Жизнь с прибором

Конференция про носимые гаджеты. Стэнфорд, Калифорния
Конференция про носимые гаджеты. Стэнфорд, Калифорния.

Носимые гаджеты — это разные Фитбиты? И да, и нет.

Fitbit и другие фитнес-браслеты умеют неинвазивно, достаточно незаметно и всё более точно регистрировать массу интересного: локомоторную активность, шаги, сон. Некоторые браслеты пошли дальше и научились измерять, например, давление. В целом, любая информация о вашем теле может найти и медицинское применение. Собственно, одна из актуальных задач разработчиков фитнес-браслетов и приложений для них — превратить популярную игрушку ипохондрика-спортолюба в действительно полезный девайс.

Кроме хорошо уже известных браслетов и часов существуют и другие способы что-то на себя надеть: пластыри, жилеты, кольца, обручи и менее привычные формы аксессуаров, вроде вживляемых датчиков. Задача, как правило, у них такая же — диагностическая.

Плюс существуют небольшие приборы домашнего использования. Они действительно небольшие и поэтому вполне себе носимые. И вот они уже могут быть не только диагностическими, но и терапевтическими. Собственно, ничего не мешает «браслетам» так же стать терапевтическими, к этому всё и идёт. А в каких-то случаях уже пришло.

Какие приборы можно приклеить на себя уже сегодня, а какие — в ближайшем будущем, и стоит ли это делать? Почему медико-биологические гаджеты персонального применения нужны не только здоровым и больным эгоистам, но и социуму в целом? Как мир гаджетов изменит современную медицину?

Мир медицинских гаджетов огромен, он растёт и развивается с появлением новых технологий. И это прекрасно — они сделают диагностику, лечение и разработку терапий проще, дешевле, быстрее и, чёрт возьми, персонифицированней.

С одной стороны мы видим, что даже профессиональное медицинское оборудование становится миниатюрнее и доступнее, игрушки для домашнего применения переходят в клиническую практику и наоборот, границы стираются.

С другой стороны растёт интерес к собственному здоровью и продлению жизни. Более того, люди не просто беспокоятся, но подходят к вопросу всё более вдумчиво, читая научную литературу. Терапевты не любят пациентов, «начитавшихся интернетов». Что ж, но ведь кто-то должен их читать. И кто-то, а скорее, что-то должно обрабатывать данные в недрах сети.

Большие данные — опубликованные результаты исследований, персональные данные с носимых гаджетов и из традиционных источников — их ценность растёт, и уметь обрабатывать такую информацию становится всё более актуальной задачей.

Более того, чем больше наука понимает природу различных заболеваний, тем более сложной, комплексной и противоречивой кажется картина. Непрерывное получение как можно большего числа параметров организма видится важной частью того, как будет выглядеть медицина будущего. Будущего, которое уже наступило. По крайней мере, для определённой категории людей — биохакеров.

Если вы мечтаете о карьере биохакера или хотите запустить клинические исследования изобретённого вами лекарства, присмотритесь к рынку носимых приборов. Присматриваться можно по-разному, погуглить, например. Я же поехала на конференцию.

ValleyWearable Tech + Digital Health + NeuroTech Silicon Valley — конференция, проходившая 7—8 февраля 2017 года на территории Стэнфордского университета, что в Пало-Альто, Калифорния. Курировали мероприятие ребята из APPLYSCI, организации, помогающей доводить последние научные разработки до прикладных решений. Скоро обещают перейти на новую, сделанную при помощи краудфандинга, платформу, а пока их блог выглядит так.

Поэтому было много науки и не очень много доведённых до продукта игрушек-гаджетов, зато есть ощущение, что пенки со всех трендов в индустрии организаторы собрали.

Я исписала шесть листов А4 мелким почерком и наснимала сотню слайдов. По каждому из 19 докладов можно писать страничный отчёт, но читать это невозможно, писать тоже (я попробовала). Попытаюсь обобщить.

Мягкое и гибкое

Начну с пластыреподобных датчиков и прочей «эластроники» — да, есть теперь и такое слово.

Рузбех Гаффари (Roozbeh Ghaffari) из MC10 уже выпустил на рынок США и Канады датчик BioStampRC®. Пластырь можно приклеивать на разные участки тела, снимая таким образом разные данные. Всё автоматически загружается в облако, есть приложение, как водится. Измеряет всё, что можно измерить акселерометром, гироскопом и электродом: локомоторику, дыхание, ЭКГ, температуру, электромиограмму. Плюс целый набор сердечно-сосудистых показателей, включая давление и скорость распространения пульсовой волны. Датчик работает 36 часов, потом его нужно перезаряжать.

В минимальном наборе три датчика, сменные наклейки, гель, зарядное устройство, приложение для Samsung Galaxy Tablet и доступ к информации на 3 года. Цена от $1500.

BioStampRC
BioStampRC, спецификация. Больше подробностей на сайте производителя.

Эти же ребята вместе с L’Oréal выпустили пластырь, измеряющий, сильно ли вас поджаривают УФ лучи. Продаётся рядом с солнцезащитными кремами.

My UV Patch, L’Oréal
My UV Patch, L’Oréal.

Плюс у них в разработке WiSP  (WiSP™ Cardiac monitoring and ECG recording) — незаметный, кожеподобный кардиомонитор. На рекламной фотографии седой серьёзный мужчина лет 40—60 смотрит в телефон на своё ЭКГ в реальном времени — всё к такому и идёт.

* * *

Лаборатория Чжэньань Бао в Стэнфорде пошла дальше. Её искусственная кожа не только тянется, гнётся, скручивается, обладает проводниковыми и полупроводниковыми свойствами, умеет самостоятельно сращивать разрывы и дырочки, «биоразлагаться» и передавать сигналы в мозг. Искусственные тактильные рецепторы вполне себе повторяют работу натуральных.

Был разумный комментарий из зала, что не стоит пытаться повторить передачу сигнала в мозг — лучше передавать его в облако, обрабатывать, делать выводы и уже потом в мозг. Чжэньань согласилась.

Конечно, если искусственная кожа сможет всё, что описывалось выше, она сможет не только заменить, но и превзойти натуральную. Но на этом этапе разрабатывают скорее носимые гибкие датчики/приборы на основе чудо-технологий. Пока всё это далеко от готового продукта с продуманным сайтом, как у M10, но клинические исследования уже идут потихоньку. Измеряет Чжэньань пока то же, что и стандартные фитнес-браслеты: локомоторику, давление, кардиометрики. И присматривается к другому тренду — анализировать пот.

* * *

Хорошо продвинулся в анализе пота Джон Роджерс (John Rogers) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне. И это тоже история о мягком и гибком: круглая прозрачная наклейка из силикона размером с крупную монету состоит из капилляров и датчиков. Жидкость с поверхности кожи попадает внутрь и подвергается химическому анализу.

А ещё Роджерс впервые с 1969 года (тогда была последняя публикация по теме) решил измерить давление пота — оно, как ни странно, отличается на разных участках кожи и варьируется в зависимости от условий.

Наклейка заинтересовала известную американскую телеведущую Рейчел Рей (Rachael Ray), и она сама связалась с Джоном. Он был поражён, что «теледива» прочла статью и поняла её содержание даже лучше официальных рецензентов. В общем, «потный пластырь» попал на ТВ.

В планах смотреть не только химию, но и механоакустику, что пригодится для наблюдения за плодом, например. Один из врачей на конференции у каждого лектора спрашивал: а как долго вашу штуку можно носить на коже, чтоб не было раздражения? Ответ: это силикон, через две недели новые клетки кожи просто отклеят пластырь, поэтому тут срок неделя.

* * *

Итак, ещё раз, что можно измерять с помощью эпидермальной электроники:

  1. Температурно: термографию, передачу тепла, гидратацию
  2. Электрически: биопотенциал (ЭКГ — электрокардиограмму, ЭМГ — электромиограмму, ЭЭГ — электроэнцефалограмму), гидратацию
  3. Жидкостно: анализ пота (количественно и качественно), кровоток
  4. Механически: натяжение, движение, давление
  5. Оптически: UVA/UVB лучи, оксиметрия (концентрация кислорода в крови), расположение вен
  6. Механо-акустически: кардиопрослушивание и пр.

Нейровсё

Мигель Николелис (порт. Miguel Angelo Laporta Nicolelis) — суперзвезда, когда дело доходит до восстановления двигательных функций людей и вирусных роликов про обезьянок с электродами в голове.

Мигель Николелис
Мигель Николелис.

Про гол на чемпионате FIFA 2014 наверняка кто-то уже читал. Парализованный Джулиано Пинто удачно забил 56 из 57 голов при помощи экзоскелета, управляемого, внимание, силой мысли!

К сожалению, приличного видео в интернете нет — FIFA не даёт никому на него права, тщательно подчищая YouTube. Даже самому Николелису не разрешили снимать. На конференции он показал маленькое подпольное видео — надеюсь, чёртовы футболисты не запинают учёного.

Джулиано сказал потом Николелису, что смог почувствовать удар: обратная связь осуществляется через искусственную кожу, носимую на руке, в которую подаются сигналы от нижней части скелета через специальные кроссовки. Таким образом, человек ощущает движение и контакт с предметами.

Ощущения от ходьбы — важная часть восстановления парализованных больных. После тренировок в экзоскелете Пинто снизил горизонт нечувствительности от уровня Т4 до уровня Т12. Мигель показывал на себе — это довольно приличная часть торса.

Пациент в экзоскелете, разработанном командой Мигеля Николелиса в рамках проекта Walk Again.
Пациент в экзоскелете, разработанном командой Мигеля Николелиса в рамках проекта Walk Again.

Плюс Николелис нашёл подход к болезни Паркинсона — лечит он её, как эпилепсию. Стимулирует позвоночник напрямую: открывает позвоночник и буквально обнимает его стимулятором. Пациенты потом значительно бодрее и ровнее ходят. Лечили тех, кто не реагирует на допамин-терапию.

А про мартышек было вот что интересное. Синхронизация мозгов разных индивидов. Сначала двум мартышкам нужно было силой мысли попадать курсором в мишень. О существовании друг друга мартышки не подозревали. Чёрт, надеюсь, об электродах в головах тоже. Одна могла только по оси Х двигать, другая только по оси Y. Так вот, за некоторое количество итераций животным удавалось синхронизировать свои действия.

Ещё раз: два самостоятельных мозга силами мыслей вместе производили одно действие! Теперь синхронизация мозгов применяется для обучения парализованных больных — в паре со здоровым врачом они быстрее осваивают технику.

Кстати, любопытно. Николелис изучал аутичных мышей. Так вот, те не просто не хотят общаться с другими мышами традиционным способом, но и синхронизироваться, как здоровые мартышки и люди, тоже отказываются.

* * *

К слову о психических расстройствах. Была пара докладов о депрессиях и прочем. Если коротко, то здесь тоже надежда на мобильные приложения. Более того, опрос показал, что только четверть пациентов хотят общаться с терапевтом, половина — хотят скорее онлайн-решение.

Плюс всё меньше о депрессиях говорят как о «душевных» расстройствах и всё больше — как о вполне себе заболеваниях мозга. Психиатры ждут карту мозга, но эта задача пока не решена, как известно.

* * *

Над нейрокартой работают и в DARPA. Филлип Алвельда (Phillip Alvelda) показывал, как через прозрачный череп мыши мы можем увидеть пробегающие сигналы. Впервые в истории, да. Потом была тонна сложного, и надо бы поразбираться вместе со специалистом в слайдах.

Через четыре года он ожидает появления платформы ментального интерфейса. Про аплоадинг пока сомневается, но признает, что многое из того, что видит сейчас, не ожидал так скоро увидеть. Так что может, и аплоадинг будет года через четыре.

* * *

Ах да, ещё про парализованных больных. Кришна Шиной (Krishna Shenoy) из Стэнфорда тоже делает невероятные успехи. Его пациентка силой мысли двигает курсор по экрану, набирая таким образом текст. Да, там совсем печальная история, она не может говорить. Так вот, им удалось подключить к чипам в голове по Bluetooth вполне обычную клавиатуру с Амазона и вуаля — можно сёрфить в интернете. Микроэлектрод крошечный и работает годами.

 
 

Был вопрос, удалось ли изучить речь на уровне нейронов, декодировать её, чтобы не пришлось мысленно клацать курсором по буквам, а сразу выдавать слова. Но изучать речь очень непросто, так как нет удобных модельных животных.

* * *

Карл Диссерот (Karl Deisseroth) из Стэнфорда, один из основоположников оптогенетики собственной персоной, так же изучает мозг. Изучает мозг, делая его прозрачным: технология позволяет не только наблюдать сигналы, но и разделять клетки мозга по типам и молекулярным состояниям.

Оптогенетика
 

Так вот, бомба. Пока опыты на мышах. Учёным удалось воздействовать на систему связывания опыта (памяти) и получения награды через выключение дофаминовых рецепторов. А также на склонность к риску. То есть мышам меняли поведение: они спокойно делали то, что, как они узнали ранее, им не нравится/вредно/кажется слишком рискованным.

В аудитории сразу зашептались, что так и тяжёлые зависимости можно будет лечить! Хорошо, если так, а то ведь DARPA тоже в зале сидела, а они известно, какие выдумщики.

Совсем невероятное

По Дэвиду Иглману (David Eagleman) сразу видно, что этот человек — опытный спикер. TED-спикер, более того. Плюс писатель научно-популярных бестселлеров по версии журнала The New York Times и получатель прочих наград и признаний. Всё это видно, потому что в какой-то момент прямо во время презентации он вдруг эффектно разделся — до своего изобретения. Изобрёл он жилет.

Это очень интересный жилет: он «слышит» и передаёт звук на тело вибрацией. На нём множество точек, при этом — паттерн вибрации разный для каждого слова. Как-то осознанно понять его нельзя, но приучить человека понимать слова «подсознательно» очень даже можно. По сути жилет даёт возможность слабослышащим людям слышать, заменив неработающий канал восприятия работающим.

Более того, передавать таким образом можно не только звуковой сигнал и не только слабослышащим. «Наши чувства ограничивают границы нашей реальности» — Иглман называет это умвельт (нем. Umwelt — окружение, окружающий мир). Так вот, умвельт можно расширить.

Например, себе Дэвид передаёт сигнал с биржи и рассчитывает научиться его понимать. Человек обучается понимать паттерны любых сигналов не осознанно, поэтому, по сути, не так важно, какие именно квалиа (от лат. qualia (мн. ч.) — свойства, качества) ему будут транслировать. Можно подавать информацию с дрона и управлять им интуитивно; можно надеть жилет на полицейского и перестать использовать собак для поиска запрещённых веществ; можно научиться чувствовать погоду или политическую сводку.

Жилет уже готовят к производству, обещают цену в $1000.

* * *

Мэри Лу Джепсен (Mary Lou Jepsen) тоже звезда. Facebook, Google, Intel, Philips, профессор MIT Media Lab, вошла в сотню лучших людей по версии журнала TIME и в десятку мыслителей по версии канала CNN. Там ещё можно продолжать. Сейчас основная деятельность Джепсен — это работа в собственной компании Openwater. Занимается она со своей командой ни много ни мало разработкой носимого МРТ. Даже нет, не МРТ, а лучше.

Магниты в аппаратах МРТ сильно не улучшишь, они и не улучшаются. Томограф стоит тонну денег, и позволить его себе может не каждая клиника — в год продаётся 2000—3000 штук. Прибор же Джепсен действует по другому принципу, но получает изображение не хуже.

 
 

Всё строится на технологии голограммы. При помощи ЖК с достаточно мелкими пикселями нейтрализуется рассеивание сигнала, чтобы реконструировать голографическое изображение. ЖК производят сами, а потом «наносят» их вместе с детекторами температуры тела на банданы, шапки и прочие пояса из собачьей шерсти. В том смысле, что такая тряпочка действительно работает и приносит пользу — вы получаете изображение уровня МРТ дома.

 
 

Более того, так как ранее уже было показано, что при помощи томографа можно передавать сигналы мозг-мозг, то такие «банданы» смогут стать теми самыми нейроинтерфейсами, а также передавать мысли от одного человека другому. В этом году планируют выпустить лимитированное число прототипов для партнёров.

В октябре 2016 Мэри рассказывала о проекте на TEDxSanFrancisco:

Спортивные достижения

Олимпийский комитет США не скрывает, что победа на последней Олимпиаде досталась Штатам благодаря современным технологиями. Это не допинг и скрывать тут на самом деле нечего. Мунир Зок (Mounir Zok) показал трогательное видео и кое-что рассказал о тренировках спортсменов:

Например, на метателей ядра надевали специальные датчики, чтобы рассчитать оптимальную траекторию и силу броска. В результате, если в Лондоне США слили, то в Рио уже смогли заработать 2 медали. Боксёры так же на тренировках носили специальные мониторы на руках. Майкл Фелпс не снимал датчиков ни днём ни ночью — каждое утро команда специалистов решала, стоит ли тренироваться и как.

Про синхронные прыжки в воду вообще интересно. Ныряльщиков же много, страна большая, мир ещё больше, и тренируются прыгуны кто где. Как подобрать идеальную пару? Подключили машинное обучение. В результате собрали пары, которые никогда до этого даже не пересекались на тренировках. Была пара совсем зелёного спортсмена и ветерана соревнований — такое было бы очень маловероятно при традиционном методе подбора.

Закрытые велотреки — это отдельная история. Выходя на трек, спортсмен обвешивается гаджетами, и трек вместе с тренером сразу же всё узнает о велосипедисте, выстраивая ему программу тренировки на сегодня.

* * *

Про велосипеды была отдельная история — на конференцию приезжал бывший спортсмен, а теперь скорее тренер Скай Кристоферсон (Sky Christopherson). В 2011 году он лично побил мировой рекорд, вернувшись в большой спорт после длительного перерыва. Удалось ему это опять же, благодаря тренировкам с носимыми датчиками.

Скай Кристоферсон
Скай Кристоферсон.

А в 2012 году он повторил успех с женской командой на Олимпиаде. Первая медаль женской команды за 20 лет. Это невероятная история, голливудского масштаба. Не удивительно, что в 2015 году о ней сняли документальный фильм Personal Gold: An Underdog Story.

Например, о таком нюансе рассказывал. Качество сна отслеживали, так как сон невероятно важен для восстановления после тренировок. Особенно для взрослых спортсменов, а там были как раз такие девушки. Следили за сном, подкладывая под матрасы специальные датчики. Плоские, не горошины. В какой-то момент заметили, что сократилась фаза глубокого сна — та самая, что нужна для восстановления. В результате выяснилось, что сон ухудшился из-за того, что пришло лето и стало жарче. Добыли систему охлаждения — такие трубки с циркулирующей холодной водой под матрасом — и дело пошло на поправку. До сих пор не понимаю, как можно заснуть на холодном матрасе, но из песни слов не выкинешь.

Скай с командой разрабатывает собственное мобильное приложение Gold для фитнеса, основанное на технологиях, опробованных на олимпийских чемпионах. Что не удивительно.

Что ещё?

Как-то ни в один раздел не попали ребята из компании UNYQ с модным корсетом, напечатанным на 3D-принтере. Модный, потому что выглядит очень достойно и демонстрировался на самом настоящем fashion-мероприятии. А интересен он потому, что это был корсет от сколиоза. Модель с сильнейшим искривлением смогла пройтись по подиуму благодаря корсету, изготовленному специально для неё. Плюс у корсета датчики давления, акселерометр, гироскоп с 6 степенями свободы и приложение на телефоне, куда данные поступают по Bluetooth.

Компания так же занимается протезированием, и Эйтор Бендер (Eythor Bender), сооснователь и СЕО, много говорил о том, что протезы становятся всё совершеннее и даже красивее. Более того, людей с современными протезами общество всё меньше воспринимает, как инвалидов.

Потом была панельная дискуссия с венчурными инвесторами Шахином Фарши (Shahin Farshchi) из Lux Capital и Каспером де Клерком (Casper de Clercq) из Norwest Venture Partners. Вот что важно знать, если вы тоже задумали разработать свой носимый гаджет и вывести его на рынок. Стоит такое удовольствие в среднем $50М. Что как-то полегче по сравнению с выводом на рынок нового лекарства — там от миллиарда долларов ценник. Рекомендуют использовать телемедицину, недавно, кстати, разрешённую в России, как маркетинговый инструмент. А также напомнили, что венчурные инвестиции годятся не для всех видов стартапов.

Кстати о разработке новых лекарств. Дирк Шапелер (Dirk Schapeler) из Bayer много рассказывал о том, как сложны и дороги клинические исследования и о том, что для внутреннего применения компания разработала своё приложение. С приложением встаёт вопрос: если им пользуются не только клиницисты, но и сами испытуемые, какие данные им можно показывать, чтобы не повлиять на поведение? Так же упомянул, что видит для большой фармы новую бизнес модель: продавать меньше лекарств, но более эффективных. Как-то пока на бизнес модель совсем не похоже, но это я что-то, наверное, не понимаю.

Выводы и прогнозы

1. Писать коротко всё равно не получается.

2. Все говорят о «пациентоцентричности» и «спортсменоцентричности», о персонифицированности. Собственно, ничто уже не мешает такому подходу. Разработка нового гаджета, протеза, корсета, шапки-невидимки и сапог-скороходов сейчас немыслима без датчиков обратной связи от пользователя. Датчики + данные в облаке + приложение = персонализация.

3. Носить фитнес-браслеты стоит уже сейчас, даже если вы не спортсмен — они копят полезную информацию, из простой локомоторной активности можно будет потом вынуть интересные корреляции. Данные о сне очень полезны! Тут скорее вопрос, куда ваши данные выгружаются и как регулярно. Выбирайте гаджет, позволяющий выгружать данные в любое приложение, а не только в своё родное. Новые приложения, всё лучше справляющиеся с обработкой данных и дающие всё более полезные и научно обоснованные рекомендации, появляется всё чаще. Кстати, разработайте своё приложение.

4. Год-два-десять и мы не узнаем носимые датчики. Уже сейчас они могут многое, а ведь станут мощнее и доступнее. Всё это упростит доступ к собственным медицинским данным и сделает процесс разработки новых терапий быстрее и дешевле. Если бы я была инвестором, то вкладывалась бы в гаджеты, удешевляющие клинические исследования — это огромный рынок, жаждущий улучшений. Но я не инвестор, а пациент. Поэтому причина интересоваться гаджетами у меня своя — проведение исследований терапий старения по инициативе испытуемых. Идея, лежащая в основе проекта Open Longevity, с каждой новой крупицей информации кажется всё более разумной и жизнеспособной.

5. Индустрия клинических исследований стоит на пороге глобальных перемен. Проблема длительности и дороговизны разработки новых препаратов и технологий стоит всё острее. Это, кажется, перестало устраивать всех участников процесса. Кто предложит решение и каким оно будет — сложно сказать. Но есть ощущение, что это будет система обработки данных, которой пока нет, — обработки всех когда-либо проводимых исследований.

6. Технологии нейроинтерфейсов становятся всё точнее и доступнее. Появившись на масс-маркете, они вызовут лавинообразный эффект и изменят интернет в том виде, в котором мы знаем его сегодня. Возможно, это произойдёт даже быстрее, чем прогнозировалось ранее.


Автор — Анастасия Егорова.