30/10/2015

Как усмирить «цунами» в голове?

648 СО РАН ИГиЛ СО РАН Инновации Новосибирск ​В истории науки и техники достаточно примеров, когда инновационные решения появлялись на стыке различных областей знаний. Собственно, сами научные революции возникают как раз благодаря нестандартному применению каких-то хорошо отработанных приемов в той сфере, где они до этого не рассматривались. Ведь именно так и возникла современная наука, когда математику творчески "соединили" с естествознанием (точнее — с физикой).

Возможно, современную медицину также поджидают изменения революционного характера, связанные как раз с применением методов и приемов, заимствованных из области физики. Конкретно речь идет о широком использовании математических моделей, описывающих те процессы, что происходят в живом организме. Сегодня данный новаторский подход наглядно демонстрируют специалисты Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, которые совместно с нейрохирургами клиники им. Е. Н. Мешалкина разработали метод мониторинга гемодинамики в сосудах головного мозга, позволяющий оптимизировать проведение нейрохирургических операций.

Суть здесь в том, что на основании клинических данных строятся математические модели, описывающие течение крови в головном мозге человека. Эти модели позволяют оценить эффективность проведения предстоящей операции и определить возможные опасные зоны риска таких параметров кровотока, как скорость и давление. Данный метод хорош именно тем, что он создает предпосылки для разработки методов управления кровотоком, благодаря чему можно существенно снизить риск послеоперационных осложнений (что в настоящее время происходит довольно часто). Нейрохирург, опираясь на полученные данные, выбирает необходимый сценарий эмболизации (то есть избирательной заклейки кровеносных сосудов), определяя ее предельные значения.

Каким образом знания из области гидродинамики могут перекочевать в столь ответственную сферу медицины? В принципе, удивляться не приходится. Гидродинамические процессы весьма разнообразны. И наш мозг находится в том же ряду. Скажем, между инсультом и наводнением много общего. Инсульт, образно говоря, — это своего рода "цунами" в мозгу, когда происходит резкий "прилив", разрушающий сосуды. И гидродинамика, безусловно, не может этим не заниматься. Причем, очень важно то, что специалисты в этой области привычно используют математические модели.

Почему бы, спрашивается, знание подобных физических процессов не применить в медицине? Опыт ИГиЛ СО РАН наглядно показывает, что такое сотрудничество с медиками весьма продуктивно. Мало того, в настоящее время оно необычайно актуально.

Как заметил по этому поводу доктор физико-математических наук (один из разработчиков упомянутого метода) Александр Чупахин, мозг — это наш дар, наше благо. Но в то же время он — источник проблем, которых нет у животных, поскольку сосудистые заболевания головного мозга — это исключительно принадлежность человека. И грамотное, успешное лечение таких болезней без применения математического моделирования не представляется возможным. Ведь именно математическая модель дает нам возможность максимально точно предсказать протекание процесса для каждого конкретного случая.

По мнению ученого, мы приближаемся к тому этапу, когда математика начнет эффективно описывать живые организмы, живые системы, и это, безусловно, отразится на многих областях нашей жизни, в том числе и на медицине. Надо сказать, что попытки математического описания живых систем предпринимались еще с XVIII столетия, хотя к каким-то революционным сдвигам это не привело (в отличие от классической механики и других физических дисциплин). Возможно, сейчас этап построения таких моделей выйдет на новый уровень, чему во многом будет содействовать прогресс в области вычислительной техники.

Пока еще эффективность математики в области медицины, в области наук о живом гораздо ниже, чем в механике или в геофизике. И дело не в том, что математические модели изначально имеют ограниченное применение. Скорее всего, считает Александр Чупахин, мы переживаем этап развития новой математики, которая будет эффективно описывать живые системы и моделировать процессы в медицине. И как раз создание новых методов диагностики, новых методов бескровной-внутрисосудистой хирургии мозга создают для этого необходимые предпосылки.

Олег Носков