超越想象，改變世界

李忠東

AR：虛擬和現實實時疊加

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，利用計算機生成一種多源信息融合的、交互式的三維動態模擬環境。而增強現實技術（Augmented Reality，簡稱 AR）則更勝一籌，能實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻和3D模型，目標是把計算機生成的信息實時疊加在現實世界之上并進行互動。

當用戶佩戴裝有AR的設備時，程序就會對輸入的視頻流進行分析，下載大量與該場景有關的信息，并將這些信息與相關數據、圖片或視頻融為一體。它往往以3D形式呈現，讓用戶通過一個頭戴式耳麥或者移動設備來看世界，通過聽、看、摸、聞來增強對現實世界的感知。微軟的全息透鏡技術即采用AR技術，可用于電腦游戲或文檔分析等。AR技術把計算機帶入用戶的真實世界中，實現了從“人去適應機器”到“技術以人為本”的轉變。

如今最流行的一款手機游戲“精靈寶可夢Go”就是其中一例，吸引了數百萬用戶在真實的世界四處游蕩去抓取虛擬的精靈。它把AR技術從小眾科技引入主流視野，將游戲帶入“真實世界”，在讓玩家做一些對健康有益的事情的同時凸現了一個全新、潛在的營銷平臺。作為第一批將數字與真實世界融合的游戲之一，“精靈寶可夢Go”成功的因素之一是新奇性，專家將其視為奠定AR技術未來的一次“登月計劃”。

該手機游戲雖然簡單但非常令人矚目，其主要的與眾不同之處在于采用全球定位系統、地圖和衛星服務等常見技術，并將這些技術與位置服務、地標和人們熟悉的小精靈形象結合起來。它使AR技術與背景的融合成為可能，讓游戲體驗來主導?！熬`寶可夢Go”玩家可以看到他們的化身在真實世界的地面上游蕩，使用一張包括“寶可站點”的地圖，這些站點都是真實世界中的教堂或者公共藝術場館等地標建筑，還有虛擬的體育館來測試他們的能力。玩家用“寶可球”來抓小精靈，作為獎勵可以截取一張展示虛擬的“寶可夢”與現實世界圖景融合的屏幕圖片。游戲的目標是抓住151只原始的“寶可夢”精靈。99%的玩家可能都是第一次體驗AR技術。

另一個例子就是用AR技術來提升博物館的功能，對觀眾頗具吸引力。他們戴上AR眼鏡或者打開AR應用，就可以聆聽虛擬講解員全方位的解說，揭開面前沉寂千年的木乃伊原貌，甚至讓史前巨獸在眼前動起來。加拿大阿爾伯塔省菲利普·柯里恐龍博物館是世界上重要的古生物和自然歷史博物館，展品在引入AR技術后更具有視覺沖擊力，由電腦生成的特效和動畫令人嘆為觀止，給參觀者帶來前所未有的體驗。

在博物館長廊的一頭，一個巨大的屏幕提供了恐龍群之間追逐的分形圖像，這些恐龍群包括厚鼻龍、鴨嘴龍與暴龍。參觀者可以將鏡頭對準各種不同的恐龍骨架，然后點擊相應按鈕來激活它們，在一個被恐龍追趕的環境中來增強互動體驗。在點擊平板設備上的一個圖標時，“復活”后的恐龍骨架便成為一只活生生的恐龍。如果點擊另一個圖標，恐龍周圍就會添加包括侏羅紀、三疊紀、白堊紀與泥盆紀等在內的生態系統。特別值得一提的是，虛擬的交互展覽體驗還延伸到了乘坐直升機在目前發現的、歷史上最密集的分層骨床上參觀。

在悉尼動力博物館和倫敦博物館，AR技術把當下的現實與“增強”了的歷史畫面交織在一起。游客能在自己的智能手機上看到在同一地點拍攝到的不同時期舊城風貌的疊放圖片，追憶已經逝去的滄桑歲月。意大利羅馬瑪德瑪宮博物館的AR技術運用于包括進門指示、路標、視頻講解和全息投影人物等在內的全過程，使人們在館內的任何一個地方參觀都能深切地感受到這項新技術帶來的樂趣。紐約MoMA博物館的AR應用別具一格，允許參觀者提前在線上提交自己的作品，隨后將其內嵌于博物館的虛擬空間里。這種“隱藏展覽”要求創作者必須在現場通過特定的APP，才能與自己的作品“見面”，真是妙趣橫生。

就目前而言，硬件和通訊帶寬的限制使得AR技術無法實現大規模生產，難以滿足用戶的需求。許多使用了AR技術的博物館和旅游App必須要提前下載，并且AR術圖像的質量也往往達不到預期效果。不過隨著成本更低、速度更快、已經配備了AR技術的手機芯片被研發出來，以及功能更豐富的智能眼鏡的上市，再加上帶寬的增加，可以預料AR技術在不久的將來也會像互聯網和實時視頻通話一樣，成為我們日常生活必不可少的一部分。

人工智能能言善辯：Project Debater閃亮登臺

美國IBM公司研究對話式人工智能（AI）已經多年，目的是打造一個可以收集大量客觀事實去做出更加理性明確決策的AI系統。比如在董事會開會時能夠將所有的論點和證據進行權重分析，不含任何情緒地制定出最理性的決策。2018年6月18日，IBM發布了這項更高級的系統，它沒有預先接受相關話題的訓練就能與人類專家開展實時辯論。

IBM在舊金山主辦了兩場別出心裁的辯論賽，最新推出的AI“辯論員”——Project Debater閃亮登場。它的外觀是一個長條形黑色箱子，高1.8米，有一個人那么寬，看起來就像一塊造型特異的廣告屏幕。Project Debater以女性的聲音、自然的節奏“說話”，工作時屏幕會顯示三個浮動的藍色圓點。雖然它的話語有些磕磕絆絆，但充滿自信，所講的內容也不無道理，仿佛是一位學識豐富但有點結巴的教授。

Project Debater的對手是以色列國際辯論協會主席丹·扎夫里先生和2016年以色列國家辯論冠軍諾亞·奧瓦迪亞女士，它要與兩位杰出的人類辯手各辯論一個回合。每一場辯論時間20分鐘，正反雙方各做4分鐘開場白，然后用4分鐘反駁對方的論點，最后兩分鐘做總結。兩場都是它先發言。在臺下，IBM的研究員們緊張地注視著自己的作品。

第一場辯論的題目是“我們是否應該資助太空探索”。Project Debater持正方觀點：“政府應該增加空間探索的費用?！彼U述說：“資助太空探索就像投資在非常好的輪胎上，太空探索可以豐富人類的思想，激勵年輕人。這是非常合理的投資，甚至比優質道路、學校和醫療保健更重要?！眾W瓦迪亞持反方觀點：“政府不應該增加空間探索的費用?！彼岢鲑Y金應該用于更迫切的需求而非宇宙旅行。Project Debater馬上應答道：“人們很容易說有更重要的東西值得你花錢，我不反對這一點，沒有人聲稱那是支出清單上的唯一項目，但您離題了?！?它以稍微不同的言辭重復著太空探索對經濟有利的論點，表示資助太空探索明顯對社會有利，這是政府應該追求的……辯論結束后，記者和IBM員工等約40名現場觀眾投票：這一場奧瓦迪亞勝出。

在第二場辯論中，話題為“我們是否應更廣泛地使用遠程醫療”。Project Debater持“遠程醫療會在醫療中占據更大的比例”的觀點，而扎夫里反之。在辯論過程中，它能夠清楚理解對方觀點，并予以強有力的反駁?，F場觀眾認為Project Debater比扎夫里更有說服力，在評選時它多獲得9票，贏得了這場比賽?！皣逑虏悔A，人類難道連吵架都吵不贏機器了嗎？”有人驚呼，“這難免讓人們不寒而栗，難道AI真的來了？”

在比賽之前，Project Debater根本不知道辯論的話題，無法提前備戰。除了辯論開始的問候和笑話之外，辯論的陳述都是它自由發揮的，沒有固定的陳述詞。它實際上沒有學會某一個具體的話題，但是能夠用數據快速創建一個有說服力的論述。AI系統被訓練用來討論不熟悉的話題，只要資料庫中有大量的相關內容即可。

Project Debater在拿到辯題后，會在第一時間去搜索存錄在近100個知識領域的數億篇文章的資料庫。首先通過消化大量的文本，尋找最相關的觀點和證據，接著在其中選擇最吸引人、最多樣化、支持度最高的論點，然后把這些構建成一個完整的觀點加以敘述。在“聽”完對手的發言之后進行反駁，甚至預測對手可能會提出的辯點，預先攻擊。這個AI“辯論員”還會根據自己論點的說服力去調整呈現出來的語氣，有時甚至說出一些笑話逗觀眾開心。

由于機器不會受到主觀意識和偏見的影響，Project Debater可能會提出更貼近事實的“無偏頗”觀點，給決策者提供更為中立、不受利益影響的信息。AI辯論能力的另一個用途是輔助人們的辯論，快速提供大量正反方的觀點，與人類協同創意，進行大量的辯論模擬。也許不久的將來，它可以幫助我們理解語言是如何使用的，幫助律師構建他們的論點，甚至可以用來鑒別虛假信息。

辯論的規則是基于人而定的，而人們的論點又往往是主觀的。Project Debater必須適應人類的理念，學會如何駕馭我們這個雜亂無章的人類世界，并提出人們認可的論點，輔助人們在答案不是非黑即白時，做出基于證據的決定 ?！斑@套技術使用的軟件不僅能理解自然語言，還能應對判斷積極和消極情緒這樣的高階挑戰。其研發時間已超5年，目前仍處于未完成階段?！盜BM主管、AI的副總裁達里奧·吉爾強調道，“盡管如此，Project Debater仍在與人類專家的辯論中占了上風。接下來的3至5年間，想必會出現無數與之相關的應用。該系統將發揮重要作用，如幫助醫生迅速找到與某個復雜病例相關的研究資料，然后據此分析某套治療方案的優勢?！?h3>人造肉：滿足最佳膳食需求

人造肉是從動物身上提取干細胞，在容器中加入氧氣、糖和其他營養物質進行培育的肉類。細胞培植肉的生產過程聽起來有點像科幻小說?？茖W家選擇擁有最佳遺傳基因的動物，它們具備快速的生長率和高于平均水平的肌肉力量。接著從動物身上提取一份肌肉樣本，用針再從中取出干細胞。然后將干細胞放入培養皿中繁殖，進而分化成構成各類肌肉組織的原始纖維。從一頭牛身上提取的一份組織樣本，可以培育出8萬份四分之一磅重的漢堡肉。

由于通過在動物體外培育細胞繁殖分化不會帶來疾病，人造肉滿足了許多消費者對最佳膳食的要求，包括環境可持續性、是否道德地對待動物、可追溯性和食品安全等。人造肉又叫“干凈肉”，意味著在生產過程中不耗費飼料和水，也不需要進行垃圾廢物處理，解決了人類對肉類的需求和傳統養殖業帶來的環境問題。

數據顯示，肉類和奶制品為人類提供了18%的卡路里和37%的蛋白質。2050年全球人口數量預計將增長至90億，中產階級消費者群體壯大，對蛋白質的需求和消耗量增加，將會加重環境負擔。據統計，僅美國每年就有大約90億只雞和3200萬頭牛被宰殺。研究表明，導致全球變暖的溫室氣體排放有14.5%來自飼養家畜，排放量超過了交通運輸。家畜會排放甲烷氣體，這是一種強效的溫室氣體，而開荒和施肥也會向大氣中釋放大量的碳。

科學家預測，人造肉的生產過程全部在實驗室內完成，不需要培育和屠宰動物，可將有害溫室氣體排放量減少96%。環保人士認為，該產業對抑制氣候變化很有幫助，可能成為遏制全球變暖的關鍵。

2013年，荷蘭馬斯特里赫特大學生物工程學家馬克·波斯特博士率領團隊創造出有史以來的第一整塊人造肉。實驗室有一只超大號恒溫箱，里邊的培養皿中擺著一絲絲透明肉類纖維，每條長約3厘米，寬約1.5厘米。產出這樣一條纖維需要500萬個細胞，而每3000條肉類纖維才能合成漢堡大小的肉塊。波斯特介紹說，做成漢堡大小的第一塊人造肉，需要25萬歐元，并占用兩位技術人員一整年的時間。波斯特研究團隊利用成年動物的肌肉干細胞，目前可分裂20—30次，也就是說1個細胞可以分裂成100萬個。由于分裂次數仍然較為有限，波斯特的肉條仍然很小，要達到人造肉的標準仍需時日。為了使人造肉的口感與現有肉類一模一樣，波斯特開始著手兩個新項目，一個是培養脂肪組織，另一個是增加肉中的肌紅蛋白含量。

美國舊金山一家食物科技公司也在從事動物干細胞人造肉的培育?？茖W家用動物自己的細胞加營養液的方法生產人造肉，具體采用材料分離、檢測以及發現輸出三個步驟。他們首先挑了一只長相端正、毛色富有光澤的公雞，采集它的羽毛，并從羽毛里分離出了一個可以用來生長的細胞。然后用這個細胞作為基本的起始材料，找到讓細胞快速、高密度繁殖的營養素，以縮短從細胞長成肉的時間。而營養素是從植物中提取出來的，包含著從動物身上取下來的細胞生長所需的水、糖、氨基酸、脂質、維生素和礦物質。經過一段時間的培育后，一開始從公雞羽毛里提取出來的細胞就變成了肉。這家食物科技公司表示，人造肉可能即將出現在美國和亞洲國家的各大餐廳，第一批面向餐廳的人造肉包括雞塊、香腸和鵝肝。

實驗室培育的人造肉產品從實驗室走向消費者的菜籃子并最終被端上餐桌，監管非常重要。美國農業部和美國食品藥品管理局攜手對實驗室培育的肉類產品的生產進行監督，維護公共健康，確保人造肉符合標準，安全地出售給全國各地的消費者。根據分工，美國食品藥品管理局負責監管制造人造肉所需細胞在實驗室的收集、儲存和培育的整個過程，這是該機構的傳統職能權限。在這些階段之后由美國農業部接手，主要監督產品的生產和貼標簽的工作。

定制化醫療：因人而異對癥下藥

定制化醫療又稱個性化醫療或精準醫療，是一種以個人基因組信息為基礎，結合蛋白質組、代謝組等相關內環境信息，為病人量身打造的最佳治療方案。這種模式涉及分子診斷技術、大數據及云計算的應用，通過對單個患者相關樣本的采集檢測，并與數據庫中相關疾病的資料進行比對，可以得出相關診斷結果，進行針對性治療。

這種醫療模式有著廣泛的社會效益，一是有助于醫生做出準確的診斷，使患者的治療更有效，副作用更低；二是利于制藥企業在某種程度上降低研發成本，開發出更有針對性的藥物；三是保險業可實現從面向所有患者到有針對性的少數患者的轉變，降低全社會的保險成本。

定制化醫療首先離不開互聯網大數據技術與傳統診療技術手段和體系的結合與改造，其中包括個人健康數據的采集、線上實時健康及醫療服務、線下健康及醫療服務（依托線下醫院或體檢網點）以及在線遠程診療、處方、藥品電商和配送。其次建立在基因測序基礎上的精準個性化診療手段和藥物研發，這方面現在已取得重大突破?；驕y序把DNA序列與疾病或體征聯系起來，要求DNA測序迅速準確，并且降低成本。目前最先進的測序儀能進行高通量測序，使一個全基因組得到快速測序，成本已降至1000美元。與此同時，要求有更好的DNA序列數據理解分析，找到生物信息和疾病的聯系?？茖W家通過研究已經找到了許多基因突變與疾病的關系，并且表明人類的很多疾病都直接或間接地與基因有關。人類基因組中至少有1%的基因序列存在個性差異，數百萬個基因位點的差異決定了藥物治療需要個性化處理。在較為成熟的基因診斷基礎上，不斷進步的基因治療技術推動了定制化醫療的發展。

早期分子診斷工具只對單個分子進行考察，如針對糖尿病分析的就是葡萄糖。但在過去10年間，“組學”技術有所發展，能夠迅速、可靠、低成本地完成基因組測序，或者測量全部蛋白質水平、新陳代謝的副產物、體液或組織樣本中的微生物含量。該技術的常規使用已經開始生成巨大的數據庫，人工智能可以進行挖掘、尋找對臨床有用的新生物標記（即說明體內存在某種疾病的分子）?！敖M學”技術和人工智能技術的結合將開創先進診斷技術的新時代，改變人們對許多疾病的認知和治療方法，也讓醫生能夠針對病人體內的分子含量制定定制化療法。

診斷工具的進步可以幫助醫生識別并量化多種生物標記，從而根據患者的患病可能性、預后結果或對某種療法有反應的概率，把患者分成不同類別，實施精準化療法。一種名叫Oncotype DX的技術能夠對21種基因進行檢測，使一大部分腫瘤具有某些特定特征的患者不必進行化療，從而避免了這種治療產生的嚴重副作用。另一項名叫FoundationOne CDx的技術能夠在腫瘤中的300多種基因中探測到基因變異，意味著可以在病人身上使用基因靶向藥。

基因治療是將人的正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導入人體靶細胞，以糾正基因的缺陷或者發揮治療作用，從而達到治療疾病的目的。從理論上來說，所有的疾病都是可以通過基因治療最后使身體痊愈的。CRISPR-Cas9技術是目前最強大且應用范圍極廣的基因編輯工具，具有搜索和替換DNA的雙重功效，甚至可以讓科學家們通過替換堿基，輕松靈活地寫DNA，用于治療多種遺傳疾病。

世界上第一個正式被批準用于基因治療的病例是先天性腺苷脫氨酶（ADA）缺乏癥。1990年 9 月，美國醫學專家成功地將正常人的ADA基因植入ADA缺乏癥病人的淋巴結內，完成了首例基因治療。迄今為止，能夠通過基因治療的遺傳疾病還不足百種。目前個性化醫療在臨床的實際應用領域涉及腫瘤、糖尿病、高血壓、白血病、婦幼健康和部分傳染病等。乳腺癌患者接受的治療方法在20世紀大都相差無幾，但現在采用的定制化療法可根據不同類型對癥下藥。例如，許多女性的腫瘤會產生雌激素受體，針對這些受體的藥物就能對治療起作用，成為標準術前化療的輔助手段。過去診斷子宮內膜異位癥通常需要做手術，現在一種非侵入式的新檢測技術以唾液為基礎，只需測量“小分子核糖核酸”的數量就可以診斷。

電子療法： 癱瘓病人有望站立行走

電子療法通過電脈沖治療疾病，取得重大突破。近日，美國梅奧診所報告了全世界第一例發生脊髓損傷后下肢完全癱瘓的患者再次自主踏步的案例。這位患者名叫杰里德· 欽諾克，現年29歲，熱愛戶外運動，不幸的是2013年2月他駕駛雪地摩托發生撞擊事故，被甩下來之后又遭受了緊隨其后的摩托的二次傷害，導致肋骨斷裂刺穿肺部。更致命的是，杰里德的三根脊柱骨折引起脊髓損傷，致使整個下半身失去知覺，失去了站立和行走能力。雖然他被迅速送往醫院進行手術，但卻無法改變其脊髓受損的狀況。

2017年初，梅奧診所進行的一項開創性醫療試驗項目給杰里德帶來了希望，他成為參加試驗項目的第一位病人，從中收獲了意想不到的結果。該項目由梅奧神經外科醫生克里斯丁·趙博士和肯達爾·李博士領導的研究團隊實施，旨在利用硬膜外脊髓電擊刺激系統和不斷重復的康復訓練，幫助癱瘓患者恢復站立和行走的能力。

入院之前，杰里德差不多已經癱瘓了3年，只是在最初手術后進行過8周住院康復和5周門診康復治療，以獲得在輪椅上進行各項活動的能力。在隨后兩年多的時間里，他沒有再進行任何訓練。梅奧研究團隊將恢復肌肉和關節功能作為對杰里德進行治療的第一歩，使用標準的康復方式，在康復師和跑步機的幫助下對他進行了為期6個月的站立和行走訓練。

第二歩治療是給杰里德實施植入手術：把電極陣列安裝在受傷區域的正下方、腰骶部脊髓背側硬膜外表面，將計算機控制的小型電擊刺激器植入其右上腹的皮下，用導線將它連接到放在胃部的電池上。使用電視式遙控器打開和關閉系統，這種設備還可以根據需要改變電壓大小。電擊刺激器第一次打開后，電脈沖直接作用于脊髓神經，杰里德的腳趾就能馬上活動。手術后僅僅兩個星期他便可以側臥，能逐步地自主控制肌肉的活動，躺著做出一系列行走的姿勢和動作，吊在吊帶上做類似邁步的運動，并且獨自站立用雙臂保持平衡和支撐?！敖芾锏轮阅軌蚧謴蛯ν炔窟\動的自主控制，他自己的想法起到了推動作用?！笨线_爾·李博士解釋說，“當他想到站立或者邁步的時候，植入的電擊刺激器發出的電脈沖就能夠讓神經元獲得這兩個動作的信號?！?/p>

杰里德接下來的任務更不輕松，進行了100多個訓練療程，針對不同運動和肌肉群進行了43周重復練習。研究人員在不同的階段調整電脈沖頻率、教練輔助水平、安全帶支持和跑步機速度，以使他能夠最大限度地獨立活動。杰里德終于實現了慢慢走路的目標，在一次訓練中通過獨立移動腿部行走了100米，用時16分鐘。他曾經是一名優秀的弓箭手，脊柱受傷使他拉開弓都很困難，在電擊刺激器發出的電脈沖作用下，他可以坐在輪椅上開弓甚至射箭。

另外一種電子療法主要向迷走神經傳遞信號，迷走神經將腦干脈沖發送到大多數器官，再將器官脈沖傳回大腦的神經。這種療法將變得更加全能，能夠大大提升對多種疾病的治療質量。近期，美國食品藥品監督管理局批準用于緩解叢集性頭痛和偏頭痛的非侵入式手持迷走神經刺激設備，這種手持設備可通過脖頸皮膚或耳部向神經發射微弱的電信號。迷走神經并非新型電擊療法的唯一目標，一款能夠緩解戒毒反應的設備2017年底獲食品藥品監督管理局批準，該設備通過耳后皮膚向顱神經和腦神經發射電信號。共有73名戒毒者參與了此次實驗，其中至少31%的人戒毒反應有所減輕。