В мире науки 2019-01-02

64 114

Темы номера СОДЕРЖАНИЕ

СПЕЦИА ЛЬНЫЙ РЕПОРТА Ж Январь/февраль 2019

Десять новых технологий 2018 года 4
Понимание современных изобретений — и связанных с ними

проблем — поможет обществу определить, как извлечь

из них максимальную пользу

НЕЙРОБИОЛОГИЯ КОНВЕРГЕНТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Обучение во сне — реальность? 16 Биопломба на легкое 40

Кен Паллер и Дельфина Удиетт Наталия Лескова

С помощью экспериментов ученые выяснили, как можно В Курчатовском комплексе НБИКС-природоподобных
укрепить память, пока мозг спит технологий решают амбициозную задачу разработки
«умных» биосовместимых материалов
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

Дети Солнца 24 НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 46

Наталия Лескова Диагностика для реактора

Заведующий Долгопрудненской научной станцией ФИАН Наталия Лескова
Владимир Махмутов — об изучении космических лучей
и процессов их ядерных взаимодействий в атмосфере Ученые Томского политехнического университета
Земли создают уникальное оборудование для
неразрушающего контроля различных технических
МЕДИЦИНА систем

Фабрика здоровья 32 МИКРОБИОЛОГИЯ

Наталия Лескова Командные игроки 54

Как Боткинской больнице удается долгие годы сохранять Рогир Браакман и Джеффри Марлоу
лидирующие позиции в столичном здравоохранении,
рассказывает ее главный врач член-корреспондент Партнерские взаимоотношения в мире микробов
РАН Алексей Шабунин распространены в природе гораздо шире и более значимы,
чем мы представляли

32 124

152 16

АСТРОНОМИЯ КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Назад во времени 64 Странное поведение 124

Дэн Коу Рональд Хансон и Кристер Шальм

Астрономы обнаружили во Вселенной несколько самых Угасла надежда на то, что квантовую перепутанность
удаленных галактик, открывающих окно в ранее можно объяснить ошибочной трактовкой экспериментов
неизвестный период истории космоса
ГЕОЛОГИЯ

МАТЕМАТИК А Скрытый ад 134

Геометрия против 74 Шэннон Холл
выборных махинаций
Под Чили, возможно, зреет супервулкан с холодным
Мун Дючин нутром, что в корне меняет представление о механизмах
запуска сильных извержений
Математики разрабатывают криминалистические
методы, чтобы выявить политические махинации МЕДИЦИНА
с географическими картами, лишающие граждан права
голоса Путь из мира безмолвия 142

СПЕЦИА ЛЬНЫЙ РЕПОРТА Ж Дина Файн Марон

Наука о неравенстве 82 Достигнут долгожданный прогресс в лечении глухоты
Высокий уровень экономического неравенства негативно с помощью генной инженерии

сказывается на благосостоянии и здоровье людей, а также ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

на биосфере Города-губки 152

АРХЕОЛОГИЯ Эрика Гиз

Иголка в стоге сена 114 Восстановление естественных водных потоков в городах
смягчит губительные последствия наводнений и засухи

Катерина Дука и Томас Хайем Разделы

Новый метод, позволяющий определить, кому От редакции 3
принадлежали маленькие фрагменты ископаемых костей, 50, 100, 150 лет тому назад 123, 160
помогает узнать, когда, где и как одни виды человека
взаимодействовали с другими

24 134

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 1

Наши партнеры: Учредитель и издатель:
Некоммерческое партнерство «Международное партнерство
Основатель и первый главный редактор распространения научных знаний»
журнала «В мире науки / Scientific American»
профессор Сергей Петрович Капица Главный редактор:
В.Е. Фортов
Главный научный консультант:
президент РАН акад. А.М. Сергеев
Ответственный секретарь:
О.Л. Беленицкая
Зав. отделом иностранных материалов:
А.Ю. Мостинская
Шеф-редактор иностранных материалов:
В.Д. Ардаматская
Зав. отделом российских материалов:
О.Л. Беленицкая
Выпускающий редактор:
М.А. Янушкевич
Обозреватели:
В.С. Губарев, В.Ю. Чумаков
Администратор редакции:
О.М. Горлова

Научные консультанты:
к.ф.-м.н. Т.Е. Григорьев; д.ф.-м.н. В.С. Махмутов; к.т.н. Д.А. Седнев; к.ф.-м.н. В.Г. Сурдин;
член-корр. РАН А.В. Шабунин

Над номером работали:
М.С. Багоцкая, А.П. Кузнецов, С.М. Левензон, Н.Л. Лескова, А.И. Прокопенко, В.И. Сидорова,
Н.Н. Шафрановская, С.Э. Шафрановский

Дизайнер:
Д.А. Гранков
Верстка:
А.Р. Гукасян
Корректура:
Я.Т. Лебедева

Президент координационного совета НП «Международное партнерство
распространения научных знаний»:
В.Е. Фортов
Директор НП «Международное партнерство
распространения научных знаний»:
В.К. Рыбникова
Финансовый директор:
Л.И. Гапоненко
Главный бухгалтер:
Ю.В. Калинкина

Адрес редакции:
Москва, ул. Ленинские горы, 1, к. 46, офис 138;
тел./факс: 8 (495) 939-42-66; e-mail: [email protected]; www.sciam.ru
Иллюстрации предоставлены Scientific American, Inc.
Отпечатано:
ОАО «Подольская фабрика офсетной печати»
142100 , г. Подольск, Революционный проспект, д. 80/42
© В МИРЕ НАУКИ. Журнал зарегистрирован в Комитете РФ по печати. Свидетельство ПИ
№ ФС77–43636 от 18 января 2011 г.
Тираж: 12 500 экземпляров
Цена договорная

Авторские права НП «Международное партнерство распространения научных знаний».
© Все права защищены. Некоторые из материалов данного номера были ранее опубликованы Scientific American или
его аффилированными лицами и используются по лицензии Scientific American. Перепечатка текстов и иллюстраций
только с письменного согласия редакции. При цитировании ссылка на «В мире науки» обязательна. Редакция не всегда
разделяет точку зрения авторов и не несет ответственности за содержание рекламных материалов. Рукописи
не рецензируются и не возвращаются.
Торговая марка Scientific American, ее текст и шрифтовое оформление являются исключительной собственно-
стью Scientific American, Inc. и использованы здесь в соответствии с лицензионным договором.

От редакции

Техника, которая
определит развитие мира

«Защитник индустрии и пред- Новейшие методы исследования позволя-
принимательства и журнал ют не только заглянуть далеко в прошлое,
о механике и других новин-
ках» — девиз, который был напе- но и провести уникальные эксперимен-
чатан под логотипом первого но- ты, имеющие планетарное значение.
мера журнала Scientific American, Долгопрудненская научная станция
вышедшего 28 августа 1845 г. ФИАН «Лаборатория физики Солнца
и космических лучей» занимается
В качестве ответа на это обеща- изучением космических лучей
ние журнал публикует специаль- и процессов их ядерных взаи-
ный репортаж «Десять новых тех- модействий в атмосфере Зем-
нологий 2018 года». Перспектив- ли, чтобы ответить на вопрос,
ная технология — это потенциально насколько они стабильны, как они
прорывное решение, способное изме- меняются со временем, каковы при-
нить мироустройство. В течение все-
го года редакция, попечительский совет чины, вызывающие их модуляцию. Читайте
Scientific American, различные об этом в статье «Дети Солнца».
эксперты отбирали лучшие
идеи. Итоги их работы пред- Разработка «умных» биосовместимых мате-
ставлены в американском кон- риалов — одна из амбициозных задач, ко-
тенте журнала.
торую ставят в лаборатории полимерных
В другом материале американ- материалов отдела нанобиоматериалов
ской части журнала — «Стран- и структур Курчатовского комплекса
ное поведение» — описано удиви- НБИКС-природоподобных техноло-
тельное явление квантовой пере- гий. Созданную в лаборатории кон-
путанности, когда частицы могут струкцию можно вставить в плев-
сохранять между собой «призрач- ральную полость человека, что-
ную» связь, даже если находятся да- бы помочь ему восстановиться
леко друг от друга. Описанный фено- после различных операций
мен решительным образом противоре- и заболеваний. Об этом —
чит нашей привычной картине мира. в статье «Биопломба на легкое».
Последние эксперименты подтвердили, Медицина — это сфера, успехи в кото-
что квантовую перепутанность нельзя объяс-
нить ничем другим. рой отражаются на жизни каждого человека.
Статья «Фабрика здоровья» посвящена Боткин-
Разбросанные, не связанные друг с другом ча- ской больнице — одной из самых известных в Мо-
сти — на этот раз окаменевших костей — пробле- скве. Ей более 100 лет, и сегодня сюда стремят-
ма, обсуждаемая в статье американских ученых с я попас т ь все н у ж д а ющ ие с я в к ачес т вен ном ле-
«Иголка в стоге сена». В Денисовой пещере на Ал- чен и и. О том, к а к бол ьн и це удае тс я дол гие год ы
тае совокупность различных методов позволяет сохранять лидирующие позиции, рассказывает
исследователям объяснить, когда, где и каким об- главный врач больницы член-корреспондент РАН
разом разные виды людей совместно существова- А.В. Ш абунин.
ли и взаимодействовали друг с другом.
Редакция журнала «В мире науки /
Scientific American»

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 3

Специальный репортаж

4 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

СП Е ЦИАЛ ЬН Ы Й РЕ ПОРТАЖ

ДЕСЯТЬ НОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ 2018 ГОДА

ПОНИМАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИЗОБРЕТЕНИЙ — И СВЯЗАННЫХ
С НИМИ ПРОБЛЕМ — ПОМОЖЕТ ОБЩЕСТВУ ОПРЕДЕЛИТЬ, КАК

ИЗВЛЕЧЬ ИЗ НИХ МАКСИМАЛЬНУЮ ПОЛЬЗУ

Illustrations by Vanessa Branchi Технологии искусственного интеллек- ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Решая сложные проблемы, стоящие
та уже применяются для поиска новых перед обществом, ученые выращивают
лекарств и материалов, а также для усо- Применение передовых мето- мясо из стволовых клеток, а их коллеги,
вершенствования современных цифро- дов диагностики увеличивает воз- занимающиеся изучением генных драй-
вых помощников. В скором времени можности прецизионной медицины. вов, разрабатывают правила, регулиру-
на картинку реального мира будут на- Имплантируемые клетки, производя- ющие использование этих меняющих
кладываться виртуальные изображе- щие лекарства и ускользающие от обна- виды инструментов. Управляемые све-
ния, а квантовые компьютеры догонят ружения иммунной системой, а также том наноматериалы могут резко повы-
классические машины. методы терапии, основанные на элек- сить эффективность солнечных батарей.
тростимуляции нервов, могут улучшить
лечение болезней.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 5

Специальный репортаж

Как технологии изменят вашу жизнь в бли- 1
жайшем будущем? Искусственный интеллект
И НФОРМАТИ КА
значительно ускорит разработку новых лекарств
и материалов. Передовые средства диагностики ДОПОЛНЕННАЯ
сделают возможным развитие персонализирован- РЕАЛЬНОСТЬ
ной медицины. Дополненная реальность будет по- ПОВСЮДУ
всюду: наложение информации и анимации на изо-
бражения реального мира поможет человеку в ре- МИР БУДЕТ ДОПОЛНЕН
шении ежедневных задач и повысит эффективность ЦИФРОВЫМИ ДАННЫМИ
производства. Если вы заболеете, то врачи смогут
имплантировать в ваш организм живые клетки, ко- Коринна Лэйтан и Эндрю Мэйнард
торые будут работать как фабрики по производству
лекарств и лечить ваши недуги. На вашем столе по- Виртуальная реальность погружает нас в выду-
явятся говядина, мясо птицы и рыба, выращен- манную изолированную вселенную. Дополненная
ные из стволовых клеток, что позволит существен- реальность — это, наоборот, наложение сгенери-
но снизить нагрузку на окружающую среду, связан- рованной компьютером информации на реальные
ную с разведением животных, а множество живых объекты в реальном времени. Когда вы надеваете
существ будут спасены от жестокого обращения. или смотрите на устройство, снабженное про-
граммным обеспечением дополненной реальности
Эти и другие меняющие мир идеи, вошедшие в пе- и камерой, — наушники, «умные» очки, смартфон
речень десяти новых технологий в этом году, были или планшет, — программа анализирует поступа-
отобраны ведущими экспертами в области биоло- ющий поток видеоданных, загружает подробную
гии, неорганической химии, робототехники и ис- информацию о месте действия и накладывает
к усственного интел лекта. Этот список — результат на эту картинку актуальные данные, изображения
интенсивного процесса отбора. или анимацию, часто в 3D.

Сначала мы собрали рекомендации от новаторов, В качестве примеров можно привести дисплеи,
входящих в состав Глобальных советов Всемирного помогающие двигаться на машине задним ходом,
экономического форума (ВЭФ) по вопросам будуще- и популярную игру Pokémon GO. Множество пользо-
го и сетей экспертов, а также от экспертного совета вательских приложений, в том числе те, что пере-
и сотрудников редакции журнала Scientific American водят дорожные знаки для приезжих иностранцев,
и других специалистов. Затем, в ходе виртуальных дают студентам возможность препарировать
встреч, руководящая группа оценила, соответству- виртуальных лягушек и позволяют покупателям
ют ли кандидаты ряду критериев. Технологии долж- еще до доставки увидеть, как будет выглядеть
ны принести значительную пользу обществу и эко- кресло в их гостиной, тоже используют технологию
номике в ближайшие три-пять лет, они должны быть дополненной реальности. В будущем эта техноло-
потенциально прорывными, способными произвести гия позволит посетителям музеев вызывать гидов,
революцию в промышленности или определять но- напоминающих голограммы; хирургам — визу-
вые способы действий. Кроме того, технологии долж- ализировать в 3D ткани пациента под покровом
ны находиться на относительно ранних стадиях раз- кожи; архитекторам и дизайнерам — по-новому со-
работки. Это означает, что изобретения еще не по- трудничать при работе над проектами; операторам
лучили широкого распространения, но их изучают дронов — контролировать удаленных роботов,
множество групп, они вызывают энтузиазм у экспер- используя расширенную визуальную информацию;
тов, привлекают все больше инвестиций и в идеале новичкам — быстро обучаться выполнению новых
разработкой таких технологий занимается более чем задач в различных областях, от медицины до об-
одна компания. Во время первого заседания руково- служивания производств.
дящей группы первоначальный список, включавший
свыше 50 предложений, сократили и было решено со- Поскольку ПО для разработки приложений про-
брать дополнительную информацию об оставшихся стое в использовании, в ближайшие годы ассор-
20 кандидатах. Окончательное решение было приня- тимент пользовательских приложений должен
то после рассмотрения дополнительной информации расшириться. В настоящее время максимальный
в ходе двух последующих обсуждений. эффект от применения дополненной реальности
наблюдается в промышленности. Эта техноло-
Мариэтт Ди Кристина и Бернард Мейерсон гия становится неотъемлемой составляющей
«Четвертой промышленной революции», или
«Промышленности 4.0» — системного преобра-
зования производства посредством интеграции
физических и цифровых систем для повышения
качества, снижения себестоимости и роста эффек-
тивности. Многие компании, например, тестируют

6 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Специальный репортаж

УЧАСТНИКИ РУКОВОДЯЩЕЙ ГРУППЫ ПО НОВЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

применение технологии дополненной реальности на линиях Мариэтт Ди Кристина до 40 лет, вошедших председателем Глобаль-
сборки. Программа дополненной реальности предоставляет (Mariette DiChristina) — в «Сообщество молодых ного совета ВЭФ по во-
точную информацию в тот же момент, когда возникает необ- председатель руководя- ученых ВЭФ» в 2018 г., член просам будущего в обла-
ходимость, — например, когда рабочий должен выбрать одну щей группы, главный ре- Сети экспертов ВЭФ. сти расширения возмож-
из двух деталей. Таким образом снижается количество ошибок, дактор журнала Scientific Синтия Коллинз (Cynthia ностей человека.
повышается эффективность и увеличивается производитель- American, исполнитель- H. Collins) — доцент хими- Джеффри Лин (Geoffrey
ность. Программа также может визуализировать нагрузки ный вице-президент ре- ческой и биологической Ling) — полковник армии
на оборудование и в реальном времени создавать изображения дакционно-издательско- инженерии в Политехни- США в отставке, профес-
участков, где возникают проблемы. го отдела журналов изда- ческом институте Ренс- сор неврологии Военно-
тельской группы Springer селера; использует меж- медицинского универ-
Аналитики рынка, такие как ABI Research, IDC и Digi-Capital, Nature. С 2014 по 2016 г. дисциплинарный подход, ситета и Университета
считают, что технология дополненной реальности вскоре она была заместителем от синтетической биоло- Джонса Хопкинса; экс-
станет основным направлением. Они ожидают, что рынок тех- председателя Метасове- гии и геномики микроор- перт в области разработ-
нологий дополненной реальности, в настоящее время оценива- та по новым технологи- ганизмов до больших дан- ки технологий и перехода
емый в $1,5 млрд, вырастет до $100 млрд к 2020 г. Крупнейшие ям — одного из Советов ных, для изучения различ- к промышленному произ-
технологические компании, включая Apple, Google и Microsoft, ВЭФ по глобальной по- ных микробиомов и при- водству. Занимал руково-
затрачивают огромные финансовые и человеческие ресурсы вестке дня. дания микроорганизмам дящие должности в Агент-
на разработку продуктов и приложений виртуальной и до- Бернард Мейерсон (Ber- полезных свойств с по- стве передовых оборон-
полненной реальности. Венчурный капитал тоже привлекается nard S. Meyerson) — заме- мощью инженерии. Син- ных исследовательских
в больших объемах: в 2017 г. в технологии виртуальной и допол- ститель председателя ру- тия вошла в число «Мо- проектов и в Управлении
ненной реальности инвестировано $3 млрд, причем половина ководящей группы, руко- лодых ученых ВЭФ-2016» по научно-технической
от этой суммы поступила только в четвертом квартале года. водитель отдела иннова- и в 2016–2018 гг. работала политике Белого дома,
Harvard Business Review недавно назвал дополненную реаль- ций в компании IBM, член в составе Глобального со- входил в состав Совета
ность преобразующей технологией, которая повлияет на все Национальной инженер- вета ВЭФ по вопросам бу- ВЭФ по нейротехнологи-
сферы бизнеса. ной академии США, обла- дущего в области биотех- ям (2016–2018).
датель ряда наград за ра- нологий. Эндрю Мэйнард (Andrew
Тем не менее трудности сохраняются. В настоящее время боты в области физики, Сет Флетчер (Seth Fletch- Maynard) — профессор
ограничения, связанные с аппаратным обеспечением и диапазо- инженерии и бизнеса. er) — руководитель от- Школы «Будущее иннова-
нами рабочих частот для связи, препятствуют выводу техноло- В 2014–2016 гг. — предсе- дела редакции журнала ций в обществе» Универ-
гии на уровень повседневного использования потребителями. датель Метасовета ВЭФ Scientific American ситета штата Аризона,
Например, многие существующие музейные приложения по новым технологиям; Хавьер Гарсиа Мартинес автор готовящейся к вы-
и приложения для путешествий, использующие технологию до- в 2016–2018 гг. — предсе- (Javier Garcia Martinez) — ходу книги «Кино из бу-
полненной реальности, надо предварительно загрузить, и даже датель Глобального со- профессор неорганиче- дущего: технология и мо-
в этом случае качество графики может не соответствовать ожи- вета ВЭФ по вопросам бу- ской химии и руководи- раль научно-фантастиче-
даниям пользователей. Но область применения технологии су- дущего в области пере- тель Лаборатории мо- ских фильмов» (Films from
щественно расширится, когда станут доступны более дешевые довых материалов. лекулярной нанотех- the Future: The Technology
и быстрые чипы для мобильных устройств, подготовленные для Хабиба Алсафар (Habiba нологии Университета and Morality of Sci-Fi Mov-
работы с дополненной реальностью, на рынке появятся более Alsafar) — доцент биоме- Аликанте в Испании; со- ies). Его работа посвящена
универсальные «умные» очки и диапазон рабочих частот будет дицинской инженерии, основатель компании проблемам ответственно-
расширен. Тогда дополненная реальность, так же как интернет директор Центра пере- Rive Technology (дочер- го подхода к разработке
и видео в режиме реального времени, станет неотъемлемой дового опыта в области няя компания Массачу- и использованию новых
частью нашей повседневной жизни. биотехнологии в Универ- сетского технологиче- технологий. Эндрю вхо-
ситете Халифа. Ее рабо- ского института, налажи- дил в состав Глобального
та связана с определе- вающая серийный выпуск совета ВЭФ по вопросам
нием участков генома, для химической про- будущего в области тех-
ответственных за пред- мышленности катализа- нологий, ценностей и по-
расположенность людей торов из наноматериа- литики (2016–2018).
к заболеваниям, наибо- лов). Хавьер — член ис- Элизабет О’Дэй (Elizabeth
лее распространенным полнительного комитета O’Day) — основатель и ге-
в ОАЭ. В 2016–2018 гг. Ха- ИЮПАК, входит в список неральный директор Olar-
биба работала в составе «Молодые мировые лиде- is Therapeutics, компании
Глобального совета ВЭФ ры» ВЭФ и в состав Сети в области прецизионной
по вопросам будущего экспертов ВЭФ. Автор медицины, расположен-
в области биотехнологий. множества публикаций ной в Кеймбридже, штат
Алан Аспуру-Гузик (Alan о наноматериалах, ката- Массачусетс; бывший
Aspuru-Guzik) — про- лизаторах и энергетике. член Глобального совета
фессор химии и инфор- Хироаки Китано (Hiroaki ВЭФ по вопросам будуще-
матики в Университе- Kitano) — эксперт по ис- го в области биотехноло-
те Торонто и сотрудник кусственному интеллек- гий (2016–2018). О’Дэй —
Института искусствен- ту и системной биологии, основатель компаний
ного интеллекта «Век- президент и исполнитель- Lizzard Fashion и Proyecto
тор»; соучредитель Za- ный директор Sony Com- Сhispa, программы «Жен-
pata Computing и Kebot- puter Science Laboratories щины в науке и техноло-
ix, а также программы и глава Института систем- гиях» и сети PhiSB.
к 150-летию Канады «Ка- ной биологии в Токио. Сан Юп Ли (Sang Yup
надские исследовате- В 2017–2018 гг. работал Lee) — почетный профес-
ли в области теоретиче- в нескольких Глобальных сор химической и биомо-
ской и квантовой химии». советах ВЭФ по вопросам лекулярной инженерии
В 2016–2018 гг. он прини- будущего, в том числе Корейского института на-
мал участие в Глобаль- в Совете по искусствен- уки и технологий (KAIST),
ном совете ВЭФ по вопро- ному интеллекту и робо- ректор институтов KAIST;
сам будущего в области тотехнике. в 2016–2018 гг. — сопред-
передовых материалов. Коринна Лэйтан (Corinna седатель Глобального
Джефф Карбек (Jeff Car- E. Lathan) — сооснова- совета ВЭФ по вопросам
beck) — основатель не- тель и генеральный ди- будущего в области био-
скольких компаний, ге- ректор AnthroTronix, на- технологий; обладатель
неральный директор кра- учно-исследовательской более 630 патентов.
удсорсинговой компании компании в области био- ПРИГЛАШЕННЫЙ АВТОР
10EQS, работал в Глобаль- медицинской инжене- Оуэн Шефер (G. Owen
ном совете ВЭФ по вопро- рии, которая занимает- Schaefer) — старший на-
сам будущего в области ся созданием продук- учный сотрудник, доцент
передовых материалов. тов в сфере цифровой Центра биомедицинской
Рона Чандравати (Rona медицины, переносных этики в Медицинской
Chandrawati) — старший устройств, робототехни- школе им. Юн Лу Линя На-
преподаватель и глава ла- ки и технологий допол- ционального универси-
боратории «Нанотехноло- ненной реальности; член тета Сингапура; занима-
гия для продовольствия совета директоров PTC, ется проблемами этики,
и медицины» в Универси- компании-провайдера связанными с разработ-
тете Нового Южного Уэль- интернета вещей и плат- кой новых биотехноло-
са в Австралии; занимает- форм дополненной ре- гий. В 2016–2018 гг. вхо-
ся разработкой биотехно- альности. Лэйтан вхо- дил в состав Глобального
логических материалов дит в список «Молодые совета ВЭФ по вопросам
для сенсоров и достав- мировые лидеры» и «Пи- будущего в области тех-
ки лекарств. Рона — одна онер технологий» ВЭФ нологий, ценностей и по-
из 50 ученых в возрасте и в 2016–2018 гг. была литики.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 7

Специальный репортаж

системная красная волчанка, при которой снижа-
ется активность самого блуждающего нерва. Еще
2 один возможный вариант применения — предотвра-

щение отторжения пересаженных тканей иммунной
системой.
Большинство стимуляторов блуждающего нерва,
МЕДИЦИНА в том числе устройства, разработанные SetPoint,

ЭЛЕКТРО­ и те, что уже используются для лечения эпилеп-
сии и депрессии, представляют собой импланты.
Хирурги обычно помещают устройство под кожу
в области грудной клетки ниже ключицы. Проводки
СТИМУЛЯТОРЫ от импланта обвивают одну ветвь блуждающего
нерва и передают электрические импульсы с задан-
ным интервалом; частоту и другие настройки про-
граммируют через внешнее устройство. Диаметр
ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИЯ НЕРВОВ современных имплантов равен примерно 3,8 см,
но ожидается, что со временем появятся более тон-
МОЖЕТ ЗАМЕНИТЬ ЛЕКАРСТВА ПРИ ко настраиваемые стимуляторы меньшего размера.
Недавно Управление по санитарному надзору
ЛЕЧЕНИИ МНОЖЕСТВА ХРОНИЧЕСКИХ за качеством пищевых продуктов и медикаментов
(FDA) США также разрешило применение неинва-
ЗАБОЛЕВАНИЙ зивных портативных стимуляторов блуждающего
нерва, предназначенных для снижения остроты
приступов кластерных головных болей и мигре-
Джеффри Лин и Коринна Лэйтан ней, хотя механизмы такого действия неясны.
Портативные устройства осуществляют слабую
электрическую стимуляцию нерва через кожу
на шее или через ухо.
Электростимуляторы — приборы для лечения заболеваний Новые методы электростимуляции могут при-
импульсами электрического тока — давно используются в меди- меняться не только по отношению к блуждающему
цине. Вспомните об электрокардиостимуляторах, кохлеарных нерву. В конце 2017 г. FDA одобрило неимплантиру-
имплантах и электростимуляции глубинных структур мозга емое устройство, которое облегчает абстинентное
при болезни Паркинсона. Один из таких методов может стать состояние, вызванное употреблением опиоидов,
универсальным, значительно улучшив качество лечения целого за счет стимуляции ветвей черепного и зрительного
ряда заболеваний. Этот метод связан с передачей сигналов нервов через кожу за ухом. Устройство получило
блуждающему нерву, по которому импульсы от ствола мозга по- разрешение FDA после того, как у 73 пациентов,
ступают к большинству органов и обратно. страдавших от абстиненции, связанной с употре-
Новое применение стимуляции блуждающего нерва (VNS, блением опиоидов, отмечалось снижение остроты
vagal nerve stimulation) стало возможным отчасти благодаря симптомов на 31% и больше.
исследованию Кевина Трэси (Kevin Tracey) из Файнштейнского Стоимость имплантов и операции по их установ-
института медицинских исследований и других ученых, пока- ке может препятствовать широкому применению
завших, что блуждающий нерв выделяет химические вещества, VNS-терапии, хотя эта проблема будет стоять
участвующие в регуляции деятельности иммунной системы. не так остро, когда технология станет менее
Выделение специфического нейромедиатора в селезенке, на- инвазивной. Но цена — не единственная проблема.
пример, подавляет иммунные клетки, участвующие в развитии Исследователи должны больше узнать о меха-
воспаления во всем организме. Проведенные исследования по- низмах действия VNS при каждом заболевании,
казали, что VNS-терапия может оказаться полезной
не только при расстройствах, характеризующихся
нарушением проводимости импульсов, но и при Недавно FDA разрешило применение
аутоиммунных и воспалительных заболеваниях.
Она может стать благом для пациентов с подоб- неинвазивных портативных
ными заболеваниями, потому что существующие стимуляторов блуждающего нерва для
лекарства часто оказываются неэффективными или снижения остроты приступов кластерных
вызывают серьезные побочные эффекты. Возможно,
VNS-терапия будет легче переноситься, поскольку
воздействие осуществляется на определенный нерв,
тогда как лекарства могут действовать и на другие головных болей и мигреней, хотя
ткани организма помимо тканей-мишеней.
Проведенные до настоящего времени исследо-
вания, касающиеся возможностей применения механизмы такого действия неясны
электростимуляции для лечения воспаления,
вдохновляют. В ходе первых клинических испыта-
ний была доказана безопасность устройств VNS, разработан- а также понять, как лучше всего устанавливать оптимальные
ных компанией SetPoint Medical (соучредителем которой стал параметры стимуляции для каждого пациента. Возможно так-
Трэси), для терапии ревматоидного артрита, вызывающего же, что импульсы, мишенью которых становится блуждающий
болезненное воспаление и изменения в суставах, а также нерв, могут оказывать нежелательное воздействие на окружа-
болезни Крона, для которой характерно воспаление желу- ющие нервы.
дочно-кишечного тракта. Сейчас проводятся дополнительные Тем не менее все большее число исследований и клинических
испытания. Рассматривается также возможность применения испытаний посвящено изучению механизмов действия и эффек-
электростимуляции для лечения других болезней, в которых тов VNS и других электростимуляторов. Поэтому возможно, что
присутствует воспалительный компонент, таких как заболевания в конечном итоге такие приборы будут лучше справляться с ши-
сердечно-сосудистой системы, нарушение регуляции метаболиз- роким спектром хронических заболеваний, избавив миллионы
ма и деменция, а также аутоиммунных заболеваний, таких как пациентов от необходимости принимать лекарства.

8 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Специальный репортаж

молодых компаний, включая Mosa
Meat, Memphis Meats, SuperMeat
и Filness Foods, занимаются разработ-
кой методов получения в лаборатории
говядины, свинины, морепродуктов
и мяса домашней птицы, и эта область
исследований привлекает миллионы
долларов инвестиций. Так, в 2017 г.
Memphis Meats получили $17 млн
от инвесторов, в числе которых были
Билл Гейтс и сельскохозяйственная
компания Cargill.
Если бы производство мяса (его
также называют «чистым») в лабора-
торных условиях получило широкое
распространение, это позволило
бы исключить неэтичное, жестокое
обращение с животными, которых
разводят для получения продуктов
питания, а также снизить нагрузку
на окружающую среду, связанную
с производством мясной продукции.
В данном случае требуются ресурсы
только для получения и поддержания
культуры клеток, а не целого организ-
ма с самого рождения.
Сначала у животного берут образец
мышечной ткани, потом из нее извле-
кают стволовые клетки, многократно
размножают и дают им возможность
дифференцироваться в простые
мышечные волокна, которые затем
увеличиваются в размерах и форми-
руют мышечную ткань. В Mosa Meat
утверждают, что из одного образца
мышечной ткани коровы можно полу-
чить мясо в количестве, достаточном
для приготовления 80 тыс. гамбурге-
ров весом 110 г.
Ряд новых компаний заявляет, что
в течение ближайших нескольких лет
они ожидают получить продукцию
для продажи. Но чтобы удержаться
на рынке, «чистому» мясу придется
преодолеть целый ряд барьеров.
Два из них — это цена и вкус.
ХИМИЯ В 2013 г., когда бургер с мясом, произведенным в лаборато-
рии, представили журналистам, на производство котлеты
3 МЯСО ИЗ было затрачено более $300 тыс. И она была чрезмерно сухой,
СТВОЛОВЫХ так как содержала слишком мало жира. С той поры расходы
на производство упали. Компания Memphis Meats в этом году
сообщила, что гамбургер с фаршем из мяса их производства
стоит около $600. С учетом существующей тенденции через
несколько лет «чистое» мясо составит конкуренцию тради-
КЛЕТОК ционно получаемому продукту. Тщательный подбор тексту-
ры и разумное введение добавок могут решить проблемы,
связанные со вкусом мяса.
Чтобы продукция вышла на рынок, необходимо доказать,
что «чистое» мясо безопасно для употребления. Хотя нет
ГОВЯДИНА НА УЖИН — оснований полагать, что выращенное в лабораторных усло-
виях способно нанести вред здоровью, FDA только начинает
БЕЗ УНИЧТОЖЕНИЯ ЖИВОТНЫХ рассматривать вопросы регулирования такой продукции.
Тем временем производители обычного мяса протестуют,
И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ заявляя, что произведенные в лаборатории продукты — это
не мясо, а потому их нельзя маркировать подобным образом.
Опросы показывают, что общество слабо заинтересовано
Оуэн Шефер в употреблении мяса, выращенного в лабораториях. Но не-

смотря на существующие вызовы, компании по производству
«чистого» мяса уверенно двигаются вперед. Если им удастся
Представьте, что вы едите бургер с сочной говяди- получить доступные по цене продукты с аутентичным вкусом,
ной, которую получили, не уничтожая животных. то включение «чистого» мяса в наш ежедневный рацион
Выращивание мяса в лаборатории в культуре клеток помогло бы снять ряд этических вопросов и сохранить окру-
превращает это виден́ ие в реальность. Несколько жающую среду.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 9

Специальный репортаж

И НФОРМАТИ КА Такие системы сначала необходимо «обучить», то есть
представить огромное количество примеров возможных
4 ПРОДВИНУТЫЕ вариантов запросов, поступающих от людей, а подходя-
СЕТЕВЫЕ щие ответы должны быть записаны человеком и представ-
лены в формате высокоструктурированных данных.

Эта работа требует больших затрат времени, а диапазон
задач, которые в результате могут выполнять цифровые
помощники, ограничен. Системы могут «учиться»: благо-
даря машинному обучению их способность сопоставлять
РОБОТЫ входящие запросы с существующими ответами улучша-
ется — но до некоторого предела. Тем не менее такие
системы впечатляют.
В настоящее время разрабатываются еще более слож-
НОВЫЕ АЛГОРИТМЫ ПОЗВОЛЯТ ные технологии, позволяющие следующему поколению
подобных систем извлекать и систематизировать неструк-
ПЕРСОНАЛЬНЫМ УСТРОЙСТВАМ турированные данные (необработанные тексты, видео,
фотографии, аудио, электронную почту и т.д.) из милли-
ИЗУЧИТЬ ЛЮБОЙ ВОПРОС онов источников и затем самостоятельно давать исчер-
пывающие рекомендации или обсуждать с оппонентом
НАСТОЛЬКО, ЧТО ОНИ СМОГУТ темы, которые не затрагивались при обучении.
Некоторое представление о возможностях таких
ДИСКУТИРОВАТЬ НА ЭТУ ТЕМУ технологий дают веб-сайты, где используются чат-боты,
способные немедленно дать голосовой ответ на вопросы,
обращаясь к обширным массивам данных, применяв-
Бернард Мейерсон шимся для обучения. Таким чат-ботам почти не нужна
подготовка по конкретным темам или запросам: они
используют комбинацию предварительно сконфигуриро-
Современных цифровых помощников уже иногда можно ванных данных и постоянно развивающуюся способность
ошибочно принять за человека, однако на подходе на- «читать» поступающие актуальные справочные материа-
много более способные сетевые роботы. Невидимые лы. Тем не менее прежде чем эти системы смогут давать
Siri, Alexa и им подобные системы используют сложные очень точные ответы, они сначала должны научиться рас-
программы распознавания речи, чтобы разобраться, познавать слова и их значения.
в чем состоит запрос и как его выполнить, и генерируют В июне этого года компания IBM, где я работаю, пред-
естественно звучащую речь для передачи заданных ставила усовершенствованный вариант этой технологии:
сценарием ответов, соответствующих вашим вопросам. систему, вступающую в дискуссию в реальном времени

10 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Специальный репортаж

с человеком-экспертом без предварительного обуче- в организме инсулин (клеток островков Лангерганса), этот
ния предмету спора или обсуждаемой теме. Используя громоздкий процесс мог бы стать необязательным. Таким
неструктурированные данные (в том числе статьи же образом вживление клеток могло бы трансформировать
из «Википедии», часть из которых была отредактирована методы лечения других заболеваний, в том числе рака,
для внесения ясности), система должна была установить сердечной недостаточности, гемофилии, глаукомы и болезни
актуальность и достоверность информации и организо- Паркинсона. Однако клеточные импланты имеют большой
вать ее в виде ресурсов многократного использования, недостаток: реципиенты должны постоянно принимать имму-
к которым программа могла обратиться, чтобы после- носупрессоры, чтобы предотвратить отторжение этих клеток
довательно аргументировать занимаемую позицию. иммунной системой. Прием таких лекарств может привести
Программа также должна была отвечать на доводы, при- к серьезным побочным эффектам, включая повышенный риск
водимые человеком-оппонентом. Во время демонстрации возникновения инфекций или злокачественных опухолей.
система участвовала в двух обсуждениях, и большинство
зрителей посчитали, что в одной из дискуссий машина В течение нескольких десятилетий ученые занимаются раз-
оказалась более убедительна, чем человек. работкой способов, позволяющих поместить клетки в полу-
проницаемые мембраны, препятствующие атакам иммунной
Эффективная технология, включающая ПО, которое системы на вживляемые клетки. Такие капсулы позволяют пи-
может не только понимать естественный язык, но и справ- тательным веществам и другим малым молекулам проникать
ляться с более сложной задачей — определять позитив- внутрь, а необходимым гормонам или другим лекарственным
ные и негативные эмоции, — разрабатывалась более пяти белкам — наружу. Но недостаточно предотвратить повреж-
лет, и работа все еще продолжается. Тем не менее победа дение самих клеток: если иммунная система будет рассма-
системы искусственного интеллекта без предваритель- тривать защитный материал как чужеродный, это приведет
ной подготовки над признанным экспертом — человеком к разрастанию волокнистой соединительной ткани поверх
открывает двери для бессчетного числа аналогичных капсул. Такие «фиброзы» будут препятствовать поступлению
приложений, которые могут появиться через три-пять лет, питательных веществ в клетки, вызывая их гибель.
если не раньше. Подобные системы, например, могли бы
помочь врачам быстро находить актуальные исследова- Сейчас исследователи начинают решать проблему фибро-
ния, касающиеся сложных случаев заболеваний, и обсуж- зов. Например, в 2016 г. команда из Массачусетского техно-
дать достоинства протокола лечения. логического института (МТИ) опубликовала информацию
о методе, позволяющем сделать импланты невидимыми для
Такие интеллектуальные системы будут полезны только иммунной системы. После проверки огромного количества
для сбора имеющихся сведений, а не для создания новых, произведенных в лаборатории материалов исследователи
как это делают ученые или эксперты. Однако с появлени- остановились на геле на основе химически модифицирован-
ем более умных машин возникает угроза потери рабочих ной версии альгината, имеющего долгую историю безопасно-
мест. Поэтому общество должно позаботиться о том, го для организма применения. Когда ученые имплантировали
чтобы следующее поколение получило квалификацию, не- островковые клетки, помещенные в капсулу из такого геля,
обходимую для решения проблем, требующих человече- в организм больной диабетом мыши, клетки в ответ на изме-
ской изобретательности. нение уровня сахара в крови сразу же начинали производить
инсулин и удерживали уровень сахара под контролем в тече-
5 ние всего исследования, длившегося шесть месяцев. Фиброз
при этом не наблюдался. По результатам отдельной работы
БИОТЕХНОЛОГИЯ исследователи сообщили, что блокировка определенной
молекулы (рецептора колониестимулирующего фактора-1)
ИМПЛАНТИРУЕМЫЕ макрофагов — клеток иммунной системы, играющих важную
К ЛЕ ТКИ, роль в развитии фиброза, — может подавлять формирование
ПРОИЗВОДЯЩИЕ фиброзной ткани. Добавление такого блокатора должно по-
ЛЕКАРСТВА высить «жизнеспособность» имплантов.

ЛЕКАРСТВА МОГУТ СЕКРЕТИРОВАТЬСЯ Разработкой терапии с использованием инкапсулирован-
В ОРГАНИЗМЕ ПО МЕРЕ НЕОБХОДИМОСТИ, ных клеток занимаются несколько вновь созданных компа-
НЕ ОТТОРГАЯСЬ ИММУННОЙ СИСТЕМОЙ ний. Одна из таких компаний, Sigilon Therapeutics, на основе
технологии, созданной в МТИ, работает над созданием
Сан Юп Ли средств для лечения диабета (эта работа ведется совместно
с фармацевтической компанией Eli Lilly), гемофилии, а также
Множество людей, больных диабетом, по несколько раз в день группы нарушений обмена веществ под названием «лизосом-
прокалывают пальцы для проведения экспресс-анализа уровня ные болезни накопления». Компания Semma Therapeutics тоже
сахара в крови и определения необходимой дозы инсулина. После разрабатывает средство от диабета, но использует собствен-
имплантации клеток поджелудочной железы, секретирующих ную технологию; Neurotech Pharmaceuticals проводит клини-
ческие испытания имплантов для лечения глаукомы и раз-
личных нарушений зрения, связанных с дистрофией сетчатки;
Living Cell Technologies проводит клинические испытания
имплантов для лечения болезни Паркинсона и разрабатывает
средства терапии других нейродегенеративных заболеваний.

В настоящее время помещаемые в капсулы клетки
извлекают из трупов животных и людей или получают
из стволовых клеток. Возможно, когда-нибудь для терапии
с помощью имплантируемых клеток будет использовать-
ся более широкий диапазон типов клеток, в том числе
спроектированных с использованием методов синтетиче-
ской биологии — перепрограммирования генетического
материала клетки для выполнения новых функций, таких
как регулируемый выброс в ткань молекул определенно-
го лекарства по требованию. Но сейчас об этом говорить
слишком рано. Ни безопасность, ни эффективность терапии
с использованием инкапсулированных клеток пока не до-
казаны в масштабных клинических испытаниях, но имеются
обнадеживающие признаки.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 11

Специальный репортаж

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ свойства, инструменты машинного обучения могут сконстру-
ировать виртуальные библиотеки новых веществ с похожими
6 ИИ ДЛЯ и более полезными свойствами. Эта возможность используется
БЫСТРОЙ для ускорения идентификации ведущих лекарств.
РАЗРАБОТКИ
МОЛЕКУЛ Примерно 100 новых компаний, включая Incilico Medicine,
Kebotix и BenevolentAI, уже задействуют возможности ИИ для об-
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ наружения лекарств. Недавно компания BenevolentAI увеличила
МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ УСКОРЯЕТ до $115 млн финансирование проектов по поиску лекарственных
ПОИСК НОВЫХ ЛЕКАРСТВ средств от болезни двигательного нейрона, болезни Паркинсона
И МАТЕРИАЛОВ и других заболеваний, с трудом поддающихся лечению, с ис-
пользованием ИИ. Компания подключает ИИ на всех этапах
Джефф Карбек разработки лекарств: от открытия новых молекул до создания
и клинических испытаний на безопасность и эффективность.
Хотите разработать новый материал для получения солнечной
энергии, лекарство для борьбы с раком или компонент, предот- В сфере разработки материалов фирмы, такие как Citrine
вращающий заражение зерновых вирусом? Сначала вы должны Informatics, применяют те же методы, что и производители ле-
решить две проблемы: установить подходящее химическое карств, и сотрудничают с крупными компаниями, включая BASF
строение вещества и определить, в результате каких хими- и Panasonic, для ускорения внедрения новшеств. Правительство
ческих реакций соответствующие атомы формируют нужные США также поддерживает разработку новых материалов с ис-
молекулы или их комбинации. пользованием ИИ. С 2011 г. государство инвестировало более
$250 млн. в Materials Genome Initiative (MGI, Инициатива «Геном
Обычно решения находят путем построения сложных умо- материала»), в рамках которой создается инфраструктура,
заключений, порой удачных. Процесс занимает долгое время включающая ИИ и другие компьютерные методы, для ускорения
и связан с большим количеством неудачных попыток. Например, разработки материалов с улучшенными свойствами.
план синтеза может включать сотни отдельных этапов, многие
из которых могут привести к нежелательным побочным реакци- Прошлый опыт показывает, что новые материалы и химиче-
ям или продуктам или вообще не будут работать. Однако сейчас ские вещества могут представлять непредвиденный риск для
использование систем искусственного интеллекта постепенно здоровья и безопасности. К счастью, задействование ИИ должно
повышает эффективность и разработки, и синтеза, в связи с чем дать возможность предсказать и уменьшить эти нежелательные
процесс поиска становится быстрее, легче и дешевле, а количе- эффекты. Похоже, эта технология может значительно увеличить
ство химических отходов сокращается. скорость и эффективность разработки и вывода на рынок новых
веществ и материалов, которые способны принести большую
В системах ИИ алгоритмы машинного обучения анализируют пользу: повысить качество здравоохранения и сельского хозяй-
все известные эксперименты, в ходе которых предпринимались ства, а также способствовать сохранению ресурсов и увеличе-
попытки обнаружить и синтезировать интересующее веще- нию производства и накопления возобновляемой энергии.
ство, как удачные, так и, что важно, неудачные. Основываясь
на обнаруженных закономерностях, алгоритмы предсказывают 7
строение потенциально полезных новых молекул и возможные
способы их производства. Не существует какого-то одного МЕДИЦИНА
средства, использующего алгоритмы машинного обучения,
которое может выполнить все эти действия по нажатию кнопки, ПЕРЕДОВАЯ
но технологии ИИ все активнее используются при разработке ДИАГНОСТИКА
молекул лекарств и материалов. ДЛЯ ТОЧНОЙ
МЕДИЦИНЫ
Например, система ИИ, разработанная исследователями
из Мюнстерского университета, последовательно моделирует НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ МЕТОДОВ
12,4 млн известных одноступенчатых реакций и предлагает путь ДИАГНОСТИКИ МОЖЕТ ПОЛОЖИТЬ КОНЕЦ
многоступенчатого синтеза, разрабатывая его в 30 раз быстрее ШАБЛОННОМУ ПОДХОДУ К ЛЕЧЕНИЮ
человека.
Хабиба Альсафар и Элизабет О’Дэй
В фармацевтике используется интересная технология на базе
ИИ под названием «генеративная модель машинного обучения». На протяжении почти всего XX в. женщин, больных раком молоч-
Большинство фармацевтических компаний хранят миллионы ной железы, лечили одинаково. С тех пор подход к лечению стал
химических веществ и изучают возможности их применения более индивидуальным: рак молочной железы подразделяют
в качестве новых лекарств. Но даже с привлечением роботов на подтипы и лечат соответственно. Например, многие женщи-
и средств автоматизации лабораторий процесс изучения про- ны, у которых клетки опухоли содержат рецепторы эстрогенов,
двигается медленно и относительно редко приносит успехи. наряду со стандартной постоперационной химиотерапией могут
Кроме того, все «библиотеки» содержат лишь малую часть
от более чем 1030 теоретически возможных молекул. Используя
набор данных, описывающих химическое строение известных
лекарственных препаратов (и кандидатов в лекарства) и их

12 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Специальный репортаж

принимать лекарства, действующие именно на такие рецепторы. 8
В 2018 г. исследователи сделали еще один шаг к персонализиро-
ванному лечению. Они идентифицировали значительную часть БИОТЕХНОЛОГИЯ
больных, опухоли которых обладают свойствами, указывающи-
ми, что таким пациентам можно безопасно отказаться от хими- МЕРЫ
отерапии и избежать часто возникающих серьезных побочных БЕЗОПАСНОСТИ
эффектов. ДЛЯ ГЕННОГО
ДРАЙВА
Достижения в развитии средств и методов диагностики мно-
гих заболеваний ускоряют переход к персонализированной, или ОГРАНИЧЕНИЕ РИСКА, СВЯЗАННОГО
прецизионной, медицине. Такие технологии могут помочь вра- С ТЕХНОЛОГИЕЙ, СПОСОБНОЙ МЕНЯТЬ
чам идентифицировать и количественно определять множество ЦЕЛЫЕ ВИДЫ
биомаркеров (молекул, которые указывают на наличие наруше-
ний), чтобы разделить пациентов на подгруппы по их предрас- Синтия Коллинз
положенности к заболеванию, прогнозам развития болезни или
вероятности ответа на конкретный способ лечения. Область исследований, связанная с технологией генной инже-
нерии, которая может навсегда изменить фенотипы (признаки)
Первые методы диагностики были основаны на определении в популяции или даже весь вид, быстро развивается. Речь идет
одного вида молекул, например глюкозы в случае диабета. об использовании генных драйвов — элементов генома, пере-
Однако за последнее десятилетие большой прогресс достигнут дающихся от родителей необычно большому числу потомков
в методах наук, названия которых оканчиваются на «-омика»: и поэтому довольно быстро распространяющихся в популяции.
можно быстро, надежно и дешево секвенировать геном цело- Генные драйвы встречаются в природе, но их также можно
го организма, или определить уровни всех белков (протеом), сконструировать, и это во многих отношениях может стать
продуктов обмена веществ (метаболом) или микроорганизмов благом для человечества. С помощью этой технологии можно
(микробиом) в образцах жидкостей или тканей. В результате остановить распространение насекомыми возбудителей маля-
рутинного использования этих методов появилось огромное рии и других ужасных инфекций; повысить урожаи зерновых,
количество массивов данных, которые может обрабатывать изменив вредителей растений; сделать кораллы устойчивыми
ИИ для поиска новых биомаркеров, полезных в клинической к экологическому стрессу и предотвратить разрушение эко-
практике. Подобное сочетание искусственного интеллекта систем инвазивными видами растений и животных. При этом
и высокопроизводительных «омик-методов» открывает новую ученые отчетливо осознают, что изменение или даже уничтоже-
эру в прогрессивной диагностике, которая трансформирует ние видов может иметь серьезные последствия. Поэтому они
понимание и лечение множества болезней, так как даст врачам разрабатывают правила, регулирующие переход от исследова-
возможность подбирать лечение в соответствии с молекуляр- ний в лаборатории к проведению полевых испытаний и более
ным профилем каждого пациента. широкому использованию в будущем.

Несколько прогрессивных методов диагностики уже использу- Десятки лет ученые исследуют возможности применения
ется в онкологии. С помощью теста под названием Oncotype DX генного драйва для борьбы с болезнями и другими проблемами.
(«Онкотип DX»), в рамках которого анализируется 21 ген, удалось Росту популярности этого направления способствовало появле-
обнаружить, что многие женщины, больные раком груди, могут ние технологии редактирования генов CRISPR, которая позволяет
избежать химиотерапии. Другой тест, FoundationOne CDx, по- легко внедрять генетический материал в конкретный участок
зволяет выявить мутации в более чем 300 генах в сóлидных хромосомы. В 2015 г. в нескольких статьях сообщалось об успеш-
опухолях и определить специальные воздействующие на ген ном распространении генных драйвов у дрожжей, дрозофил
(таргетные) лекарства, которые, возможно, подойдут данному и москитов с помощью системы CRISPR. В одном из исследований
пациенту. гены устойчивости к малярийному плазмодию внедрили в по-
пуляции москитов, что теоретически должно ограничить перенос
Еще один удивительный метод применяется для диагностики паразита. В другом эксперименте вмешательство касалось регу-
эндометриоза — заболевания, часто сопровождающегося боля- ляции плодовитости самок разных видов москитов.
ми, при котором за пределами матки разрастается ткань, подоб-
ная эндометрию. Для постановки диагноза обычно требуется В 2018 г. система генного драйва — CRISPR была протести-
операция. Разработанный DotLabs новый неинвазивный метод рована на мышах: ученые пытались манипулировать окраской
может определить наличие эндометриоза на основе анализа шерсти. Процедура сработала только на самках. Но даже в этом
микроРНК в слюне. Разрабатываются методы анализа крови, случае результаты свидетельствуют, что технология может по-
которые помогут диагностировать мозговые нарушения, такие мочь уничтожить или изменить популяции инвазивных мышей
как аутизм, болезни Паркинсона и Альцгеймера, пока же врачи и других млекопитающих — переносчиков болезней или пред-
ставят диагноз по результатам субъективных оценок. Ученые ставляющих угрозу для культур зерновых или дикой природы.
даже выясняют, можно ли по результатам секвенирования всего
генома, анализа микробиома и определения уровня сотен бел- Управление перспективных исследовательских проектов
ков и метаболитов здорового человека разработать для него Министерства обороны США (DARPA) входит в число инвесторов,
персональное руководство по предотвращению заболеваний.

Одно предупреждение: исследователи, использующие такие
методы диагностики и медицинское оборудование, должны
строго соблюдать меры безопасности для защиты частной
жизни пациента. Более того, необходимы ясные нормативные
рекомендации для последовательной оценки значения биомар-
кера в качестве диагностического инструмента. Такие рекомен-
дации ускорят внедрение новых биомаркеров в медицинскую
практику.

Тем не менее уже сейчас прогрессивные методы диагностики
начинают менять стандартный подход к постановке диагноза
и лечению болезни. Использование таких методов позволит
применять наиболее эффективный для данного пациента способ
лечения и, возможно, даже снизить расходы на здравоохране-
ние. Может быть, однажды у многих из нас появится персональ-
ное облачное хранилище накапливаемых со временем данных
по биомаркерам, и необходимую для лечения информацию
можно будет получить, где бы мы ни обратились за медицинской
помощью.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 13

Специальный репортаж

заинтересованных в развитии технологии. DARPA предоставило рекомендации по ответственному применению. В 2018 г. боль-
финансирование в размере $100 млн на исследование примене- шая международная рабочая группа разработала дорожную
ния генного драйва для борьбы с болезнями, переносчиками карту для управления исследованиями от экспериментов в лабо-
которых служат москиты, и инвазивными видами грызунов. ратории до реализации в реальных условиях. Группа (некоторые
Фонд Билла и Мелинды Гейтс инвестировал $75 млн в исследо- из встреч посещали наблюдатели от DARPA, фонда Гейтсов и дру-
вательский консорциум, работающий над созданием генного гих агентств) создала модельные рекомендации по использова-
драйва для борьбы с малярией. нию генного драйва для контроля малярии в Африке, где, по их
мнению, технология могла бы принести наибольшую пользу для
Несмотря на многообещающие перспективы, использование здравоохранения.
генных драйвов вызывает множество опасений. Могут ли генные
драйвы случайно передаваться другим видам в дикой природе Помимо ограничения рисков, связанных с самой техноло-
и отрицательно повлиять на них? Каковы риски для экосистемы гией, многие исследователи хотят избежать неверных шагов
в связи с уничтожением выбранного вида? Сможет ли кто-то и инцидентов, которые могли бы привести к негативной реакции
злонамеренно использовать генные драйвы в качестве оружия, общественности или политиков. В изданном в 2017 г. очерке
скажем, чтобы вредить сельскому хозяйству? о возможном использовании генного драйва для уничтоже-
ния млекопитающих-вредителей Кевин Эсвелт (Kevin Esvelt)
Пытаясь избежать подобного мрачного развития событий, из Массачусетского технологического института и Нил Геммелл
одна команда исследователей изобрела «переключатель», (Neil Gemmell) из Отагского университета в Новой Зеландии
который необходимо «включить» путем доставки определенно- высказали опасения, что из-за какого-нибудь международного
го вещества, чтобы генный драйв стал работать. Параллельно инцидента исследование может быть отложено на десятилетие
множество групп ученых работают над протоколами, регулиру- или более. «Только в том, что касается малярии, — предсказыва-
ющими проведение каждой стадии проверки генных драйвов. ют ученые, — цена такой отсрочки может измеряться миллиона-
Например, в 2016 г. Национальная академия наук США и входя- ми смертей, которые можно было предотвратить».
щие в ее состав Национальная инженерная академия и Институт
медицины провели изучение технологии и разработали

9 на поверхности металла — образуется поверхностный плазмон.
Когда кусок металла большой, свободные электроны отражают
ТЕХНИКА падающий свет, поэтому материал блестит. Но если размеры
частицы металла составляют всего несколько нанометров, его
ОБНАРУЖЕНИЕ свободные электроны локализованы в очень маленьком про-
ТОКСИНОВ странстве, поэтому диапазон частот коллективных колебаний
С ПОМОЩЬЮ ограничен. Конкретная частота колебаний зависит от размера
ПЛАЗМОНИКИ наночастицы металла. Явление, при котором плазмон поглощает
только ту часть света, частота которого совпадает с собствен-
АКТИВИРУЕМЫЕ СВЕТОМ ной частотой плазмона, и отражает остальной свет, называется
НАНОМАТЕРИАЛЫ ВЫВОДЯТ плазмонным резонансом. Поверхностный плазмонный резонанс
ПРОИЗВОДСТВО СЕНСОРОВ НА НОВЫЙ можно использовать для создания наноантенн, эффективных
УРОВЕНЬ солнечных батарей и других полезных устройств.

Хавьер Гарсиа Мартинес Одна из наиболее изученных областей применения плаз-
монных материалов — сенсоры для определения химических
В 2007 г. в статье в Scientific American Гарри Этуотер (Harry и биологических агентов. Один из подходов основан на том,
A. Atwater) из Калифорнийского технологического института что ученые наносят на плазмонный наноматериал вещество,
предсказал, что технология, которую он назвал плазмоникой, которое связывается с интересующей молекулой, например бак-
может найти широкое применение — от крайне чувствительных териальным токсином. В отсутствие токсина свет, попадающий
биодетекторов до плащей-невидимок. Десять лет спустя ряд на материал, переизлучается под определенным углом. Но в при-
идей плазмоники стали коммерческой реальностью, а другие сутствии токсина частота поверхностного плазмона изменится,
находятся на стадии выхода из лаборатории на рынок. следовательно, изменится и угол отраженного света. Этот эф-
фект можно измерить очень точно, что дает возможность даже
Эти технологии основаны на управлении взаимодействием отследить количества определяемого токсина. Несколько вновь
электромагнитного поля и свободных электронов металла созданных компаний разрабатывают продукты на основе этого
(как правило, золота или серебра), отвечающих за оптиче- и связанных с ним методов. К числу таких продуктов относятся
ские свойства металла и его проводимость. Попадание света внутренний датчик аккумуляторов, позволяющий отследить
возбуждает коллективные колебания свободных электронов работу батарей и оказывающий помощь в повышении их удель-
ной мощности и увеличении силы тока при зарядке, а также
устройства, которые способны отличить вирусные инфекции
от бактериальных. Плазмоника находит применение также
в запоминающих устройствах на магнитных дисках. Например,
магнитные записывающие устройства с нагревом увеличивают
объем памяти за счет моментального прогревания крошечных
участков диска во время записи.

В области медицины проводятся клинические испытания
возможного применения активируемых светом наночастиц для
лечения рака. Наночастицы вводятся в кровь, после чего они
концентрируются внутри опухоли. Затем массу освещают све-
том той же частоты, что и у поверхностного плазмона, вызывая
нагревание частиц в результате резонанса. Высокая темпера-
тура приводит к гибели раковых клеток внутри опухоли без
повреждения окружающей здоровой ткани.

Чтобы добиться успеха в области применения технологии
плазмоники, вновь создаваемым компаниям необходимо
убедиться, что их продукты недороги и надежны, что их просто

14 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Специальный репортаж

производить в больших объемах и можно интегрировать с дру- возможность разрабатывать и тестировать небольшие програм-
гими компонентами. Несмотря на эти проблемы, перспективы мы для таких машин. Развивается комплекс вновь созданных
благоприятны. Появление метаматериалов — синтетических компаний, сосредоточенных на разных аспектах программного
наноматериалов, в которых плазмоны порождают необычные обеспечения для квантовых компьютеров.
оптические эффекты, — позволило исследователям в области
плазмоники использовать помимо золота и серебра иные мате- Исследователи считают наиболее перспективными два вида
риалы, такие как графен и полупроводниковые метаматериалы. алгоритмов для NISQ: для моделирования и для машинного об-
Future Market Insight прогнозирует, что объем североамерикан- учения. В 1982 г. легендарный физик-теоретик Ричард Фейнман
ского рынка только в области применения плазмонных сенсоров предположил, что одной из самых важных областей применения
вырастет с почти $250 млн в 2017 г. до $470 млн к 2027 г. квантовых компьютеров будет моделирование самой природы:
атомов, молекул и материалов. Многие исследователи, включая
10 меня, разрабатывают алгоритмы для моделирования молекул
и материалов на устройствах NISQ (а также на будущих кванто-
И НФОРМАТИ КА вых компьютерах с полной коррекцией ошибок). Такие алгорит-
мы могли бы ускорить разработку новых материалов для разных
АЛГОРИТМЫ областей — от энергетики до медицины.
ДЛЯ КВАНТОВЫХ
КОМПЬЮТЕРОВ Разработчики также оценивают возможности квантовых
компьютеров для решения задач машинного обучения, в кото-
РАЗРАБОТЧИКИ СОВЕРШЕНСТВУЮТ рых компьютеры учатся на основе больших массивов данных
ПРОГРАММЫ ДЛЯ КВАНТОВЫХ или опыта. Тестирование растущего числа алгоритмов для
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ NISQ-устройств показало, что квантовые компьютеры действи-
тельно могут выполнять такие задачи машинного обучения,
Алан Аспуру-Гузик как классификация информации по категориям, группировка
похожих терминов или признаков и составление новых стати-
Квантовые компьютеры за несколько лет могут догнать или даже стических выборок из существующих: например, предсказывать
превзойти классические компьютеры, так как ведется интенсив- молекулярное строение вещества, при котором наиболее веро-
ная работа над аппаратным обеспечением и алгоритмами. ятно будет проявляться нужное сочетание свойств. По меньшей
мере три независимые исследовательские группы сообщили
Для выполнения вычислений квантовые компьютеры ис- о прогрессе в разработке квантовой версии метода машинного
пользуют принципы квантовой механики. Базовая единица обучения, известного под названием «генеративно-состязатель-
информации, кубит, аналогична стандартному биту (0 или 1), ные сети» (GAN), который произвел фурор в области машинного
но представляет собой квантовую суперпозицию между двумя обучения в последние несколько лет.
квантовыми состояниями: кубит может быть и нулем, и едини-
цей одновременно. Это свойство наряду с другой уникальной Несмотря на то что ряд алгоритмов, похоже, хорошо работа-
характеристикой — квантовой перепутанностью — позволяет ют на существующих машинах NISQ, пока никто не представил
квантовым компьютерам решать определенные группы задач формальных доказательств того, что такие алгоритмы мощнее
более эффективно, чем любой обычный компьютер. по сравнению с теми, что могут выполняться на обычных ком-
пьютерах. Собрать такие доказательства сложно, и, возможно,
Тем не менее эта интересная технология очень сложна. Так, на это уйдут годы.
например, функционирование квантового компьютера нарушает
процесс, называемый декогеренцией. Исследователи определи- Развивается комплекс
ли, что можно создать строго управляемые квантовые ком- вновь созданных компаний,
пьютеры с несколькими тысячами кубитов, если задействовать сосредоточенных на разных
способы коррекции квантовых ошибок для противодействия аспектах программного обеспечения
декогеренции. Но самые большие квантовые компьютеры, кото- для квантовых компьютеров
рые пока продемонстрировали лаборатории (наиболее извест-
ные примеры — компьютеры от IBM, Google, Rigetti Computing В ближайшие несколько лет исследователи, скорее всего, раз-
и IonQ), содержат всего десятки кубитов. Эти версии, которые работают более крупные и управляемые устройства NISQ, а по-
Джон Прескилл (John Preskill) из Калифорнийского технологи- том появятся машины с полной коррекцией ошибок, оперирую-
ческого института назвал квантовыми компьютерами среднего щие тысячами кубитов. Те из нас, кто работает над алгоритмами,
размера с шумами (NISQ), пока не могут осуществлять коррек- надеются, что алгоритмы для NISQ будут достаточно эффектив-
цию ошибок. Однако множество исследователей занимаются ны, чтобы превзойти обычные современные компьютеры, хотя,
разработкой алгоритмов специально для NISQ, и это, возможно, возможно, нам придется подождать, пока появятся квантовые
позволит таким устройствам выполнять определенные вычисле- машины с полной коррекцией ошибок.
ния более эффективно, чем классические компьютеры.
Перевод: С.М. Левензон
Увеличение доступа пользователей по всему миру к машинам
NISQ вносит значительный вклад в развитие этого направле- ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ния, поскольку все больше ученых в университетах получают
Э т уо т ер Г. П л а змон и к а // ВМ Н, № 8, 2 0 07.
Т рэси К. Лечен ие т ок ом // ВМ Н, № 5 – 6, 2015.
Лукин М., Монро К., Шелькопф Р. Квантовые связи // ВМН,
№ 7, 2016.
Дом и н г о с П. Н а ш и ц ифр овые д в ой н и к и // ВМ Н, № 11, 2 018.
The Top 10 Emerging Technologies of 2017. Scientific American
and World Economic Forum, June 26, 2017.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 15

Нейробиология

16 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Нейробиология

НЕЙРОБИОЛОГИЯ

ОБУЧЕНИЕ
ВО СНЕ –

РЕАЛЬНОСТЬ?

С помощью экспериментов ученые
выяснили, как можно укрепить
память, пока мозг спит

Кен Паллер и Дельфина Удиетт

Photograph by Hannah Whitaker

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 17

Нейробиология

ОБ АВТОРАХ

Кен Паллер (Ken A. Paller) — профессор психологии и руководитель
программы по когнитивной нейробиологии в Северо-Западном универ-
ситете. Проведенное им недавно исследование направленной реактива-
ции памяти финансировалось Национальным научным фондом США.

Дельфина Удиетт (Delphine Oudiette) — научный сотрудник
Национального института здравоохранения и медицинских ис-
следований Франции в Институте головного и спинного мозга
и в отделении расстройств сна Больницы Сальпетриер в Париже.

романе Олдоса Хаксли «О дивный новый мир» мальчик
запоминает каждое слово лекции на английском, хотя
не владеет языком. Обучение происходит, когда ребенок
спит там, где слышна радиопередача с лекцией. Проснув-
шись, он может повторить весь материал. Используя это открытие, тоталитарные
власти созданного Хаксли антиутопического мира приспособили методику, чтобы
влиять на подсознание своих граждан.

Обучение во сне неоднократно встречается в древ- Всем известно, что мы лучше учимся, если хо-
ней истории, в литературе и в поп-культуре. Возь- рошо отдохнули. При этом большинство людей
мите, например, Декстера, главного героя мульт- категорически отвергают идею обучения во сне.
сериала «Лаборатория Декстера». В одном из эпи- Однако некоторые новые нейробиологические от-
зодов он не выполнил вовремя домашнее задание, крытия показывают, что картина на самом деле
поэтому изобрел приспособление, позволяющее сложнее и важнейшая часть обучения происхо-
за ночь научиться говорить по-французски. Про- дит во время сна: недавно сформированные вос-
снувшись на следующий день, Декстер понимает, поминания всплывают ночью, и такое воспроиз-
что не может говорить на ка ком-либо дру гом язы- ведение способствует их укреплению, чтобы как
ке, кроме французского. Идея обучения во сне — минимум некоторые из них запомнились на всю
не современная выдумка. Она присутствует в мно- жизнь.
говековой практике тибетских монахов: сообще-
ния, нашептанные во время сна, должны были В нескольких исследованиях проверяли, мож-
помочь монаху понять, что происходящее в его но ли повлиять на сон так, чтобы улучшить обу-
снах — иллюзия. чение. Оказалось, что закрепление воспоминаний
о дневных событиях можно усилить с помощью

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сон долгое время оставался таинственным явлением, и люди недооценивали возможность использовать его для
обучения. Считали, что поскольку спящий мозг не активен, он не может учиться.

Оказалось, однако, что наш мозг во время сна поддерживает высокую активность, которая помогает сохранять
воспоминания. Недавно выяснилось, что во время сна активируются определенные воспоминания.

С помощью экспериментов с управляемой реактивацией памяти можно изучать, как улучшается обучение благо-
даря сну ночью.

В дальнейшем можно расширить эти исследования, чтобы решить проблемы, связанные со сном, избавиться
от кошмаров и, быть может, когда-нибудь научиться контролировать наши сновидения.

18 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Нейробиология

звуков или запахов. На грызунах была показа- магазине работал Улисс Грант до войны?» От-
на даже примитивная форма имплантации вос- ве т: «В хоз я йс т вен ном»). На с лед у ющ и й ден ь п ра-
поминаний: с помощью электрической стимуля- вильно была воспроизведена только та информа-
ции во время сна исследователи учили животных, ц и я, ко т ора я зв у ча ла, когда у сп я щ и х о т меча л ись
в какую часть клетки им надо отправиться после признаки пробуждения. Из-за таких результа-
пробуждения. Такое обучение, которое представ- тов исследования приостановились на 50 лет,
лял себе Хаксли, когда в течение ночи дословно за- поскольку ученые сомнева лись в том, что обуче-
поминаются целые тексты, по-прежнему остается ние во сне действительно существует: участники
тол ько на с тра н и ца х его зна мен итой к н и ги, на п и- экспериментов, казалось, учились, только если
санной в 1932 г. Однако сейчас показано, что пока не спали по-настоящему, когда им сообщали ин-
человек погружен в сон, можно влиять на его вос- ф орм а ц и ю.
поминания, и эти исследования закладывают ос-
нову для новой науки обучении во сне. В этот период большинство ученых старались
избегать исследования обучения во сне, хотя не-
Психофон которые из них тесно занялись похожей пробле-
мой, выясняя, помогает ли сон запоминать но-
Для того чтобы эти приемы работали, ученым надо вую информацию. Типичное исследование тако-
выяснить, как может поглощаться информация, го рода состояло в том, чтобы проверить, повлияет
когда сознание вроде бы находится на заслужен- ли ночь, проведенная без сна, на воспроизведение
ном отдыхе. Примерно в то время, когда Хаксли данных, выученных накануне. В других работах
писал свою книгу, начались серьезные исследова- выясняли, в каком случае запоминание будет луч-
ния возможности вмешиваться в сон. В 1927 г. Ало- ше — после короткого сна или после такого же пе-
из Сэлиджер (Alois Saliger) из Нью-Йорка изобрел риода бодрствования.
«автоматическ у ю машин у для вн у шения с у пра в-
лением по таймеру», на которую можно было за- Результаты подобных исследований могут ис-
писывать сообщения, чтобы воспроизводить их кажаться различными факторами. Например,
в течение ночи. Он продавал ее под названием стресс от недостатка сна может нарушать ког-
«психофон». Этот прибор, казалось, использовал нитивные функции, что ухудшит воспроизведе-
технологию, придуманную Хаксли, с той разни- ние воспоминаний. Но в конце концов специали-
цей, что проигрываемое сообщение выбирал поль- сты по когнитивной нейробиологии справились
зователь, а не власти. с этими трудностями, обобщив данные, получен-
ные с помощью разных методов. Постепенно на-
Изобретение Сэлиджера получило продолже- копились веские доказательства, что во время сна
ние в 1930-х и 1940-х гг., когда были проведе- п роисход ит повторна я а кти ва ц и я воспом и на н и й,
ны эксперименты, якобы подтвердившие обуче- полученных в течение дня, и взаимосвязь между
ние во сне. В 1942 г. в статье Лоуренса Лешана сном и памятью вновь стала полноценной темой
(Lawrence LeShan), работавшего тогда в Колледже научных исследований.
Вильгельма и Марии, подробно описан экспери-
мент в летнем ла гере, где многие дети имели при- Многие ученые, работающие в данной области,
вычку грызть ногти. В комнате, где спали 20 маль- сосредоточились на изучении фазы быстрого сна
чиков, Лешан с помощью портативного фонографа (она же фаза быс тры х д ви жен и й глаз — БД Г), ког-
воспроизводил голос, говоривший: «У моих ног- да сновидения наиболее частые и яркие. Предпо-
тей ужасно горький вк ус». Эта фраза повторя лась лагалось, что ночная обработка воспоминаний
по 300 раз каждую ночь, начиная со 150 минут по- связана со сновидениями, но однозначных под-
сле отбоя. Эксперимент продолжался 54 ночи под- тверждений этому не было. В 1983 г. Грэм Мит-
ряд. В последние две недели в лагере сломался фо- чисон (Graeme Mitchison) и Фрэнсис Крик (Francis
нограф, и героический Лешан сам повторял сло- Crick) — два известных ученых, ни один из кото-
ва. Восемь из 20 этих мальчиков перестали грызть рых не был психологом, — зашли довольно далеко,
ногти, в то время как среди тех 20, которым запись предположив, что БДГ-сон нужен для забывания.
не проигрывалась, не перестал никто. Но в этих Аналогично Джулио Тонони (Giulio Tononi) и Кья-
ранних работах не использовался физиологиче- ра Чирелли (Chiara Cirelli), работавшие в Вискон-
ский контроль, чтобы подтвердить, что дети дей- синском университете в Мадисоне, предположили,
ствительно спали, поэтому результаты остаются что сон может быть тем периодом времени, когда
сомнительными. ослабляются связи между клетками мозга, чтобы
на следующий день лучше запоминалась новая
Это направление исследований получило се- информация.
рьезный удар в 1956 г., когда два ученых из кор-
порации RAND использовали электроэнцефало- Некоторые исследователи вместо БДГ-сна со-
графию (ЭЭГ), чтобы записать активность мозга средоточили свое внимание на медленном сне, пе-
в то время, как спящим участникам зачитыва- риоде глубокого сна без быстрых движений глаз.
ли 96 вопросов и ответов. (Например: «В каком В 2007 г. Бьорн Раш (Bjorn Rasch), работавший тог-
да в Любекском университете в Германии, вместе

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 19

Нейробиология

Сон как дирижер

Память и сон связаны сложной симфонией нейронной активности

Исследование ритмов головного мозга помогает понять, как Диалог между гиппокампом и корой, в котором участвуют
сон участвует в закреплении воспоминаний для последую- все эти ритмы, запускает сложный комплекс взаимодействий
щего извлечения. Так, медленноволновые колебания, про- в нервной сети. Благодаря этому процессу, называемому
исходящие с частотой 0,5–4 раза в секунду, отражают ак- консолидацией, новая информация может встраиваться
тивность нейронов в коре. Каждое такое колебание состоит в уже существующую систему воспоминаний. Такое перепле-
из спада, когда нейроны замолкают, и подъема, когда они тение воспоминаний позволяет понять суть недавно приоб-
возобновляют активность. Эта синхронность помогает за- ретенного опыта и его смысл в нашем запутанном мире.
крепить недавно сформированные воспоминания, обеспечи-
вая одновременную активность многих областей коры. Если этот нейронный диалог нарушен, могут возникнуть
проблемы с памятью. У людей с серьезным повреждением
На фазе подъема могут появляться сонные веретена — гиппокампа или участков таламуса может развиться глубо-
быстрое учащение ритма до 12–15 колебаний в секунду. кая амнезия. Без взаимодействия с этими областями мозга
Сонные веретена возникают в таламусе, через который про- во время сна и бодрствования кора не может сохранять вос-
ходит информация, передающаяся практически в любую поминания о фактах и событиях, то есть так называемую де-
часть коры. Веретена имеют свой собственный ритм, повто- кларативную память. Кроме того, более легкое нарушение
ряясь примерно с пятисекундным интервалом. Они коорди- памяти может возникать, если сильно повреждена обработ-
нируют остроконечные волны в гиппокампе. Остроконечные ка воспоминаний во время сна.
волны, в свою очередь, возникают одновременно с проигры-
ванием воспоминаний. Медленные волны тем временем вы- По мере того как мы все лучше понимаем физиологиче-
полняют роль дирижера в этом оркестре: их неторопливые ское устройство оркестра, звучащего в спящем мозге, могут
колебания в коре задают темп сонным веретенам и остроко- появляться новые стратегии для улучшения естественных
нечным волнам. Сложная взаимосвязь таких колебаний обе- ритмов мозга с помощью различных форм электрической
спечивает реактивацию памяти и изменения связи между или сенсорной стимуляции. Люди всегда пытались делать
что-то подобное, используя колыбельную песню или укачи-
нейронами для закрепления воспоминаний. вая младенца, чтобы он уснул.

1 час Симфония в двух частях

0 Время 2ч Две основные фазы сна принципиально различаются. Медленный, или глубокий, сон преобладает
в начале ночи. Во время медленного сна спонтанно реактивируются некоторые воспоминания.

Воздействия, способствующие этому процессу, помогают обеспечить сохранение воспомина-
ний. Быстрый сон (БДГ) преобладает в последней части ночного сна, но его влияние на память
остается спорным.

Обобщенный цикл сна

Бодрствование (оранжевый)

Неглубокий сон (зеленый) Гармонизация мозговых волн

Медленный сон (синий) Колебания в мозге во время сна, по-видимому, играют важную роль в закре-
плении новых воспоминаний. Ключевой момент — восходящая фаза медлен-
БДГ-сон (желтый) 4ч ного колебания, которая координирует остальные ритмы мозга. Восходящая
часть медленного колебания в коре синхронизирована с сонными веретенами
5ч в таламусе. Остроконечные волны в гиппокампе координируются веретенами.
Остроконечные волны, как правило, совпадают с окончанием сонного веретена.
8ч 6ч
7ч Электрическая
активность мозга

Медленные Восходящая часть
волны медленного колебания
Кора больших синхронизирована
полушарий с сонными веретенами

Веретена
Таламус

Остроконечные Окончание сонных Illustration by Mesa Schumacher
волны веретен совпадает
Гиппокамп с остроконечными
волнами

20 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Нейробиология

с коллегами перед началом эксперимента просил Сначала использование нами звуковых сигна-

людей запомнить расположение нескольких объек- лов вызвало большие споры. У исследователей сна

тов и одновременно давал им нюхать розу. Позже, принято считать, что во время сна все сенсорные

когда люди спали в своих кроватях в лаборатории, пути в коре кроме обоняния в значительной сте-

они снова сталкивались с тем же запахом в разные пени находятся в выключенном состоянии. Нас

фазы сна, которые определялись с помощью ЭЭГ. не смутило это общепринятое мнение. Мы под-

Запах вызывал активацию гиппокампа — струк- твердили наше предположение, что повторяюще-

туры мозга, необходимой для обучения ориента- еся проигрывание тихих звуков может повлиять

ции в пространстве и закрепления новых знаний. на спящий мозг и вызвать изменения в недавно со-

При пробуждении участники точнее вспоминали храненных воспоминаниях.

расположение предметов, если запахи предъявля- Более того, похожие улучшения памяти были об-

лись им во время медленного, а не быстрого сна. наружены во многих последующих исследовани-

Направленная реактивация памяти ях. С помощью магнитно-резонансной томографии

показано, какие области мозга задействованы при

В 2009 г. наша лаборатория применила расширен- направленной реактивации памяти, а ЭЭГ-данные

ный вариант этой методики, используя звуки вме- выявили важность определенной волновой актив-

сто запахов. Мы обнаружили, что звуки, проигры- ности мозга.

вавшиеся во время медленного сна, могут улуч- Помимо усиления пространственной памяти,

шать воспоминание об определенных объектах эти методики помогли улучшить воспроизведе-

по нашему выбору (а не обо всем наборе предметов, ние воспоминаний и в других условиях. Направ-

как это было в исследовании с использованием за- ленная реактивация памяти может быть полезна

пахов). В соответствии с нашей методикой, кото- при обучении наигрывания мелодий на клавиа-

рую мы назвали направленной реактивацией па- туре, освоении новой лексики или грамматиче-

мяти, вначале люди запомина- ских правил. Метод помогает

ли расположение 50 объектов. и при более простых формах
обучения, в частности при
В будущемНапример, они учились разме-
щать кошку в одном месте ком- программы коррекции образа тела. В экс-
пьютерного экрана, а чайник обучения во сне периментах по выработке ус-
в другом. При этом они слыша- помогут сохранить ловных рефлексов направ-
ли соответствующий звук (мя- ленная реактивация памяти
уканье для кошки, свист для помогает изменить предва-

чайника и т.д.). воспоминания, рительно выученную реак-
После периода обучения ускорить усвоение цию на стимул, когда он со-
новых знаний или четался с ударом током. Про-
участникам давали возмож- водятся работы, в которых
ность поспать в комфортных исследуют другие разновид-
условиях у нас в лаборатории.

Разместив электроды на го- даже избавиться ности воспоминаний, напри-
лове человека, мы регистри- от вредных мер связь имени с лицом при
ровали ЭЭГ, чтобы убедиться, привычек, таких первой встрече с новым чело-
что он крепко спит. Благодаря веком.
этой регистрации мы получи-
По мере развития техноло-

ли интересные данные о син- гии на до будет проверить, мо-
жет ли направленная реак-
как курениехронизированной активно-

сти нервных сетей в наружном тивация памяти помочь при

слое мозга — коре, задействованной в реактива- лечении различных заболеваний, снижении за-

ции памяти. Когда мы регистрировали медлен- висимости и восстановлении после болезни. Наша

ный сон, мы включали мяуканье, свист и другие лаборатория вместе с неврологом из Северо-Запад-

звуки, связанные с объектами, использовавши- ного университета Марком Слуцки (Marc Slutzky)

мися на стадии обучения. Звуки были тихими, не- сейчас тестирует новый метод реабилитации для

намного громче фонового шума, поэтому спящий восстановления способности двигать руками по-

не просыпался. сле инсульта. Напоминающие звуки используют-

После пробуждения люди лучше вспоминали ся как часть лечения и воспроизводятся во время

расположение тех объектов, о которых им напоми- сна, чтобы попытаться ускорить повторное обуче-

нали во время сна, чем тех, о которых не напоми- ние утраченным движениям. Подход кажется мно-

нали. Запаховые и звуковые напоминания в этих гообещающим, поскольку показано, что направ-

экспериментах, по-видимому, вызывали реактива- ленная реактивация памяти может влиять на по-

цию пространственных воспоминаний и таким об- хожие формы двигательного обучения у здоровых

разом снижали забывание. людей.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 21

Нейробиология

А как насчет обучения французскому языку? воспоминаний во время сна. Дальнейшие иссле-
дова ния позволят выяснить, ка к сон помогает об-
Поскольку показана возможность усиливать па- у чен и ю и к а к ие мех а н изм ы в мозге обеспеч и ва ю т
мять, возникает вопрос, можно ли загружать но- сохранение наиболее ценных воспоминаний. Не-
вую информацию в мозг человека во время сна? обходимо также больше узнать об опасностях не-
Снова на горизонте начинает маячить призрак достаточного или неполноценного сна, который
контроля над разумом из «Дивного нового мира». может быть следствием различных жизненных
Не слишком ли далеко мы зайдем, если предста- стрессов, некоторых заболеваний или старения.
вим, что таким скрытым образом можно создавать
воспоминания? Исследование, проведенное под руководством
Кармен Вестенберг (Carmen Westerberg), работав-
Несмотря на то что долгие годы такие предпо- шей тогда в Северо-Западном университете, ука-
ложения категорически отвергались, Анат Арзи зывает нужное направление. Вестенберг тести-
(Anat Arzi) из Кембриджского университета вместе ровала пациентов с легким нарушением памяти,
с коллегами продемонстрировала создание отно- которое часто предшествует болезни Альцгейме-
сительно простых воспоминаний с помощью за- ра. В результате выяснилась связь между недоста-
па хов. В од ном экспери мент е исс ледоват е л я м уда- точным сном и снижением способности вспомнить
лось снизить влечение к табаку у курильщиков. информацию после перерыва на ночной сон.
Во время сна участники исследования подверга-
л ись воздейс тви ю д ву х за па хов: си гаре тного д ы ма Все эти сведения могут быть полезны при созда-
и тухлой рыбы. В течение следующей недели те, н и и п рогра м м обу чен и я во сне с це л ью сох ра н ить
кто вд ы х а л эт у смесь из обои х за па хов, за к у ри ва- воспоминания, ускорить усвоение новых знаний
ли на 30% реже, поскольку, видимо, связали куре- или даже избавиться от вредных привычек, таких
ние с отталкивающим рыбным запахом. как курение. В перспективе исследователи могли
бы заняться поиском способа контролировать сно-
Создание более сложных воспоминаний не так видения, чтобы избавляться от кошмаров, решать
просто, но и это когда-нибудь может стать ре- сложные задачи во сне и, может быть, даже смо-
альностью. Карим Беншенан (Karim Benchenane) треть развлекательные сны. В культуре, где уже
из Национального центра научных исследований есть браслеты, отслеживающие сон, и возмож-
Франции с коллегами показали, как можно изме- ность отправить пробы на генетический анализ
нить содержание воспоминаний — правда, толь- по почте, мы можем начать задумываться о том,
ко у мышей. Когда они начинали эту работу, Бен- чтобы использовать ежедневное время сна для
шенан и его команда знали, что при исследовании продуктивной деятельности. Кого-то такая пер-
мышами новой среды нейроны, называемые клет- спектива пугает, но для других это еще одна долго-
ками места, разряжаются в момент попадания ж да н на я возмож нос ть п реодоле ть су щес тву ющ ие
животного в определенную часть пространства. ограничения.
Те же нейроны разряжаются вновь во время сна,
когда предположительно происходит проигрыва- Перевод: М.С. Багоцкая
ние воспоминаний.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Исследователи стимулировали систему подкре-
пления в мозге мыши (медиальный пучок перед- Ст и к г о л д Р. Ут р о вечера м уд р ене е // ВМ Н, № 12, 2015.
него мозга) именно тогда, когда клетки места спон- Уол кер М. Зачем м ы сп и м. Нова я нау к а о сне и снови ден и я х.
танно активировались у спящего животного. По- М.: КоЛибри, 2018.
разительно, что грызуны потом проводили больше T he S ecret World of Sleep: T he Su r pr isi n g S cience of t he M i nd at
времени в тех местах, которые соответствовали Rest. Penelop e A . L e w is. P a l g r ave M acm i l l a n, 2013.
клеткам места, связанным со стимуляцией, и на- Upg rad i ng t he Sleepi ng Bra i n w it h Ta rgeted Memor y React ivat ion.
правлялись туда сразу, как только просыпались. Delphine Oudiette and Ken A. Paller in Trends in Cognitive Sciences,
Требуются дополнительные эксперименты, что- Vol. 13, No. 3, pages 142–149; March 2013.
бы понять, были ли мышам созданы полноценные Sleeping in a Brave New World: Opportunities for Improving
ложные воспоминания или животные автоматиче- L ea r n i ng a nd Cl i n ica l Outcomes t h roug h Ta rgeted Memor y React i-
ски отправлялись в эти места из-за выработанного vation. Ken A. Paller in Current Directions in Psychological Science,
рефлекса, не и ме я н и ка кого п редс та в лен и я о том, Vol. 26, No. 6, pages 532–537; December 2017.
почему их туда влечет.

Еще предстоит выяснить, каковы пределы воз-
можностей такого обучения, но это исследова-
ние уже продемонстрировало, что обучение может
продолжаться и во время ночного выключения со-
знания. Сон необходим не только для того, чтобы
восстановить силы, но и для закрепления воспо-
минаний, приобретенных во время бодрствова-
ния. Нам нужно еще многое узнать об обработке

22 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019



Ядерная физика

24 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

Среди заснеженных подмосковных просторов, вдали от столичной суеты
находится Долгопрудненская научная станция ФИАН, носящая поэтическое
название «Лаборатория физики Солнца и космических лучей». Путь сюда непрост:
«Езжайте мимо новых корпусов МФТИ, потом по дорожке до зеленого забора, —
предупреждает заведующий станцией доктор физико-математических наук
Владимир Салимгереевич Махмутов. — Дальше ехать не надо, дорога занесена
снегом». Мы нашли нужный забор, постучали... Трудно предположить, что в этих
маленьких уютных домиках, где с крыш свисают огромные сосульки, проводятся
уникальные научные эксперименты и рождаются важные открытия, имеющие
планетарное значение. Но это правда.

Фото: Андрей Афанасьев — Владимир Салимгереевич, давайте вспом- — Умели строить!
ним, как все начиналось. — Кроме главного корпуса у нас есть несколько
небольших лабораторных и производственных по-
— Наша лаборатория носит имя академика строек, которые мы стараемся сохранить в рабо-
С.Н. Вернова. Именно по его инициативе в 1946 г. чем сос тоя н и и. Здесь, на Дол гоп руд ненской нау ч-
была создана Долгопрудненская научная стан- ной станции, более 70 лет назад начались экспери-
ция (ДНС) Физического института Академии наук ментальные работы по изучению физики ядерных
СССР. Он стал ее первым директором. взаимодействий. Были разработаны и созданы
соответству ющие эксперимента льные уста новки,
История возникновения станции крайне инте- которые строились на счетчиках заряженных ча-
ресна: как раз в эти годы в Советском Союзе были стиц. Основная задача включала в себя изучение
начаты работы по атомному проекту. Атомное ору- состава и спектров космических лучей и харак-
жие — это ядерные реакции, и нужно было полу- теристик их ядерных взаимодействий с ядрами
чить определенные физические константы, харак- воздуха в широком интервале энергий. Экспери-
теристики взаимодействия. В этих целях 4 мар- менты п ровод и л ись на шара х-зон да х, а позд нее —
та 1946 г. И.В. Сталин подписал решение Совета на высотных самолетах. Ученые поднимали свою
народного хозяйства о создании в городе Долго- аппаратуру вплоть до высот 25–30 км и получали
прудном научной станции Физического институ- необходимые экспериментальные данные о фи-
та АН СССР для изучения космических лучей в ат- зических взаимодействиях заряженных частиц
мосфере Земли. С этого момента станция начала высоких энергий. Таким образом, во второй поло-
свою жизнь. Несмотря на то что прошло уже много вине 1940-х гг. прошлого столетия были начаты
лет, наш коллектив успешно работает, и это здание
у нас до сих пор «живое».

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 25

Ядерная физика

атмосферные исследования в области ядерной фи- понижается до -60–80° C. После сборки и настрой-
зики и физики космических лучей, которыми мы ки радиозонд запускается в атмосферу на метео-
занимаемся и по сей день. рологической оболочке. Вес современного радио-
зонда не превышает 600 г. Эта аппаратура должна
— Как связаны ядерные взаимодействия быть достаточно легкой, чтобы подняться до высот
и космические лучи? 30–35 км. По радиоканалу мы ежеминутно получа-
ем сигнал с нашего датчика.
— Космические л у чи, которые поста вляет на ша
Галактика, состоят из заряженных частиц. В ре- — Где производят эту научную аппаратуру?
зультате взаимодействия этих частиц высоких — С самого начала эксперимента ее собира-
энергий с ядрами воздуха происходят ядерные ре- ют в этих стенах — ежегодно по 500 радиозондов.
акции в атмосфере. Продукты таких реакций мы У нас сохранились старые образцы первых при-
с вами видим начиная с поверхности Земли до вы- боров, которые работали на ламповых элементах
сот 30–35 км, куда поднимаются наши приборы. и весили 3 кг. Сейчас аппаратура стала значи-
Кроме запусков радиозондов мы проводим экс- тельно легче и одновременно усложнилась. Толь-
перименты с помощью наземных установок, ко- ко детекторы заряженных частиц, которые поку-
торые регистрируют потоки заряженных и ней- паем на Сара нском за воде, ос та лись пра ктически
тральных частиц. Это установки типа «Ковер» — прежними. Электронные платы, позволяющие за-
по-английски CARPET. регистрировать и сформировать сигналы со счет-
чиков, мы собираем в нашей лаборатории. Своими
— Почему «Ковер»? силами изготавливаем датчики атмосферного дав-
— Расположение счетчиков ковровое: сверху ления и градуируем их на специальном стенде. Пе-
одна плоскость счетчика, внизу — другая. Две пло- редатчик с разных высот атмосферы передает дан-
скости счетчиков разделены поглотителем. Он ис- ные о потоках заряженных частиц. Очень важно,
пользуется для того, чтобы разделить потоки за- что эта информация идет сразу из трех пунктов
ряженных частиц по энергии. Такая методика по- наблюдений, так как потоки заряженных частиц
зволяет отделить частицы космических лучей в атмосфере зависят от геомагнитной широты.
от радиоактивности. — Что дают эти исследования?
Другой тип детекторов регистрирует нейтрон- — В первую очередь, они имеют фундамен-
ный компонент космических лучей. Но эти уста- тальный характер. Главная задача заключает-
новки — лишь дополнение к нашему основному ся в том, чтобы исследовать потоки космических
эксперименту. лучей в земной атмосфере и ответить на вопрос,
— А что представляет собой основной экспе- насколько они стабильны, как они меняют-
римент? ся со временем, каковы причины, вызывающие
— Наша лаборатория была создана для иссле- их модуляцию. Мы как земные наблюдатели ви-
дования космических лучей и процессов их ядер- дим потоки вторичных заряженных частиц в ат-
ных взаимодействий в атмосфере Земли. Поэто- мосфере, но породившие их первичные части-
му с момента ее создания по настоящее время мы цы приходят к нам издалека. Можно сказать, это
проводим запуски научной аппаратуры в атмо- отголоски галактических процессов — вспышек
сферу. До 1957 г. такие измерения были нечасты- сверхновых звезд в нашей Галактике, которые по-
ми (один-два раза в месяц), а начиная с середины ставляют космические заряженные частицы. По-
1957 г. стали проводиться чаще. Три раза в неделю том эти частицы приходят в Солнечную систему,
осуществляются одновременные запуски шаров- где на ни х действует солнечный ветер, вызыва ю-
зондов в Антарктиде, в обсерватории «Мирный», щ и й мод ул я ц и ю и л и времен н ы е изменен и я пото-
в Мурманской области, совместно с сотрудника- ков частиц. Потоки заряженных частиц постав-
ми Полярного геофизического института РАН, ляет и Солнце, когда на нем происходят мощные
и здесь, на Долгопрудненской научной станции вспышки. Во время таких процессов ускоряются
ФИАН. Прямо с этой площадки перед нашим зда- протоны, ядра (вплоть до ядер железа) и электро-
нием и происходит запуск научной аппаратуры — ны. Кроме того, нередко в земную атмосферу в по-
радиозондов космических лучей. Если завтра при- лярных районах высыпаются из магнитосферы
едете, станете свидетелями такого события. Земли потоки электронов. Нам необходимо диффе-
— Как выглядит радиозонд космических лу- ренцировать все эти потоки, разобраться с их про-
чей? исхождением, различиями, влиянием на земную
— Стандартный радиозонд космических лучей жизнь. Например, потоки космических лучей, ко-
включает в себя детекторы заряженных частиц — т орые мод ул и ру ю т с я Сол н цем, пос т у па ю т в на ш у
газоразрядные счетчики, электронную схему атмосферу и активно участвуют в образовании об-
с радиопередатчиком, датчик атмосферного дав- лачности. А от площади, покрытой облаками, за-
ления и батареи питания. Все эти составные ча- висят глобальная температура нижней атмосфе-
сти помещены в пенопластовый корпус, чтобы обе- ры и климат на Земле.
спечить нормальный температурный режим для
их работы. На высотах более 10 км температура

26 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Ядерная физика

Доктор физико-математических наук В.С. Махмутов с электрическими явлениями в атмосфере. Напри-
мер, молниевые разряды, которые видит каждый
— Таким образом, фундаментальная наука житель Земли, возникают благодаря космическим
оказывается близкой каждому из нас. лучам, попадающим в нашу атмосферу. Изучены
характеристики солнечных космических лучей,
— Безусловно. Потоки космических лучей слу- которые представляют серьезную опасность для
жат главным источником ионизации в атмосфере. космонавтов. В 2009 г. и в настоящее время потоки
А ионизация играет огромную роль в атмосфер- га ла кти ческ и х косм и ческ и х л у чей вы рос л и более
ных и электрических процессах, происходящих чем на 10%. Причина этого роста связана с умень-
в земной атмосфере. Как вы знаете, Земля обла- шением модуляции галактических потоков ча-
дает электрическим полем. Его напряженность стиц, на которые очень сильно влияет солнечная
в п ризем ном с лое — поря д к а 120 В/м. Чем оно об- активность.
условлено? Именно ионизацией, которую создают
космические лучи в атмосфере. Поэтому, исследуя — То есть солнечная активность тоже растет?
вариации космических лучей, атмосферное элек- — Здесь как раз наоборот. Чем Солнце активнее,
тричество, магнитные возмущения, мы можем чем больше на нем пятен, или так называемых ак-
получить новую информацию о глобальном элек- тивных областей, тем больше возмущений выбра-
трическом поле, об атмосферных процессах, таких сывается в межпланетную среду. И, соответствен-
как, например, нуклеация в земной атмосфере. но, эти межпланетные возмущения «выметают»,
Этот термин необходим для описания процессов как метлой, часть галактических космических лу-
создания кластеров молекул, которые в дальней- чей. И тогда потоки, которые приходят в межпла-
шем перерастают в зародыши облаков. Наши на- нетное пространство и на Землю, уменьшаются.
блюдения потоков заряженных частиц в атмосфе- — Получается, что активность Солнца в по-
ре позволяют также осуществлять оперативный следние 60 лет уменьшается? А мы все время
контроль уровня ее радиоактивности. Радиоак- слыш им, что увеличивается, что там происхо-
тивные облака в атмосфере появляются после ис- дят аномальные вспышки…
пытаний ядерного оружия или аварий на пред- — Это не так. На основании экспериментальных
приятиях, использующих радиоактивные мате- да н н ы х, пол у чен н ы х в России и за рубежом, мож-
риалы. но констатировать, что на протяжении последних
10–15 лет уровень солнечной активности умень-
— Удалось ли вам выявить закономерности шается. Если говорить о временн м ряде солнеч-
в свойствах космических лучей? ных пятен, то он показывает все меньшие значе-
ния в максимуме солнечной активности. Сейчас
— Да, детально исследованы 11-летний и 22-лет- мы переживаем эпоху глобального уменьшения
ний цик лы в космически х л у ча х, вызываемые со- солнечной активности.
ответствующими циклами на Солнце. Получены — Но ведь это не означает, что Солнце затухает?
новые данные о связи потоков космических лучей — Нет, речь идет лишь о продолжительном мини-
муме солнечной активности. Такие минимумы на-
блюдались на Солнце и в прошлом. Они происхо-
дят примерно раз в 150–200 лет. И мы видим этот
процесс в нашем стратосферном эксперименте.
Хотя и в этот период спа да сол неч ной а кти внос ти
светило преподнесло нам сюрприз: 6–10 сентября
2017 г., на фазе спада активности, вблизи ее ми-
нимума вдруг появилась активная область, кото-
рая произвела серию солнечных вспышек высоко-
го класса и огромный выброс коронального веще-
ства. Ускоренные заряженные частицы вторглись
в атмосферу Земли и достигли ее поверхности. Мы
зарегис т ри рова л и э ти по т ок и час ти ц в А нтаркти-
де, а также измерили их на севере.
— На верн я ка все это вли яет на работу косми-
ческих станций, спутников?
— Конечно, влияет, поскольку эти потоки уве-
личивают радиационную нагрузку на космонав-
тов, на все объекты, которые находятся либо в кос-
мическом пространстве, либо даже в атмосфере
Земли.
— Как это отражается на земной жизни?

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 27

Ядерная физика

— Увеличивается ионизация в земной атмосфе- Droplets, «Космические причины, вызывающие об-
ре, а это влияет на процессы, происходящие в ней, разование водных капель»), который проводится
в том числе и на образование облачности. Люди, в швейцарском CERN. В его подготовке участвова-
на ход я щ иес я на Зем ле, т оже мог у т поч у вс твовать ло большое число специалистов по атмосферной
этот эффект, но благодаря тому, что существует физике и химии из известных европейских ин-
атмосфера, эти потоки сильно уменьшаются. ститутов и США. Он начался 2006 г. и продолжа-
ется в настоящее время. Один из важнейших ре-
— Это с точки зрения биологии. А с точки зре- зультатов проекта CLOUD — всесторонние иссле-
ния техники проблемы могут быть куда серьез- дования процесса нуклеации в земной атмосфере.
нее? Были разработаны и созданы экспериментальные
установки. В частности, наша лаборатория созда-
— Да, это так. Уже есть случаи выхода из строя ла годоскоп — набор сцинти л ляционны х детекто-
земной техники из-за подобных процессов. Маг- ров, систему типа матрицы, которая позволяет по-
нитные возмущения, которые приходят извне лучить изображение пучка частиц от ускорителя
и взаимодействуют с магнитосферой Земли, вы- и измерить его величину. Для регистрации пото-
зывают значительные колебания геомагнитно- ков косм и ческ и х л у чей и оцен к и ион иза ц и и на м и
го поля, а это, в свою очередь, приводит к возник- также был разработан и создан детектор косми-
новению индукционных токов и полей в линиях ческих лучей. Оба детектора до сих пор успешно
элект ропередач и газоп ровода х. Са ма ион изи ру ю- работают. Ежегодно наши сотрудники выезжают
щая радиация приводит к повреждениям и полом- в Швейцарию для проведения запланированных
кам в аппаратуре спутников. В результате проис- исследований и профилактических работ. Участ-
ходят усиленная деградация солнечных батарей, ники проекта регулярно отчитываются перед на-
нарушения в системах связи, мобильной сети, учным директоратом CERN, причем с точки зре-
GPS-систем. ния не только научной работы, но и подготовки
молод ы х нау ч н ы х к а д ров. Очен ь ва ж но, чт о в л ю-
— Можете ли вы все это предсказать и преду- бом научном проекте, который проводится в CERN,
предить о возможных проблемах? должна участвовать молодежь. Для ребят это мо-
тивация, и неудивительно, что многие из них по-
— В принципе да, и это одна из наших задач. Уже том остаются в проекте. Наши студенты, к сожа-
есть случаи, когда благодаря подобным предсказа- лению, не попадают туда по формальным при-
ниям космонавты, находящиеся на МКС, переме- знакам. Хотя талантливых ребят среди наших
щались в специальные отсеки, чтобы защититься студентов тоже хватает. Надеюсь, мы к этому тоже
от таких потоков. потихонечку придем.

— А ваша техника не ломается от таких кос- — Что нового удалось узнать о нуклеации?
мических потоков? — Одна из химических составляющих, очень
важных в земной атмосфере, — серная кислота,
— Нет. Дело в том, что у нас выбран специаль- которую поставляет сама природа, в том числе ан-
ный тип газоразрядных счетчиков, которые мо- тропогенная деятельность. Эти молекулы H2SO4
гут регистрировать потоки заряженных частиц в соединении с молекулами воды дают либо двух-
при их увеличении в 10–20 раз. Мы знаем, что по- компонентную нуклеацию частиц, либо, в присут-
токи, которые придут к нам, будут успешно зареги- ствии других элементов, так называемую много-
стрированы, а наша аппаратура при этом из строя компонентную нуклеацию. Один из важных ре-
не выйд ет. зультатов нашего эксперимента показал, что поток
заряженны х частиц, который пост у пает в ка меру
— Насколько исключительны ваши исследо- установки CLOUD, может в десятки раз увеличить
вания? скорость этого процесса. Таким образом, показан
эффект влияния заряженных частиц на процесс
— Они уникальны. Наш эксперимент давно вы- многокомпонентной нуклеации в земной атмосфе-
шел за рамки камерного, имеющего значение толь- ре. Чем выше поток заряженных частиц, тем выше
ко для нашей лаборатории или нашего института. скорость нуклеации. Эти работы были представ-
Речь идет об исследованиях, важных для всего че- лены на многих высокорейтинговых конференци-
ловечества, поскольк у мы ох ватываем и северные ях, опубликованы в журналах Nature, Science и др.
полярные зоны, и Антарктиду, и среднюю полосу. — Дают ли ваши исследования дополнитель-
Эти исследования имеют планетарный характер. ные сведения о возникновении жизни на Зем-
Однородный ряд экспериментальных данных о по- ле?
токах заряженных частиц на разных высотах в ат- — Это очень интересный вопрос. Напрямую он
мосфере — единственный в мировой науке. Кста- нами не ставился, но в принципе мы можем отве-
ти, за исследования модуляционных эффектов тить, какие существовали потоки частиц в ту или
в космических лучах и вспышек солнечных косми-
ческих лучей в 1976 г. ряд сотрудников Долгопруд-
ненской научной станции были удостоены Ленин-
ской премии.

Кроме того, из стратосферного эксперимента вы-
рос другой, не менее крупный и амбициозный экс-
перимент — CLOUD (англ. Cosmics Leaving OUtdoor

28 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

иную эпоху, какая была ионизация, каковы эф- Ядерная физика
фект от этой ион иза ц и и и ее вл и я н ие на созда н ие
ус ловий облачнос ти на Зем ле, вы па дение оса д ков [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 29
и т.д. Все это, конеч но, могло вл и ять на возн и к но-
вение и развитие жизни на нашей планете.

Другой важный международный экспери-
мент — космический проект PAMELA (англ.
Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-
nuclei Astrophysics) по исследованию антиматерии
и астрофизики легких ядер. Его основная задача —
получение экспериментальных данных о потоках
заряженных частиц: электронов, протонов, раз-
личных ядер вплоть до углерода, а также позитро-
нов и а нти п ро т онов. В с т ена х на шей лаборат ори и
был разработан и создан нейтронный детектор,
вошедший в состав спектрометра PAMELA.

Этот эксперимент успешно выполнялся в око-
лоземном космическом пространстве на бор-
ту российского спутника «Ресурс-ДК1» в период
с 2006 по 2016 г., то есть в течение десяти лет вме-
сто ожидаемых трех. Спектрометр PAMELA все
это врем я на ход и лс я в косм и ческом п рос тра нс тве
и получил массу уникальной информации о по-
токах космических лучей, их составе и спектрах.
Среди участников этого проекта — научные орга-
низации из Италии, Германии, Швеции и других
стран. С российской стороны участниками этого
эксперимента были Московский инженерно-фи-
зи ческ и й и нс тит у т ( МИФИ ), ФИ А Н и Физи ко-т ех-
нический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-
Петербург).

— Какие результаты были получены?
— Результатов очень много, обо всех рассказать
сложно. Но среди самых важных и существен-
ных — впервые в 2009 г. открыт эффект увеличе-
ния отношения потока позитронов к потоку элек-
тронов с ростом энергии этих частиц (эффект
PAMELA), впервые в широком интервале энергий
измерены энергетические спектры позитронов
и антипротонов, спектры протонов, ядер гелия,
электронов, а также легких ядер, вплоть до ядер
углерода. Спектры частиц, в том числе антипро-
тонов, были измерены с беспрецедентной точно-
стью. Этот эксперимент стал необходимой базой
для ряда теоретических работ, объяснения проис-
хождения космических лучей.
Недавно наши результаты были подтверждены
экспериментом АМС-02 на Международной кос-
мической станции. Вопреки ожидаемому клас-
сическому спаду отношения потоков позитронов
к электронам с ростом их энергий впервые был
обнаружен устойчивый рост этого отношения.
До сих пор не имеется удовлетворительного объяс-
нения этого феномена. Одна из возможных интер-
претаций связана с темной материей.

Запуск метеозонда с территории
Долгопрудненской научной станции

w w w.sci-r u.org

Ядерная физика

— Вы обнаружили темную материю? излучения. По сути дела, это будет первый экспе-
— К сожалению, нет. Вопросы о происхождении римент, который позволит получить уникальную
«дополнительных позитронов», как и о сущности информацию об излучении Солнца в терагерцевом
темной материи, до сих пор остаются дискуссион- диа пазоне электрома гнитны х волн, то есть в диа-
ными. пазоне частот от 1012 до 1014 Гц.
— Но если это не темная материя, необходимо
другое объяснение? — Как он будет осуществляться?
— Теоретики пытаются это сделать. В мире вы- — Мы планируем провести на борту МКС пер-
полняется несколько крупных экспериментов вые исследования радиоизлучения солнечных
по поиску частиц темной материи, но пока безре- вспы шек в тера герцевом д иа пазоне. С точки зре-
зультатно. ния фундаментальной физики это очень интерес-
— Научная коллаборация PAMELA продолжает но, в первую очередь потому, что раньше жизнь
свое существование? на шег о све т и ла и сол неч н ы х всп ы шек из у ча лась
— Да, продолжается обработка данных, получен- в области микроволновых частот, в рентгенов-
ных в эксперименте за десятилетие, организуют- ском и гамма-излучении. Спектр микроволново-
ся встречи участников эксперимента в России и за го излучения Солнца известен, он хорошо проме-
рубежом — в Ита лии, Герма нии, Швеции. Ученые ряется современными радиотелескопами, кото-
анализируют данные, готовят материалы для со- рые на ход я т с я на Зем ле. Пра к т и ческ и по к а ж дой
вместных статей. Поток публикаций на эту тему всп ы ш ке у нас и мее тс я и нформа ц и я в этой обла-
не прекращается. сти излучения. Однако область излучения свы-
Следующий крайне важный эксперимент, кото- ше одного и до десятков терагерц остается покры-
рый также зародился в нашей лаборатории, — так той мраком.
называемый проект «Солнце — Терагерц», кото- — Почему же нет такой информации?
рый сейчас получил финансирование в виде дого- — Потому что радиоизлучение в этой области
вора с РКК «Энергия». Основная задача на данном частот очень эффективно поглощается земной
этапе — создать необходимый эксперименталь- атмосферой и не доходит до наземного наблюда-
ный комплекс для проведения длительных изме- теля. Наша физическая фундаментальная за-
рений на борту МКС солнечного терагерцевого дача — получить первую уникальную информа-
цию об излучении Солнца в спокойные периоды

Научный комплекс эксперимента CLOUD в CERN
30 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Ядерная физика

и во время вспышек, то есть ликвидировать экс- — Знаю, этим ваши проекты не исчерпываются.
периментальный пробел, который сейчас су- — Да, ес л и говорить о ме ж д у народ н ы х п роекта х
ществует в мире. Проект должен быть запущен и коллаборациях, у нас существуют эксперимен-
в 2022 г., а до этого нам нужно подготовить всю тальные работы, которые мы проводим в рамках
нау ч н у ю а п парат у ру. п ря м ы х согла шен и й. Э т о, на п ри мер, Пресвит ери-
анский университет Маккензи в Бразилии, Евра-
— Подобные исследования будете проводить зийский национальный университет им. Л.Н. Гу-
только вы? Или в мире есть что-то аналогич- милева в Казахстане, Национальный научно-
ное? технологический центр в Саудовской Аравии,
который также заинтересовался нашими иссле-
— Могу сказать однозначно: в этом направле- дованиями и научными приборами. Мы готовим
нии не работает ни одна научная аппаратура ни совместные статьи для публикаций и представле-
на Земле, ни в космосе. Мы, думаю, станем первы- ния на научных конференциях.
ми. Есть также проекты, которые проводятся в рам-
ках Международного института космических ис-
— Но ведь это будет совершенно нова я карти- следований (ISSI) в Швейцарии. Основная задача
на мира! этого института — создать международные груп-
п ы, чт обы он и смогл и вмес т е порабо тать в ра м к а х
— Совершенно новая. По крайней мере, мы уви- определенной научной задачи. В течение послед-
дим важные моменты, которые прольют свет ни х лет мы работаем на д дву мя проекта ми, кото-
на многое из того, что сегодня непонятно или не- рые были приняты и утверждены этим институ-
известно. В частности, модель солнечной вспыш- том. Первый проект — исследования процесса вы-
ки до си х пор не за кончена. Та м есть вопросы, ко- сыпания магнитосферных электронов, то есть
торые пока трудно понять. Появление новых дан- того са мого эффекта, который мы видим в на шем
ных позволит посмотреть по-другому на механизм стратосферном эксперименте. Второй проект по-
ускорения заряженных частиц, ответить на во- священ изучению солнечных вспышек. Участни-
п рос, на к а к и х высо та х в атмосфере Сол н ца к а к ие ки этих проектов кроме ФИАН, СПбГУ и НИИЯФ
процессы разыгрываются, каков основной физиче- МГУ — ученые из Германии, Швейцарии, Финлян-
ский механизм разогрева солнечной короны и т.д. дии, США, КНР и др. Здесь мы также используем
свои экспериментальные данные, которые полу-
— Какую аппаратуру вы создаете в рамках чили в стратосфере, и тоже ждем интересных ре-
этого проекта? зультатов.
— Владимир Салимгереевич, как вы успевае-
— Сейчас мы создаем прибор с восемью детекто- те участвовать в таком количестве эксперимен-
рами, которые позволят промерить эту терагерце- тов? Ка к я понима ю, ста нция у вас небольша я,
ву ю область. Д ля его созда ния необходима разра- сотрудников не так много…
ботка меха нической модели, котору ю мы должны — Это непросто. Вероятно, вы не поверите, если
просчитать с точки зрения реальных тепловых на- я скажу, что мы работаем без выходных и празд-
грузок. Вы знаете, что Солнце светит и греет, соот- ников, но это правда. Похвастаться отличным ба-
ветственно, прибор должен у нас не сильно нагре- зовым финансированием тоже не могу. Наверное,
ваться и не си льно остывать. Он должен быть ме- секрет в том, что у нас собрались большие энту-
ха нически устойчив д ля перегрузок, выдержива я зиасты, по-настоящему влюбленные в свое дело.
ускорения до 20 g. Это учитывается при разработ- Три сотрудника нашей лаборатории, в том числе
ке и моделировании научной аппаратуры во избе- я, преподаем в МФТИ (Физтехе), расположенном
жание ее разрушения по мере подъема на орбиту. по соседству. Проводим занятия и заодно стараем-
Это непростая инженерная задача, над которой ся подобрать толковых ребят, которые заинтересо-
мы работаем. Наш прибор будет установлен сна- ваны наукой. Сейчас у нас работают три студента,
ружи МКС на служебном модуле, чтобы смотреть один уже окончил аспирантуру и скоро должен за-
на Сол н це. М ы дол ж н ы его под го т овить, п ровес ти щищать свою научную работу.
контрольные испытания перед взлетом, дальше Нам интересно то, чем мы занимаемся. Мы ве-
прибор должен быть доставлен на МКС, где космо- рим в то, что нау ка — это гла вный двигатель раз-
навты его примут, проверят, включат, после чего вития человечества. Вслед за создателем гелио-
аккуратно вынесут со станции, установят на опре- биологии А.Л. Чижевским считаем себя детьми
деленной лабораторной платформе и подключат не только планеты Земля, но и Солнца, и всего кос-
информационные кабели. Тогда мы будем иметь моса, который терпеливо ждет своих исследовате-
данные в непрерывном режиме. Эта информация лей.
будет передана на Землю, и мы приступим к экс-
пресс-анализу. С нетерпением ждем этого момен- Беседовала Наталия Лескова
та. Если мы все это успешно сделаем, то в даль-
нейшем получим возможность создания терагер-
цевых матриц, которые будут смотреть не только
на Солнце, но и на все галактические объекты, на-
пример на остатки сверхновых звезд, с которыми
также связано немало загадок.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 31

Медицина

2

1 4

32 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Медицина

МЕДИЦИНА

ФАБРИКА
ЗДОРОВЬЯ

3

На цветных фотографиях: Боткинская больница — одна из самых известных
1. Операцию проводит в Москве. Ей более 100 лет. Построена была, как
в те годы считалось принятым, на частные
А.В. Шабунин пожертвования — и сразу с прицелом стать
2. Оттачивание одной из лучших в Европе. И сегодня сюда
стремятся попасть все нуждающиеся
офтальмологических навыков в качественном лечении, поскольку Боткинская —
3. Обучение хирургическим это всегда знак качества. Как больнице удается
долгие годы сохранять лидирующие позиции
навыкам в столичном здравоохранении — наш разговор
4. Обучение хирургов с главным врачом больницы, главным хирургом
Москвы, заведующим кафедрой хирургии
на симуляторах РМАНПО, членом-корреспондентом РАН
На черно-белых фотографиях: Алексеем Васильевичем Шабуниным.
слева — С.П. Боткин,
справа — К.Т. Солдатенков [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 33

w w w.sci-r u.org

Медицина

— Алексей Васильевич, Боткинская больница, Член-корреспондент РАН А.В. Шабунин
которую вы возглавляете, родилась 108 лет на-
зад, в декабре 1910 г. Основатель ее — москов- записка И.В. Сталина, и с ней связана интересная
ский купец Козьма Солдатенков, именем ко- история. Когда он пришел с А.И. Микояном прове-
торого она называлась до 1920 г., а потом ста- дать М.В. Фру нзе, которы й здесь леч и лс я, В.Н. Ро-
ла Боткинской, хотя лейб-медик Сергей Боткин занов их не пустил. Представляете, врач не пуска-
здесь никогда не работал. ет руководителя государства, потому что поздно
п ри ше л. Профессор В.Н. Роза нов бы л ген иа л ьн ы м
— С.П. Боткин был первым русским лейб- хирургом, и я имею честь возглавлять кафедру хи-
медиком. До него эту должность занимали не- рургии, которую он создавал. Мы сегодня не толь-
мецкие профессора. Действительно, в 1920 г. ко поддерживаем направления, которые историче-
по каким-то причинам Совет народных депутатов ски были в Боткинской больнице, но и развиваем
переименовал Солдатенковскую больницу в Бот- хирургию по всем высокотехнологичным векторам
кинскую. С тех пор мы гордо носим имя велико- развития.
го русского врача-терапевта С.П. Боткина, перво-
го российского лейб-медика императорской семьи. Говоря о великих боткинских врачах, следует
сказать о профессоре Е.А. Дамир. Это анестезио-
Сергей Петрович был выдающимся врачом, лог номер один в Советском Союзе, первый серти-
но мы помним и о том, что К.Т. Солдатенков по- фицированный специалист, появившийся в на-
жертвовал на строительство этой больницы шей стране. Именно с нее начинала развиваться
2 млн золотом: по тем временам это огромная сум- эта нова я спец иа льнос ть, без которой сегод ня не-
ма, в пересчете на сегодня — более 4 млрд рубл. мыслимо развитие медицины.
Он хотел, чтобы здесь появилось самое современ-
ное по тем временам медицинское учреждение, — Неужели до прихода Елены Алимовны не су-
где оказывали бы помощь «без различия званий, ществовало анестезиологии?
сословий и вероисповедания». Мы эти принципы
стараемся соблюдать и сегодня — быть лучшими
и доступными для всех нуждающихся. У нас полу-
чают самую современную медицинскую помощь
тысячи москвичей независимо от звания, сосло-
вия и религии.

Боткинская больница всегда объединяла луч-
ших врачей, педагогов, и вне зависимости от сме-
ны эпох и политического строя врачи делали все,
чтобы спасать человеческие жизни.

— Давайте вспомним врачей, которыми вы
особенно гордитесь.

— В истории Боткинской больницы много вы-
дающихся врачей. Это прежде всего профес-
сор Ф.А. Гетье, первый главный врач Боткинской
больницы, который контролировал строитель-
с тво и ввод в эксп л уата ц и ю. А перед т ем к а к с т ро-
ить больницу, он объездил весь мир, чтобы взять
на заметку все самое передовое и лучшее. Про-
фессор В.Н. Розанов, главный хирург Боткинской
больницы, стал прототипом профессора Преоб-
ра женского в «Собачьем сердце» Булга кова. Имен-
но он оперировал Ленина и Сталина. У нас в боль-
нице есть палата Ленина, где он лежал после того,
как В.Н. Розанов извлек у него пулю.

— Палата — тоже часть музейной экспозиции?
— Да, мы ее сохранили как мемориальную, по-
старались оставить в ней все, как было в те годы.
До си х пор ис тори я болезн и «вож д я м и рового п ро-
летариата» вызывает споры и разногласия специ-
а листов. С отра влением, я пола га ю, это элементы
фантазии, но пуля была, ее удалили, это факт. Мы
бережно храним многие исторические документы.
Например, у нас есть мандат профессора Ф.А. Ге-
тье, который подписал Ф.Э. Дзержинский. Имеется

34 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Медицина

— Как науки не существовало. В основном при- — Да, три года назад мы сделали колоссальный
менялась местная анестезия, и это было колос- прорыв, когда правительством Москвы было при-
сальным тормозом для развития хирургии. Это нято стратегическое решение об организации
не позволяло выполнять сложнейшие вмешатель- на базе Боткинской больницы Городского меди-
ства, что приводило к серьезным негативным по- цинского симуляционного центра. Мы создали его
следствиям. Елена Алимовна Дамир совершила по типу виртуальной многопрофильной клини-
прорыв, за что мы, хирурги, снимаем шляпу перед ки. За три последних года 26 тыс. московских ме-
ней и помним ее всегда. диков прошли стажировку на базе центра. Почему
это для нас серьезный шаг вперед? Потому что мы
— Для нас это особенно значимая фигура: Еле- не только продолжили применение современных
на Алимовна была сестрой Татьяны Алимовны технологий, но и начали транслировать их нашим
Дамир, жены Сергея Петровича Капицы, много- коллегам. Все это дает свои результаты.
летнего ведущего телепередачи «Очевидное —
невероятное», основателя и первого главного — Алексей Васильевич, с каждым годом вам
редактора журнала «В мире науки». удается принять все большее количество паци-
ентов. За счет чего?
— Конечно, все мы помним Сергея Петровича —
ученого, просветителя, популяризатора науки. — Есть три основны х вектора развития, прежде
всего хирургии. Это внедрение малотравматич-
Боткинская больница, если продолжать рассказ ных способов лечения — лапароскопической хи-
о ее истории, — это первая в Советском Союзе ре- рургии, эндоскопических способов лечения и рент-
анимация, это выдающийся реаниматолог про- генхирургических технологий. Сегодня эндоско-
фессор В.А. Неговский. Реанимация, которая у нас пия перестала быть диагностической: при помощи
была создана, тоже совершила качественный про- эндоскопа мы выполняем по-настоящему жизне-
рыв. В частности, здесь заработала первая барока- спасительные хирургические операции.
мера в практическом здравоохранении.
Вот, например, тяжелый контингент больных
Мы гордимся нашими великими врачами, с острой кишечной непроходимостью. Мы до по-
но стараемся развиваться и сегодня. У нас дей- следних лет были вынуждены оперировать этих па-
с тву ют 1,8 тыс. коек. Мы пол нос тью переоснас ти- циентов по жизненным показаниям. И такие опера-
ли диагностическую и лечебную технику и обору- ции завершались в большинстве случаев форми-
дование. Мы обучили наших врачей в лучших ми- рованием противоестественного заднего прохода
ровы х п ра кти к а х и п родол ж аем это де лать. Тол ько (anus praeternaturalis). Сегодня наши коллеги-эн-
за три последних года более 100 врачей и медсе- доскописты проводят стентирование толстого ки-
стер Боткинской больницы прошли стажировку шечника, когда в сдавленную опухолью кишечную
в Германии, Израиле, Франции, США. Сделаны се- стенку устанавливается стент, наподобие того как
рьезные шаги вперед. стентируют коронарные сосуды в случае инфар-
кта. Таким образом разрешается непроходимость.
— Что такое сегодня Боткинская больница? Пациент из тяжелого экстренного трансформиру-
— В 2017 г. наши 1,8 тыс. коек означали 5% ко- ется в планового. Эта технология открывает путь
ечной мощности Москвы. На них мы пролечива- для следующей малотравматичной операции. Мы
ем с каждым годом все больше пациентов с луч- оперируем этих пациентов лапароскопическим пу-
шими результатами. Сегодня стационарное ле- тем — резецируем пораженную опухолью часть
чение получают более 100 тыс. пациентов в год кишки и формируем интеркорпоральный анасто-
и более 1 млн амбулаторных пациентов. Это уже моз. Пациент в результате получает выздоровление
8% от всех пациентов Москвы. На нашей базе ра- от тяжелого онкологического заболевания, имея
ботают 24 кафедры четырех медицинских ву- всего несколько небольших проколов.
зов и двух федеральных центров. Такого нет ни
в одной больнице. На нашей базе работают более Рентгенхирургия — следующий вектор. Наши
100 профессоров, пять членов Российской акаде- врачи, которые давно уже спасают пациентов
мии наук, четыре действительных и ваш покор- с инфарктами и инсультами, сегодня здесь просто
ный слуга — член-корреспондент РАН, 240 канди- творят ч удеса. Э то экс трен на я х и ру рги я, лечен ие
датов медицинских наук и доцентов. Причем по- травм печени, селезенки.
ловина из них заняты и на кафедре, и в больнице.
Это самый большой научно-практический потен- Берем тяжелую травму печени, внутрипеченоч-
циал в Москве. 54 операционных, где ежегодно вы- ную гематому. Еще несколько лет назад мы были
полняется более 67 тыс. операций под наркозом. вынуждены оперировать этих пациентов, когда
В Боткинской больнице сегодня работают девять гематома увеличивалась в размерах. Мы рассе-
московских городских специализированных цен- кали здоровую ткань печени, чтобы внутри орга-
тров, в частности гематологический и нефрологи- на найти поврежденный сосуд. Сегодня мы этих
ческий. п ациентов подаем в рентгенхирургическую опера-
— А еще у вас находится крупнейший в Москве ционную, где проводится эмболизация — и все, че-
симуляционный центр. ловек здоров.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 35

Медицина

— Это, наверное, наиболее близкая вам тема, наблюдаться у врачей, следить за артериальным
потому что вы гепатолог по специальности. давлением, вести правильный образ жизни — сло-
Когда-то начинали на Кузбассе, руководили ге- вом, п ре ж ней ва ша ж изн ь у же не буде т. Иначе ве-
патологическим центром. Можно сравнить те лик риск повторного инсульта. Важно, чтобы это
операции и эти? хорошо понимали все пациенты. Мы стараемся
не просто спасти и вылечить человека, но и убе-
— Разница колоссальная, и не только в новых дить его в том, что он в ответе за свое здоровье.
возможностях хирургии, но прежде всего — в бы- И если мы извлекли тромб, дали пациенту реко-
стром восстановлении пациентов. К сожалению, мендации — принимать препараты, разжижаю-
у меня получается только два операционных дня щие кровь, следить за давлением и т.д., — он дол-
в неделю, хотя хочется намного больше. Это два жен их выполнять. Тогда мы сообща достигнем
моих счастливых дня. нужного результата.

— Чем еще гордитесь? — А ведь это касается не только инсульта,
— В последние пять лет в Боткинской больни- но и вообще всех состояний, которые вы бере-
це мы снизили летальность от инфарктов с 16% тесь лечить.
до 6%, когда пациента сразу подаем в операцион-
ную и проводим стентирование. Такие операции — Сегодня врачи могут многое, иногда результа-
стали рутинными. В лечении пациентов с инсуль- ты просто фантастические, но все эти чудеса мо-
тами сегодня сделан прорыв. Несколько лет на- гут происходить только с участием самого пациен-
зад мы начали проводить тромболизис, а год на- та, если он борется за свое здоровье вместе с нами.
зад впервые внедрили тромбоэкстракцию, когда
у больного с инсультом при поступлении в рент- Несколько слов хотелось бы сказать и о диагно-
геноперационной удаляется тромб. Вы знаете, я стической базе больницы, которая также уникаль-
не мог поверить своим глазам, когда мне показы- на. Это семь компьютерных томографов, четы-
вали этих пациентов. ре МРТ, четыре ангиографа... Это действительно
— Не верили, что это одни и те же люди? очень важно, потому что мы сегодня можем бы-
— Да. Когда он поступает, у него паралич, афа- стро и точно ставить диагнозы. Мы применяем ма-
зи я, он не разговари вае т. Тя же л ы й и н ва л и д. Про- лотра вмати ч н ые ме тод ы лечен и я, которые позво-
водится тромбоэкстракция, удаляются тромбы, ляют пациенту максимально быстро восстанав-
и на след у ющий день, когда он вы ходит из нарко- ливаться. Это к вашему вопросу — за счет чего мы
за, — это здоровый человек. Ну, почти здоровый. стали быстрее лечить.
— Почему почти?
— Потому что инсульт — это всегда тяжелый ди- — То есть мы не должны думать, что вы нача-
агноз, перенести его и просто забыть нельзя. Надо ли выписывать недолеченных людей?

Проведение виртуальной лапароскопической операции — Ни в коем случае. Тут крайне важен также
наш огромный научный потенциал. Пройдусь

широкими мазками по на-
шим клиникам. Клиника уро-
логии, которой руководит ака-
демик О.Б. Лоран. Это веду-
щая урологическая клиника
страны. Причем вот что цен-
но. Наши заведующие кафе-
драми — еще и руководители
клиник. Это интеграция науки
и практики. Например, кафе-
дра хирургии, где все профес-
сора и доценты — сотрудни-
ки больницы. Кафедра нейро-
хирургии — это более 1,5 тыс.
операций на головном мозге.
Кафедра травматологии и ор-
топедии, Московский город-
ской центр эндопротезирова-
ния — 2 тыс. эндопротезиро-
ваний в год. Наша клиника
травматологии — это центр
компетенции по тяжелейшей
сочетанной травме. Пациен-
ты с тяжелыми переломами
таза — это те, которые раньше

36 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Медицина

вы н у ж ден ы бы л и на ход итьс я на бол ьн и ч ной кой- и резекционные способы. Но применить их у па-
ке более шести месяцев. Сейчас мы оперируем их, циентов с опухолью поджелудочной железы до по-
собираем раздробленный таз, как ожерелье, на ме- следнего времени было невозможно.
таллических конструкциях. И пациент на следую-
щий день встает. В нашей клинике была разработана эта техноло-
гия, и мы назвали ее «гибридные способы лечения
А наш Московский гематологический центр — больных раком головки поджелудочной железы».
это 35 тыс. пациентов с раком крови ежегодно. При поступлении мы проводим химиоэмболиза-
А к а дем и к А.Г. Р у м я н цев — и деолог на шей бо тк и н- цию пораженной опухолью части поджелудоч-
ской гематологии, внедрение высокотехнологич- ной железы, через некоторые время подаем боль-
ных и суперсовременных протоколов позволило ного в операционную, выполняем резекцию пора-
нам увеличить пятилетнюю выживаемость боль- женной части и тут же, в завершение операции,
ных хроническим миело- и лимфолейкозом до 85%. провод им интраопера ц ионн у ю л у чеву ю тера пию.
Это очень серьезные цифры. И это реально спасен- То есть во время одной госпитализации все три
ные люди. стрелы онкологии направлены на выздоровление
па циента. Это позволи ло реа льно у величить про-
— Алексей Васильевич, а какие у вас есть свои должительность жизни.
разработки, авторские оперативные технологии?
— Этот пример — тоже из области интеграции
— Клиника хирургии Боткинской больницы зани- науки и практики.
мается всеми направлениями — это и экстренная,
и плановая хирургия, и онкология. Онкология, к со- — Именно так. Наши коллеги разработали
жа лению, за нимает все больше простра нства в на- уникальную методику стентирования при опухо-
шей работе. И мы научились уже много лет назад левой непроходимости толстого кишечника. Мы
выполнять самые сложные резекции печени, уда- внедрили эту методику не только у себя, а через
ляя половину, две трети печени. Но по статистике симуляционный центр по Москве. Мы маршрути-
мы чаще сталкиваемся с ситуациями, когда опухоль зировали пациентов с опухолевой непроходимо-
достигает столь больших размеров, что резекция стью не во все больницы, как это было раньше, а в
возможна технически, но невозможна практически. десять больниц, где владеют этими методиками —
стентированием и лапароскопией. Мы обучили эн-
— Что это значит? доскопистов методике стентирования, но практи-
— Технически мы можем резецировать поражен- ки без науки не бывает. Хотя говорят, что хирур-
ную часть печени, но остающейся части печени гия — это не наука.
не хватит для того, чтобы пациент выжил. И тог-
да мы разработали специальную методику: мы — Кто так говорит?
проводим при помощи наших коллег — эндова- — Есть такие люди, в том числе и среди врачей.
скулярных рентгенхирургов эмболизацию пора- Какие, дескать, хирурги ученые? Они там что-то
женной опухолью части печени, вводим в сосуды шьют, режут. Но и сегодня, и во все времена хирур-
специальный химиопрепарат, который действует гия заставляет думать, а не просто оперировать.
на опухоль, а за это время в течение месяца оста- — Мало того, хороший хирург стремится
ющаяся левая доля печени увеличивается в два — к тому, чтобы как можно меньше резать. Лучшая
два с половиной раза. Печень регенерирует. Таким хирургия — это минимальная инвазивность.
образом мы переводим пациента из статуса неопе- — Да, хороший хирург — не тот, кто хорошо про-
рабельного в операбельного и после этого выполня- оперировал, а тот, кто вылечил без операций. Луч-
ем резекцию печени. шая операция — это отсутствие операции. Пара-
Мы исследовали этот феномен и разобрались, доксально, но факт. И если операция необходима,
в чем же причина того, что печень так быстро реге- то выполнить ее нужно наименее травматично.
нерирует. Дело в том, что увеличивается кровоток. Вот для этого нам и нужна наука.
При помощи ОФЭКТ-КТ мы разработали уникаль- Но хирургия — это не только наука. Это еще и ис-
ную методику определения остающейся функцио- кусство. Искусство высочайшего уровня! Вот мы
нирующей части печени. При этом четко распреде- получили научно разработанную технологию
лили больных, чтобы понять, кому именно такая с тенти рова н и я. Но к а к дол го держ ать этот с тент?
методика выращивания печени показана. Когда прооперировать больного? Мы провели впер-
— Потрясающе! Такие операции вы, наверное, вые в России исследования на эту тему. Мы изучи-
и делаете в эти два своих счастливых дня в не- ли, что же происходит с кишечной стенкой в пер-
делю? вые семь дней, во вторые семь дней, и поняли
— Да, это самые сложные и самые интересные на основании электронной микроскопии, гистоло-
операции. гического исследования, МРТ, КТ, что оптималь-
Следующая ситуация — опухоль поджелудочной ный срок для лучшего применения следующей
железы. Мы знаем, что в онкологии лучших ре- технологии — лапароскопической резекции — со-
зультатов удается достичь, когда сочетаются все ставляет 21 день. Именно в этом и есть интеграция
виды лечения — лучевая терапия, химиотерапия науки и практики: мы не просто применяем все,

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 37

Медицина

что увидели, а преломляем это через собственную — Мы поехали в Швейцарию в стационар кра-
призму научной и практической работы. А искус- тковременного пребывания — специально, что-
ство в том, чтобы все это осуществить красиво, из- бы перенять эту технологию. На конференциях мы
ящно, безболезненно. услышали от наших скандинавских коллег, что
у н и х 80% бол ьн ы х опери ру ю т с я в с та ц ионаре од-
— Хочу вас спросить как главного хирурга Мо- ного дня. Но, честно говорю, мы не поверили.
сквы: что вас беспокоит больше всего в состоя-
нии хирургической отрасли? Приехали — в самом деле так. Конечно, это лег-
кие пациенты, которые не требуют длительной
— Москва показывает в последние годы реаль- госпитализации. Но по статистике они занима-
ные изменения в положительную сторону. И это ют большее количество коек. Разумеется, швей-
случилось не просто так. У нас 1,5 тыс. хирургов царские врачи тоже сохранили сложные ситуа-
в Москве в системе Департамента здравоохране- ции в обычном — круглосуточном — стационаре,
ния. Наши доктора направлялись на стажировки, но грыжи, холециститы, липомы, весь этот обшир-
проходили практику в лучших мировых научных ный пул заболеваний оперируется в стационаре
центра х. На п ри мер, в пос лед нее врем я м ы д ру ж и м одного дня.
с Южной Кореей. Она показала еще большее чудо,
чем было у японских коллег. Их развитие настоль- В 2017 г. мы открыли в Москве стационары кра-
ко молниеносное и поражающее, что мы, направ- ткосрочного пребывания. В 2018 г. в них выполне-
ляя туда хирургов, уверены в результате. Корей- но более 18% всех операций. Причем, и это прин-
ский хирург берет нашего доктора за руку в семь ципиально, мы это сделали только на базе мно-
утра и выпускает ее только поздно вечером. И наш гопрофильных больниц. Потому что, если что-то
доктор две недели на ходится с ним безотрывно — случается, а в хирургии нужно быть всегда к это-
в операционной, на консультативном приеме, му готовыми, пациент сразу перемещается на кру-
на консилиуме. Мы получили от этого желанный глосуточную койку. Здесь есть вся диагностиче-
результат. Наши врачи стали возвращаться и го- ская круглосуточная служба. Это действительно
ворить: закупите нам это, мы хотим вот эту мето- уникальный проект, очень важный для пациентов
дику. прежде всего трудоспособного возраста и экономи-
чески значимый для лечебного учреждения.
— Закупают? Нет с этим проблем?
— С этим всегда есть проблемы, во всем мире, — У нас все разговоры с вами, что вполне есте-
потому что хирурги хотят большего, чем есть ственно, вокруг хирургии. Однако больница
на самом деле. Мы в нашем симуляционном цен- ваша имеет не только хирургические отделе-
тре обучили более половины московских хирур- ния. Давайте скажем несколько слов о том, что
гов методикам лапароскопической и роботиче- есть уникального и интересного в этом плане.
ской хирургии. Результат не замедлил себя ждать.
В 2014 г. процент лапароскопических операций — О тл и ч ие Ботк и нской бол ьн и ц ы от л юбой д ру-
составлял чуть больше 30, а после этих шагов гой в том, что в ней представлены все направления
в 2017 г. он увеличился до 64,5. В 2018 г. мы пере- медицины, которые только имеются на сегодня.
валили рубеж 70%. Это и терапевтическая служба, и мощная кардио-
— А что за хирургическая технология дневно- логия, и региональный сосудистый центр, нефро-
го стационара у вас внедрена? логия, пульмонология…

Занятие на симуляторе в виртуальной клинике Сейчас мы привели в порядок все старые кор-
гинекологии пуса больницы. В четырех из них осуществляет-
ся капитальный ремонт. В следующем году к нам
переезжает офтальмологическая клиника, кото-
рая трансформируется в Московский городской
офтальмологический центр. А вообще ушедший
2018 г. для нас был просто уникальным.

— Чем же?
— В апреле впервые в истории Российской ака-
демии наук состоялся выездной пленум отделения
медицинских наук на базе Городской клинической
больницы им. С.П. Боткина. Около 100 действи-
тельных членов академий приехали к нам, позна-
ком и л ись с рабо той бол ьн и ц ы. И х по-нас тоя щем у
удивил тот научный потенциал, которым мы рас-
полагаем. Академией было принято постановле-
ние о том, что Боткинская больница готова для
внедрения следующего медицинского направле-
ния — трансплантации органов. В июне в боль-
нице были выполнены первые трансплантации

38 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Медицина

почки и печени. За пять прошедших месяцев мы н ачались преждевременные роды. Она родила
выполнили 25 трансплантаций почки и десять — в нашем родильном доме, назвала сына Иваном.
печени. Это мощный старт. На ши кол леги-тра нс- Но на этом все не закончилось. Как выяснилось,
плантологи удивляются и по-хорошему завидуют. она специально приехала рожать в Москву, у нее
денег нет, и наша молодая доктор забрала ее к себе
— Вы сами проводили трансплантации? домой. Мы ее спрашиваем: «Зачем ты это сделала?»
— Да, и это удивительные ощущения. Я 30 лет А она: «Ну ей же негде жить». В итоге мы через по-
работаю хирургом и всю жизнь резецирую жиз- сольство еле отправили их домой, в Африку.
ненно важные органы, удаляю половину или две
трети пораженного опухолью органа. В лучшем Гражданин Великобритании, болельщик — тя-
случае — когда кишечник резецировал и сшил. желейший инсульт. Проведена тромбоэкстракция.
Здесь же технологии граничат с чудом. Ты берешь Жизнь спасена. Польский гражданин с инфарктом
холодную, серую, безжизненную донорскую пе- в клинической смерти, то же самое — в операцион-
чень, вшиваешь все сосуды и желчные протоки ную, стентирование — жив, здоров. И так 400 па-
(а печень, как губка, вся состоит из сосудов и желч- циентов.
н ы х п ро т оков), п уск аеш ь к рово т ок — и она на гла-
за х мен яе т ц ве т, у тебя в ру к а х с та новитс я теп лой. — И все живы?
Из желчного протока начинает капать желчь. Это — Конечно. Когда профессор Крамер посещал тя-
в самом деле необыкновенное чувство. желых пациентов, он сказал нам много приятных
— Вы, наверное, ощущаете себя творцом? Так слов и рекомендовал представителям Катара, где
и хочется сказать: да будет жизнь! пройдет следующий чемпионат мира, приехать
— Это волшебство — новая жизнь. Счастье для к нам, чтобы перенять наш опыт. Они уже были
хирурга. Но подготовка была кропотливой и дол- у нас, смотрели, учились.
гой. Наши доктора стажировались в лучших мо- — Ваши доктора во время ЧМ говорили по-
сковских и зарубежных клиниках. Важно, что английски?
старт дан в многопрофильной больнице. В мире — По-а нглийски — это са мо собой. Но бы ли та к-
уже доказано, что именно в многопрофильных же доктора, ко торые говори л и и на д ру ги х язы к а х.
клиниках это приносит лучшие результаты. Мы То есть мы сделали все для того, чтобы чемпионат
стартовали сразу по четырем направлениям: поч- мира с медицинской стороны прошел на высочай-
ка, печень, роговица, костный мозг. На сегодня шем уровне. И это у нас получилось.
у нас уже сделано 79 роговиц и десять пересадок — Как интересно и неожиданно узнавать о ме-
костного мозга. дицинской стороне чемпионата мира. Если бы
— Как все эти пациенты сейчас себя чувству- вас попросили сформулировать, чем уникаль-
ют? на Боткинская больница, что бы вы сказали?
— Самое главное — они все живы. С печенью все — Прежде всего, это люди. Это четырехтысяч-
прошло великолепно. С почкой — это всегда слож- ный коллектив профессионалов высочайшего
ные соматические больные, с диабетом, но резуль- класса. В Боткинской больнице всегда собирались
таты тоже хорошие. Витальных осложнений мы врачи, преподаватели, но вот эта интеграция на-
не получили ни в одном случае. И что очень важ- уки и практики дает особенно ценные результа-
но — мы не приглашали внешних специалистов. ты. Научные труды сотрудников клиник Боткин-
Начиная с первых трансплантаций и по нынеш- ской больницы по-настоящему служат примером
ний день мы все делаем сами. А еще одна важная эффективного внедрения идеологии и методологии
вещь про 2018 г. — это чемпионат мира по футболу. доказательной медицины в практическое здраво-
— Какое отношение вы к нему имеете? охранение. Стены Боткинской больницы, где уже
— Дело в том, что мы были назначены уполно- более 100 лет лечат людей, — это не просто стены.
мочен ной бол ьн и цей. Профессор Эфра и м Кра мер, Их, как атланты и кариатиды, держат наши врачи,
главный медицинский инспектор FIFA, объездил медицинские сестры, чтобы спасать человеческие
все больницы Москвы и сказал: Боткинская. жизни. Ну а то, что в Боткинской больнице есть все
— А по каким критериям он выбирал? направления медицины, — лишь следствие инте-
— Он врач-реаниматолог. Мы его привели к себе грации науки и практики.
в реанимацию, где у нас поток со скорой помощи Я счастливый человек, мне повезло, что я уже
с язвами, кровотечениями, перфорациями. Он по- около 20 лет работаю в Боткинской больнице.
смотрел, за глян ул в ка ждое у кромное место и при- В ней есть особый дух. Она не верит словам, а ве-
нял решение. И за чемпионат к нам поступило бо- рит делам. Сохраняет память о тех врачах, кото-
лее 400 спортсменов, членов FIFA, болельщиков. рые посвяща ют себя спасению людей, дру ги х она
Cлучаи были и самые сложные, и самые курьезные. сюда просто не пускает. Это особенное внутреннее
— Расскажите. состояние. Не знаю, как это назвать, но это — ве-
— Например, гражданка Нигерии, которая ликая больница.
так активно болела за свою команду, что у нее
Беседовала Наталия Лескова

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 39

Конвергентные технологии

40 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Конвергентные технологии

КОНВЕРГЕНТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

нбаиопллоемгбакое

w w w.sci-r u.org На столе перед Тимофеем Евгеньевичем Григорьевым,
заместителем руководителя по научной работе
Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных
технологий, лежат необычные конструкции различных
окрасок и форм: одни напоминают лейкопластырь,
другие — вставки в обувь, чтобы она не портилась
и не меняла размер при хранении. «Отчасти это так
и есть, — улыбается Т.Е. Григорьев. — Только вставлять их
надо не в обувь, а в плевральную полость человека, чтобы
помочь ему восстановиться после различных операций
и заболеваний». Разработка «умных» биосовместимых
материалов — одна из амбициозных задач, которой
занимаются в лаборатории полимерных материалов отдела
нанобиоматериалов и структур.

[01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 41

Конвергентные технологии

— Правильно ли я понимаю, что вы здесь раз- оказания лечебного эффекта. Сейчас с этой це-
работали некую искусственную легочную лью используют силиконовые грудные импланты.
ткань? Но с н и м и п роблема — он и тя же л ые, да вят на лег-
кое, их нужно как-то фиксировать. Они не биораз-
— Не совсем. Этот материал помогает хирургам лагаемы и в отдаленной перспективе дают нега-
при операциях на легких. Легочная ткань — это тивные результаты.
очень сложная альвеолярная структура. Мы же де-
лаем пористый материал, который при некоторых — Отторжение?
операциях — например, резекции легкого в случае — В том числе. Поэтому наша задача — сделать
туберкулеза или при раке легкого — может пра- материал достаточно легким, при этом он не дол-
вильно придавить легкое в ходе той или иной хи- жен промокать, чтобы не набирать массу, обладать
рургической манипуляции. способностью биорезорбироваться и замещаться
соединительной тканью. Это будет не ткань легко-
— Зачем это нужно? го, но ткань, которой организм восполнит этот не-
— Часто после туберкулезной болезни, когда ее достающий объем. При этом очень важно, чтобы
уже долечили, остаются так называемые каверны. он не создавал пролежни и соответствовал окру-
Это полости в легком, в которых размножаются жающим тканям по биомеханическим характе-
микобактерии туберкулеза, что и становится при- ристикам. Ведь рядом крупные сосуды, недалеко
чиной его прогрессирования. Противотуберкулез- до сердца. Поэтому, если он вызовет пролежень со-
ные препараты плохо проникают через плотную суда, это будет фатально для пациента.
стенку каверны. И если их не свести вместе, рано — Непростая задача. Кто конкретно перед
или поздно туберкулез вернется — рецидивирует. вами ее поставил?
Легкое, к сожалению, не сошьешь и не склеишь. — Эту работу мы ведем с врачами из Нацио-
Поэтому пульмонологи — специалисты, которые нального исследовательского медицинского цен-
занимаются легочными болезнями, — разрабо- тра фтизиоп ульмонологии и инфекционны х забо-
тали методику сдавливания легкого в нужном ме- леваний. Всю часть работы по биосовместимости
сте, чтобы края каверны сошлись. Таким образом и вопросам внедрения мы решаем совместно с На-
происходит сращивание. Примерно такой же ма- циональным медицинским исследовательским
териа л н у жен д ля того, чтобы не дать легком у пе- центром трансплантологии и искусственных ор-
рерастянуться после резекции, когда оно занима- ганов. Крайне важно, чтобы задачу формулирова-
ет весь объем плевральной полости, а это опасно. ли именно врачи.
Часто в ходе та ки х опера ций уда ляют достаточно Мы исследовали множество самых разных вари-
бол ьш ие объем ы, на п ри мер, 500 – 600 см3 легоч ной антов. Зачастую материалы, которые сейчас ле-
ткани. И вот тут как раз этот материал незаменим. жат перед вами, проходят много сложных тестов,
— Неужели до вас никто не придумал ничего но са мый верный инстру мент, которым мы испы-
подобного? тывали эти импланты, — руки хирурга.
— Использовались материалы биологическо- — Какие исследования вы проводили?
го происхождения, которые отличаются хорошей — Мы подбирали что-то похожее на легочную
биосовместимостью, но они быстро рассасывают- ткань, оцифровывали на разрывных машинах,
ся, и этих сроков оказывается недостаточно для

Сама идея, с которой М.В. Ковальчук
создавал наш комплекс НБИКС-техноло-
гий, нацелена на решение именно таких
междисциплинарных вопросов с помощью
конвергенции, слияния, работы разных
технологий на единый результат. Здесь все
для этого создано

Кандидат физико-математических
наук Т.Е. Григорьев
42 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Конвергентные технологии

а затем, меняя свойства, должны бы ли сох ра нять Объемный пористый имплант на основе полилактида,
самое важное. Практика показывает, что этот под- выполненный по форме части плевральной полости
ход работает. Кроме того, мы обязательно привле-
каем к работе клеточных биологов, чтобы пони- путь, но таковы правила. Надеюсь, уже в нынеш-
мать, как поступить с материалом, каким он дол- нем году начнутся исследования на животных.
жен быть, чтобы не было хронического воспаления
и чтобы уменьшить реакцию на имплантацию. — Я вашем виварии?
— Возможно, в нашем виварии, зависит от того,
— Расскажите, что собой представляет разра- какая модель будет нужна. Сейчас идет подбор
ботанный вами материал. биоадекватной модели. Ведь наши изделия нуж-
но помещать в плевральную полость более-менее
— Вы видите некоторые его образцы. Вот, напри- подходящего размера. Но самое главное — мате-
мер, материал, который изготовлен по форме плев- риа л готов, он принципиа льно работает, и теперь
ральной полости. Мы взяли данные компьютерной надо доказать, что он биобезопасен. Тогда можно
томографии, распечатанные на 3D-принтере, из- его внедрять, идти на регистрацию и т.д.
готовили специальную заливочную форму, затем — Как вы думаете, когда он будет внедрен
туда залили раствор и сформовали его таким об- в практическое здравоохранение?
разом, что у него всего лишь 3–4% полимера, все — При самом хорошем раскладе клинические ис-
остальное — воздух, поэтому он очень легкий. п ыта н и я мог у т начатьс я у же через д ва года. А за-
тем, еще года через два-три, можно говорить о вне-
— На ощупь похож на пенопласт. дрении.
— Да, похож. Это полилактид, биоразлагаемый — Как называется ваш материал? Может
полимер, из которого сейчас делают винты для быть, «Лотос» или «Роза»?
скрепления костей при переломах, шовную нить — Пока ничего поэтического мы не придумали.
и т.д. То есть этот материал уже себя зарекомендо- Мы называем его «пористый материал на осно-
вал. В основном пористые изделия делают именно ве полилактида или полилактонов». А хирурги —
из природных полимеров — это хитозан, коллаген. «биорезорбируемый плевральный имплантат», ко-
Но у ни х есть недостаток — они впитыва ют в себя торый позволяет сформировать биопломбу.
воду и, соответственно, становятся тяжелыми. По- — Пломба? Как в стоматологии?
лилактид же — гидрофобный материал, он боится — Совершенно верно. По сути, это легкая пломба
воды, от та лкивает ее. Кроме того, мы сдела ли по- на легкое, извините за тавтологию.
рис т у ю поверх нос ть — а чем она более разрознен- — Насколько востребованным вам представ-
ная, тем более гидрофобным получается материал. ляется этот материал в медицине?
Существует так называемый эффект лотоса, ког- — Это очень востребованный материал. Мы смо-
да к а пе л ьк а ле ж ит и п ра кти ческ и не к асае тс я л и- трели статистику по различным лекарственно
ста растения, хотя материал растения гидрофи- устойчивым формам туберкулеза, после которых
лен — любит вод у. Все потом у, что есть ворсинки, остаются такие каверны. Это огромные цифры. Из-
между которыми вода не проникает. Они так близ- начально у нас была задача именно по туберкуле-
ко расположены друг к другу, что из-за поверх- зу, но уже понятно, что можно расширить круг при-
ностного натяжения энергетически невыгодно, менений таких изделий, в частности при онкопла-
чтобы влага проникала внутрь. А есть так называ- стических операциях. Здесь нам нужно пригласить
емый эффект розы, когда капелька красиво лежит, дру ги х врачей — в перву ю очередь онкологов. Уве-
но не скатывается. Это значит, что первый слой рен, когда будет зарегистрировано наше изделие,
чуть-чуть смочился, а дальше влага уже не идет.
— У вас сочетаются оба этих эффекта?
— Да, материал у нас получается гидрофобный,
не любящий воду, его поверхность достаточно из-
резанная, чтобы вода вследствие поверхностно-
го натяжения туда не входила. Но со временем при
биоразложении материал все-таки набухает.
— Сравнение с цветами весьма необычно и по-
этично. У вас уже ведутся клинические иссле-
дования?
— Еще нет, мы сейчас выходим на доклиниче-
ские исследования. Следующий этап — цитоток-
сичность, гемолитическая активность, чтобы до-
казать, что материал не токсичен. Хотя мы, ко-
нечно, с большой степенью вероятности знаем,
что с ним в этом смысле все в порядке, потому что
он уже известен в медицине, но это всегда нужно
доказывать. К сожалению, это не очень быстрый

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 43

Конвергентные технологии

любые врачи смогут пользоваться им по своему ус- п опросили сделать материал с определенным на-
мотрению. По а на логии можно изменить свойс тва бором свойств — и мы сделали ровно то, что нуж-
материа ла, сделать его более прочным, менее эла- но, потому что мы это знаем и умеем.
стичным, внедрить разные лекарства.
— Это применимо только к легочной ткани?
— Прямо через этот материал? — Нет, в принципе, это применимо везде, где
— Да, непосредственно в этот материал, прямо нужны объемные заместители. Сейчас, например,
в его массу можно внедрить лекарство — напри- м ы у же работаем с Центра л ьн ы м НИИ с томатоло-
мер антибиотик, и он при биоразложении будет по- гии и челюстно-лицевой хирургии, делаем костно-
падать в нужный орган. Это уже следующий виток пластические материалы.
нашей работы. — Мне кажется, в урологии, гинекологии это
— То есть это очень серьезная и перспектив- тоже может быть востребовано.
ная фундаментальная и прикладная работа. — Вполне возможно. Все зависит от задачи. Где-
— Да, эти материалы рождаются из фундамен- то нужна сеточка, где-то пластинка. На том же лег-
тальных исследований, мы просто наблюдали, ком это может быть заплатка, которая останавли-
как кристаллизуется растворитель при замерза- вает кровь, — гемостатический материал. Где-то
нии, как потом испаряется этот лед, что влияет необходим объемный заместитель. Можно делать
на его свойства, как мы можем их поменять. Сей- все что угодно — технологии и понимание процес-
час мы можем с этим материалом сделать самые сов формования это позволяют.
разные варианты. Например, чтобы он был со- — Сегодня физики все чаще соприкасаются
всем мягким, как легочная ткань, или, наоборот, с биологией, медициной. Как вы можете это
как кость или хрящ. Мы можем это варьировать прокомментировать?
по срокам биоразложения, по жесткости, внедрять — Действительно, я учился на физфаке, но со
различные вещества. Каждая итерация будет вли- второго курса начал работать с химией полимеров,
ять на свойс тва. Обла да я ком п лексом зна н и й, м ы с полисахаридами. И это, конечно, очень близко
можем сделать то, что необходимо. Нужны фун- подвело меня к медицине. Стыковые работы, без-
даментальные исследования, понимание процес- ус ловно, всегда и нт ереснее, по т ом у чт о мож но из-
сов образования структуры, чтобы однажды нас учать что-то новое и получить что-то нужное.

Пористые материалы на основе биополимеров
44 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

Конвергентные технологии

Мы называем его «пористый
материал на основе полилактида
или полилактонов». А хирурги —
«биорезорбируемый плевральный
имплантат», который позволяет
сформировать биопломбу

Разработка разнообразных имплантов
в химической лаборатории

— Какую роль играет то, что вы работаете Разные полимеры выпадают по-разному, мы сле-
в Курчатовском институте? дили за этим процессом, и это настоящие химия
и физика полимеров, и х фу н да мента льные исс ле-
— Решающую. Сама идея, с которой М.В. Коваль- дования. Из них обязательно рождаются яркие
чук создавал наш комплекс НБИКС-технологий, прикладные задачи.
нацелена на решение именно таких междисципли-
нарны х вопросов с помощью конвергенции, слия- — О чем еще мечтаете, что хотите создать?
ния, работы разных технологий на единый резуль- — Задумок много. Хирурги уже поставили перед
тат. Здесь все для этого создано. У нас на одной нами новую задачу: можно ли сжать этот матери-
п лоща д ке работа ют и си н х ротрон, и ул ьтрасовре- ал, чтобы мы его могли ввести через торакоскоп
менная лаборатория электронной микроскопии, (его диаметр — 1–1,5 см), а потом внутри организма
ведутся исследования по клеточной биологии, ней- он снова расп усти лс я, распра ви лс я, ка к лепестки
робиологии и даже исследования сознания. у цветка? Или чтобы пациент, придя на обследова-
ние, сделал томографию — и сразу же, через день
— Синхротрон вам тоже сейчас нужен в этих или два, для него изготовили такой имплант, про-
работах? вели операцию? Это снова научные вызовы, но мы
к ним готовы.
— Конечно! Синхротрон необходим, чтобы по- Конечно, хотелось бы поработать с костями.
нять, как будет разлагаться губчатый материал, У нас у же ес ть неко т орые за де л ы, чт обы восс та-
потому что мы должны измерить степень кристал- новить структуру кости, потому что наша по-
личности полимера, понять, как он разложится, ристая структура вообще похожа на костную
как молекулы уложились между собой. Электрон- ткань. Нам осталось доработать состав, чтобы
ная микроскопия необходима, чтобы определить, там было больше гидроксиапатита, чтобы при-
какая нам нужна структура. Получить такой объ- сутствовали «строительные блоки» кости, и за-
емный, ровный, абсолютно однородный имплант тем у же перейти к восс та новлению кос ти, ее ре-
оказалось сложной задачей. генерации. Когда мы перейдем не к крепящим
изделиям, а к устранению критического дефек-
— Выходит, эта штука у вас в руках — высоко- та кости и ее полному восстановлению, это бу-
технологичное изделие? де т нов о е с лов о к ор т опе д и и. Та к овы б л и ж а й ш ие
планы. Ну а мечта — построить такую систему,
— Да, это микрофазно расслоенный полимер, с помощ ь ю к о т ор ой мо ж но бы ло бы леч и т ь л юдей
то есть он как будто выпал в осадок, но не совсем. системно, а не частями.
Мы его «поймали» в нужный момент и испарили — Систему, которая восстанавливала бы чело-
воду, точнее лед. От структуры зависит очень мно- века там, где это необходимо?
гое. Этот материал отличается тем, что все поры — Это называется «биоискусственная клеточ-
у него смотрят в одну сторону. Он отлично прово- ная система»: чтобы человек, поступая на работу,
дит влагу, то есть возникает капиллярный эффект. сдавал в банк клетки и при каких-то заболевани-
Допустим, если подобный материал вставить в ка- ях или травмах имел возможность получить пра-
нал разорванного спинного мозга, он может по- вильный каркас и восстановить поврежденные ча-
мочь соединить а ксоны, воссоздать тка нь, прово- сти организма с помощью собственных клеточных
дящую нервный импульс. т ех нологи й. Д у ма ю, когда-н ибуд ь та к и буде т.

— Значит, при нейрохирургических операциях Беседовала Наталия Лескова
он тоже может быть незаменим?

— Это очень сложная вещь, мы над ней пока
только думаем, мечтаем, но это действительно мо-
жет стать реальностью. А началось все с наблюде-
ний над тем, как полимер выпадает из раствора.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 45

Новые технологии

46 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Диагностикадля реактора

Мы все привыкли проходить те или иные медицинские
исследования — флюорографию, рентген, УЗИ, КТ, МРТ…
Эти методики так или иначе помогают заглянуть внутрь
организма, распознать патологию и принять правильное
решение о лечении. Оказывается, подобные методики
сегодня применимы далеко не только к живым организмам,
но и к промышленным и техническим объектам в целях
сохранения целостности конструкции и их безопасности для
человека и окружающей среды. О том, как этого удается
достичь, — наш разговор с Дмитрием Андреевичем
Седневым, директором Инженерной школы неразрушающего
контроля и безопасности Томского политехнического института.

w w w.sci-r u.org [01/02] январь/февраль 2019 | В мире науkи 47

Новые технологии

— Каковы главные цели вашей работы? Кандидат технических наук Д.А. Седнев
— Основна я це л ь на шей ш кол ы — разработка
систем и методов контроля различных техниче- — Да, так и есть. Когда человек постучал по из-
ски х систем. Мы создаем приборы, которые по- делию, он знает, что целое, неповрежденное изде-
зволяют заглянуть внутрь объекта, увидеть его лие звучит определенным образом. Если есть от-
внутреннюю структуру, понять, какие дефек- клонения от правильного звука, можно методом
ты там есть, а затем предложить способы их ис- простукивания найти дефекты. Более того, неко-
п ра в лен и я л ибо п ри н ять решен ие, с т оит л и ис- торые заводы до сих пор используют этот способ.
пользовать этот объект в дальнейшем. Стучат, а потом дают заключение. И в конструк-
Исторически сложилось, что в ТПУ был соз- торской документации у них написано: метод про-
дан научно-исследовательский институт интро- стукивания.
скопии, что буквально понимается как «загля-
н у ть вн у трь». Этот и нс тит у т спец иа л изи рова л- — Вы не шутите?
ся на ускорительной технике — так называемых — Нисколько. Потом они, правда, сталкиваются
бетатронах. С научной точки зрения это ци- с проблемами, когда пытаются сдать изделие зару-
клический ускоритель заряженных частиц, бежным заказчикам.
а с практической — мощная рентгеновская — Иначе говоря, этот метод ненадежен?
трубка, которая позволяет разогнать частицы — Ненадежен, потому что крайне субъективен.
до значительной энергии и потом выпустить по- Слушает человек, не имея никаких объективных
ток гамма-квантов. Как на рентгеновском аппа- факторов. Сегодня необходимы методы объектив-
рате человеку смотрят легкие, так же мы иссле- ного контроля. Сейчас для оптического контроля
дуем изнутри контейнер или любое техническое применяются различные приборы — эндоскопы,
устройство. камеры и т.д., в том числе лазерные профиломе-
С течением времени эти устройства совершен- тры. Это тоже один из способов визуально-изме-
ствовались, находили новое применение, в том рительного контроля. Но он, повторюсь, бы л всег-
числе медицинское. А в последние четыре года да. Человек оценивал, насколько структура внеш-
у нас основной упор делается на томографии. не выгля д ит целостной, есть ли повреж дения и ли
— В чем ее основное отличие от предыду- недоделки. Потом это устранялось. Ну а когда по-
щих разработок? явилась возможность заглянуть внутрь с помо-
— Это не просто получение плоскостных изо- щью рентгеновских лучей, этим стали активно
бражений. Мы получаем трехмерное изображение
структуры объекта. Такое возможно за счет того,
что мы делаем многоракурсную съемку — то есть
под разными углами проводим контроль различ-
ными физическими методами, а потом восста-
навливаем модель объекта с помощью математи-
ческих алгоритмов. Принципы томографии были
известны и ранее, но их практическое широко-
масштабное внедрение затруднялось из-за недо-
статочной продвинутости ИТ-сферы. Сейчас это
стало возможным. Сегодня вычислительные мощ-
ности позволяют при компактных размерах про-
изводить сложные вычисления и визуализировать
их результаты. Теперь мы можем получать инфор-
мацию на новом уровне, иного качества, в том чис-
ле и для оператора систем неразрушающего кон-
троля. Оператор может посмотреть результаты
контроля в режиме реального времени и оператив-
но оценить целостность исследуемого объекта.
— Для чего нужен этот неразрушающий кон-
троль? Ведь раньше его не было, но мосты
и прочие конструкции стоят.
— Это некорректное утверждение. Он есть уже
очень давно и развивается столько же, сколько че-
ловек создает конструкции. Просто он совершен-
ствуется.
— А каким он был? Прощупывание? Просту-
кивание?

48 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2019