Bản sao số hóa có thể cứu lấy cuộc sống của bạn. Dưới đây là cách

Các bản sao số hóa — những phiên bản ảo của thế giới thực — đã trở nên phổ biến trong sản xuất, công nghiệp và hàng không vũ trụ. Có những mô hình số phức tạp của thành phố, cảng và nhà máy điện — nhưng con người thì sao? 

Ý tưởng về bản sao số hóa của con người đã lâu đã bị giữ trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng. Nhưng một cuốn sách mới được giới thiệu tại Bảo tàng Khoa học London tuần trước gợi ý rằng khái niệm có thể đang trở thành hiện thực.  

Trong Virtual You, Peter Coveney, giáo sư hóa học và khoa học máy tính tại Đại học London, và Roger Highfield, giám đốc khoa học tại Bảo tàng Khoa học London, cho thấy những gì nghiên cứu viên đã đạt được trong hành trình của họ để tạo ra mô phỏng số chính xác của con người. 

Tại buổi ra mắt sách, tác giả đã có sự tham gia của các chuyên gia hàng đầu về bản sao số hóa trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe từ Đại học Oxford, UCL và Trung tâm Siêu tính toán Barcelona (BSC). Bảng thảo luận về cơ hội và thách thức trong việc tạo ra một phiên bản bản sao số hóa của cơ thể người, và những ảnh hưởng của nó đối với y học.  

BSC đã tạo ra những mô hình ảo của tế bào sống và cả cơ quan nguyên. Ví dụ đáng chú ý nhất là Alya Red, một bản sao số hóa của trái tim bao gồm khoảng 100 triệu tế bào ảo. 

Trái tim không đập bên trong một người mà là bên trong MareNostrum, một trong những siêu máy tính mạnh mẽ nhất ở châu Âu. Hợp tác với công ty công nghệ y tế Medtronic, các mô phỏng Alya Red có thể giúp định vị một máy nhồi máy, điều chỉnh kích thích điện của nó và mô phỏng các hiệu ứng của nó. 

Có lẽ một trong những ví dụ ấn tượng nhất là Yoon-sun, một phụ nữ Hàn Quốc 26 tuổi mà toàn bộ tuần hoàn của cô — mạng lưới ống dẫn dài 95.000km — đã được ánh xạ ảo thông qua một sự hợp tác quốc tế sử dụng nhiều siêu máy tính. Các nghiên cứu viên đang sử dụng mô hình này để nghiên cứu huyết áp và sự di chuyển của cặn trong toàn bộ hệ thống mạch máu.

Trong silico 

Những bản sao số hóa này không chỉ bị giới hạn trong phòng thí nghiệm. Một số đã được sử dụng và, trong một số trường hợp, đã được chấp nhận bởi Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA). 

Cho đến nay, những mô hình này đã được triển khai chủ yếu cho trials trong silico — khi một loại thuốc hoặc bệnh được kiểm tra ảo thay vì trên mô tả thực của người hoặc động vật. 

Những thử nghiệm này cho phép các công ty kiểm tra thuốc của họ trên 'bệnh nhân ảo' trước khi thử nghiệm trên người. Điều này có thể giúp các công ty phát hiện ra một “sự cố đang diễn ra” sớm trong chu kỳ phát triển thuốc, cho biết François-Henri Boissel, CEO của nền tảng mô phỏng thử nghiệm lâm sàng Pháp Novadiscovery. Điều này có thể dẫn đến tiết kiệm đáng kể về thời gian và chi phí chi phí cho các công ty tham gia các thử nghiệm lâm sàng. 

Các thử nghiệm trong silico cũng loại bỏ các vấn đề đạo đức liên quan đến thử nghiệm trên động vật, như giải thích của Blanca Rodriguez, giáo sư y học tính toán tại Đại học Oxford, trong cuộc thảo luận vào thứ Tư tuần trước. 

Đội ngũ của Rodriguez đã tạo ra một bản sao số hóa của trái tim được sử dụng để mô phỏng các hiệu ứng của các loại thuốc và bệnh khác nhau đối với chức năng tim. Trong một thử nghiệm ảo, đội của cô thử nghiệm các hiệu ứng của 66 loại thuốc khác nhau trên hơn một nghìn mô phỏng tế bào tim khác nhau và có thể dự đoán rủi ro nhịp tim bất thường với độ chính xác 89%. Nghiên cứu tương tự trên động vật có độ chính xác 75%.  

Những thử nghiệm này cũng có thể giúp chống lại tình trạng khẩn cấp y tế cộng đồng tiếp theo. Trong đại dịch COVID-19, siêu máy tính đã được sử dụng để mô phỏng gần như mọi thứ, từ các liệu pháp tiềm năng đến dự đoán cách virus có thể lây lan, như được đề cập trong video dưới đây.     

Và khi các mô phỏng về các mô, cơ quan và tế bào của con người trở nên ngày càng tinh tế, chúng có thể mở ra các phương pháp mới để kiểm tra vắc xin, điều trị cá nhân các triệu chứng và giúp bác sĩ khám phá các hiệu ứng của một nhiễm trùng trên toàn bộ cơ thể.

Bản sao số hóa cũng có thể tăng tốc quá trình tìm kiếm vắc xin ứng cử viên cho các họ virus động vật lớn có nguy cơ lan ra dân số người, theo Highfield nói.  

Coveney và Highfield tin rằng những tiến bộ này đang đặt nền tảng cho bản sao số hóa của toàn bộ cơ thể con người.

Bản sao ảo của bạn

Các mô hình tính toán của bệnh nhân không chỉ trông giống như bản sao người mà còn hành vi giống họ.  

Tạo ra một bản sao ảo của bạn đòi hỏi việc thu thập và phân tích đủ dữ liệu cá nhân để tạo ra một biểu tượng chân thực. Điều này có thể đến từ bất kỳ loại quét nào của cơ thể và các cơ quan bên trong, cũng như phân tích gen, hóa học sinh, và thiết bị đeo được.  

“Những bản sao số này có thể hướng dẫn bác sĩ thực hiện hành động gì, thuốc bạn được kê đơn là gì, hoặc thậm chí là bạn chọn cuộc sống như thế nào,” Coveney nói.   

Bác sĩ của bạn có thể chạy nhiều kịch bản thông qua bản sao số ảo của bạn — cách bạn có thể phản ứng với một loại thuốc hoặc bệnh nào đó, ví dụ — mà không bao giờ chạm vào bạn (nếu bạn không thích đến bác sĩ, hãy lưu ý).  

“Bệnh nhân ảo có thể tiềm ẩn và kéo dài cuộc sống của bạn.

Bản sao số của bạn có thể dự đoán mức độ rủi ro mắc bệnh của bạn một cách chính xác và đề xuất thay đổi về thuốc, chế độ dinh dưỡng và lối sống, có thể giúp tiết kiệm và kéo dài cuộc sống của bạn.  

Theo Ủy ban Châu Âu, khoảng 200.000 người chết mỗi năm ở Châu Âu do dùng thuốc được kê đơn cho họ, một phần là do những phương pháp điều trị này là thông thường và không được thiết kế đặc biệt cho bệnh nhân.

Tương tự, điều này cũng áp dụng cho việc điều trị bệnh: các bác sĩ buộc phải đưa ra quyết định dựa trên những bệnh nhân giống nhau nhưng không giống nhau và trong các tình huống giống nhau nhưng không giống nhau ở quá khứ. 

“Y học hiện đại giống như lái xe nhìn vào gương chiếu hậu — luôn nhìn về quá khứ để cố gắng hiểu ra điều gì đang xảy ra bây giờ,” Highfield nói. “Hy vọng là bản sao số sẽ giúp ngành chăm sóc sức khỏe trở nên hướng về tương lai, thực sự cá nhân hóa và có thể dự đoán, loại bỏ nhiều phần của sự đoán định.”

Có lẽ không phải là một niềm an ủi khi nghĩ rằng bản sao số của bạn có thể được sử dụng để dự đoán khi bạn sẽ chết, với một mức độ chính xác khá cao.

Chúng ta sẽ tiếp tục.        

Vậy, khi nào tôi sẽ có một phiên bản ảo của mình? 

Trước khi bạn phấn khích quá (hoặc sợ hãi) — hãy làm một bảng tổng kết nhanh.

Giáo sư Denis Noble của Đại học Oxford đã phát triển mô hình đầu tiên của tế bào tim đập vào năm 1959. Một vài năm sau, công việc của ông được mở rộng lên đến mức độ của các mảng tế bào, và đến những năm 1990, các mô hình của cả trái tim, được cung cấp sức mạnh bởi những máy tính siêu cấp đầu tiên, bắt đầu hình thành. Hiện nay, các chương trình như Alya Red đang cho phép mô phỏng gần như bất kỳ phần nào của cơ thể con người. 

Đó là điểm chúng ta đang đứng ngay bây giờ. Cho đến nay, một bản sao số của toàn bộ con người chưa bao giờ được tạo ra.

Vẫn còn “những thách thức kỹ thuật khổng lồ” để vượt qua, theo lời của Conveney.

Các mô phỏng có độ phức tạp như vậy sẽ đòi hỏi sự truy cập vào máy tính cực kỳ mạnh mẽ, như Frontier, siêu máy tính exascale đầu tiên và nhanh nhất trên thế giới. Những máy tính này vẫn còn ít ỏi và cần lượng lớn năng lượng để chạy. 

Một “thách thức lớn” khác, ông nói, là nối các đoạn mã cho từng phần của cơ thể ảo. Mỗi phần của con người số, như một tế bào hay một trái tim, kỹ thuật là một mô phỏng riêng biệt. Cũng có nhiều quy mô cho các mô phỏng: một mô hình cho một tế bào và một mô hình khác cho cả cơ quan hoàn chỉnh đòi hỏi các mã khác nhau và chạy ở các tốc độ khác nhau. Việc làm cho tất cả các mã này tải cùng một lúc và cùng một tốc độ không phải là điều dễ dàng. 

Cũng có những xem xét về đạo đức. Khả năng dự đoán gần như mọi thứ về sức khỏe của bạn là một công cụ mạnh mẽ cho các chuyên gia y tế, nhưng có thể nguy hiểm nếu rơi vào tay sai.  

Trong phạm vi của công nghệ hiện tại, việc tạo ra phiên bản ảo của bản thân ngay bây giờ chỉ có thể đạt được bởi những tỉ phú, theo lời của Conveney.  

Thậm chí những máy tính mạnh mẽ nhất có thể tưởng tượng được trong tương lai xa xôi cũng sẽ không có đủ khả năng để phân tích bạn đến chi tiết phân tử đầy đủ. Bạn, bạn bè ơi, quá phức tạp, thậm chí là với máy tính thông minh nhất.

Nhưng Coveney và Highfield đã đưa ra một lập luận thuyết phục rằng các biểu diễn số không đầy đủ vẫn sẽ là một công cụ cực kỳ hữu ích cho sự tiến bộ của khoa học y tế và sức khỏe cá nhân. Như nhà thống kê người Anh đã phát biểu, “Tất cả các mô hình đều sai. Một số có ích.” 

Những tác giả cũng hy vọng rằng nhu cầu về máy tính của những phiên bản số này có thể giảm bớt bằng, bạn đã đoán đúng, trí tuệ nhân tạo. 

“Trí tuệ nhân tạo và máy học có thể sao chép một số mã và cho phép toàn bộ bản sao số tải với tốc độ cần thiết cho quyết định y tế hiệu quả,” Highfield nói. AI có thể giúp con người ảo chạy trên các máy nhỏ hơn nhiều. 

Mặc dù có nhiều thách thức cần vượt qua và nhất định là một số vấn đề đạo đức cần giải quyết, nhưng bệnh nhân ảo hoạt động đầy đủ, mang lại cho các chuyên gia y tế cái mà họ thực sự có thể hành động, không còn xa như bạn có thể nghĩ. 

Conveney, một trong những chuyên gia hàng đầu thế giới về chủ đề này, tin rằng bệnh nhân ảo có thể sẵn có cho việc sử dụng y tế thực tế khoảng năm năm nữa.