокупность более мелких решений, таких, к примеру, как разработка виртуальной улитки уха.

В любом случае, деньги не решают всех проблем. Компьютерные модели пока еще мало разработаны и ориентированы на решение слишком узких задач наподобие конкретной реакции на уровне клетки или органа.

Структура Internet, поддерживающая связи «многие ко многим», и применение языка XML станет платформой для совместного использования разрозненной информации. Но создание программ, которые способны получать данные от других приложений, остается сложной задачей.

Виртуальный человек потребует интеграции процессов и программного обеспечения на самых различных уровнях — от молекул до целых организмов.

«Не думаю, что у нас есть хотя бы смутное представление о том, как этого добиться», — заметил Истерли. Программирование должно выполняться на каждом уровне — молекулы, клетки, органа и системы — и одновременно переноситься с уровня на уровень до тех пор, пока не будут реализованы функции. Безусловно, на программирование оказывали и оказывают влияние биологические исследования.

На весь процесс могут потребоваться долгие десятилетия, особенно когда дело дойдет до моделирования работы головного мозга.

«До этого, как мне кажется, еще далеко», — сказал Делизи.


Интерактивные ресурсы

Проект Virtual Human Project лаборатории Oak Ridge National Laboratory www.ornl.gov/virtualhuman/

Детали проекта Virtual Human Project www.csm.ornl.gov/SC99/Vhwall.html

Узнать больше о Чарлзе Делизи, стоявшем у истоков Genome Project и участвовавшем Virtual Human Project http://bme.bu.edu/faculty/delisi.html

Узнать больше о Кеннете Латчене, также участвовавшем в работе над проектом Virtual Human Project http://bme.bu.edu/faculty/lutchen.html

Лаборатория Innovative Computing Lab университета штата Теннесси htth://icl.cs.utk.edu/

Факультет National Simulation Resource Faculty for Circulatory Transport and Exchange университета штата Вашингтон http://nsr.bioeng.washington.edu/

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями