Компания Applied Digital Solutions проводит тестирование новой линейки устройств под названием "Цифровой ангел" (Digital Angel). "Цифровой ангел" подключается к диспетчерскому пункту по протоколу сотовой связи, а с помощью спутниковой системы глобального позиционирования (GPS) на пульт также передается местонахождение владельца этого устройства. В сообщении содержатся данные о физическом состоянии человека, полученные с помощью биосенсоров: о температуре тела, пульсе, а впоследствии планируется получать также химический составе крови и другие параметры. Прибор выполнен в виде наручных часов и постоянно находится на запястье больного. В "часы" встроена кнопка экстренного вызова "скорой помощи" или службы спасения, а также датчик сигнализации в случае внезапного падения, столь актуальный для пожилых людей.
В более поздних версиях "Ангел" перейдет на GPRS [87] , что позволит уменьшить его размеры. Впоследствии компания обещает сделать безбатарейный вариант прибора, который будет питаться от термоэлектрического генератора, использующего энергию человеческого тела.
С помощью "Цифрового ангела" можно также следить за состоянием маленьких детей, домашних животных и тех, кто страдает серьезными заболеваниями, например болезнью Альцгеймера.
Более функциональное устройство разработали специалисты Matsushita Electric. Под торговой маркой Panasonic на рынок выходит медицинская телесистема, позволяющая пациентам контролировать состояние своего здоровья и получать квалифицированную помощь докторов, не покидая собственного дома. Система включает в себя сетевой сервер, терминал пациента и программное обеспечение для терминала врача, связанные между собой с помощью Internet. Пациенты будут иметь возможность измерить основные жизненные показатели и отправить информацию на сервер для изучения лечащим врачом и медицинскими специалистами. Терминал включает в себя цветной экран и видеокамеру, что позволяет вести общение между врачом и пациентом в полноценном интерактивном режиме.
Естественно, монитор может быть оснащен блоком дальней (например, сотовой) или ближней (например, Bluetooth [88] ) связи. В этом случае сообщение о любом отклонении от нормы поступит врачам, и они смогут предпринять необходимые действия. Человек, имеющий такой монитор, может свободно перемещаться вне или внутри больницы, соответственно.
Компания ADS вскоре начнет продавать микрочипы под кодовым названием VeriChip, вживляемые человеку. Компания предложила Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (Food and Drug Administration – FDA) в медицинских целях начать имплантировать чипы и людям. Сама идея вживления чипов человеку находила немало противников, считающих, что использование этой технологии может привести к глобальной слежке и образованию тоталитарного строя [89] . Однако после террористических атак 11 сентября 2001 года многие по-новому взглянули на эту проблему: сегодня идея контроля действий человека не отвергается сразу же.
Чип сможет имплантировать любой врач под местной анестезией, причем на место вживления не нужно накладывать швы.
Компания ADS ожидает получить одобрение FDA к середине 2002 года, и сразу же после этого начнется продвижение новой технологии в США. До этого чипы появятся на рынках Южной Америки и Европы. Первоначально они будут служить средством получения информации о хирургически вживленных пациенту приборах, например электронных стимуляторах сердца и искусственных суставах. Получая энергию от радиосканера [90] , чип будет посылать радиосигнал из-под кожи человека на этот сканер. Первые образцы чипов нельзя будет использовать в качестве устройств слежения из-за отсутствия внутреннего энергопитания, сканеры смогут засечь их лишь на близком расстоянии. Следующее поколение вживляемых чипов, способных посылать сигнал на большое расстояние, пока еще требует необходимых доработок – они слишком велики, чтобы использовать их по назначению.
Вживляемые чипы, кроме того, можно использовать в качестве замены ключей и банковских карточек – один такой имплантант будет открывать дом, заводить машину или снимать наличные со счета.
Ron Fearing, профессор университета штата Калифорния в Беркли, разрабатывает миниатюрную механическую муху. "Муха"-робот имеет размах крыльев в 25 мм. В перспективе железная муха будет способна копировать поведение обычной комнатной мухи (Musca domestica). Уже создан полетный модуль с ограниченными летательными возможностями. Для того чтобы крыло было способно одинаково хорошо и покачиваться, и поворачиваться, пришлось построить миниатюрный механизм весом около 20 мг, который позволяет крылу поворачиваться на 45 градусов и делать взмахи на 60 градусов, совершать 150 движений в секунду и не ломаться даже после миллиона взмахов. Тело "мухи"-робота изготавливается из тонкой нержавеющей стали. Автономным источником питания, который позволил бы "мухе"-роботу самостоятельно передвигаться в пространстве, скорее всего, станут литиевые батарейки или даже панели солнечных батарей. В мухе установлен мотор из пьезоэлектрического материала с миниатюрными керамическими кристаллами, на которые подается напряжение. Колебания пьезоэлектрического кристалла за счет кинематического потока сцепления передаются на крылья, вследствие чего они приходят в движение.
Отдел исследований военно-морского флота, оплачивающий разработку, заинтересован в использовании "мухи"-робота для наблюдения, слежения и других военных приложений. Разработчики считают возможным использовать стальную муху как основу для создания роботов-хирургов, применяемых в медицине: размеры робота не превышают в диаметре 5 мм, что позволяет производить операции внутри человеческого тела, используя минимум травмирующих хирургических инструментов.
Имея достоверную информацию, можно на качественно более высоком уровне организовать лечение как терапевтическим, так и хирургическим способом.
Операции на неотключенном сердце
Сегодня в Лондонском научном центре охраны здоровья с помощью робота-хирурга выполняют операции шунтирования коронарных сосудов сердца без вскрытия грудной клетки пациентов (делаются только пять крошечных надрезов). Во время операции сердце пациента продолжает биться. При выполнении традиционной операции вскрывается грудная клетка и останавливается сердце, а руки хирургов проникают глубоко в полость грудной клетки больного. Все операции, выполненные роботами, закончились успешно.
Первые медицинские роботы появились в 1998 году. Сейчас, в основном, используются две роботизированные хирургические системы – "Зевс", созданная в компании Computer Motion, и система "Да Винчи" производства компании Intuitive Surgical. Обе системы прошли клинические испытания и получили полное одобрение в Канаде и Европе, где правовая система в области здравоохранения более гибка, чем в США.
С момента начала применения роботов более 400 хирургов во всем мире используют их при выполнении самых разных операций. Подобная хирургия отличается почти полной бескровностью и невероятной точностью. Хирург, выполняющий операции с помощью роботов, сидит за специальным пультом в соседней комнате и контролирует операцию по цветному видеомонитору, управляя работой двух исполнительных механизмов. Компьютер связывает средства управления с инструментами, закрепленными в "руках" роботов, которыми, собственно, и делаются реальные разрезы и швы в теле пациента. На монитор подается видеосигнал с крошечной эндоскопической видеокамеры с 25-кратным увеличением, которую роботы держат в нужном положении в операционном поле. Камера позволяет хирургу рассмотреть операционное поле в масштабе, далеко превосходящем возможности обычной хирургии, когда врач пользуется только увеличивающими очками. Инструменты и камера вводятся в тело пациента через надрезы размером несколько миллиметров.
В роботизированных хирургических системах используется компьютерная программа, которая фильтрует сигналы управления, передаваемые на манипуляторы от врача-оператора, и удаляет помехи, связанные с естественным дрожанием рук, которое есть даже у лучших хирургов. Другие программы преобразуют движения рук хирурга-оператора: врач может сдвинуть рычаг на несколько сантиметров, а манипулятор перемещает инструмент всего на два миллиметра. Можно также программно усиливать амплитуду движения.
Одно из главных преимуществ применения роботов заключается в том, что в этом случае гораздо меньше травмируется организм человека, т. к. уменьшается поле активного хирургического воздействия. Соответственно, и процесс послеоперационного восстановления происходит легче и быстрее. Так, после операций шунтирования с участием роботов пациенты проводят в больнице в среднем два дня, в то время как после традиционных операций такого рода люди остаются в больнице шесть дней. Кроме того, пациентам требуется в десять раз меньше крови для переливания и у них меньше послеоперационных осложнений.
Принципиально важно, что если врач во время операции находится в соседней комнате, то он может быть и на другом континенте. Надо только, чтобы время задержки сигнала от хирурга до робота было не более установленной величины.
Операция через океан
Врачи США и Франции успешно провели трансатлантическую хирургическую операцию. 68-летней женщине, находившейся в госпитале во Франции, при помощи робота-хирурга был удален желчный пузырь. Действиями машины управляли специалисты, находящиеся в США. Руководство роботом осуществлялось при помощи видеокамеры, которая транслировала происходящее из Франции в США с задержкой менее 0,02 с. Существующие сегодня нормы для телехирургии допускают задержку в 0,33 с. За операцией наблюдали две группы хирургов: одна во Франции, другая – в Соединенных Штатах.
Эта операция стала переворотом в области хирургии. Ранее телехирургия проводилась только в сфере микрохирургии – пациентам делали лапароскопию и операции на почках. Теперь же выполнена полостная операция. Развитие этой техники ведет к глобализации хирургии и позволит делать операции в любом месте, привлекая самых лучших специалистов, находящихся в это время совершенно в другом месте. Проведение операций с помощью роботов позволяет "поручить" им простые операции, оставив за человеком только наиболее сложные. Широкое внедрение роботов-хирургов, управляемых специалистами из крупных медицинских центров, гарантирует всем людям, вне зависимости от места их проживания, квалифицированную медицинскую помощь.
Кибернетические игрушки – новые члены семьи
Одно из характерных особенностей сегодняшней жизни является распад патриархальной семьи. Теперь дети достаточно рано уходят из дома и начинают жить самостоятельно. Вторая особенность заключается в том, что увеличилась продолжительность жизни, и пенсионеры сегодня составляют значительную часть (до 25 %) населения развитых стран. При этом в среднем женщины живут на несколько лет (от 5 до 12 лет) дольше мужчин.
В результате, сегодня много пожилых людей живут одни. Им, как правило, организована доставка необходимых продуктов. Но этого мало. В основном у стариков плохое самочувствие, и необходим постоянный контроль их состояния. Для этого организуются различные системы мониторинга. В Японии, например, внедряется система, использующая роботов. Здесь одиноким старикам раздают кибернетические игрушки. Это достаточно сложные роботы, способные вести примитивный диалог, тем самым скрашивая одиночество пенсионерам. Но главная задача "игрушек" заключается в том, что они регулярно (примерно каждые 30 минут) обращаются к своим хозяевам с каким-нибудь простым вопросом. И ждут ответа. Если ответ не поступил, то робот еще несколько раз повторяет вопрос. Если же ответа так и нет, то "игрушка" обращается по сотовому телефону, включенному в ее состав, в центр медицинской помощи. Робот сообщает о том, что хозяин не откликается. Номер центра, а также необходимые данные о хозяине, заранее записываются в телефон.
На основе поступившего сообщения работники центра принимают необходимые решения. Здесь рутинная работа остается за информационными устройствами, а человеку поручается работа, связанная с принятием решений.
Интерактивная психотерапия
Человеческий организм – сложная система, состоящая из множества органов, связанных друг с другом несколькими системами, в том числе кровеносной, лимфатической и нервной. Сегодня разрабатываются немедикаментозные средства воздействия на нервную систему и, тем самым, на весь организм. Центральная нервная система выполняет две глобальные функции: регулирование функциями организма и мыслительная деятельность. Первая из них может быть названа подсознанием [91] , а вторая сознанием. Управлять сознанием человек научился давно: любая учеба есть управление сознанием. Управлять подсознанием значительно труднее, и человечество относительно недавно (около 200 лет) занялось научным изучением воздействия на подсознание. Психотерапия пытается воздействием на подсознание улучшить физическое состояние организма. Однако "общаться" с подсознанием можно только через сознание, ибо вся информация от всех органов чувств человека проходит "контроль" сознанием. Поэтому психотерапия использует "закодированные" сообщения, при которых в видео– или звуковую информацию включается "послание" для подсознания [92] . Именно так действует гипнотизер: произнося некоторые слова с определенной интонацией и заставляя пациента смотреть на некоторые предметы, он как бы "отключает" сознание и начинает воздействовать на подсознание.
Реально методами психотерапии владеют только квалифицированные врачи-специалисты. Процесс лечения сугубо индивидуален и требует длительного времени работы врача с пациентом. Однако во второй половине XX века появились новые технологии [93] в психотерапии, позволяющие решать простые проблемы набором фиксированных приемов, которые можно освоить за короткое время. Однако эти технологии предназначены для ограниченного круга проблем.
Сегодня проводятся исследования по применению информационных технологий в психотерапии. Основной вектор этих исследований связан с тем, что компьютер может воздействовать на все чувства человека [94] . И это воздействие может быть даже более эффективным, чем у человека (врача), что объясняется спецификой формирования изображения в компьютере [95] . В современных мониторах каждый кадр состоит из 500 тысяч – 1 миллиона цветных точек. Человеческий глаз способен фиксировать каждую из этих точек. Но центральная нервная система воспринимает картину как целостное изображение, не выделяя отдельные точки. Эта особенность позволяет размещать внутри единого изображения, выводимого на экран монитора, дополнительную информацию в виде набора цветных точек, не связанных с основным изображением. Если под дополнительную информацию отвести 0,2 % точек экрана, то дополнительная информация будет размещена в 1–2 тысячах точек. Изображение на экране компьютера меняется с частотой 60-100 раз в секунду. Глаз фиксирует каждое изменение изображения. Но сознание успевает реагировать на смену изображения не чаще 15–25 раз в секунду.
Если разместить дополнительные точки в каждом кадре так, что они будут складываться в определенные изображения при просмотре последовательности из нескольких кадров, то глаз будет фиксировать параллельно два потока действий: основной, который будет восприниматься сознанием, и дополнительный, который сознанием не воспринимается и при правильном построении может воздействовать на подсознание. Такой способ воздействия принципиально отличается от метода, известного как "25-й кадр", при котором каждый 25-й кадр искусственно вставляется в естественную последовательность кадров. При этом сознание также воспринимает последовательность из 24 кадров, а дополнительный кадр – нет. Однако все 25 кадров запоминаются в памяти человека. Естественно, 25-й кадр легко обнаруживается, если весь сюжет записать на видеомагнитофон, а затем воспроизводить по одному кадру. В описываемой методике обнаружить дополнительное изображение нельзя, т. к. оно присутствует на каждом кадре, но не представляет собой целостной картины. Поэтому и не происходит прямого запоминания этой картины в памяти.
Учитывая, что звук в компьютере также формируется из отдельных квантов, каждый из которых не воспринимается сознанием, можно и в звучащей музыке или тексте разместить дополнительную информацию, которая будет влиять на подсознание.
Естественно, компьютер может формировать одновременно видео– и звуковое воздействие на человека, что только увеличит эффект воздействия на подсознание человека [96] .
Одновременно существует и обратная связь от человека к компьютеру: программа может оценивать реакцию человека на различные запросы, например скорость нажатия на клавишу, изменение пульса, температуры или давления, увеличение потоотделения и т. д. В соответствии с этой реакцией могут оперативно формироваться те или иные воздействующие видео– или звуковые образы.
Теперь врач может провести обследование пациента и назначить ему курс компьютерной психотерапии. В дальнейшем человек сможет самостоятельно проводить сеансы, а программа – оперативно настраиваться на текущее состояние пациента и формировать оптимальное в данный момент воздействие. За врачом остается только интеллектуальная работа – определение состояния человека и выбор наилучшего способа лечения. А вся рутинная работа передается программируемым устройствам.