Czym są cyfrowe bliźniaki? Odpowiedź AGH w Krakowie

Badania nad tzw. cyfrowymi bliźniakami, czyli realistycznymi komputerowymi modelami odwzorowującymi procesy zachodzące w ludzkim organizmie i środowisku, będą prowadzone dzięki technologiom dostarczanym przez fabrykę AI Gaia. Powstaje ona przy Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet AGH w Krakowie.

Cyfrowe bliźniaki

.W projekt cyfrowych bliźniaków zaangażowani są m.in. naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Sano Centrum Medycyny Obliczeniowej.

– Największym wyzwaniem nie jest obecnie budowanie superkomputerów, tylko takie ich projektowanie, by potrafiły rozwiązywać realne problemy. Nasze zadanie w tym przedsięwzięciu będzie polegać na stworzeniu tzw. cyfrowych bliźniaków – powiedział dr hab. inż. Paweł Łabaj, prof. UJ, z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.

Jak wyjaśnił, cyfrowy bliźniak to zaawansowany model komputerowy, który w sposób realistyczny odtwarza procesy zachodzące w przestrzeni i czasie w określonym środowisku, np. w jelitach człowieka. W krakowskim projekcie rozwijane będą dwa główne typy takich modeli: cyfrowy bliźniak mikrobiomu jelitowego, nad którym pracować będzie zespół dr. Tomasza Kościółka z Sano, oraz cyfrowy bliźniak mikrobiomu środowiskowego, rozwijany przez zespół prof. Łabaja.

– Takie cyfrowe bliźniaki, oparte na infrastrukturze fabryki AI, pozwolą przewidywać, jak organizm reaguje na różne interwencje, m.in. leczenie farmakologiczne czy zmiany stylu życia – zaznaczył naukowiec.

Jego zdaniem taka technologia może całkowicie zmienić sposób opracowywania terapii i leków. Umożliwi bowiem modelowanie i testowanie ich skuteczności bez konieczności prowadzenia niektórych etapów, obecnie długotrwałych, badań klinicznych w tradycyjnej formie.

– To może być przełom, bo pozwoli tworzyć zindywidualizowane terapie, dopasowane do konkretnej osoby – podkreślił prof. Łabaj.

W projekcie, który będzie realizowany w Sano, kluczowym czynnikiem jest mikrobiom jelitowy. Jak przypomniał prof. Łabaj, coraz więcej badań wskazuje, że mikroorganizmy zamieszkujące nasze jelita mogą decydować o skuteczności terapii. Przykładem są prowadzone kilka lat temu testy nowego leku przeciwnowotworowego.

– W badaniach na liniach komórkowych oraz zwierzętach działał znakomicie, natomiast u części pacjentów był całkowicie nieskuteczny. Okazało się, że osoby, u których nie działał, miały w jelitach określoną bakterię. Produkowała ona metabolit, który całkowicie unieczynniał ten lek. Po zastosowaniu antybiotyku i usunięciu bakterii lek zaczął działać prawidłowo – opowiedział naukowiec.

Dzięki cyfrowym bliźniakom takie zależności będzie można analizować już na etapie projektowania terapii. Technologia ta może więc przyspieszyć rozwój przemysłu farmaceutycznego, skrócić proces badań klinicznych i zwiększyć bezpieczeństwo pacjentów.

Według prof. Łabaja w przyszłości na jej podstawie możliwe będzie również tworzenie modeli populacyjnych, a następnie ich personalizowanie na podstawie danych zebranych od konkretnej osoby.

– Po odpowiedniej charakteryzacji mikrobiomu danej osoby będzie można bardzo precyzyjnie określić, jakie produkty czy suplementy będą skuteczne właśnie dla niej. Ponadto przy znacznych dysbiozach (zaburzenie mikrobiomu), w których obecnie podawane miksy brakujących bakterii nie zawsze są skuteczne, będzie można określić „ścieżki pre- i pro-biotykoterapi”, wyznaczające szczegółowy plan tego, które preparaty przyjmować w jakim momencie – podkreślił badacz.

Powstająca fabryka AI jest więc, w jego opinii, doskonałym narzędziem do tego typu badań. – Dopiero teraz, dzięki rozwojowi infrastruktury obliczeniowej, możliwe jest realistyczne odwzorowanie tak złożonych systemów jak mikrobiom. Wcześniej brakowało nam zarówno mocy obliczeniowej, jak i danych wysokiej jakości. Teraz te warunki zaczynają się spełniać – powiedział.

Dane niezbędne do trenowania modeli będą pochodziły zarówno z projektów naukowych, jak i z działalności prywatnych spółek świadczących usługi charakteryzacji mikrobiomu i gromadzących tego typu informacje.

Utworzenie Gaia AI Factory ogłosiły 10 października Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministerstwo Cyfryzacji. Jak poinformowano, z infrastruktury będą mogli korzystać naukowcy, przedsiębiorcy i administracja publiczna.

Wirtualna nieśmiertelność

.Profesor zwyczajny w Polskiej Akademii Nauk, Michał KLEIBER, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Sztuczna inteligencja coraz częściej przyczynia się do cyfrowego zmartwychwstawania nieżyjących osób, zapewniając im wirtualną nieśmiertelność, ale budząc jednocześnie związane z tym kontrowersje. W sieci krążą liczne opisy stosowania sztucznej inteligencji wykorzystującej najróżniejsze dokumenty z życia nieżyjących już osób do ich cyfrowego przywrócenia do życia. Związane z tym emocje i rosnąca popularność otrzymywanych efektów spowodowały już nawet powstanie obszaru biznesowych działań, określanego na amerykańskim rynku technologicznych innowacji terminem przemysł cyfrowego życia po życiu (ang. digital afterlife industry). Media szeroko opisują rodzinne i towarzyskie emocje towarzyszące cyfrowemu odtwarzaniu wypowiedzi i zachowań bliskich im zmarłych osób, mające niekiedy istotne znaczenie terapeutyczne, choć niestety także przedłużające rozpacz i ból”.

„Wszyscy już wiemy, a niektórzy z nas bezpośrednio tego doświadczają, że otaczający nas cyfrowy świat zbiera niezależnie od naszych intencji bardzo liczne dane dokumentujące nasze życie. Część z nich przekazujemy innym dzisiaj, a naszym potomkom w przyszłości w pewnym sensie świadomie za pośrednictwem mediów społecznościowych, maili, SMS-ów czy przechowywanych fotografii, część zaś generujemy nieświadomie w trakcie przeszukiwania sieci, sieciowego załatwiania najróżniejszych spraw bądź poddając się rejestracji naszych działań przez nieznane nam urządzenia. Już dzisiaj na portalach społecznościowych pojawiają się automatycznie generowane na podstawie dostępnych danych okolicznościowe życzenia dla osób dawno już nieżyjących, a niedawno opublikowane badania szwedzkich ekspertów wręcz sugerują, że za kilkanaście lat liczba nieżyjących aktywnych użytkowników tych portali przewyższy liczbę żyjących. Coraz powszechniejsze staje się także wykorzystywanie pojawiających się cyfrowych możliwości generowania wizerunków i głosów osób nieżyjących, umożliwiając np. granie w filmach kluczowych ról przez nieżyjących już dawno aktorów, ale tworząc też wręcz nieograniczone rodzaje przestępstw”.

„Idea cyfrowej pośmiertnej egzystencji ma swoje korzenie w realizowanym już od dłuższego czasu pomyśle tzw. cyfrowych bliźniaków (ang. digital twins). Pomysł ten zaczął być wprowadzany w życie już bardzo dawno temu i w pierwszej kolejności odnosił się do tworzenia cyfrowych odpowiedników najróżniejszych urządzeń i systemów odwzorowujących je w czasie rzeczywistym. W istocie już przeszło 70 lat temu, zupełnie na początku procesu rozwoju komputerowej technologii, tworzono na podstawie danych statystycznych cyfrowe modele systemów ekonomicznych pozwalające firmom na przewidywanie przebiegu przyszłych wydarzeń w świecie gospodarki. Obecnie taka działalność stała się już pewnego rodzaju standardem opisywanym angielskim terminem predictive markets (rynki prognozowane), a wiele firm wykorzystuje w swej działalności cyfrowe odpowiedniki różnych procesów i urządzeń. Rozwój technologii doprowadził dzisiaj do tego, że różne cyfrowe odpowiedniki zaczęły nawet wyprzedzać powstawanie swych odpowiedników materialnych, stając się istotnym elementem procesów projektowania. Instalowane zaś na już zrealizowanych obiektach liczne czujniki dostarczają wszelkich potrzebnych informacji pozwalających dokładnie odzwierciedlać cyfrowo ich zachowanie. Przykładem może tu być niedawno opisywane wyposażenie samochodu Formuły 1 w prawie 300 czujników umożliwiających precyzyjne naśladowanie zachowania pojazdu w trakcie wyścigu” – pisze prof. Michał KLEIBER w tekście „Wirtualna nieśmiertelność” – cały artykuł [LINK]

Katarzyna Czechowicz/PAP/eg