Numérique jumeaux — des répliques virtuelles d’objets du monde réel – sont déjà monnaie courante dans la fabrication, l’industrie et l’aérospatiale. Il existe des modèles numériques très complexes de villes, de ports et de centrales électriques, mais qu’en est-il des personnes ?
L’idée du numérique double a longtemps été cantonné au domaine de la science-fiction. Mais un Un nouveau livre présenté au Science Museum de Londres la semaine dernière suggère que le concept pourrait prendre vie.
Dans Vous virtuelPeter Coveney, professeur de chimie et d’informatique à l’University College London, et Roger Highfield, directeur scientifique du Science Museum de Londres, montrent jusqu’où les chercheurs sont déjà allés dans leur quête de simulations numériques précises de personnes.
Lors du lancement du livre, les auteurs ont été rejoints par d’éminents experts en jumeaux numériques de soins de santé de l’Université d’Oxford, UCL, et du Barcelona Supercomputing Center (BSC). Le panneau discuté des opportunités et des défis liés à la création d’une version jumelle numérique du corps humain, et de ses implications pour la médecine.
Le BSC a déjà créé des modèles virtuels de cellules vivantes et d’organes entiers. L’exemple le plus notable est Alya Rougeun jumeau numérique d’un cœur comprenant environ 100 millions de cellules virtuelles.
Le
Les derniers grondements de la scène technologique de l’UE, une histoire de notre sage fondateur Boris et de l’art de l’IA douteux. C’est gratuit, chaque semaine, dans votre boîte de réception. S’inscrire maintenant!
Le cœur ne bat pas à l’intérieur d’une personne mais à l’intérieur MareNostrum, l’un des supercalculateurs les plus puissants d’Europe. En collaboration avec la société de technologie médicale Medtronic, les simulations Alya Red peuvent aider à positionner un stimulateur cardiaque, à affiner son stimulus électrique et à modéliser ses effets.
MareNostrum est situé dans la chapelle Torre Girona, Barcelone. Crédit : Karolina Moon Photography.Peut-être l’un des plus frappants exemples est Yoon-sun, une Coréenne de 26 ans dont toute la circulation – un réseau de navires de 95 000 km de long – a été cartographiée virtuellement grâce à une collaboration internationale utilisant plusieurs superordinateurs. Les chercheurs utilisent le modèle pour étude tension artérielle et le mouvement des caillots dans tout le système vasculaire.
In silico
Ces jumeaux numériques ne sont pas seulement confinés au laboratoire. Plusieurs sont déjà utilisés et, dans certains cas, approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis.
Jusqu’à présent, ces modèles ont été déployés principalement pour en silicone essais – lorsqu’un médicament ou une maladie est testé virtuellement plutôt que sur de vrais tissus humains ou animaux.
Ces essais permettent aux entreprises de tester leur médicament sur des « patients virtuels » avant de les tester sur des humains. Cela peut aider les entreprises à détecter un « échec en cours de fabrication » au début du cycle de développement du médicament, dit François-Henri Boissel, PDG de French plateforme de simulation d’essais cliniques Novadécouverte. Cela peut entraîner des délais et des coûts importants des économies pour les entreprises réalisant des essais cliniques.
Les essais in silico éliminent également les problèmes éthiques associés aux tests sur les animaux, a expliqué Blanca Rodriguez, professeur de médecine informatique à l’Université d’Oxford, lors de la panneau débat mercredi dernier.
L’équipe de Rodriguez a créé un jumeau numérique d’un cœur qui est utilisé pour simuler les effets de différents médicaments et maladies sur la fonction cardiaque. Dans un virtuel procès, son équipe a testé les effets de 66 médicaments différents sur plus d’un millier de simulations de cellules cardiaques différentes et a pu prédire le risque de rythme cardiaque anormal avec une précision de 89 %. Des recherches comparables sur des animaux étaient exactes à 75 %.
Ces essais peuvent également aider à lutter contre la prochaine urgence de santé publique. Pendant la pandémie de COVID-19, des superordinateurs ont été utilisés pour simuler presque tout, des traitements potentiels à la prédiction de la propagation du virus, comme le montre la vidéo ci-dessous.
Et à mesure que les simulations de tissus, d’organes et de cellules humaines deviennent de plus en plus sophistiquées, elles pourraient ouvrir de nouvelles frontières pour les tests de vaccins, le traitement personnalisé des symptômes et aider les médecins à explorer les effets d’une infection sur l’ensemble du corps.
Les jumeaux numériques pourraient également accélérer la recherche de vaccins candidats pour les grandes familles de virus animaux qui risquent de se propager à la population humaine, a déclaré Highfield.
Coveney et Highfield pensent que ces avancées jettent les bases de jumeaux numériques de l’ensemble du corps humain.
Vous virtuel
Les modèles informatiques de patients ressembleraient non seulement à leurs homologues humains, mais se comporteraient également comme eux.
La création d’un vous virtuel nécessite la collecte et l’analyse de suffisamment de données personnelles pour fournir une représentation réaliste. Cela peut provenir de n’importe quel nombre d’analyses de votre corps et de ses organes, ainsi que d’analyses génomiques, biochimiques et appareils portables.
« Ces jumeaux numériques peuvent informer sur les mesures prises par un chirurgien, sur le médicament qui vous est prescrit ou même sur le type de vie que vous choisissez de vivre », a déclaré Coveney.
Votre médecin pourrait exécuter un certain nombre de scénarios via votre jumeau numérique – comment vous pourriez réagir à un certain médicament ou à une certaine maladie, par exemple – sans jamais vous toucher (si vous détestez les visites chez le médecin, prenez-en note).
« Les patients virtuels pourraient potentiellement sauver et prolonger votre vie.
Votre jumeau numérique pourrait prédire avec précision votre risque de maladie et recommander des changements de médicaments, de régime alimentaire et de mode de vie, ce qui pourrait sauver et prolonger votre vie.
Selon la Commission européenne, environ 200 000 personnes meurent chaque année en Europe des médicaments qui leur sont prescrits, en partie parce que ces thérapies sont génériques et non conçues spécifiquement pour le patient.
Il en va de même pour le traitement des maladies : les médecins sont obligés de prendre des décisions fondées sur patients similaires mais non identiques dans des circonstances similaires mais non identiques dans le passé.
« La médecine moderne, c’est comme conduire une voiture tout en regardant dans le rétroviseur – c’est toujours regarder en arrière pour essayer de comprendre ce qui se passe maintenant », a déclaré Highfield. « L’espoir est que les jumeaux numériques permettront aux soins de santé de devenir tournés vers l’avenir, véritablement personnalisés et prédictifs, éliminant une grande partie des conjectures. »
Peut-être moins consolante est l’idée que votre jumeau pourrait être utilisé pour prédire quand vous mourrez, avec un degré de précision assez élevé.
Passons à autre chose.
Alors, quand aurai-je un moi virtuel ?
Avant de devenir trop excité (ou pétrifié), faisons un rapide bilan.
Le professeur de l’Université d’Oxford, Denis Noble, a développé le premier modèle d’une cellule cardiaque battante en 1959. Quelques années plus tard, son travail a été étendu au niveau de patchs de cellules, et par les modèles des années 1990 du cœur entier, alimentés par les premiers supercalculateurs, ont commencé à prendre forme. Aujourd’hui, des programmes comme Alya Red permettent des simulations de presque toutes les parties du corps humain.
C’est le point où nous nous trouvons en ce moment. À ce jour, un jumeau numérique d’un humain entier n’a jamais été créé.
Nous avons demandé au bot AI de Midjourney de créer une image d’un « jumeau numérique de soins de santé » – voici ce qu’il a trouvé.
Il y a encore « des obstacles techniques massifs » à surmonter, a déclaré Conveney.
Les simulations de cette complexité nécessiteront l’accès à des ordinateurs incroyablement puissants, tels que Frontier, le premier et le plus rapide au monde exascale supercalculateur. Ces ordinateurs sont encore rares et nécessitent de grandes quantités de énergie courir.
Un autre « énorme défi », dit-il, consiste à assembler tous les codes pour chaque partie du corps virtuel. Chaque partie de l’humain numérique, comme une cellule ou un cœur, est techniquement une simulation distincte. Il existe également plusieurs échelles pour les simulations : un modèle pour une cellule et un autre pour l’ensemble de l’organe nécessitent des codes différents et fonctionnent à des vitesses différentes. Faire en sorte que tous ces codes se chargent en même temps et à la même vitesse n’est pas une mince affaire.
Il y a aussi des considérations éthiques. La capacité de prédire presque tout ce qui concerne votre santé est un outil puissant pour les professionnels de la santé, mais potentiellement dangereux entre de mauvaises mains.
Dans les limites de la technologie actuelle, créer votre propre jumeau virtuel en ce moment n’est à la portée que des milliardaires, déclare Conveney.
Même les ordinateurs les plus puissants imaginables dans un avenir lointain n’auront pas la capacité suffisante pour vous analyser dans tous les détails moléculaires. Toi, mon ami, tu es trop compliqué, même pour l’ordinateur le plus intelligent.
Mais Coveney et Highfield démontrent de manière convaincante que les représentations numériques incomplètes resteront un outil extrêmement utile pour faire progresser la science médicale et la santé des individus. Comme l’a dit le regretté statisticien britannique George Box : « Tous les modèles sont faux. Certains sont utiles.
Les auteurs espèrent également que les besoins informatiques de ces jumeaux pourront être réduits en utilisant, vous l’aurez deviné, l’intelligence artificielle.
« L’IA et l’apprentissage automatique peuvent reproduire une partie du code et permettre à l’ensemble du jumeau numérique de se charger au type de vitesse nécessaire pour une prise de décision médicale efficace », a déclaré Highfield. L’IA pourrait permettre aux humains virtuels d’être exécutés sur des machines beaucoup plus petites.
Bien qu’il y ait de nombreux obstacles à surmonter, et certainement quelques problèmes éthiques à résoudre, les patients virtuels pleinement fonctionnels, qui offrent aux professionnels de la santé des informations sur lesquelles ils peuvent réellement agir, ne sont pas aussi éloignés qu’on pourrait le penser.
Conveney, l’un des plus grands experts mondiaux sur le sujet, pense que des patients virtuels pourraient être disponibles pour des utilisations médicales pratiques dans environ cinq ans.
avril 9, 2023
Votre jumeau numérique pourrait améliorer votre santé. Voici comment
Numérique jumeaux — des répliques virtuelles d’objets du monde réel – sont déjà monnaie courante dans la fabrication, l’industrie et l’aérospatiale. Il existe des modèles numériques très complexes de villes, de ports et de centrales électriques, mais qu’en est-il des personnes ?
L’idée du numérique double a longtemps été cantonné au domaine de la science-fiction. Mais un Un nouveau livre présenté au Science Museum de Londres la semaine dernière suggère que le concept pourrait prendre vie.
Dans Vous virtuelPeter Coveney, professeur de chimie et d’informatique à l’University College London, et Roger Highfield, directeur scientifique du Science Museum de Londres, montrent jusqu’où les chercheurs sont déjà allés dans leur quête de simulations numériques précises de personnes.
Lors du lancement du livre, les auteurs ont été rejoints par d’éminents experts en jumeaux numériques de soins de santé de l’Université d’Oxford, UCL, et du Barcelona Supercomputing Center (BSC). Le panneau discuté des opportunités et des défis liés à la création d’une version jumelle numérique du corps humain, et de ses implications pour la médecine.
Le BSC a déjà créé des modèles virtuels de cellules vivantes et d’organes entiers. L’exemple le plus notable est Alya Rougeun jumeau numérique d’un cœur comprenant environ 100 millions de cellules virtuelles.
Le
Les derniers grondements de la scène technologique de l’UE, une histoire de notre sage fondateur Boris et de l’art de l’IA douteux. C’est gratuit, chaque semaine, dans votre boîte de réception. S’inscrire maintenant!
Le cœur ne bat pas à l’intérieur d’une personne mais à l’intérieur MareNostrum, l’un des supercalculateurs les plus puissants d’Europe. En collaboration avec la société de technologie médicale Medtronic, les simulations Alya Red peuvent aider à positionner un stimulateur cardiaque, à affiner son stimulus électrique et à modéliser ses effets.
MareNostrum est situé dans la chapelle Torre Girona, Barcelone. Crédit : Karolina Moon Photography.Peut-être l’un des plus frappants exemples est Yoon-sun, une Coréenne de 26 ans dont toute la circulation – un réseau de navires de 95 000 km de long – a été cartographiée virtuellement grâce à une collaboration internationale utilisant plusieurs superordinateurs. Les chercheurs utilisent le modèle pour étude tension artérielle et le mouvement des caillots dans tout le système vasculaire.
In silico
Ces jumeaux numériques ne sont pas seulement confinés au laboratoire. Plusieurs sont déjà utilisés et, dans certains cas, approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis.
Jusqu’à présent, ces modèles ont été déployés principalement pour en silicone essais – lorsqu’un médicament ou une maladie est testé virtuellement plutôt que sur de vrais tissus humains ou animaux.
Ces essais permettent aux entreprises de tester leur médicament sur des « patients virtuels » avant de les tester sur des humains. Cela peut aider les entreprises à détecter un « échec en cours de fabrication » au début du cycle de développement du médicament, dit François-Henri Boissel, PDG de French plateforme de simulation d’essais cliniques Novadécouverte. Cela peut entraîner des délais et des coûts importants des économies pour les entreprises réalisant des essais cliniques.
Les essais in silico éliminent également les problèmes éthiques associés aux tests sur les animaux, a expliqué Blanca Rodriguez, professeur de médecine informatique à l’Université d’Oxford, lors de la panneau débat mercredi dernier.
L’équipe de Rodriguez a créé un jumeau numérique d’un cœur qui est utilisé pour simuler les effets de différents médicaments et maladies sur la fonction cardiaque. Dans un virtuel procès, son équipe a testé les effets de 66 médicaments différents sur plus d’un millier de simulations de cellules cardiaques différentes et a pu prédire le risque de rythme cardiaque anormal avec une précision de 89 %. Des recherches comparables sur des animaux étaient exactes à 75 %.
Ces essais peuvent également aider à lutter contre la prochaine urgence de santé publique. Pendant la pandémie de COVID-19, des superordinateurs ont été utilisés pour simuler presque tout, des traitements potentiels à la prédiction de la propagation du virus, comme le montre la vidéo ci-dessous.
Et à mesure que les simulations de tissus, d’organes et de cellules humaines deviennent de plus en plus sophistiquées, elles pourraient ouvrir de nouvelles frontières pour les tests de vaccins, le traitement personnalisé des symptômes et aider les médecins à explorer les effets d’une infection sur l’ensemble du corps.
Les jumeaux numériques pourraient également accélérer la recherche de vaccins candidats pour les grandes familles de virus animaux qui risquent de se propager à la population humaine, a déclaré Highfield.
Coveney et Highfield pensent que ces avancées jettent les bases de jumeaux numériques de l’ensemble du corps humain.
Vous virtuel
Les modèles informatiques de patients ressembleraient non seulement à leurs homologues humains, mais se comporteraient également comme eux.
La création d’un vous virtuel nécessite la collecte et l’analyse de suffisamment de données personnelles pour fournir une représentation réaliste. Cela peut provenir de n’importe quel nombre d’analyses de votre corps et de ses organes, ainsi que d’analyses génomiques, biochimiques et appareils portables.
« Ces jumeaux numériques peuvent informer sur les mesures prises par un chirurgien, sur le médicament qui vous est prescrit ou même sur le type de vie que vous choisissez de vivre », a déclaré Coveney.
Votre médecin pourrait exécuter un certain nombre de scénarios via votre jumeau numérique – comment vous pourriez réagir à un certain médicament ou à une certaine maladie, par exemple – sans jamais vous toucher (si vous détestez les visites chez le médecin, prenez-en note).
Votre jumeau numérique pourrait prédire avec précision votre risque de maladie et recommander des changements de médicaments, de régime alimentaire et de mode de vie, ce qui pourrait sauver et prolonger votre vie.
Selon la Commission européenne, environ 200 000 personnes meurent chaque année en Europe des médicaments qui leur sont prescrits, en partie parce que ces thérapies sont génériques et non conçues spécifiquement pour le patient.
Il en va de même pour le traitement des maladies : les médecins sont obligés de prendre des décisions fondées sur patients similaires mais non identiques dans des circonstances similaires mais non identiques dans le passé.
« La médecine moderne, c’est comme conduire une voiture tout en regardant dans le rétroviseur – c’est toujours regarder en arrière pour essayer de comprendre ce qui se passe maintenant », a déclaré Highfield. « L’espoir est que les jumeaux numériques permettront aux soins de santé de devenir tournés vers l’avenir, véritablement personnalisés et prédictifs, éliminant une grande partie des conjectures. »
Peut-être moins consolante est l’idée que votre jumeau pourrait être utilisé pour prédire quand vous mourrez, avec un degré de précision assez élevé.
Passons à autre chose.
Alors, quand aurai-je un moi virtuel ?
Avant de devenir trop excité (ou pétrifié), faisons un rapide bilan.
Le professeur de l’Université d’Oxford, Denis Noble, a développé le premier modèle d’une cellule cardiaque battante en 1959. Quelques années plus tard, son travail a été étendu au niveau de patchs de cellules, et par les modèles des années 1990 du cœur entier, alimentés par les premiers supercalculateurs, ont commencé à prendre forme. Aujourd’hui, des programmes comme Alya Red permettent des simulations de presque toutes les parties du corps humain.
C’est le point où nous nous trouvons en ce moment. À ce jour, un jumeau numérique d’un humain entier n’a jamais été créé.
Il y a encore « des obstacles techniques massifs » à surmonter, a déclaré Conveney.
Les simulations de cette complexité nécessiteront l’accès à des ordinateurs incroyablement puissants, tels que Frontier, le premier et le plus rapide au monde exascale supercalculateur. Ces ordinateurs sont encore rares et nécessitent de grandes quantités de énergie courir.
Un autre « énorme défi », dit-il, consiste à assembler tous les codes pour chaque partie du corps virtuel. Chaque partie de l’humain numérique, comme une cellule ou un cœur, est techniquement une simulation distincte. Il existe également plusieurs échelles pour les simulations : un modèle pour une cellule et un autre pour l’ensemble de l’organe nécessitent des codes différents et fonctionnent à des vitesses différentes. Faire en sorte que tous ces codes se chargent en même temps et à la même vitesse n’est pas une mince affaire.
Il y a aussi des considérations éthiques. La capacité de prédire presque tout ce qui concerne votre santé est un outil puissant pour les professionnels de la santé, mais potentiellement dangereux entre de mauvaises mains.
Dans les limites de la technologie actuelle, créer votre propre jumeau virtuel en ce moment n’est à la portée que des milliardaires, déclare Conveney.
Même les ordinateurs les plus puissants imaginables dans un avenir lointain n’auront pas la capacité suffisante pour vous analyser dans tous les détails moléculaires. Toi, mon ami, tu es trop compliqué, même pour l’ordinateur le plus intelligent.
Mais Coveney et Highfield démontrent de manière convaincante que les représentations numériques incomplètes resteront un outil extrêmement utile pour faire progresser la science médicale et la santé des individus. Comme l’a dit le regretté statisticien britannique George Box : « Tous les modèles sont faux. Certains sont utiles.
Les auteurs espèrent également que les besoins informatiques de ces jumeaux pourront être réduits en utilisant, vous l’aurez deviné, l’intelligence artificielle.
« L’IA et l’apprentissage automatique peuvent reproduire une partie du code et permettre à l’ensemble du jumeau numérique de se charger au type de vitesse nécessaire pour une prise de décision médicale efficace », a déclaré Highfield. L’IA pourrait permettre aux humains virtuels d’être exécutés sur des machines beaucoup plus petites.
Bien qu’il y ait de nombreux obstacles à surmonter, et certainement quelques problèmes éthiques à résoudre, les patients virtuels pleinement fonctionnels, qui offrent aux professionnels de la santé des informations sur lesquelles ils peuvent réellement agir, ne sont pas aussi éloignés qu’on pourrait le penser.
Conveney, l’un des plus grands experts mondiaux sur le sujet, pense que des patients virtuels pourraient être disponibles pour des utilisations médicales pratiques dans environ cinq ans.
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