Учёные Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) в партнёрстве с Федеральным центром нейрохирургии приступили к разработке комплексной компьютерной модели головного мозга («цифрового двойника»). Модель призвана изменить подход к подготовке и проведению нейрохирургических операций. Пилотный запуск проекта запланирован на 2026 год.
Цель проекта — создать виртуальные платформы, позволяющие врачам тестировать различные сценарии вмешательства в безопасной цифровой среде. Технология призвана минимизировать риски при операциях на мозге и найти оптимальные щадящие методы лечения, позволяющие избежать хирургического вмешательства.
Проект был представлен на IEEE Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2025. В основе разработки цифрового двойника мозга лежит принцип персонализированной медицины. Модель будет формироваться на основе индивидуальных данных пациента, таких как результаты магнитно-резонансной томографии, электроэнцефалографии и других методов нейровизуализации. Это позволит создать уникальную цифровую копию мозга конкретного человека. Основой таких моделей выступают данные МР-трактографии, метода, позволяющего реконструировать совокупность всех проводящих путей, которые соединяют одни области мозга с другими.
Разработчик модели, старший преподаватель кафедры систем сбора и обработки данных факультета автоматики и вычислительной техники НГТУ Антон Пашков пояснил, что виртуальная модель представляет собой своего рода испытательный полигон. Хирург сможет смоделировать несколько вариантов операции, оценить их потенциальные последствия и выбрать наиболее безопасный и эффективный сценарий. Пашков подчёркивает, что окончательное решение всегда остаётся за врачом, а программа выступает в роли высокоточного советника.
Команда работает над созданием математического скелета модели на платформе The Virtual Brain. Следующая масштабная задача состоит в придании этой статичной структуре динамики. Учёные на данном этапе занимаются тестированием моделей нейронных масс, позволяющих снизить размерность многомерных данных реального мозга при сохранении биологической реалистичности. По словам Пашкова, предстоит собрать и обработать огромный массив клинических данных. После этого начнётся ключевой этап — выбор математической модели, которая сможет воспроизводить в компьютерном моделировании активность мозга конкретного пациента. Разработчики рассматривают множество теоретических подходов и не отбрасывают ни одной потенциально продуктивной гипотезы.
Ещё одной серьёзной задачей создатели обозначают вычислительную мощность. Моделирование работы мозга требует обработки колоссальных объёмов информации, для чего зачастую необходимы суперкомпьютеры. На текущем этапе разработчики планируют использовать вычислительные ресурсы НГТУ. Пилотный запуск будет сфокусирован на помощи пациентам с эпилепсией и опухолями головного мозга.
Антон Пашков отметил, что операции при таких патологиях сопряжены с высокими рисками. Разработка позволит виртуально испытывать различные воздействия, например, симулировать удаление нервной ткани или её стимуляцию, и наблюдать, как мозг отреагирует на такие воздействия. Это поможет хирургу найти баланс между удалением максимального объёма опухоли и сохранением как можно большего количества здоровых, функционально важных областей. Также целью проекта названа возможность вернуться пациенту к полноценной жизни. Первоначальное тестирование и отладка технологии будут проводиться на базе Федерального центра нейрохирургии в Новосибирске, и только после успешной апробации технология будет масштабирована для применения в других клиниках.
