Со 2 по 5 октября в красноярском Академгородке прошла III Всероссийская конференция с международным участием «Математика в медицине». Форум был организован несколькими научными организациями физико-математического и медицинского направлений. Подробный рассказ о конференции подготовила младший научных сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН, сотрудник регионального научно-образовательного математического центра (РНОМЦ) «Красноярский математический центр» Софья Козлова.

В наши дни перспективные открытия и разработки возможны только на стыке наук. Именно так зародилась конференция «Математика в медицине», которая впервые была организована Томским политехническим университетом и РНОМЦ Томского государственного университета в 2021 году. В Красноярске форум совместно провели ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», РНОМЦ «Красноярский математический центр», а также Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медицины (ФИЦ ФТМ; Новосибирск). Как считает Михаил Гузев, доктор физико-математических наук, академик РАН, директор Института прикладной математики ДВО РАН (Владивосток) третья встреча означает, что организаторы совершили некое качественное усилие и перешли в устойчивое состояние.

Участники, среди которых были как именитые учёные, так и совсем молодые, представляли всю страну: от Москвы до Владивостока. Спектр тем, освещенных в докладах, включал вопросы математической иммунологии, моделирования болезней крови и сердечно-сосудистой системы, онкологических заболеваний, коронавирусной инфекции и другие. Отдельное внимание было уделено методам машинного обучения, нейросетям, анализу больших данных, применению искусственного интеллекта для поддержки и принятия врачами решений, а также методам обработки изображений на самых разных уровнях.

О полезном взаимопроникновении математики и медицины утверждают все участники научного форума, и он, в свою очередь, призван укрепить союз двух научных направлений. «Чтобы медики лучше понимали, как работает современная математика, и проводится эта конференция. Математика может дать медицине намного больше, чем мы используем сейчас», – считает Михаил Воевода, доктор медицинских наук, академик РАН, директор ФИЦ ФТМ, заместитель председателя СО РАН (Новосибирск).

О разработке специального математического аппарата также высказался Александр Чупахин, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией дифференциальных уравнений Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН (Новосибирск): «Медицина — это арена, где математика призвана показать, что она может. И если сейчас мы не имеем абсолютных математических инструментов моделирования, чтобы решать задачи практической медицины столь же уверенно, как задачи космонавтики, то это не потому, что плоха математика, а потому, что нужно создавать новую математику».

Проблема кооперации двух специальностей состоит в том, что врачи и математики говорят на разных языках, у них разные парадигмы и целевые функции. «Применение математических методов в науке о живом – само по себе сложно, а найти взаимопонимание — отдельная нетривиальная проблема, — говорит Алексей Лобанов, доктор физико-математических наук, МФТИ (Москва), — важно выработать общий язык, чтобы медики и математики могли понимать друг друга. Но, при этом, не нужно учить хирургов решать уравнения Навье-Стокса, а нам – браться за скальпель. Каждый должен делать своё дело».

По мнению математиков, медики не вполне осознают потенциал царицы наук, а рассматривают ее как инструмент для статистической обработки, хотя это не имеет отношения к математике как к науке. Юрий Василевский, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заместитель директора Института вычислительной математики им. Г. И. Марчука РАН (Москва), считает, что врачи также возлагают излишние надежды на машинное обучение: «Машинное обучение и нейросети — это инструмент описания данных без понимания, что внутри. Он может быть полезным, но нельзя им все заменить. Суть некоего явления описывается с помощью формализации механизмов. Например, законы Ньютона, закон Аррениуса — уравнения, описывающие механизмы. Когда вы понимаете их формализацию, вы создаете математическую модель, обладающую прогностической силой. Исследователь должен понимать, только понимание обеспечивает решение».

Схожим мнением также поделился Алексей Галатенко, доктор физико-математических наук, сотрудник НИУ ВШЭ и МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва): «Под машинным обучением каждый понимает свое. Это не совсем то, что, с моей точки зрения, можно применять в медицине. Первая причина — тяжесть сбора репрезентативного набора обучающих данных. А ведь нужно правильно обучить нейронные сети, показав достаточно большой объем данных. И вторая — абсолютно неинтерпретируемые результаты. Нужно понимать все плюсы и минусы подхода. Велик риск не научиться и потом не понять результат, а в медицине цена ошибки очень высока».

Представители медицины высоко оценивают научный форум и вовлеченность математиков в решение общих задач. «Конференция совершенно замечательная, она превзошла мои ожидания по интересу математиков и физиков к клиническим проблемам. И нам очень интересен их глубокий математический, физический взгляд, — поделилась своим мнением Наталья Ложкина, доктор медицинских наук, научный куратор Регионального сосудистого центра № 1 на базе Городской клинической больницы № 1; ФИЦ ФТМ, НГУ (Новосибирск), — мы, медики, ставим перед математиками задачу, которую сами не можем решить. Эту инициативу нужно продолжать, расширять, укреплять».

Ученые отмечают, что задачи, освещенные в докладах, находятся на переднем крае науки, а их практический выход является главной целью совместных исследований специалистов этих двух направлений. «Здесь все концентрируются на прикладных аспектах, на внедрении. Мы хотим, чтобы результатами нашей работы пользовались все медицинские центры страны», — говорит Сергей Симаков, доктор физико-математических наук, сотрудник Института вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН, МФТИ (Москва). Полезным следствием такого подхода является и то, что клинические задачи привлекают молодежь в науке намного больше: она видит, что результат претворяется в реальную помощь людям.

Примечательно, что столичные гости форума предлагают проводить его за Уралом, так как с теми, кто работает не в европейской части России удается встречаться гораздо реже. Миграционный принцип проведения также позволит расширить географию участия. Юрий Василевский отметил важный аспект привлечения молодых кадров: «Каждый год нужно «прыгать» по большим городам, где много студентов. Хотя сейчас можно слушать всё онлайн, очень важно, чтобы ребята в сибирских и дальневосточных городах не чувствовали себя брошенными с точки зрения перспективных направлений».

Несомненно, «Математика в медицине» стала площадкой для научного обмена и зарождения новых проектов. Как отмечает Алексей Галатенко, во время очных встреч и неформального общения крепнут не только междисциплинарные, но и внутридисциплинарные связи. Михаил Воевода утверждает, что конференция — это первый шаг к налаживанию системной работы между математиками и медиками: «Мы надеемся существенно расширить возможности для коллаборации и выполнения местных проектов. В Сибирском отделении традиционно на первое место ставится вопрос интеграционного взаимодействия между разными науками. Эта конференция подтверждает, что этот принцип живет и будет развиваться».

Гости форума отметили гостеприимство хозяев конференции, уют Дома ученых, красоту Красноярска и природы его окрестностей. «Я вышел на берег Енисея и лишился дара речи», — говорит Алексей Галатенко. «Город понравился с первого взгляда. Архитектура в центре прекрасная. И система Академгородка, когда научный центр находится в сосновом бору, создает благоприятную атмосферу — очень рабочую, в то же время расслабляющую, ничего не отвлекает», —  рассказал Сергей Симаков.

Свое впечатление также выразил Александр Чупахин: «Красноярский Академгородок — волшебное место. Воспоминания об этих днях, о солнце, которое дарит нам Красноярск, о золотой осени за окном будут согревать нас зимой. Большое спасибо организаторам, в частности Красноярскому математическому центру, доктору физико-математических наук, член-корреспонденту РАН, руководителю РНОМЦ КМЦ Владимиру Садовскому и красноярской научной молодёжи, которые всё это организовали».

Закончим словами Михаила Гузева: «Как говорил Энгельс, если обществу надо, то оно будет толкать науку быстрее, чем десяток университетов. Есть медицинские задачи, которые должны толкаться достаточно активно, это вопрос участия специалистов математического уровня». Будем надеяться, что тесный союз медиков и математиков будет развиваться, как и прошедшая конференция, ведь все предпосылки для этого есть. Желаем успехов ученым обоих направлений и приятной встречи в новом месте в следующем году».

Источник: КНЦ СО РАН.