Еще десять лет назад применение нейротехнологий в сельском хозяйстве звучало как футуристический эксперимент. Сегодня этот подход начинает выходить за рамки экспериментальной науки и превращается в реальный инструмент на стыке биологии, инженерии и аграрных наук. О том, как нейротехнологии помогают повышать эффективность агропроизводства, рассказал Алексей Мариза, операционный директор компании «Нейророга».
Нейротехнологии выходят за пределы медицины
Нейростимуляция хорошо известна в человеческой медицине. Она применяется при лечении болезни Паркинсона, эпилепсии, хронических болевых синдромов, а также для восстановления зрения, слуха и двигательных функций человека.
По мере развития технологий они начали выходить за пределы медицины. Так, по данным Research and Markets, мировой рынок нейротехнологий к 2028 году достигнет 25,66 млрд долларов при среднем годовом росте 13,8%. Растет и число сфер, куда эти технологии проникают, включая сельское хозяйство, а именно – молочное животноводство.
Почему это важно именно сейчас
По данным Международной молочной федерации, к 2030 году глобальный дефицит молока может составить до 30 млн тонн. Производство растет медленнее, чем спрос, который увеличивается по мере роста населения, а климатическое давление и ограниченность ресурсов усиливаются.
Уже на текущий момент в мире наблюдается деградация около трети почв, причем их восстановление занимает десятилетия. Поэтому расширять площади бесконечно нельзя в силу естественных ограничений. Помимо этого, на производство оказывает влияние удорожание кормов, амортизация оборудования, рост затрат на воду и электроэнергию, содержание помещений, а дополнительную нагрузку создает дефицит кадров. Все это препятствует расширению производства за счет поголовья и увеличения площадей.
В то же время на эффективности ферм сказываются и климатические риски. Исследования показывают, что в периоды жары молочная продуктивность у коров может снижаться на 10% и более. Причем эффект от жары носит не кратковременный характер, так как надои могут оставаться сниженными до 10 дней.
Даже при хорошей системе вентиляции, использовании разбрызгивателей и других подобных мер компенсировать удается лишь часть потерь. Исследования показывают, что такие меры охлаждения покрывают лишь менее 40% недополученной продуктивности. И это серьезная проблема, поскольку по прогнозам климатологов, к середине XXI века потери надоев только из-за теплового стресса могут составлять 1,5-4%.
Однако даже при комфортной температуре животные реагируют на множество внешних факторов. На их продуктивность влияют уровень шума, скученность, социальные конфликты в стаде, смена или нарушение режима кормления, нестабильный режим отдыха, даже перемены в составе стада.
Каждый из этих факторов приводит к снижению молокоотдачи. И хотя фермеры могут минимизировать часть рисков, полностью устранить их в реальном производстве фактически нельзя.
Для потребителя все это означает последовательное повышение цен, сокращение ассортимента и новые риски для продовольственной стабильности.
Как нейроинтерфейсы решают проблему стресса
Современные системы нейростимуляции в сельском хозяйстве по принципу схожи с медицинскими устройствами, но адаптированы под животных. Микропровода имплантируются в зоны мозга, отвечающие за стресс, пищевое поведение и молокоотдачу, а для организации стимулирования к проводам подключается миниатюрный DBS-чип (deep brain stimulation).
С помощью слабых электрических импульсов начинается деликатное точечное воздействие, позволяющее создать регулируемое электрическое поле и запускать естественные биологические реакции организма. Вследствие этого можно снижать уровень адреналина, стабилизировать реакцию на стресс-факторы, улучшать аппетит и отдых, а значит повышать стабильность и объемы молокоотдачи. В совокупности это приводит к устойчивому росту продуктивности без необходимости увеличивать число животных или расширять площади хозяйства.
Кроме того, этот подход имеет и экологическое значение. По данным статистики, на мировое животноводство приходится больше выбросов парниковых газов, чем на нефтегазовую отрасль (14,5% против 10%). Повышение эффективности производства означает, что на каждый литр молока выделяется меньше CO₂, что в контексте климатической устойчивости, конечно же, становится важным аргументом.
Насколько это безопасно
Закономерный вопрос: «А не вредно ли вмешиваться в мозг?» Но исследования и первые пилотные проекты, проведенные российскими учеными, доказывают, что сам процесс имплантации минимально травматичен. Операция проводится под местной анестезией, занимает менее получаса и уже спустя несколько часов, животное возвращается к своему привычному ритму жизни на ферме.
Причем параметры стимуляции задаются в безопасных биологических диапазонах. Ведь если бы воздействие было чрезмерным, оно сразу же приводило бы к снижению продуктивности, поэтому уровень и время воздействия для каждого животного индивидуальны. По сути, нейротехнологии уже легли в основу перехода от экстенсивной модели к модели предсказуемого, устойчивого и ресурсно-эффективного производства.
Однако есть один важный момент. Нейростимуляция – это дополнительный инструмент повышения продуктивности животных. Традиционные методы повышения надоев продолжают оставаться основой – это качественные корма в достаточном количестве, хорошие условия содержания, грамотный уход (от уборки навоза до своевременной подрезки копыт) и, конечно же, работа с генетикой. Нейростимуляция, в свою очередь, помогает усилить их эффект.
Что нас ждет впереди
С учетом роста населения, ограниченности земель и климатического давления сельское хозяйство все острее нуждается в научно-технологических решениях. Нейротехнологии – один из примеров того, как достижения медицины могут менять отрасли, которые десятилетиями опирались на традиционные подходы.
Сам «переход» нейротехнологий из клиники в коровник – уже ранний этап формирования новой парадигмы. И именно такие решения, наряду с другими технологическими достижениями, смогут сыграть важную роль в обеспечении продовольственной стабильности ближайших десятилетий.
Обложка: downloaded from Freepik.