Что вдохновило вас заняться наукой и каким своим открытием вы больше всего гордитесь?
Когда я учился в пятом классе в Железногорске, отдалённом сибирском «закрытом» городе, родители подарили мне книгу, которая изменила мою жизнь, — сборник биографий великих учёных. Она показала мне, что существуют и другие люди, разделяющие моё увлечение наукой и математикой. В школе я часто чувствовал себя одиноким: мало кого из моих одноклассников интересовали физика или биология.
Другой поворотный момент произошёл совершенно случайно. Я узнал о Красноярской летней школе, организованной студентами и преподавателями Красноярского государственного университета, увлечёнными научным образованием. Я оказался в летнем лагере на берегу Енисея, впервые окружённый сверстниками, которые любили науку так же сильно, как я.
Там я также узнал о Московском физико-техническом институте — легендарном Физтехе. Несколько наших преподавателей были студентами МФТИ, и я мечтал стать одним из них. Два года спустя эта мечта осуществилась. Впоследствии я получил в Физтехе степени бакалавра, магистра и доктора наук (PhD).
Особенно я горжусь своей работой по исследованию фазовых сингулярностей, возникающих под воздействием виртуальных электродов в сердце. Сегодня слово «сингулярность» часто встречается в прогнозах, связанных с искусственным интеллектом и технологическим преобразованием человечества. Но моя работа посвящена совершенно другому, строго определённому физическому явлению.
Фазовая сингулярность находится в центре вращающейся волны электрической активности. В сердце такие волны могут напоминать электрические торнадо, нарушающие согласованные сокращения, необходимые для перекачивания крови. Они играют важную роль в опасных аритмиях, включая фибрилляцию желудочков.
Используя созданную мной в Cleveland Clinic усовершенствованную систему оптического картирования, я наблюдал, как электрический разряд способен нарушать нормальную электрическую активность сердца и порождать эти вращающиеся волны. Ключевой механизм связан с взаимодействием приложенного электрического поля с неоднородностями сердечной ткани, включая рубцы. В результате возникают области электрической поляризации — «виртуальные электроды», способные порождать фазовые сингулярности.
В более широком смысле эта работа показала, как внешнее поле, взаимодействуя с локальными различиями внутри активной среды, может вызывать глубокое нарушение её поведения — сингулярность.
Иногда я вижу здесь аналогию с обществом: внутренняя поляризация в сочетании с разрушительными внешними воздействиями может привести к катастрофической нестабильности и войне. Разумеется, это метафора, а не научная теория общества.
Что важнее в науке: интеллект, упорство, интуиция или удача?
Случай благоприятствует подготовленному уму. Научное открытие требует открытости неожиданному и способности взглянуть на привычные факты под новым углом. Интеллект, настойчивость и интуиция важны, но не менее важно распознать возможность, когда её предоставляет случай. Учёный должен быть готов к счастливым неожиданностям.
И наоборот, жёсткая приверженность традиции или устоявшейся парадигме может стать одним из величайших препятствий на пути к открытию.
Случалось ли вам потратить много сил на гипотезу, которая оказалась совершенно неверной?
Да. Ошибочная гипотеза — нормальная часть жизни учёного. Гипотезы существуют для того, чтобы их проверяли, и мы должны быть готовы отказаться от них, когда этого требуют факты.
К сожалению, научное сообщество нередко относится к исследованиям, основанным на гипотезах, так, словно они обязаны подтвердить первоначальное предположение. Научные журналы и системы финансирования склонны поощрять положительные результаты, тогда как отрицательным уделяется гораздо меньше внимания, а зачастую их даже не рассматривают для публикации.
Это создаёт благоприятную почву для ложных открытий. Исследователи могут быть введены в заблуждение ложноположительными результатами — вследствие добросовестной ошибки, избирательной интерпретации или преднамеренной недобросовестности. Затем другие учёные тратят годы, а иногда и миллиарды долларов, пытаясь разработать методы лечения или технологии на основе результатов, которые невозможно воспроизвести.
Когда репутация человека уже построена вокруг определённой теории, отказаться от неё бывает психологически трудно. Некоторые учёные защищают подобные утверждения десятилетиями. В редких, но получивших широкую огласку случаях расследования выявляют сфабрикованные данные, что приводит к отзыву влиятельных научных публикаций.
Эти неудачи ведут к растрате ресурсов, мешают надёжным исследованиям и подрывают общественное доверие. Наука зависит от нашей готовности принять неприятный результат, в том числе признать, что мы ошибались.
Какова величайшая неразгаданная тайна в вашей области науки?
В биоинженерии множество вопросов остаются без ответа. Насколько далеко мы можем продлить человеческую жизнь? Возможно ли вообще бессмертие? Почему женщины в среднем живут дольше мужчин?
Можем ли мы восстанавливать повреждённые сердца или создавать органы для трансплантации? Можем ли мы сконструировать бионический орган, объединяющий живую ткань с электроникой? Как органы воспринимают окружающую среду, обрабатывают биологическую информацию и приспосабливаются к повреждениям?
И по мере развития искусственного интеллекта — должны ли мы интегрировать его с нашим разумом и, возможно, с самим ощущением собственной личности?
Эти вопросы выходят за пределы инженерии и затрагивают биологию, медицину и философию.
Совершит ли искусственный интеллект революцию в биомедицинских исследованиях и сможет ли в конечном счёте заменить учёных?
Искусственный интеллект — и машинное обучение в частности — используется в научных исследованиях уже несколько десятилетий. Свою первую программу на основе нейронной сети я написал ещё в 1980-х годах, надеясь в реальном времени обнаруживать начало аритмии по электрокардиограмме. Ничего не получилось: вычислительные возможности, которыми я располагал, были слишком ограниченными.
Сегодня родственные методы способны распознавать многие аритмии и извлекать из ЭКГ информацию, которая может быть неочевидна врачу, включая оценку возраста и пола пациента.
Но биомедицинские исследования требуют большего, чем анализ существующих данных. Врач должен обследовать живого пациента и заботиться о нём. Экспериментатор должен взаимодействовать с физическим миром посредством приборов и измерений. Многие крупные открытия начинаются с создания нового инструмента или метода, позволяющего измерить то, что прежде было недоступно измерению.
Искусственный интеллект поможет нам проектировать эксперименты, анализировать данные и распознавать закономерности. Всё чаще он будет работать и с автоматизированными лабораторными системами. Однако решение о том, какие вопросы действительно важны, разработка новых способов их исследования и интерпретация результатов в биологическом контексте по-прежнему будут требовать человеческого суждения и человеческих рук.
Я ожидаю, что искусственный интеллект преобразит работу учёных. А вот утверждать, что он заменит самих учёных, — это уже куда смелее.
Что побудило вас уехать из России и сожалели ли вы когда-нибудь об этом решении?
Я уехал из России в 1992 году, потому что, как мне тогда представлялось, выбор был прост: либо оставить науку, либо покинуть страну. При правительстве Ельцина финансирование науки рухнуло. Мы с женой, которая тоже занимается наукой, получали каждый примерно по шесть долларов в месяц. Мы не могли содержать семью.
Я никогда не сожалел об этом решении. Оно дало мне возможность работать в научной среде, которую я считаю сильнейшей в мире, — в американском исследовательском сообществе.
Лишь немногие из моих однокурсников, оставшихся в российской науке, смогли построить карьеру, которой заслуживали их способности. Некоторые из тех, кто ушёл из науки в бизнес, добились большого успеха. Но бизнес никогда не был той жизнью, которой я хотел. Я хотел оставаться учёным.
Чему вас научило советское или российское научное образование, чего не дало бы американское?
Для меня главной сильной стороной Московского физико-технического института был его подход к решению задач. Физтех давал серьёзную подготовку по физике, математике, программированию и английскому языку, но самым ценным уроком было умение подступиться к незнакомой научной проблеме.
Выпускник Физтеха выходил из института с уверенностью, что новую область знаний можно освоить, а сложную задачу — разложить на части и понять.
За годы карьеры мои интересы простирались от генетики и ядерной физики до информатики, физиологии сердца и биоэлектроники. Это очень разные области, но интеллектуальный фундамент, полученный в Физтехе, позволил мне исследовать их все и получать от этого удовольствие.
Действительно ли научные исследования свободны от политики, денег, профессиональной зависти и личных амбиций?
Нет. Учёные остро ощущают последствия политических циклов в Америке. Вместе с Анной Крыловой и другими коллегами я писал о политизации и ответной политизации финансирования исследований как при демократах, так и при республиканцах.
Башни из слоновой кости элитных университетов почти не защищают от политиков, стремящихся навязать образованию и науке свои идеологии. Профессиональное соперничество, личные амбиции и неудачи академического руководства могут сделать университеты ещё более уязвимыми перед таким давлением.
На протяжении долгого времени наука пользовалась широким общественным доверием и поддержкой обеих партий. Ослабление этой поддержки угрожает лидерству Америки в науке и технологиях.
Как вы относитесь к научной недобросовестности, цензуре и политическому вмешательству в исследования?
Все три явления подрывают условия, без которых наука невозможна: интеллектуальную честность, открытый поиск и свободу следовать за доказательствами, куда бы они ни вели.
Мы с коллегами обращались к этим проблемам в статьях, написанных во время администраций Байдена и Трампа. Политическое вмешательство наносит ущерб независимо от того, какая партия его осуществляет.
Нарушения научной добросовестности также ослабляют общественное доверие, особенно когда известные исследователи получают значительное финансирование и награды за работы, которые впоследствии оказываются ненадёжными. Между тем разрастающаяся академическая бюрократия может обременять исследования идеологическими требованиями и ограничениями.
Традиционно наука полагалась на критику, воспроизводимость результатов и профессиональную репутацию как на механизмы исправления ошибок. Эти механизмы по-прежнему важны, но не всегда работают так, как должны. Нам необходимо серьёзно задуматься о том, как их укрепить.
Россия потеряла многих выдающихся учёных в результате эмиграции. Можно ли когда-нибудь восполнить эту потерю?
Отъезд талантливых учёных из России имеет долгую историю. Биолог Илья Мечников покинул страну ещё до революции. Здесь, в Чикаго, я живу на том самом месте, где с 1930 по 1952 год жил русский химик Владимир Ипатьев. Он проводил исследования и преподавал в Северо-Западном университете. Почти столетие спустя я занимаюсь тем же самым.
Талантливые люди будут рождаться повсюду, в том числе и в России. Сложная задача заключается в создании институтов, в которых их талант сможет раскрыться. В 2000-х и 2010-х годах я пытался содействовать укреплению российской науки и стал одним из основателей Russian American Science Association (RASA), чтобы помогать созданию демократических научных институтов в России.
Нынешний режим Российской Федерации разрушил эти усилия, объявил меня «иностранным агентом», а RASA — «нежелательной организацией». Этот опыт заставил меня глубоко усомниться в возможности восстановить при моей жизни институты, разрушенные при Ельцине и Путине.
Опыт Германии показывает, насколько долговечными могут быть последствия такого разрушения. Уничтожение её научного сообщества при Гитлере положило конец эпохе выдающегося научного лидерства. Восстановить лаборатории — одно дело; восстановить культуру интеллектуальной свободы и доверия — совсем другое.
Я не ожидаю, что при моей жизни Россия вернётся в десятку ведущих научных держав мира.
Считаете ли вы себя российским учёным, американским учёным или просто учёным?
Наука принадлежит человечеству, а не какой-либо одной стране. Центры научного лидерства на протяжении веков перемещались, и прогресс науки всегда зависел от идей, пересекающих границы.
Я сотрудничаю с исследователями по всему миру и обучаю студентов из разных стран. В этом смысле я просто учёный. Я также американский гражданин, благодарный за возможности, которые дала мне эта страна.
Всегда ли Нобелевские премии и другие престижные награды получают те, кто действительно их заслуживает?
Более сложный вопрос — все ли достойные признания его получают.
Нобелевская премия была учреждена в эпоху, когда крупное открытие ещё можно было относительно легко связать с именем отдельного учёного. Но и тогда исследования зависели от сотрудников и учеников. Сегодня наука ещё очевиднее является результатом коллективного труда.
Ограничение числа лауреатов научной Нобелевской премии тремя людьми неизбежно оставляет за пределами награды исследователей, чей вклад мог быть не менее значительным. Те, кого выбрали, могут вполне заслуживать этой чести, но другие могут заслуживать её ничуть не меньше.
Награды отмечают достижения, но не могут дать полного и безупречно справедливого представления о том, как совершаются открытия.
Чему научная карьера научила вас в отношении человеческой природы, смертности и смысла жизни?
Читая биографии и труды учёных прошлых столетий, я понял, насколько мало изменилась человеческая природа. Нами движут многие из тех же страстей, слабостей и порывов к доброте, что и людьми, жившими пятьсот лет назад.
Наука колоссально изменила условия нашей жизни. Благодаря её применению в медицине мы стали жить дольше, а благодаря технологиям повысилось качество нашей жизни. Но основные человеческие заботы остаются знакомыми.
Собственный опыт научил меня находить смысл и радость в повседневной жизни: в работе над научной проблемой, преподавании студентам, разработке технологии, которая может спасти жизни, и в разговорах с детьми и внуками.
Если бы вы могли начать жизнь заново, выбрали бы вы ту же профессию и ту же страну?
В 1900 году мой прадед Григорий Тололо перевёз семью из Полтавской губернии в Сибирь, где российское правительство предлагало переселенцам землю. Он мог выбрать Америку, как поступали в то время многие украинцы. Но выбрал Сибирь.
Это решение определило судьбу нескольких поколений нашей семьи. Моя бабушка и мать пережили коллективизацию, голод и изнурительный труд. Несколько членов семьи погибли во время Второй мировой войны, которую я считаю катастрофой, вызванной Гитлером и Сталиным. Я родился и вырос в городе, окружённом колючей проволокой и построенном заключёнными ГУЛАГа.
Переехав в Америку, я изменил ход этой семейной истории. Я хотел, чтобы у моих детей и внуков было будущее, свободное от ещё одного столетия правления КГБ и его преемников.
Да, я снова выбрал бы науку и считаю себя счастливым человеком, потому что живу и занимаюсь исследованиями в Соединённых Штатах.
