原標(biāo)題:從兩萬七千個(gè)切片構(gòu)建虛擬人類:人體數(shù)字化的今天與未來
人體究竟有多奇妙? 在4.5平方米的皮膚下,我們擁有300萬個(gè)汗腺,1600萬個(gè)毛囊。我們的心臟如同永動(dòng)機(jī)一樣,不斷地收縮舒張運(yùn)送血液。
我們知道學(xué)界一直致力于大腦數(shù)字化的研究,那么人體的數(shù)字化是否同樣也擁有價(jià)值呢?我們能否將每一根肌腱、神經(jīng)甚至所有細(xì)胞都模擬出來,去探索人體生長和衰老的奧秘?
相比神經(jīng)元數(shù)量難以計(jì)數(shù)的復(fù)雜大腦,人體的數(shù)字化似乎沒有那么困難。那么今天我們的人體數(shù)字化已經(jīng)走到了哪一步?又能夠發(fā)揮出哪些作用呢?
基本來說,人體數(shù)字化分為三步,第一步是物理上的數(shù)字化,第二步是生理上的數(shù)字化,第三步則是智能上的數(shù)字化。
物理上的數(shù)字化,是將人體結(jié)構(gòu)在電腦中合成三維圖案,細(xì)致到還原出每一處骨骼和器官,在電腦中調(diào)用查看時(shí),就如同真的在解剖尸體一樣。
生理上的數(shù)字化,則是追蹤人體的各種提升數(shù)據(jù),從心率、體溫再到血壓血糖等等,嚴(yán)格記錄下人體功能應(yīng)用的生理反應(yīng),如此以來可以讓人體在數(shù)字世界中“活起來”。
至于智能上的數(shù)字化,概念就和模擬大腦十分接近了,主要是為了弄明白人類意識(shí)的運(yùn)作方式。
有了以上幾步后,就可以對(duì)真實(shí)人體進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)多源數(shù)據(jù)采集,并通過幾何、物理、生理和智能建模后,構(gòu)建的數(shù)字化人體。
當(dāng)人體被切成兩萬七千片
目前來說,人體數(shù)字化正進(jìn)行到第一步和第二步,第三步則相對(duì)遙遠(yuǎn)。
首先我們可以來看看,物理上的人體數(shù)字化是如何實(shí)現(xiàn)的。
說來有些恐怖,物理上的人體數(shù)字化,是通過對(duì)人類遺體冷凍后切片再掃描而實(shí)現(xiàn)的,也只有這樣,才能將人體精準(zhǔn)的還原成數(shù)字圖像。
從全球來看,美國是率先開啟這一計(jì)劃的國家。從1986年開始籌備,直到13年后的1993年,一位男性死刑犯參與了這項(xiàng)計(jì)劃。當(dāng)時(shí)關(guān)于遺體的身份和自愿性,都引起了很大爭議。1994年,一位死于心臟病的女性又參與了這項(xiàng)計(jì)劃,關(guān)于其自愿與否,至今仍然成謎。
這兩具遺體分別被切割成了1毫米和0.33毫米的切片,并且被記錄成了CT、磁共振成像和解剖圖像,向全球4000所醫(yī)療結(jié)構(gòu)開放數(shù)據(jù)。
在物理人體數(shù)字化中,最著名的志愿者是一位名為蘇珊·波特的女性,她在2000年得知自己罹患癌癥后,便主動(dòng)聯(lián)系了相關(guān)機(jī)構(gòu),稱愿意捐贈(zèng)出自己的遺體。此后在15年的時(shí)間中,她參觀未來將處理自己的手術(shù)刀和切割器,甚至還與參與計(jì)劃的醫(yī)學(xué)生們打成一片。在2015年去世時(shí),物理人體數(shù)字化的技術(shù)也已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步,蘇珊的遺體被切割成了27000片,是至今最為精細(xì)的處理方式。如今醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)正在對(duì)蘇珊的各個(gè)組織、器官、血管等進(jìn)行描繪標(biāo)注,未來將開放出更多細(xì)節(jié)化數(shù)字人體數(shù)據(jù)。
每天記錄自己身上150項(xiàng)數(shù)據(jù),會(huì)獲得更好的生活體驗(yàn)嗎?
相比之下,生理性的人體數(shù)字化進(jìn)展還不夠成熟,大多數(shù)時(shí)候是由移動(dòng)健康創(chuàng)業(yè)公司主導(dǎo)。
加利福尼亞大學(xué)的教授Larry Smarr就是一位人體數(shù)字化記錄支持者,他每天在腰帶上佩戴配建,記錄自己在不同狀態(tài)下的心跳、血壓、運(yùn)動(dòng)量等等150項(xiàng)數(shù)據(jù)。除此之外,他每個(gè)月還會(huì)記錄一次自己的血液指標(biāo)和腸道菌落數(shù)據(jù)。
綜合這些數(shù)據(jù),Larry Smarr認(rèn)為自己可以通過計(jì)算的方式對(duì)自己生活狀態(tài)進(jìn)行量化,如同建立起汽車的儀表盤,好知道什么時(shí)候應(yīng)該“保養(yǎng)汽車”了。
更有甚者,一位來自奧克蘭的創(chuàng)業(yè)者從十五年前就開始記錄自己的人體體征狀況,甚至連第一次接吻時(shí)的心率狀態(tài)都忠實(shí)紀(jì)錄。
據(jù)皮尤研究中心的調(diào)查顯示,有75%使用手環(huán)等體征記錄設(shè)備的人,都愿意與其他人分享自身的數(shù)據(jù)。蘋果曾經(jīng)推出的ResearchKit,也主張全球多款帕金森、糖尿病、心臟病等等應(yīng)用的用戶分享數(shù)據(jù)用作研究。ResearchKit僅僅上線三天,就有超過4.1萬人自愿參與數(shù)據(jù)分享。
雖然用戶本身不介意數(shù)據(jù)分享,但這一過程本身在法律的合理性方面較為敏感,并且耗時(shí)很長。同時(shí)也有科學(xué)家稱,這樣時(shí)時(shí)刻刻記錄自身體征數(shù)據(jù),很容易造成神經(jīng)敏感形成疑病癥狀況,不知道是依靠自己生理上的自然反應(yīng)來判斷健康狀況,還是依賴設(shè)備上的數(shù)據(jù)。
人體數(shù)字化帶來的未來醫(yī)學(xué)世界
人體的數(shù)字化究竟有什么作用?
從物理角度來說,人體數(shù)字化完美解決了醫(yī)學(xué)解剖資源的不足。解剖遺體本身就是一個(gè)不可逆的過程,在醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)、醫(yī)科學(xué)校中非常緊缺。而有了數(shù)字化的人體,解剖再“復(fù)原”的過程可以被無限重復(fù)。尤其是未來結(jié)合上VR、AR技術(shù),這些用數(shù)據(jù)構(gòu)成的人體可以在教學(xué)和科研的過程中發(fā)揮更多作用?;蛟S醫(yī)學(xué)生不再需要圍在實(shí)驗(yàn)室里,在世界各地就可以通過VR眼鏡進(jìn)行遠(yuǎn)程科研工作和學(xué)習(xí)。
而從生理角度來說,人體數(shù)字化則可以在藥物、治療方式等等的實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮作用。通過對(duì)人體體征數(shù)據(jù)的記錄,可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)將生活方式與身體狀況進(jìn)行映射,將睡眠、運(yùn)動(dòng)量等等與身體健康的關(guān)系進(jìn)行映射,從而給出合理的生活方式指導(dǎo)。
如果能夠?qū)崿F(xiàn)分子細(xì)胞層次的物理模擬,更是可以進(jìn)行藥物的虛擬實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn),大幅度降低藥物研發(fā)周期,也可以減少對(duì)人體試藥需要。
當(dāng)然,人體數(shù)字化意味著海量數(shù)據(jù)的處理和傳輸,這一切也要建立在機(jī)器學(xué)習(xí)、5G傳輸、云平臺(tái)等等技術(shù)的支持之上。
相比更復(fù)雜的大腦模擬,人體數(shù)字化已經(jīng)走在了路上。相信不久之后,那些為人體數(shù)字化無私貢獻(xiàn)遺體和數(shù)據(jù)的人,就能在人類醫(yī)學(xué)發(fā)展歷史上發(fā)揮出更多價(jià)值。
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