Фотоника. Современная и особенности. Работа и применение. Применение фотоники в нейрохирургии Применение фотоники

В. Лич:

Добрый день. Канал «Mediametrics», программа «Кибер-мед» и ее ведущая Валерия Лич. Сегодня у нас в гостях Петр Зеленков - кандидат медицинских наук, сертифицированный нейрохирург и Лауреат премии Правительства Российской Федерации. Добрый день, Петр.

П. Зеленков:

Здравствуйте.

В. Лич:

Вы нам сегодня обещали рассказать о фотонике для нейрохирургии. Что это такое? И в чем особенности и преимущества?

П. Зеленков:

Спасибо за приглашение. Да, эта тема, которой я занимаюсь уже много лет в нашем Центре нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко. Вообще, что такое фотоника? Фотоника - это область знаний, область физики, которая использует свет, то есть фотоны света. В нейрохирургии свет используется довольно давно, это одна из первых областей хирургии, где понадобились осветительные приборы, чтобы разглядеть тонкие структуры головного и спинного мозга, лучше их видеть, меньше повреждать, меньше риска нести пациенту. Соответственно, прогресс шел от примитивных налобных ламп с малой мощностью, которые использовались еще в начале XX века, до современных, очень сложных приборов, микроскопов, в которых используется направленный пучок света, очень большой мощности, которая позволяет в глубине очень узких пространств видеть структуры головного мозга, сосуды, тонкие нервы и так далее.

Но современный этап развития, конечно, касается не просто освещения структур, но использование фотонов света для того, чтобы можно было различать патологию и здоровые ткани. Это один из центральных вопросов в нейрохирургии, поскольку у многих опухоли головного мозга растут так, что нет границы между здоровым мозгом и опухолью. Это диффузная зона, в которой простым глазом подчас не видно, где опухолевые клетки, где нормальные клетки.

В нейрохирургии свет используется довольно давно, это одна из первых областей хирургии, где понадобились осветительные приборы, чтобы разглядеть тонкие структуры головного и спинного мозга, лучше их видеть, меньше повреждать, меньше риска нести пациенту.

В. Лич:

А как тогда? Ведь опухоль еще часто удалять приходится?

П. Зеленков:

Да, конечно. И здесь всегда встает вопрос радикальности, то есть слишком мало удалишь - скорее всего, опухоль начнет расти дальше, слишком много удалишь - потеряется какая-то важная функция. Потому что в головном мозге практически нет зон, которые не отвечают за ту или иную функцию. Есть более критические зоны, менее критические зоны. Тем не менее, вопрос между радикальностью удаления и сохранением функции всегда остается очень важным. И вот здесь фотоника пришла на помощь нейрохирургии.

Эта тема началась довольно давно, порядка 30 лет назад, и сейчас получила большое развитие, когда с помощью методов флуоресценции и спектроскопии с применением лазеров, о которых Вы упомянули, позволяют различать, позволяют оценить свойства ткани на основании их световых характеристик, их поглощение света и отторжение соответственного ответа (это эффект флуоресценции), позволяет различить более точно во время операции, непосредственно в ходе ее, это опухоль или здоровая ткань, или какая-то переходная зона. Эта тема развивается у нас в институте очень давно, сейчас он называется «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко». И используется активно для головного и спинного мозга.

В. Лич:

Это уже не хирургия, а лечение. А что для диагностики сделано? Ведь сегодня очень много случаев опухолей головного мозга. Как-то можно это продиагностировать на ранних стадиях? Нам, например, советуют обращаться к врачам раз в год, проходить обследование в качестве диспансеризации, некой профилактики. Но что касается опухоли головного мозга, то мы не ходим раз в год ни на МРТ, ни на КТ.

П. Зеленков:

Безусловно, и, наверное, слава Богу, что мы не ходим раз в год. Здесь мы немного отходим от фотоники, поскольку речь шла о диагностике непосредственно во время операции, то, что помогает хирургу лучше видеть опухоль.

Что же касается диагностики на догоспитальном этапе, профилактической диагностики. Чтобы не допустить такого развития на раннем этапе, надо обращать внимание на симптомы: регулярная головная боль, нарушения речи, движений конечностей. И чаще всего причиной будут вовсе не опухоли, а сосудистые нарушения, высокое давление. Это по-настоящему социальная проблема, поскольку высокое давление и сосудистые нарушения именно в головном мозге - это повальная проблема, которая затрагивает практически всех и каждого, и тут, безусловно, нужно следить за общим здоровьем, за давлением. И если появляются какие-то неврологические симптомы, тогда имеет смысл идти на МРТ.

Высокое давление и сосудистые нарушения в головном мозге - это повальная проблема, которая затрагивает практически всех и каждого

В. Лич:

Насколько быстро пациент восстанавливается после лечения? И восстанавливаются ли после операций на головном мозге? Вы же говорите, что каждый отдел мозга за что-то отвечает. Насколько человек остается функционирующим?

П. Зеленков:

Безусловно, сейчас уровень лечения опухоли головного мозга и спинного мозга очень высокий, он значительно лучше, чем 10-20 лет назад благодаря применению различных методик, таких как электрофизиологический мониторинг, флуоресцентная диагностика, которые позволяют удалить опухоль, но при этом сохранить функционально значимые зоны. И плюс новые методы реабилитации, восстановление движений, координации, переучивание пациентов, речевые методики, которые позволяют восстановить даже речь. Таким образом, можно сказать, что результаты значительно лучше, чем раньше.

В. Лич:

А чтобы лечить с помощью фотоники, лазеров, каких специалистов в себе соединяет, какие области?

П. Зеленков:

Мы, как нейрохирургия, в физике мало смыслим, на самом деле. Здесь мы находимся на стыке между двумя областями: это физика лазеров и нейрохирургия. Вот у нас давнее благотворное сотрудничество с Институтом общей физики имени Прохорова, с лабораторией профессора Лащенова. Много лет он и его сотрудники присутствуют в наших операционных и помогают, настраивают аппаратуру, дают нам лазерные волокна, выключают этот лазер и говорят нам, что мы непосредственно видим в ране. Поскольку чтобы интерпретировать результаты этого сигнала, нужно обладать соответствующей квалификацией, знаниями.

В. Лич:

Что настраивается - ширина луча, длина, глубина, каким образом это происходит?

П. Зеленков:

Настраивается спектр, длина поглощения и так далее. Я, если честно сказать, не особо в этом глубоко понимаю. Но, тем не менее, присутствие инженеров в данной ситуации пока необходимо. Хотя уже существуют довольно давно версии операционных микроскопов, которые интегрируют в себе возможности флуоресцентной диагностики. То есть хирургу фактически не нужен никакой внешний помощник, ему достаточно переключить кнопку на микроскопе и увидеть во флуоресцентном режиме картинку.

В. Лич:

А микроскопы используются непосредственно во время операции?

П. Зеленков:

Да. Это отдельный момент, который я еще раз хотел бы подчеркнуть. Можно сказать, что фотоника, как таковая, то есть свет используется в нейрохирургии довольно давно, в 50-60-е годы начали применять микроскоп для операции на головном мозге. До этого использовались только налобные лампы.

В. Лич:

Микроскоп каким образом устанавливается на человеке?

П. Зеленков:

Это довольно большой агрегат, который имеет большую базу размером с хороший холодильник, от которого идет рука, на которой висит собственно оптическая голова микроскопа с рукоятками. И для нейрохирурга это очень удобно. То есть фактически между головой пациента или той структуры, которая нам нужна, и самим хирургом присутствует вот этот оптический прибор, который очень легко настраивается и имеет очень мощный сфокусированный свет. Увеличение, которое можно получить, до 10-15 крат, то есть можно увидеть самые-самые тонкие структуры. Это используется не только в нейрохирургии, но и в пластической хирургии, даже в стоматологии, оториноларингологии и во всех других областях, где требуется микрохирургия, то есть работа, где движения могут достигать точности доли миллиметров.

В. Лич:

На сегодня больше диагнозов стали подвержены лечению?

П. Зеленков:

Да. Совершенно однозначно сейчас стали оперироваться те опухоли, те патологии, которые раньше считались неизлечимыми, за которые хирурги просто не брались.

В. Лич:

Какие, например?

П. Зеленков:

Это касается гигантских опухолей, глубинных опухолей. Непосредственно в том, где я специализируюсь - это хирургия спинного мозга, хирургия интрамедуллярных опухолей. Если раньше тактика была как можно дольше не оперировать, поскольку хирургия спинного мозга всегда сопряжена с каким-то дефицитом. В спинном мозге еще более чувствительные все зоны, он меньше по размеру, толщиной, наверное, с мой мизинец. И если внутри него растет опухоль, то, скорее всего, затронет все его функции, и у человека быстро будут нарастать симптомы. И в данном случае любая операция неизбежно приводит к нарастанию неврологического дефицита, но у человека появляется возможность, что в будущем все равно произойдет восстановление благодаря эффективной реабилитации, и он будет снова ходить и полноценно жить. Так вот, здесь именно микрохирургия, применение микроскопа, мониторинга, спектроскопии и флуоресцентной диагностики, этот комплекс новых методик позволяет сделать прогноз лучше и действительно эффективно оперировать в тех случаях, когда раньше предпочитали не трогать.

В. Лич:

То есть сегодня люди могут себе позволить ходить уже дольше?

П. Зеленков:

Безусловно. Это редкая патология, как таковая. Если сравнить, например, с той же нашей областью, когда мы лечим грыжи межпозвонковых дисков, стеноз позвоночного канала, это бывает практически у всех и каждого. Я думаю, что у нас с Вами, если сделать МРТ, обязательно найдут какие-то грыжи, выпячивания и так далее. И таких пациентов значительно больше. Если всем повально сделать МРТ, то я уверен, что 10 % людей напишут, что у них грыжи, нужна консультация нейрохирурга и какая-то хирургия.

Если всем повально сделать МРТ, то я уверен, что 10 % людей напишут, что у них грыжи, нужна консультация нейрохирурга и какая-то хирургия.

В. Лич:

Опухоль все-таки злокачественная или доброкачественная возникает?

П. Зеленков:

В головном мозге примерно половина опухолей злокачественные: глиобластома и анапластическая астроцитома, по сути дела, это огромная проблема, которая и потребовала внедрения фотоники как одного из возможных способов ее решения, поскольку это огромный пласт больных, которые очень трудно поддаются лечению. Несмотря на сочетание хирургии, химиотерапии, лучевой терапии и каких-то новых экспериментальных методов, все равно результаты их лечения остаются не такими удовлетворительными. То есть срок выживания в среднем около года, чуть больше года. Хотя по опыту нашего центра, если пациент получает в комплексе эти виды лечения, своевременно, и находится постоянно под пристальным контролем, то срок его жизни может значительно удлиняться до нескольких лет, а иногда и до десятилетий.

В. Лич:

Что касается позвоночника, здесь какие показатели?

П. Зеленков:

В случае с позвоночником ситуация несколько другая. В реальной практике пациенты с позвоночником - это практически 50-75% всей практики нейрохирурга. Это боль в спине, это различные компрессионные синдромы, при которых боли отдают в конечности, в руку, в ногу. Я работаю в отделении, специализирующемся на позвоночнике, спинном мозге и периферических нервах, поэтому мне приходится таких пациентов видеть каждый день. И это немножко другая область, она близка к ортопедии, поскольку мы работаем с костными структурами очень много, с суставно-связочным аппаратом. И здесь мы, как нейрохирурги, используем те же подходы: это микрохирургия, применение микроскопов, различных малоинвазивных доступов, малотравматичных, через очень маленькие разрезы. В последние годы стали активно осваивать эндоскопию - это методика, позволяющая еще меньше повредить мышцы, ткани, связки.

В. Лич:

На позвоночнике проще оперировать нежели на головном мозге?

П. Зеленков:

С одной стороны, хирургия самого позвоночника считается в некотором роде проще, чем хирургия головного мозга, поскольку структуры крупнее. Я не говорю сейчас о спинном мозге, я говорю только о костях и дисках. В некотором роде это считается ходовой хирургией. Например, можно работать без применения микроскопа (старыми методиками, с большими разрезами, делать большие декомпрессии), соответственно, делать большие стабилизации, применять стабилизирующие конструкции (титановые импланты, винты), или можно делать маленькие тонкие операции, когда мы только освобождаем нервные структуры без какого-либо повреждения опорных структур. Конечно, это совсем другой подход, требующий несколько иной квалификации, поскольку это требует опыта, видения анатомии в очень узких, ограниченных пространствах.

В. Лич:

Какое количество пациентов после операции на позвоночнике могут полноценно ходить, двигаться?

П. Зеленков:

Подавляющее большинство. Классический миф, что «не ходи оперировать позвоночник - парализует», это что-то из прошлого, я бы сказал.

В. Лич:

С другой стороны, так и так парализует, а тут хоть какой-то шанс есть.

П. Зеленков:

Пациент с грыжей в крайне редких ситуациях может быть парализован. Это бывает тогда, когда происходят какие-то осложнения, сосудистые нарушения, или когда во время операции происходит осложнение, при котором нарушается функция обеих нижних конечностей. Но, как правило, в 99,9% случаев этого не происходит.

Основные наши задачи - это бороться с длительно существующими болевыми синдромами, поскольку часто бывает так, что до операции болевой синдром присутствует, но он остается и после операции. И иногда бывает так, что несмотря на то, что он уменьшился на 20-30-50%, пациент все равно фокусируется на этом болевом синдроме. Эти переживания нельзя списывать со счетов. Мы, как хирурги, должны продолжать с ними общаться, объяснять, выяснять другие причины, по которым эта боль возникает. Иногда всплывают интересные вещи. Впервые на нашей консультации выясняются сопутствующие болезни, которые не были диагностированы ранее.

Позвоночник - это центральная ось организма. И нам приходится оценивать не только сам позвоночник, но и все, что его окружает, и пациента в целом, поскольку мы все очень разные, а боль - это больше состояние души, чем морфологическая вещь, которую можно пощупать, увидеть с помощью какого-либо метода. То есть боль у каждого своя.

Пациент с грыжей в крайне редких ситуациях может быть парализован. В 99,9% случаев этого не происходит.

В. Лич:

Это Вы говорите о грыжах, а если вернуться к опухоли?

П. Зеленков:

С опухолями все проще. Здесь отдельная тема. Как правило, пациенты с опухолью спинного мозга или позвоночника проходят долгий путь, прежде чем им ставят диагноз. Вначале у них просто болит спина, и часто им не делают никакой дополнительной диагностики, только рентгеновский снимок, на котором ничего толком не видно, и пациента отправляют на физиотерапию и лечение витаминами, что, в свою очередь, стимулирует дальнейший рост опухоли.

В. Лич:

Но Вы говорите, что каждый год на МРТ ходить тоже не рекомендуется.

П. Зеленков:

Это верно.

В. Лич:

Что тогда делать?

П. Зеленков:

Чтобы неврологи очень внимательно смотрели на пациента. Если пациенты видят, что им становится хуже, то начинают искать пути, искать других докторов, сами идут на МРТ. Позитивный момент нашей российской действительности в том, что за деньги можно легко себе сделать МРТ, и особо никто направление спрашивать не будет, поскольку этим центрам надо как-то выживать. И поток пациентов для них важен, а МРТ-услуга - эта диагностическая процедура, совершенно безвредная, поэтому можно делать спокойно и без назначения врача.

Другой вопрос интерпретации снимка, поскольку очень часто к нам приходят люди, которые свои жалобы даже не могут толком объяснить, и мы спрашиваем: «Почему же Вы все-таки пришли?» «Потому что у меня на МРТ написано, что там грыжа». Так вот, я всегда объясняю, что заключение написано специалистом, который учился тому, как описывать где патологии, где норма. Но она написана не для пациента, который не может вычленить, что здесь значимо, а что нет, а для другого специалиста (для невролога, нейрохирурга), который может оценить, что является важным, клинически значимым, может быть, даже требует операции, а что не так уж и важно.

Позитивный момент нашей российской действительности в том, что за деньги можно легко себе сделать МРТ, и особо никто направление спрашивать не будет, поскольку этим центрам надо как-то выживать.

В. Лич:

С другой стороны, пациент идет к хирургу, потому что доктор из поликлиники его уже отправил плавать. У нас ведь достаточно большой разрыв между врачами, которые работают в больницах, оперируют, лечат, и поликлиниками, которые чаще всего прописывают аспирин с парацетамолом в случае простуды и болезни. Может быть, квалификация очень сильно различается?

П. Зеленков:

Не могу до конца с Вами согласиться. Дело в том, что те, кто сидят в поликлиниках, практически сидят на огневом рубеже. Они находятся в очень сложной ситуации - в финансово-экономической и социальной. С одной стороны, они являются первичным звеном приема, тем, что в цивилизованном мире называется врачом общей практики, семейным врачом. На самом деле, это человек, который принимает на себя основной удар, к нему приходят люди со всеми болезнями, и этот человек, безусловно, должен находиться в хороших условиях. К сожалению, в нашей действительности эти люди зачастую с низкой зарплатой, на не очень хорошем обеспечении, и в той же поликлинике у них мало возможностей.

В. Лич:

Даже в платных поликлиниках не всегда подтверждается квалификация. Хотя прием может стоить значительно.

П. Зеленков:

У нас довольно неплохо работает система последипломного образования. Я бы сказал, что квалификация этих людей все равно высокая. Другой вопрос, что им отводят очень мало времени на осмотр пациента, их заставляют очень много писать разной писанины. Они законодательно ограничены в определенных рамках, поэтому и возникают вот такие стереотипы, что там качество лечения хуже, чем где-то еще. Тем не менее, я думаю, что если в первичном поликлиническом звене создать хорошие условия для приема, качество будет очень высоким, и сами доктора обладают хорошей квалификацией, и это подтверждается тем, как приходит пациент из многих поликлиник из регионов. Совершенно нет связи между тем, откуда приехал пациент, и как качественно он был обследован, и какие даны рекомендации. Зачастую мы, когда выписываем пациентов обратно домой, даже связываемся по телефону с местными врачами. Опять же, реалии, в Москве можно пойти в бассейн, в реабилитационный центр. Где-то в деревне или в небольшом городе нет бассейна, нет хороших спортивных физкультур-диспансеров и так далее. А пациент нуждается все равно в реабилитации. Вырабатываешь какую-то тактику, пытаешься адаптировать, объясняешь, что можно, что нельзя.

Если в первичном поликлиническом звене создать хорошие условия для приема, качество будет очень высоким, и сами доктора обладают хорошей квалификацией.

В. Лич:

Но ведь домашние упражнения тоже существуют?

П. Зеленков:

Безусловно, существуют, но для этого нужна колоссальная выдержка. Все равно мой основной совет - идти к тренеру. Если нормально замотивировать и все объяснить то человек действительно будет собой заниматься.

В. Лич:

Сколько? Пациенты занимаются или месяц-два, потом совсем плохо.

П. Зеленков:

У меня ощущение, что мало. Иногда эффект от наших операций, особенно при грыжах, так хорош, то есть человек болел, потом он встал, пошел и начал радоваться жизни, что у него меняется немного образ жизни в целом, он начинает себе больше позволять активности, он больше следит за собой, он понимает, что лучше этого не допускать еще раз. А для этого что надо делать? Укреплять мышцы спины: плавать, заниматься физкультурой.

В. Лич:

А кто чаще всего является Вашим пациентом?

П. Зеленков:

Как говорят: «Здесь все возрасты покорны». Молодые люди - это чаще грыжи, травмы, болевые синдромы, связанные просто со спазмированными мышцами. В пожилой категории больше речь идет о длительно существующих стенозах позвоночного канала, при которых остеохондроз, за счет длительной нагрузки составные элементы разрастаются и сдавливают уже нервные окончания. Это в категории за 50 лет чаще встречается.

В. Лич:

А если вернуться к опухоли, то у кого чаще возникает? И по каким причинам?

П. Зеленков:

Опухоли, безусловно, генетические, то есть это какая-то генетическая предрасположенность, плюс факторы внешней среды, могут быть химические и радиационные воздействия. Но как мы знаем, сейчас это поломки в генах, то есть в каких-то клетках перестают работать механизмы саморазрушения, и они превращаются в опухолевую клетку. В норме в любом здоровом человеке постоянно образуется какое-то количество опухолевых клеток. Но как только эта клетка осознает, что она стала опухолевой, в ней запускается процесс апоптоза, то есть саморазрушение. Эта клетка просто потихонечку умирает и не дает начало опухоли. Поломка в этом механизме сохраняет жизнь таким клеткам, и в какой-то момент появляется ее критическая масса и начинает расти. До конца причины этого неизвестны, имеется очень большой вход в молекулярные, биологические, генетические механизмы. И для многих опухолей эти механизмы изучены очень глубоко, известна масса генов, при которых опухоль может развиться, и даже по генетическому тестированию можно заранее предположить, что у этого человека высокий риск, что ему нужно делать ежегодно МРТ и пристально следить за тем, развивается эта опухоль или нет.

По генетическому тестированию можно заранее предположить, что у этого человека высокий риск, что ему нужно делать ежегодно МРТ и пристально следить за тем, развивается эта опухоль или нет.

В. Лич:

Травмы влияют на развитие опухоли?

П. Зеленков:

Часто задают этот вопрос, но прямой связи здесь, насколько мне известно, нет. Как нас учили в институте на первых курсах: «Соберите семейный анамнез: узнайте, были ли опухоли у родителей, у бабушек, у дедушек, может, у прабабушек, прадедушек». Зачастую природа сама подсказывает, что имеется некая семейная предрасположенность, тогда надо более пристальное внимание оказывать к данному конкретному пациенту.

В. Лич:

Новые методы лечения сокращают срок пребывания пациентов в стационаре?

П. Зеленков:

Да. Вот здесь мы можем вернуться к нашей хирургии позвоночника. Я могу сказать, что если раньше хирургия стеноза позвоночного канала это была большая хирургия, с большим разрезом, с ламинэктомией, длительным заживлением, долго заставляли лежать пациента, пока у меня наступит задний спондилодез, костный и так далее. Сейчас мы можем сделать с помощью эндоскопа декомпрессию через разрез 5 миллиметров и пациента вечером выписать домой. Как правило, держим сутки для того, чтобы просто оценить состояние, но на следующий день можем пациента выписывать. Технологии позволяют быстро уйти из больницы и вернуться к нормальной жизни.

В. Лич:

Сегодня наших докторов обучают у нас в стране либо же за рубежом? Потому что по некоторым специальностям доктора жалуются, что у нас полноценно не обучают.

П. Зеленков:

Я много ездил за рубеж в разные клиники. В Германии, во Франции стажировался, учился и могу сказать, что в России уровень медицины в общем и в целом достаточно высокий, особенно в крупных городах: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск и так далее. В крупных центрах имеются практически все те же методики, которые есть и в развитых западных странах. Возможно, мы отстаем именно по уровню клинических исследований, разных новых методик, совсем экспериментальных. По той же глиобластоме в России идет значительно меньше клинических исследований, новых методов, с применением новых физических или химических или биологических принципов, чем в тех же университетских клиниках Германии. Но уровень подготовки может быть получен и в России. Тем более, что при нынешнем курсе евро врачам довольно сложно за свой счет куда-то выезжать, обучаться. Но среди моих коллег очень много целенаправленных людей, в первую очередь, молодых, которые хотят чего-то добиться, узнать больше. Безусловно, мой совет таким людям, если есть возможность - путешествовать, учиться, смотреть и применять это на своей практике.

В крупных центрах имеются практически все те же методики, которые есть и в развитых западных странах. Возможно, мы отстаем именно по уровню клинических исследований, разных новых методик, совсем экспериментальных.

В. Лич:

Что Вы получили в зарубежном опыте для себя, своей практики, чего не было здесь?

П. Зеленков:

Во время годовой стажировки в Германии в 2008 году я немного поменял философию, что касается хирургии позвоночника: грыжи, стенозов и так далее. То есть я увидел, что необязательно делать большие операции, крупные декомпрессии, стабилизации с применением большого количества металла, что можно те же проблемы решать очень малотравматично, малоинвазивным способом, с помощью микрохирургической техники, микродекомпрессии.

В. Лич:

То есть за рубежом нас опережали в этот период времени?

П. Зеленков:

В той же Германии можно найти клиники, которые действуют и старыми методами, и новыми. Например, недавно я стажировался в клинике в Университете Бордо I во Франции. И я был удивлен тем, что там люди немного с другим подходом. То есть это более открытые операции, можно сказать, которыми мы пользовались 10 лет назад, тем не менее, они поставлены на поток, они делаются очень хорошо, там все работает, как часы, вся бригада знает, что и как делать, и они идут быстро и очень эффективно. То есть в руках каждого хирурга хорош тот метод, которым он хорошо владеет.

В. Лич:

Нужно ли всю бригаду переобучать в итоге?

П. Зеленков:

Безусловно, всю бригаду. Сам хирург важен, поскольку он непосредственно работает, он своими руками делает, тем не менее, роль операционной сестры, роль анестезиолога, роль рентгенолога - у нас, к сожалению, такого сотрудника нет в операционной, но он тоже требуется, поскольку мы работаем с рентгеном, электронно-оптическим преобразователем. То есть роль всей бригады крайне важна. Силами одного хирурга и знаниями операцию не вытянуть, для этого нужно, чтобы каждый участник понимал особенности этой операции, какие-то нюансы, ее ходы и так далее, и плюс бригада должна быть слажена. Хирург с анестезиологом, с сестрой должны быть заодно.

В. Лич:

Получается, что пройдя стажировку за рубежом, нужно приезжать домой и переобучать всю бригаду?

П. Зеленков:

Безусловно. В ходе операции незнакомые вещи для сестры подчас приходилось объяснять. Но наш персонал и наши сестры, с которыми мы работаем в Центре нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко, это замечательные, очень высоко квалифицированные специалисты, благодаря которым наши операции возможны, потому что без них, без их опыта было бы крайне сложно.

В. Лич:

А каким образом потом этот опыт передается нашим коллегам, или есть некая конкуренция, и каждый сидит и думает: «Я никого учит не буду, пусть ко мне все идут».

П. Зеленков:

Здесь коллегиальность выходит на первый план. Можно, конечно, сидеть и не передавать свои знания, бояться конкуренции. Но жизнь все равно выведет, и тот, кому надо, все равно эти знания получит. Поэтому я всегда исхожу из принципа: пусть лучше это я буду тем, кто научил, чем кто-то другой. То есть быть собакой на сене нет никакого смысла. Чем больше ты знаний передал другим, молодым коллегам, ординаторам, тем сторицей это и окупится потом. Потому что они все равно придут за советом, пришлют своих пациентов. Это взаимовыгодный процесс. Давняя медицинская традиция - если ты получил свои знания от своего учителя, то надо поклониться, поблагодарить и передавать эти знания дальше, поскольку это наш профессиональный закон.

Давняя медицинская традиция - если ты получил свои знания от своего учителя, то надо поклониться, поблагодарить и передавать эти знания дальше.

В. Лич:

Что сегодня происходит со специальностью нейрохирурга, ведь в год выпускается очень много специалистов, больше, чем требуется, как некоторые говорят. Все работают по специальности, трудоустраиваются?

П. Зеленков:

У меня есть ощущение, что количество мест сокращается, это общая тенденция в нашем здравоохранении, происходит некая оптимизация, и клиник становится немного меньше. Но при этом я не могу сказать, что потребность в нейрохирургах, конкретно моей специальности, падает. На мой взгляд, она наоборот не закрыта. И существует в целом по стране нехватка нейрохирургов и таких специалистов, поскольку мы видим, что очень много людей едут из регионов, очень многие по какой-то причине не хотят у себя на местах обращаться. Хотя, мне кажется, это заблуждение. Потому что уровень курсантов достаточно высокий, и люди вполне могут на местах оперировать какие-то вещи, кроме самых сложных, по которым нужен опыт. Поэтому я думаю, что количество нейрохирургов, как и других специалистов, должно возрастать.

И вот мое личное мнение, что люди должны получать высококвалифицированную, высокотехнологичную помощь именно на местах своего проживания, поскольку добираться до Москвы очень сложно, подчас для них это просто невозможно. Я являюсь сторонником децентрализации для того, чтобы люди могли по месту жительства, недалеко от того места, где они живут, легко добраться и своевременно получить эту помощь. И в то же время быть на связи, в контакте с тем доктором, который с ними работал. Потому что одной операцией дело не ограничивается, жизнь идет, и пациент нуждается в последующем наблюдении, в реабилитации, в контрольных осмотрах. Зачастую бывают рецидивы, новые проблемы, когда люди приходят ко мне, которые оперировались 10 лет назад, с какими-то новыми вопросами и проблемами, они всегда стремятся попасть к тому же человеку, с которым они уже имели дело, если был успешный исход.

В. Лич:

Сегодня ведется какая-то пропаганда среди самих пациентов о профилактике, правильной диагностике, куда, когда, обращаться?

П. Зеленков:

Это большой провал, на самом деле.

В. Лич:

Потому что в школах собираются вводить финансовую грамотность. Финансы важны, но ведь если не будет здоровья, то все остальное зачем нужно?

П. Зеленков:

Я не знал, что в школах преподают финансовую грамотность.

В. Лич:

В некоторых вводят, в том числе собираются дальше вводить.

П. Зеленков:

Медицинскую грамотность, наверное, преподавать было бы не менее важно, чем финансовую. Поскольку забота о своем здоровье - это приоритетное, на мой взгляд.

В. Лич:

Дети, начиная со школы, порой с детского сада, начинают вести несколько нездоровый образ жизни: гаджеты, достаточно сидячий образ жизни.

П. Зеленков:

Здесь и да, и нет. Сидячий образ жизни, однозначно, плохо. Конечно, спорт должен стоять на первом месте, активная подвижность. Тем не менее, реалии нашей жизни таковы, что детям приходится больше учиться, объемы информации, объемы знаний возрастают. Гаджет - это тоже неизбежное следствие научно-технического прогресса.

В. Лич:

Порой это зло, родители выгоняют детей от компьютеров. Если раньше нас было не загнать домой, то сейчас не выгнать детей из дома с этими гаджетами.

П. Зеленков:

Здесь надо всегда думать: а зачем ребенку гаджет? Смотреть не на поверхностные проявления проблемы, а на глубинные. То есть ребенку гаджет становится нужен тогда, когда ему просто скучно, и когда у него нет других занятий.

Ребенку гаджет становится нужен тогда, когда ему просто скучно, и когда у него нет других занятий.

В. Лич:

С другой стороны, не ходит по улице, не шатается неизвестно где.

П. Зеленков:

Он может идти в спортивную секцию и заниматься там. И здесь вопрос не к детям, а к родителям, как они организуют время своего ребенка, и что они делают для того, чтобы у него были интересные занятия, чтобы не было желания весь день сидеть в этом гаджете или не было возможности просто по времени, поскольку если он занимается и там, и сям, то у него не останется сил и времени на то, чтобы сидеть много часов. Но провести какое-то время в телефоне или планшете, на самом деле, ничего в этом плохого нет, поскольку это современная игрушка, такая же, как у нас были когда-то кубики, скакалки и так далее.

В. Лич:

Можно несколько пожеланий Вашим коллегам и пациентам?

П. Зеленков:

Я могу пожелать моим коллегам сохранять желание постоянно учиться чему-то новому, чтобы этот энтузиазм не угасал, чтобы никакие жизненные перипетии, обстоятельства его не нарушали, чтобы постоянно было стремление к совершенствованию методов, которыми ты владеешь, к обогащению знаниями.

Что касается пациентов, то я желаю сохранять трезвость суждений и не считать врачей богами в белых халатах, которые знают все лучше. То есть немножко следовать внутренней интуиции и разбираться в том, что тебе нужно, а что нет. Это такая необычная, может быть, рекомендация, особенно для российских реалий, тем не менее, начать нести больше ответственности за собственное здоровье. Лучше разбираться, получать образование, интересоваться, читать в интернете об особенности физиологии, анатомии. И узнавать особенности своей собственной болезни, и уже с этим багажом знаний идти к врачу. Трезво оценивать то, что тебе рекомендуют. Выбирать врача, выбирать клинику. На самом деле, свобода выбора сейчас - это очень хорошо. И вести здоровый образ жизни.

В. Лич:

Всего доброго. До новых встреч.

П. Зеленков:

) — область науки и техники, которая занимается изучением фундаментальных и прикладных аспектов генерации, передачи, модуляции, усиления, обработки, детектирования и распознавания оптических сигналов и полей, а также применением указанных явлений при разработке и создании оптических, электрооптических и оптоэлектронных устройств различного назначения.

Описание

Термин фотоника относится к широкой научно-технической области, объединяющей лазерную физику, оптоэлектронику, электрооптику, волоконную и интегральную оптику, нелинейную оптику, оптическую связь, оптическую обработку сигналов и голографию.

Фотоника включает в себя исследование и разработку методов генерации, обработки, хранения, передачи, детектирования и преобразования оптических сигналов и полей в широком спектральном диапазоне - от ультрафиолетового излучения (10–380 нм) до дальнего инфракрасного диапазона (760 нм–1 мм). В большинстве практических применений фотоники используется видимый и ближний инфракрасный диапазон длин волн (0,4–1,6 мкм).

Центральными областями исследований фотоники являются:

• физика и технология соединений;
• и композитные с новыми физическими свойствами;
• физические свойства и технология получения новых типов ;
• , их физические свойства и применение;
• материалы и устройства интегральной оптики;
• нелинейная оптика и новые нелинейно-оптические материалы и устройства;
• оптоэлектронные и электрооптические устройства;
• высокоскоростные устройства обработки оптических сигналов;
• интеграция фотонных и электронных устройств.

Фотоника находится в постоянном развитии: возникают новые направления, технологии и материалы, открываются перспективные области применения. Начало этому процессу было положено созданием и быстрым внедрением волоконнооптических систем связи, стимулировавших прогресс в технологии производства полупроводниковых лазеров, оптических усилителей и модуляторов, приемников излучения и устройств коммутации. Затем начали появляться оптические средства обработки и хранения информации, качественно новые датчики физических величин, прецизионные методы измерений и многое другое. Сегодня фотонные устройства применяются также для отображения информации и сигнализации, для преобразования светового и теплового излучений в электрическую энергию и для других целей.

Авторы

• Разумовский Алексей Сергеевич
• Наний Олег Евгеньевич

Междисциплинарные направления

Благодаря высокой мировой научной и технической активности и огромной востребованности новых результатов внутри фотоники возникают новые и новые междисциплинарные направления:

Связь фотоники с другими областями наук

Классическая оптика Фотоника близко связана с оптикой . Однако оптика предшествовала открытию квантования света (когда фотоэлектрический эффект был объяснен Альбертом Эйнштейном в 1905). Инструменты оптики - преломляющая линза , отражающее зеркало , и различные оптические узлы, которые были известны задолго до 1900. При этом ключевые принципы классической оптики, такие как правило Гюйгенса , Уравнения Максвелла , и выравнивание световой волны не зависят от квантовых свойств света, и используются как в оптике, так и в фотонике.

Современная оптика Термин «Фотоника» в этой области приблизительно синонимичен с терминами «Квантовая оптика », «Квантовая электроника », «Электрооптика», и «Оптоэлектроника ». Однако каждый термин используется различными научными обществами с разными дополнительными значениями: например, термин «квантовая оптика» часто обозначает фундаментальное исследование, тогда как термин «Фотоника» часто обозначает прикладное исследование.

История фотоники

Исторически, начало употребления в научном сообществе термина «фотоника» связано с выходом в свет в 1967 книги академика А. Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». Тремя годами раньше по его инициативе на физическом факультете ЛГУ была создана кафедра биомолекулярной и фотонной физики, которая с 1970 г. называется кафедрой фотоники.

А. Н. Теренин определил фотонику как «совокупность взаимосвязанных фотофизических и фотохимических процессов». В мировой науке получило распространение более позднее и более широкое определение фотоники, как раздела науки , изучающего системы, в которых носителями информации являются фотоны . В этом смысле термин «фотоника» впервые прозвучал на 9-ом Международном конгрессе по скоростной фотографии (Denver. USA. 1970).

Термин «Фотоника» начал широко употребляться в 1980-х в связи с началом широкого использования волоконно-оптической передачи электронных данных телекоммуникационными сетевыми провайдерами (хотя в узком употреблении оптическое волокно использовалось и ранее). Использование термина было подтверждено, когда сообщество IEEE установило архивный доклад с названием «Photonics Technology Letters» в конце 1980-х.

См. также

Ссылки

• Сайт кафедры Фотоники и оптоинформатики
• Сайт кафедры Компьютерной фотоники и видеоинформатики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики
• Сайт кафедры Фотоники физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета
• Сайт кафедры Фотоники и Электротехники Харьковского Национального Университета Радиоэлектроники
• Образовательные материалы Лаборатории Лазерных Систем Новосибирского Государственного Университета
• Словарь терминов по фотонике . Сибирская Государственная Геодезическая Академия
• Журнал «Фотоника» Научно-технический журнал
• Проблемы рассеяния лазерного излучения в фотонике и биофотонике Квантовая Электроника, Специальный выпуск, Том 36, № 11-12, (2006)

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Фотоника" в других словарях:

фотоника - Раздел электроники, включающий исследование природы и физических принципов различных источников света, электромагнитных колебаний оптического диапазона волн, а также их использование в инженерно технических системах генерации, излучения, передачи … Справочник технического переводчика

фотоника - Photonics Фотоника Наука и раздел техники, изучающие генерацию, управление и детектирование фотонов. На начальном этапе развития фотоника использовала видимый (длина волны света от 400 до 800 нм) и ближний инфракрасный (длина волны 800 нм 10… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

Термин фотоника Термин на английском photonics Синонимы Аббревиатуры Связанные термины волокно фотонно кристаллическое, метаматериал, нанофотоника Определение область науки и техники, которая занимается изучением фундаментальных и прикладных… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Фотоника - фотонику область науки и техники, связанную с использованием светового излучения (или потока фотонов) в элементах, устройствах и системах, в которых генерируются, усиливаются, модулируются, распространяются и детектируются оптические сигналы;...… … Официальная терминология

фотоника - фот оника, и … Русский орфографический словарь

ГОСТ Р ИСО 13695-2010: Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений спектральных характеристик лазеров - Терминология ГОСТ Р ИСО 13695 2010: Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений спектральных характеристик лазеров оригинал документа: 3.19 дисперсия Аллана для непрерывного лазерного излучения, : Дисперсия двух… …

ГОСТ Р ИСО 11554-2008: Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы испытаний лазеров и измерений мощности, энергии и временных характеристик лазерного пучка - Терминология ГОСТ Р ИСО 11554 2008: Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы испытаний лазеров и измерений мощности, энергии и временных характеристик лазерного пучка оригинал документа: 3.1 относительный уровень шума… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

длина - 3.1 длина (length) l: Наибольший линейный размер лицевой грани измеряемого образца.

Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, в нашем новом материале

Фото: GiroScience / Alamy / DIOMEDIA

Мышь в камере подсвечивается инфернальным зеленым светом: несколько секунд нужно лазеру, чтобы проникнуть в глубь организма и просканировать его до мельчайших деталей. На экране появляется изображение запутанного клубка кровеносных сосудов - до самых крошечных, размером в десятую долю миллиметра. Это оптоакустический микроскоп - уникальный, пока единственный в России прибор. Он преобразует оптический сигнал в акустический и позволяет не только "видеть" сосуды вплоть до микрокапилляров, но и обнаружить в крови мельчайшие частицы - например, единичные раковые клетки.

А если увеличить интенсивность излучения, то клетка от перегрева просто лопнет и разлетится на части. Понимаете? - рассказывает профессор Ильдар Габитов.- Мы можем удалять нежелательные биологические объекты прямо внутри организма без хирургического вмешательства и без воздействия на весь организм. Эти возможности одновременной диагностики и терапии характерны для нового направления медицины - тераностики.

Мы находимся в Центре фотоники и квантовых материалов в Сколковском институте науки и технологии в лаборатории биофизики. Пока ученые оттачивают свое мастерство на образцах тканей. Но в ближайшее время в Сколтехе появится полноценный исследовательский виварий.

Интересно, что идея соединить технологии диагностики и лечения возникла еще у Нобелевского лауреата, одного из авторов американской атомной бомбы - Ричарда Фейнмана. Он предсказал создание автономных инструментов, которые смогут выполнять хирургические операции непосредственно в организме человека. Фейнман писал: "...Было бы интересно, если бы вы могли проглотить хирурга. Вы введете механического хирурга в кровеносные сосуды, и он пройдет к сердцу и "осмотрится" там...". Возможно все это станет реальностью в ближайшее десятилетие. Для этого нам нужно понять, как фотоны взаимодействуют с веществом на наноуровне, и развить методы управления светом.

Компьютер из света

Свет - это основа всего,- добавляет профессор Габитов по пути в другую лабораторию.- Без света не было бы ничего: не смогла бы зародиться жизнь на Земле. Не было бы ни современной медицины, ни современной промышленности, да и всего современного общества с его сложнейшей информационной структурой, экономикой и повседневной жизнью тоже бы не было. Наука фотоника, чье стремительное развитие обусловлено огромным количеством приложений, изучает свойства света, взаимодействие света с веществом, разрабатывает методы управления световыми потоками. Общим для этих методов является одно - они основаны на манипуляциях с частицами света - фотонами. (Фотон - это квант электромагнитного излучения, он, в отличие от электрона, не имеет массы и электрического заряда и двигается в вакууме со скоростью света - "О" .)

А почему фотоника стала так бурно развиваться именно сейчас? Все передовые страны, включая Россию, определили ее как стратегически важное направление...

Я бы назвал два основных фактора - развитие инструментальной базы и растущие технологические потребности, включая информационную инфраструктуру современного общества. Сегодня 30-40 процентов выпускаемой в мире продукции создается с использованием фотоники, а перечень областей, где будут применяться открытия, растет с каждым днем.

Одной из самых "горячих областей" остаются компьютерные технологии. Основатель Intel Гордон Мур еще в 1965-м сформулировал закон, по которому число транзисторов на микросхеме и, значит, быстродействие будут увеличиваться вдвое каждые два года. Но в 2016-м его закон работать перестал: электроника больше не может развиваться так быстро. Заменят ли ее фотонные технологии?

Технологии электроники в некоторых областях действительно подошли к некоторому пределу. Мы все свидетели быстрого развития приборов, основанных на электронике. В кармане у многих есть смартфон - удивительное устройство, функциональные возможности которого 20 лет назад нельзя было и представить. Его появление хорошо иллюстрирует философский закон перехода количества в качество. Если бы мы попытались сделать нечто похожее на смартфон во времена так называемой дискретной электроники, то соответствующее устройство из радиоламп, конденсаторов, сопротивлений, индуктивностей и т.п. получилось бы размером с квартал. Вдобавок оно потребляло бы неимоверное количество энергии и не смогло бы работать из-за постоянных поломок вследствие ненадежности элементов. Лишь появление микросхем высокой степени интеграции (содержат большое количество элементов.- "О") привело к созданию устройств нового типа, которые ныне доступны каждому. Однако дальнейший прогресс, по которому развивается электроника, в ряде случаев не представляется возможным.

- И в чем причина?

Во-вторых, развитие компьютеров очень сильно тормозит отсутствие материалов, которые способны отводить тепло. Элементы в современных устройствах становятся очень маленькими, но их очень много, они чрезвычайно плотно упакованы, так что перегрева избежать невозможно. В настоящее время такие гиганты индустрии, как Google и Facebook, вынуждены были расположить свои "дата-центры" (центры обработки данных.- "О") в условиях холодного климата: за полярным кругом и на Севере на нефтяных платформах, где много холодной воды. А крупнейший в Китае дата-центр находится на высоте в 1065 м над уровнем моря в Хух-Хото, во Внутренней Монголии. Проблема требует решения, потому что плотность систем хранения данных будет только расти. Из культуры пользователей совсем уходит навык что-то стирать или уничтожать, как было еще 20 лет назад, когда мы пользовались дискетами или дисками. Облачное пространство кажется бесконечным.

А третья причина, самая главная, из-за которой быстродействие компьютеров больше не растет, связана с количеством электронов, которые участвуют в элементарной логической операции. Сейчас в одной операции задействован фактически один электрон. То есть дальше мы должны будем использовать "половинку" или "четверть" электрона, что является абсолютной нелепостью. Поэтому возникла идея попытаться создать устройства высокой степени интеграции с использованием фотонов.

Будет ли это похоже на технологический прорыв 1970-х, когда вместо медного кабеля стали использовать оптоволокно? Ведь именно этот переход по сути и создал современное информационное общество.

Да, оптоволокно - тонкая нить из прозрачного материала, по которой с высокой скоростью переносится свет - удивительный материал. Представьте себе: десятки километров оптического волокна обладают такой же прозрачностью, как и метр оконного стекла! Это и позволяет использовать фотоны вместо электронов в качестве носителей информации. Создание технологии оптического волокна и изобретение оптических усилителей привели к колоссальному прорыву в области высокоскоростной передачи. Теперь, конечно, возник соблазн использовать фотонные технологии не только для передачи, но и для обработки информации.

- Так реально ли в ближайшее время создание фотонного компьютера?

Здесь мы упираемся в нерешенные пока проблемы. Например, современный процессор представляет собой сложную структуру, выполненную из мельчайших элементов. С каждым годом компании совершенствуют технологии: у Apple и Samsung технологические размеры составляют приблизительно 7 нанометров (то есть сегодня возможно оперировать деталями такого размера и соответственно размещать очень много миниатюрных элементов.- "О"). Но фотон, как известно, одновременно является и частицей, и волной. При этом длина этой волны, используемая в современных информационных системах,- 1550 нанометров. Грубо говоря, смартфон на основе фотонных технологий был бы сегодня примерно в 200 раз больше привычного нам.

Вторая нерешенная проблема - отсутствие эффективных методов управления потоками фотонов. Электроны, как известно, имеют заряд, поэтому ими можно манипулировать при помощи магнитного или электрического поля. Фотоны нейтральны и этого сделать нельзя. Сегодня все ожидают появления новых гибридных устройств, которые бы объединяли фотонику и электронику. Над решением этой задачи бьются исследовательские центры ключевых компаний.

Что это даст? Невероятное быстродействие? У человечества есть задачи, которые нужно решать с такой производительностью?

Конечно, такие задачи есть в области моделирования климата, изучения мозга, медико-биологических проблем... Этот список можно продолжать долго. Что касается новых возможностей для повседневной жизни - знаете, на этот вопрос я ответить не могу. Повторюсь, 20 лет назад мы не могли себе представить, какими удивительными возможностями будут обладать смартфоны. Поэтому фантазировать на тему о том, к каким функциональным возможностям может привести создание устройств фотоники высокой степени интеграции, дело неблагодарное.

Наука просветления

- Насколько дорогая наука фотоника? Какие установки нужны ученым?

Гигантские проекты типа адронного коллайдера в области фотоники представить трудно - масштаб процессов здесь меньше. Но наука эта очень дорогая. Обычно центры фотоники, которые работают с очень маленькими структурированными объектами, с новыми материалами и новыми устройствами, стоят порядка 250-300 млн долларов.

- Где сегодня сконцентрирован научный потенциал и где, скорее всего, появятся новые суперустройства?

Все больше исследований смещаются и концентрируются в крупных компаниях. Ключевые сотрудники стоят очень дорого, поэтому часть пилотных исследований и исследований с высокой степенью риска компании отдают на аутсорсинг университетам, где есть квалифицированные профессора и хорошие студенты.

Если говорить о странах, то большая работа проводится в США. Помимо того, есть хорошие центры в Англии, в ФРГ, Японии, Кореи. Отчасти во Франции. Большая работа ведется в университетах, например в Университете Рочестера в Нью-Йорке. Это вообще известное место для всех, кто имеет отношение к оптике. Здесь начинали работу такие известные оптические гиганты, как Kodak, Xerox, Bausch and Lomb.

- Китай пока не попал в этот список?

Китай - отдельная история. На фотонику там выделяются громадные средства. Китайцы уже доминируют в отдельных областях производства, но, может быть, пока чуточку отстают по части разработки новых устройств. Хотя где-то, например в квантовой связи, китайцы обогнали весь мир. Буквально в нынешнем сентябре они при помощи квантового спутника QUESS осуществили связь между Китаем и Австрией. При этом не только побит рекорд по расстоянию, которое преодолел сигнал, но и положено начало созданию коммуникационных связей, которые невозможно взломать.

Китай развивается очень быстро, он привлекает не только значительные средства, но и человеческий потенциал. Сейчас, что интересно, китайские студенты зачастую уже не остаются после учебы в тех же Штатах, они возвращаются в Китай, а потом, становясь руководителями лабораторий, приглашают туда же своих профессоров.

Не секрет, что электроника - та область, где Россия мягко говоря, сильно отстала: на гражданском рынке микропроцессоров у нас 100 процентов импорта. Что можно сказать о российской фотонике? Это особенно интересно, так как в БРИКС за нее, как за одно из самых перспективных направлений в науке, отвечают как раз Россия и Индия.

Да, Россия с Индией, по-видимому, будут осуществлять совместные программы в области радиофотоники. Но в целом выбор, я бы сказал, оправдан. Мало кто помнит, что еще в 1919 году, в разгар Гражданской войны, у нас решением правительства был создан Государственный оптический институт (ГОИ). К 1923-му он был одним из наиболее оборудованных научных учреждений мира.

Вообще, это замечательное учреждение решило массу проблем. Скажем, до Первой мировой войны основным производителем оптики была Германия, а где-то в разгар войны были введены, как сейчас принято говорить, санкции. То есть приборы перестали поставляться в Россию. Было необходимо создавать индустрию, в чем огромную роль сыграл ГОИ. На его базе в том же 1919-м был построен 300-метровый интерферометр для наблюдения за звездами. Там занимались как фундаментальной наукой, так и созданием технологической базы. Здесь создавали все - от медицинских микроскопов до сложнейшей военной оптики и объективов для космических аппаратов.

К сожалению, в безумные 1990-е ГОИ пришел в плачевное состояние. Многих специалистов волевым решением руководства приняли работать в ИТМО - Санкт-Петербургский исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. Теперь это уникальное образовательное учреждение, где ведутся очень серьезные научные работы. Ну, кроме того, нельзя не упомянуть Физтех, МИСИС, Университет им. Баумана в Москве, Новосибирский университет. Сейчас все это направление на подъеме, и решение правительства РФ о поддержке развития фотоники в России не случайно. Сколтех, кстати, участвовал в формировании этой программы. Наконец, проявляется серьезный интерес со стороны бизнеса: есть организации, которые выпускают конкурентную продукцию как гражданского, так и военного применения, развивают новые продукты.

Назад в будущее

Расскажите, пожалуйста, о фотонных технологиях, которые изменят нашу повседневную жизнь. На какой стадии сейчас разработки Li-Fi - Wi-Fi, работающего на фотонах?

Родоначальником этой технологии считается немецкий физик Харальд Хаас, который в 2011-м в качестве роутера использовал светодиодную лампу. В лабораторных условиях он достиг скорости передачи в 224 Гб/с. Такая скорость позволяет, например, скачать за 1 секунду 18 фильмов по 1,5 ГБ. Еще один важный нюанс - секретность. Радиоволны могут проходить через стены, то есть при связи по Wi-Fi радиосигнал может быть легко считан, а данные - украдены и расшифрованы. Модулированный свет из помещения далеко не уйдет, скрытно перехватить такой сигнал гораздо труднее - он воспринимается и передается в зоне прямой видимости. Но до воплощения в жизнь этой технологии еще далеко. Более реальны технологии на основе плазмоники.

- Что они собой представляют?

Плазмоника начала развиваться всего лет 15 назад, но явления, связанные с ней, известны очень давно. Например, еще в Древнем Египте в стекло добавляли металлы и окрашивали их в различные цвета. А в Британском музее стоит уникальный кубок, созданный из стекла, в котором растворено золото, так вот, при одном освещении он розовый, а при другом - зеленый. Дело, как оказалось, в том, что при растворении в стекле золото не рассеивается на молекулы, а собирается в кластеры - примерно 50 нанометров размер частички. Если осветить светом - длина волны больше, чем размер частички, и свет проходит, огибая ее, не рассеиваясь. Это открытие привело к созданию самых разнообразных технологий, например нанолазеров, размер которых меньше длины волны, и сверхчувствительных сенсоров.

- А есть уже работающие модели?

Есть. Первые работы о таких лазерах несколько лет назад опубликовал Миша Ногинов, выпускник МФТИ, проживающий в США. Он первым построил лазер размером в 40 нанометров - это в миллион раз меньше, чем толщина человеческого волоса. Информация об этом появилась в 2011 году в журнале Nаture. С тех пор началась экспериментальная жизнь нанолазеров. В частности, другой наш бывший соотечественник Марк Стокман, ученик академика Спартака Беляева, ректора Новосибирского госуниверситета, придумал SPASER - плазмонный наноисточник оптического излучения. Он представляет собой частицу размером 22 нанометра, то есть в сотни раз меньше человеческой клетки. Благодаря специальному покрытию частицы SPASER способны "находить" метастазирующие клетки рака в крови и, прилепляясь к ним, уничтожать их. По крайне оптимистическим оценкам Стокмана, первые устройства такого рода могут появиться уже в течение ближайшего года.

- Для чего в первую очередь будут использоваться сверхчувствительные сенсоры?

Например, для маркирования взрывчатых веществ. Для антитеррористической деятельности очень важно знать, откуда взялась та или иная взрывчатка, найти источник, откуда она утекла. Во всем мире прикладываются огромные усилия, чтобы маркировать взрывчатку, потому что тогда, собрав то, что осталось после взрыва, можно понять, где вещество было сделано - вплоть до смены и времени. Причем так, чтобы враг не мог понять, что туда добавляется. И эта задача решается просто: во взрывчатку попадает несколько молекул, которые сможет распознать сенсор на основе фотонных технологий.

Другое направление - маркировка лекарств. Известно, что в любой таблетке присутствует совсем малое количество действующего вещества, а основную массу составляют наполнитель и оболочка. Мы можем смешать, скажем, пять красителей в определенной пропорции, потом разбавить до низких концентраций и таким образом промаркировать подлинные таблетки через определенный состав оболочки. Чтобы отличить их от фальшивки, нужно всего лишь положить таблетки на специальную подложку и посмотреть, какой спектр они излучают. Это перспективное направление широко развивается в мире.

В нашей лаборатории в Сколтехе мы разрабатываем сенсор, который может определять уровень кортизола - гормона стресса - в крови человека. Это будет носимый гаджет, передающий информацию в режиме реального времени. Представляете, какая неоценимая вещь для людей, чья работа связана с постоянной концентрацией внимания?

В конце 1960-х в мире шли разговоры о создании боевых лазеров. У нас программой руководил Нобелевский лауреат Николай Басов. Под его руководством создавался боевой лазер, способный поражать баллистическую ракету. Какие области фотоники интересны военным?

Конечно, работы в области боевых лазеров ведутся во всех странах, но это не та тема, на которую можно распространяться. Более активно сегодня обсуждаются возможные метаматериалы (так называют материалы, свойства которых обогатили за счет нанотехнологий.- "О") для маскировки.

- Да, компании не раз заявляли, что готовы создать плащ-невидимку, как в романе Герберта Уэллса.

Это чрезвычайно популярное в медийном пространстве направление. В романе Уэллса невидимость была основана на принципе прозрачности материала. Такой принцип, точнее его имитация, реализуется в настоящее время. Сейчас, например, в Сеуле обсуждается проект строительства башни, которая время от времени становится "прозрачной". Поверхность здания будет подсвечиваться светодиодами, а ряд расположенных на фасадах камер будут в реальном времени транслировать на его поверхность изображение неба. Полностью "активированная" башня должна стать невидимой на фоне неба. Правда, не очень понятно, как решатся вопросы с авиационной безопасностью, учитывая, что недалеко от этого места находится аэропорт.

Другая технология была описана в фантастической книжке - "Невидимая женщина". Там дама окружена оболочкой, которая искажает ход лучей.

Этот принцип реализуется с помощью метаматериалов. Метаматериалы могут искривлять лучи света таким образом, что скрывающийся за ним предмет становится невидимым. Но проблема в том, что это возможно только с очень маленькими объектами - порядка сантиметра - и в узкой области спектра.

Как в том, так и в другом случае о реальной невидимости говорить рано.

Физика на завтра

В ХХ веке развитие той или иной сферы физики определял, как правило, политический заказ. В одном из последних интервью академик Гинзбург рассказывал, что когда американцы сбросили атомную бомбу, зарплата у него поднялась в 3 раза... А что, на ваш взгляд, сегодня движет развитием той или иной области физики?

В последние несколько десятков лет заказ определяется не политическими, а скорее индустриальными потребностями. Ведь как было раньше? Делалось какое-то открытие, изучалось некоторое явление, выявлялись какие-то математические факты и по прошествии довольно значительного времени они находили воплощение в приложениях. Сейчас скорость внедрения такова, что от открытия до появления технологии проходит буквально несколько месяцев. Вся биофотоника возникла лет семь назад, а сегодня без соответствующей лаборатории не обходится ни один крупный центр фотонных технологий.

Поэтому сейчас на Западе развитие физических дисциплин смещается с физических факультетов в инженерные. Именно там сегодня лучше финансирование и там есть индустриальный заказ. Параллельно снижается финансирование физических факультетов. Это такая общая тенденция, которую я наблюдаю как в Европе, так и в США.

- Значит ли это, что грядет перераспределение средств между фундаментальной и прикладной наукой?

Вполне вероятно. Прогресс фундаментальной науки зачастую требует очень крупных капиталовложений. Фундаментальная наука становится очень дорогой, поэтому идет международная кооперация, консолидация финансов. Это общее явление. В свое время у нас в Институте Ландау была такая точка зрения, что настоящей физикой являются только непонятые и непознанные явления. А все остальное - приложение. Так что с этой точки зрения в наши дни фундаментальной наукой будет, предположим, изучение темной материи и темной энергии.

В одном из интервью вы говорили, что качество образования студентов на физических факультетах катастрофически падает. Вы преподаете в США и в России. Это относится к обеим странам?

Падение интереса к науке - общемировая проблема. Она четко прослеживается почти везде. Видимо, человечеству стоит над этим задуматься, потому что рано или поздно это приведет к каким-то негативным последствиям. Да, я констатирую факт, что качество образования студентов после школы снижается. Тому много причин, одна из них - разрушение системы поиска и последующей заботы о талантливых ребятах, особенно из провинции.

Кроме того, современная российская система школ-интернатов испытывает большие трудности, потому что на них выделяются средства как на обыкновенные школы. Академические институты находят какие-то сторонние источники финансирования, но это не их профиль. Этим систематически должно заниматься государство. В советское время как раз эта система, которую сейчас у нас заимствовал Китай, работала очень хорошо.

В США будто бы в свое время копировали советскую систему математических школ, а вот про Китай я еще не слышала...

Когда в Китае я разговариваю с коллегами, то вижу много знакомого - через что в свое время проходили мы. Например, там скопирована советская система олимпиад и отбора лучших учеников. Мне это очень близко, потому что я сам попал в науку именно так. Моя мама была учительницей и выписывала "Учительскую газету", где были напечатаны задания физико-математической олимпиады. Я их решил сразу за все классы и отправил решения по почте. Причем задания были составлены очень мудрыми педагогами, потому что они нивелировали разницу между специализированными школами, которые давали очень хорошие тренинги, и сельскими. Иначе говоря, упор делался на сообразительность, на находчивость, на людей с потенциалом. Сейчас в России этого нет.

- ХХ век многие называют веком ядерной физики. Какая область физики станет флагманом в веке ХХI?

Самая удивительная область современной физики, на мой взгляд,- наука о Вселенной. Темная материя и темная энергия - это загадочные, удивительные явления, которые были открыты и еще ждут своего объяснения. Изучение и разгадка этих явлений приведет к колоссальному прогрессу в нашем понимании устройства мира. А вот фотоника, о которой мы говорили сегодня, в XXI веке сыграет ту же роль, что паровая машина в XIX или электроника в XX веке.

Вычислить свет
Визитная карточка

Физик Ильдар Габитов пришел к увлечению фотоникой через математические формулы. Сейчас он работает сразу в трех направлениях - изучает свойства света, занимается внедрением разработок в жизнь и создает программы по развитию науки

Ильдар Габитов - профессор факультета математики Университета Аризоны (США), директор Центра фотоники и квантовых материалов Сколковского института науки и технологий, ведущий научный сотрудник Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН.

Он родился в 1950-м в семье учительницы и горного инженера. Учился в Ленинградском университете на физфаке. На кафедре математической физики его учителями были знаменитые профессора - Ольга Ладыженская и Василий Бабич. Некоторое время работал в закрытом учреждении под Ленинградом, в Сосновом Бору. Затем - в Институте математики в Бишкеке. Оттуда перешел в Институт Ландау, к академику Владимиру Захарову. В самом начале 1990-х переехал в ФРГ, а затем в Лос-Аламосскую национальную лабораторию США, после чего обосновался в Университете Аризоны. Там проводит большую часть года.

Профессор Габитов автор свыше 100 научных работ по теоретической и математической физике, нелинейной оптике, теории интегрирующих систем, оптико-волоконным коммуникациям, многомасштабным явлениям и наноматериалам, нанофотонике и наноплазмонике. Он признан экспертом многих международных профессиональных ассоциаций, включая National Science Foundation (США), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, US Civilian R&D Foundation (США), Engineering and Physical Sciences Research Council (Великобритания). Является членом ученого совета Сколковского института науки и технологий. Он участвовал в подготовке «Межведомственной программы по научным исследованиям и разработкам в области фотоники на период 2017-2020 годов» Министерства образования и науки РФ.

Оптика – это одна из старейших и уважаемых наук, которая исследует создание, распространение и регистрацию света.

Современный этап развития оптики

В научном мире считают, что три основных открытия последних лет во многом обновили оптику как науку и способствовали усилению ее роли в развитии современных технологий:

1. изобретение лазера;
2. создание оптоволокна, которое имеет низкие потери;
3. конструирование полупроводниковых лазеров.

Эти изобретения дали жизнь новым научным дисциплинам, например:

• электрооптики;
• оптоэлектроники;
• квантовой электроники;
• квантовой оптики и другим.

Термин «электрооптика» используется для обозначения раздела науки, который рассматривает принципы действия, явления и конструктивные особенности оптических устройств, в которых самую значимую роль играют электрические эффекты. К данным оптическим устройствам можно отнести, например:

• лазеры;
• электрооптические модуляторы;
• переключатели.

Оптоэлектроника рассматривает устройства и системы, так или иначе связанные со светом, в которых существенна электронная природа. Примерами таких устройств являются:

• светодиоды;
• жидкокристаллические дисплеи;
• матричные фотоприемники.

Раздел квантовой электроники посвящен устройствам и структурам, основанием которых является взаимодействие световой волны с веществом. К устройствам квантовой электроники можно отнести лазеры и нелинейно – оптические устройства, которые применяют с целью усиления и смещения волн.

Квантовая оптика посвящена, в основном, квантовым и когерентным свойствам света.

Термин «оптические технологии» сейчас используют для описания приборов и систем, которые применяют в оптической связи и оптической обработке информации.

Фотоника как последовательница оптики

Термин фотоника служит отражением связи оптики и электроники. Данная связь усиливается растущей ролью в оптических системах использования полупроводниковых материалов и устройств.

В этой связи электроника исследует процессы управления потоками электрических зарядов в вакууме и веществе, при этом фотоника ответственна за управление фотонами в свободном пространстве или материальной среде. Предметные поля обоих научных разделов перекрываются, поскольку электроны способны управлять потоком фотонов, а фотоны могут управлять потоками электронов.

Название «фотоника» указывает на важность понимания корпускулярной природы света в описании принципов работы многих устройств в оптике.

Фотоника исследует следующие процессы и явления:

• Процессы генерации когерентного света при помощи лазеров и некогерентного света с помощью люминесцентных источников, например, светодиодами.
• Передачу света в свободном пространстве, сквозь «классические» элементы оптики (линзы, диафрагмы и изображающие системы) и волноводы (например, оптические волокна).
• Модуляцию, переключение и сканирование света при этом используются приборы управляемые при помощи электричества, акустически или оптически.
• Усиление и преобразование частоты световой волны при взаимодействии волны с нелинейными материалами.
• Детектирование света.

Результаты исследование фотоники находят применение в оптической связи, обработке сигналов, зондировании, отображении информации, печати и передаче энергии.

Четыре теории света, каждая из этих теория является более общей, чем предыдущая:

• лучевая оптика;
• волновая оптика;
• электромагнитная оптика;
• фотонная оптика.

1. Теорию взаимодействия с веществом.

   Теорию полупроводников и их оптические свойства.

Лучевая оптика в фотонике используется для описания систем получения изображений, пояснения, почему она ограничена при рассмотрении процессов в волноводах и резонаторах.

Скалярную волновую теорию фотоника использует в рассмотрении оптических пучков, она необходима для понимания процессов в лазерах, и Фурье-оптики и является полезной при описании когерентных оптических систем и голографии.

Электромагнитная теория света - это основа рассмотрения поляризации и дисперсии света, оптики направляемых волн, волокон и резонаторов.

Оптика фотонов описывает взаимодействие света и вещества. Она поясняет процессы генерации и регистрации света, смещение света в средах, являющимися нелинейными.

Замечание 1

Фотоника занимается вопросами конструирования и использования оптических, электрооптических и оптоэлетрических устройств.

Фотоника как наука

Замечание 2

Фотоникой называют науку, исследующую фундаментальные основы и применение оптических сигналов в качестве потоков фотонов, в разных устройствах и системах.

Можно определить фотонику как науку о создании, управлении и детектировании фотонов в видимой и инфракрасной части спектра, распространении их в ультрафиолетовой части, инфракрасной части с длинными волнами. В этих областях в настоящее время создают квантовые каскадные лазеры.

Историю фотоники как науки отсчитывают с 1960 года (тогда изобрели лазер). Фотоника сформировалась на базе многих наук (помимо оптики), например:

• физики твердого тела;
• материаловедения;
• информатики;
• физики полупроводников и т.д.

Замечание 3

Сам термин «фотоника» впервые возник в работе А.Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». В 1970 году фотонику стали определять в качестве науки, которая рассматривает процессы и явления в которых носителями информации служат фотоны.

Научные интересы фотоники широки. Если в прошлом она рассматривала вопросы относящиеся, в основном, к телекоммуникациям, то сейчас в сферу ее интересов входят:

• лазеры;
• технологии в области полупроводников;
• исследование в области биологии и химии;
• экологические вопросы;
• нанообъекты;
• информатика и т.д.

Занимаясь созданием, управлением и регулированием оптических сигналов результаты исследований фотоники широко применяются: начиная с передачи информации при помощи оптоволокна до конструирования сенсорных устройств, модулирующих сигналы света, которые происходят при изменении параметров окружающей среды.