Ведущие российские ученые — грантополучатели Российского научного фонда в ходе пресс-конференции в ТАСС, приуроченной ко Дню российской науки, рассказали о передовых исследованиях в области нейротехнологий, каталитической химии, искусственного интеллекта, генетического редактирования и квантовых технологий.
Разговор о достижениях в области ИИ, которые в последние пару лет уже используются в виде технологий, начал доктор технических наук, директор мегафакультета трансляционных информационных технологий Университета ИТМО Александр Бухановский.
По словам ученого, наша страна в этой области идет почти «ноздря в ноздрю» с лидерами, отставая лишь на несколько месяцев. Причем отставание продиктовано не тем, что отечественные ученые немного «позднее думают», а потому, что есть ограничения по вычислительным ресурсам, по данным, на которых обучается программа, и значит, где-то приходится догонять.
Однако есть область, в которой достигнут паритет, — это исследования «на стыке» наук, где технологии ИИ используются для «оплодотворения» классической математики, чтобы получать решение остроактуальных прикладных проблем. Александр Бухановский подчеркнул: происходит это в том числе благодаря активности РНФ и тому, что логика поддерживаемых проектов на данном направлении выстроена в рамках отдельной секции «математика, информатика, науки о системах», которая позволяет объединить три важнейших фундаментальных направления.
Эксперт ИТМО отметил, что в сотрудничестве с Фондом появился целый ряд интересных исследований. Например, по искусственному интеллекту, который может формулировать фундаментальные законы природы, составлять уравнения вместо физиков и математиков или поставить эксперимент, который никто никогда даже не планировал.
— Мы тоже работаем «на стыке», проект нашей лаборатории, поддержанный РНФ, — это создание фундаментальной отраслевой модели экономики больших городов. На основе разнородных сведений — открытых данных города, транспортных операторов, транзакционных данных банков и других структур — мы обучаем модель, которая позволяет предсказывать, как поведут себя горожане в определенных обстоятельствах, что людям нравится и не нравится, на что они будут тратить деньги, то есть, по сути, это универсальный инструмент для ответов на совершенно разные вопросы, полезные для управления городом в интересах населения.
Модель является устойчивой к разного рода кризисным ситуациям, она может не просто описывать, что происходит, а формировать рекомендации, как проходить кризисы с наименьшими проблемами, — рассказал Александр Бухановский.
Профессор Сколковского института науки и технологий, заведующий лабораторией искусственных квантовых систем Московского физико-технического института Олег Астафьев продолжил тему о технологических вызовах.
Квантовая механика зародилась примерно 100 лет назад, за это время пройден огромный путь и создана масса различных устройств, в частности, транзисторы, которые работают на принципах квантовой механики, интегральные схемы.
В последние 20 лет ученые научились контролировать одиночные кванты и квантовые состояния, и новые достижения позволяют создавать новые приборы. Квантовые компьютеры пока еще не построены, но, тем не менее, прогресс в этой области идет. Сейчас специалисты научились контролировать большие квантовые системы на 100 кубит. Активно продвигаются квантовые коммуникации, квантовая связь.
Область, которая в меньшей степени на слуху, но развивается достаточно активно, — это квантовая сенсорика и метрология. Квантовые сенсоры уже сейчас применяются для детектирования гравитационных волн.
Группа Астафьева работает в области сверхпроводниковых квантовых технологий, где требуются достаточно большие ресурсы, в частности, современные нанотехнологии.
— Техника контроля квантовых состояний у нас имеется, поэтому мы можем вести исследования мирового уровня. Мы участвуем в «дорожной карте» по созданию квантовых процессоров, сделали 12-кубитный процессор, сейчас работаем над 16-кубитным. Здесь мы несколько отстаем из-за отсутствия оборудования, но с точки зрения науки мы движемся на хорошем уровне благодаря поддержке Российского научного фонда.
С квантовыми технологиями, искусственным интеллектом и математикой оказалась связана область нейрофизиологии. Доктор биологических наук, заведующий лабораторией нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова Александр Каплан рассказал о нейротехнологиях — новом междисциплинарном направлении, сочетающем фундаментальные знания из области нейробиологических наук и современные достижения микро- и квантовой электроники.
— Нейротехнологии используются для того, чтобы получить высокочувствительные сенсоры разных маркеров, допустим, молекулярных и электромагнитных полей, которые возникают вокруг нейронов. Кроме сенсоров, конечно, речь идет об электронике и вычислительной технике. Все это нужно для того, чтобы расшифровать процессы, идущие в человеческом мозге, который представляет собой информационно-аналитическую систему, — считает Александр Каплан.
По мнению ученого, нужны новые методы ранней диагностики дегенеративных заболеваний мозга, свойственных людям старшего возраста. Также важно разработать подходы для того, чтобы корректировать деятельность мозга в ситуациях, когда, например, человек подвержен приступам эпилепсии.
Уже примерно миллиону человек в мире вживлены под кожу головы специальные электронные комплексы, которые чувствуют зарождение судорожного приступа. Это небольшие датчики, которые принимают быстрое решение о том, что надо подать слабый электрический ток на подкожные электроды и таким образом погасить очаг зарождения эпилептического приступа.
— Если говорить о том, что мы делаем в лаборатории, то одно из самых перспективных направлений — это нейроинтерфейсные технологии. С их помощью мы можем регистрировать, визуализировать, расшифровывать разные виды активности мозга и формировать команды для внешних исполнительных устройств, — подчеркнул ученый. Так, у парализованного человека можно распознать намерение к движению и подать сигнал на протезы или манипуляторы.
Таких пациентов очень много, ведь каждый год случаются сотни тысяч новых инсультов. Дать возможность этим людям управлять внешними исполнительными устройствами, даже элементарным инвалидным креслом, включением — выключением каких-то бытовых приборов — значит, расширить для них пределы существования без помощников и сохранить средства государства и семьи.
— Наши разработки актуальны для реабилитационной медицины, они коренным образом меняют жизнь обездвиженных людей, расширяют зону самообслуживания, дают возможность общаться. Разработанные нами нейротренажеры — это не единичный успех, в основных направлениях наши результаты находятся на мировом уровне или выше. Это подтверждают статьи, принятые в топовые научные журналы, и технологии, успешно применяемые в больницах. Свою роль также сыграла конкурентная среда, созданная РНФ. Фонд не только поддерживает проект грантом, он организует наши устремления в науке, уже на этапе подачи заявки стимулирует задуматься о том, к чему мы придем через три года, — подчеркнул Александр Каплан.
По-человечески очень понятно объяснила свои мотивы заниматься передовыми генетическими исследованиями заведующая группой генной иммуноонкотерапии Института биоорганической химии им. акад. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова, заведующая сектором генной онкотерапии в Институте молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт» Ирина Алексеенко: «У меня мама умерла от рака, поэтому я хочу сделать такой препарат в области генной терапии, чтобы другие мамы не умирали».
Генетические технологии уже совершили революцию в медицине. Ирина Алексеенко выделила три топовые области, которые олицетворяют «новую эру» в лечении больных. По ее словам, максимальное влияние на жизнь человека сейчас оказывает секвенирование нового поколения NGS, которое помогает ученым одновременно определять последовательность миллионов фрагментов ДНК, видеть структуру генома, генетические мутации, определять генетическую природу заболевания, разрабатывать новые методы диагностики и лечения. Например, NGS-панели позволяют делать полногеномное профилирование опухоли, в результате которого врач назначит пациенту эффективное лечение конкретно в его случае.
Второе направление — это генетическое редактирование. Недавно исполнилось 10 лет с момента выхода нашумевшей статьи в журнале Science, в которой ученые опубликовали новые методы редактирования генома CRISPR/Cas, а в 2020-м за разработку этой системы была вручена Нобелевская премия.
В ноябре прошлого года был одобрен первый препарат в мире на основе CRISPR/Cas для лечения наследственных заболеваний (серповидноклеточной анемии), и сегодня все пациенты, которые получили это лечение, полностью здоровы.
Это хорошая демонстрация важности поддержки фундаментальных исследований, которые очень быстро могут превращаться в технологии, меняющие подходы к лечению человека.
— Третье направление — генная терапия. Терапевтический ген доставляют в клетки человека, и, если это наследственное заболевание, то гены индуцируют синтез белков, которых в этих клетках не было. Если же заболевание онкологическое, — то белков, которые способны убивать раковые клетки. Мы долго работали при поддержке РНФ и создали генно-терапевтический препарат для лечения нескольких типов опухолей. Сейчас закончена первая фаза его клинических исследований, предстоит вторая, — рассказала Ирина Алексеенко.
У ее группы сейчас несколько исследований, поддержанных Фондом: в одном из них ученые пытаются создать универсальную генномодифицированную бактериальную вакцину, необходимую для экстренной профилактики инфекционных заболеваний.
Перспективным считается еще одно исследование, в ходе которого предстоит найти новые мишени для лечения онкологических заболеваний, ученые предполагают, что в опухоли существуют синапсоподобные структуры, позволяющие раковым клеткам эффективно взаимодействовать между собой и именно это взаимодействие провоцирует прогрессию и метастазирование опухоли.
— Мы выполняем работы в тандеме с врачами, и важно, что Фонд поддерживает такие междисциплинарные исследования, потому что только в тесной коллаборации медиков и ученых можно создавать технологии, меняющие тактику лечения. Если говорить про уровень генетических технологий в России, то это одно из самых быстро развивающихся направлений науки. Тут мы на мировом уровне, иногда даже превосходим коллег, — заключила Ирина Алексеенко.
Тематику междисциплинарных исследований продолжил кандидат физико-математических наук, директор Института биомедицинской инженерии НИТУ «МИСИС» Федор Сенатов.
Область биопечати — это очень красивая иллюстрация того, как совместный труд материаловедов, химиков, биологов, медиков, айтишников, робототехников позволяет достигать таких потрясающих результатов, как создание искусственных тканей, органов и и их реконструкция.
Биопечать началась 20 лет назад, и пионером в этой области был российский ученый профессор Владимир Миронов, автор первой статьи по биопечати 2003 года. Несмотря на то, что миновало уже 20 лет, только сейчас мир подходит к реальному клиническому использованию накопленных результатов.
Если посмотреть на путь развития мировой биопечати, то печать плоских органов (кожа, хрящ) сейчас уже хорошо освоена.
Второй этап развития этой области — печать трубчатых конструкций (кровеносные сосуды, элементы пищевода, кишечника, нейроимплантаты для периферической нервной системы), она тоже прогрессирует и в России, и в мире.
Третий, самый сложный, этап — это печать функциональных органов (печень, почки, поджелудочная железа), к чему мы сейчас стремимся. Те, кто научится хорошо и много печатать кровеносные сосуды, быстрее дойдут до печати крупных функциональных органов. Но дело это непростое — даже небольшие нарушения могут привести к неправильный работе органов.
— Системная поддержка РНФ фундаментальной науки позволяет формировать новые подходы к решению медицинских задач, находить принципиально новые пути к достижению амбициозных целей. Одна из них — биопечать в космосе: первый эксперимент с применением магнитного поля в биопечати на борту МКС проведен в 2018 году, и уже в марте 2024-го на МКС стартует новый эксперимент по 4D-печати (где четвертое измерение — это время) с использованием подходов магнитной биофабрикации, — рассказал Федор Сенатов.
Заведующий лабораторией металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН, председатель Экспертного совета РНФ по президентской программе академик Валентин Анаников обратил внимание участников пресс-конференции на то, что подавляющее большинство всех предметов, сделанных человеком, — это результат работы химической промышленности.
Он напомнил, что катализ и каталитические реакции вносят существенный вклад в экономику: примерно 30% внутреннего валового продукта в мире созданы благодаря использованию веществ, полученных в результате каталитических технологий. Благодаря прогрессу в развитии новых катализаторов ученые могут создавать новые материалы очень широкого спектра.
Касаясь работ, которые ведутся в лабораториях ИОХ, Валентин Анаников отметил, что недавно было сделано интересное открытие, связанное с динамическими каталитическими системами.
— Усилия ведущих лабораторий во всем мире сосредоточены на получении эффективных, дешевых и экологичных катализаторов. Мы начали исследования в 2010-2012 годах и столкнулись с рядом сложностей, в частности, с гигантским объемом информации. Примерно за неделю накапливался такой вал данных, обработка которого потребовала бы 40-50 лет ручного труда. Ресурсов для этого не было. С появлением алгоритмов ИИ, нейронных сетей для решения химических задач процент необработанной информации заметно сократится, — отметил ученый.
Химия, химическая промышленность, по мнению академика, являются областями приложения для алгоритмов искусственного интеллекта, он находит свое практическое воплощение в создании новых катализаторов для получения новых материалов, новых видов топлива, устройств и химических веществ для медицинских приложений.
— Сегодня приятно говорить о памятных датах — 300-летии Российской академии наук и десятилетии Российского научного фонда. Его появление стало знаковым событием для отечественной науки, не зря все присутствующие отметили влияние РНФ на развитие фундаментальных исследований в нашей стране. Сейчас Фонд делает следующие шаги, расширяя спектр своей деятельности до прикладных исследований и опытно-конструкторских разработок. Эталонная экспертиза РНФ и системная поддержка перспективных научных проектов изменили исследовательскую культуру, а созданная Фондом конкурентная среда помогла научным коллективам, в том числе моей команде, отточить профессиональные навыки, поставить перед собой долгосрочные цели и взяться за то, что ранее не делал никто, — подытожил Валентин Анаников.
Светлана Беляева
Нет комментариев