超越想象，改变世界

2019-03-27 16:30李忠东

世界文化 2019年2期

李忠东

AR：虚拟和现实实时叠加

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，利用计算机生成一种多源信息融合的、交互式的三维动態模拟环境。而增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR）则更胜一筹，能实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频和3D模型，目标是把计算机生成的信息实时叠加在现实世界之上并进行互动。

当用户佩戴装有AR的设备时，程序就会对输入的视频流进行分析，下载大量与该场景有关的信息，并将这些信息与相关数据、图片或视频融为一体。它往往以3D形式呈现，让用户通过一个头戴式耳麦或者移动设备来看世界，通过听、看、摸、闻来增强对现实世界的感知。微软的全息透镜技术即采用AR技术，可用于电脑游戏或文档分析等。AR技术把计算机带入用户的真实世界中，实现了从“人去适应机器”到“技术以人为本”的转变。

如今最流行的一款手机游戏“精灵宝可梦Go”就是其中一例，吸引了数百万用户在真实的世界四处游荡去抓取虚拟的精灵。它把AR技术从小众科技引入主流视野，将游戏带入“真实世界”，在让玩家做一些对健康有益的事情的同时凸现了一个全新、潜在的营销平台。作为第一批将数字与真实世界融合的游戏之一，“精灵宝可梦Go”成功的因素之一是新奇性，专家将其视为奠定AR技术未来的一次“登月计划”。

该手机游戏虽然简单但非常令人瞩目，其主要的与众不同之处在于采用全球定位系统、地图和卫星服务等常见技术，并将这些技术与位置服务、地标和人们熟悉的小精灵形象结合起来。它使AR技术与背景的融合成为可能，让游戏体验来主导。“精灵宝可梦Go”玩家可以看到他们的化身在真实世界的地面上游荡，使用一张包括“宝可站点”的地图，这些站点都是真实世界中的教堂或者公共艺术场馆等地标建筑，还有虚拟的体育馆来测试他们的能力。玩家用“宝可球”来抓小精灵，作为奖励可以截取一张展示虚拟的“宝可梦”与现实世界图景融合的屏幕图片。游戏的目标是抓住151只原始的“宝可梦”精灵。99%的玩家可能都是第一次体验AR技术。

另一个例子就是用AR技术来提升博物馆的功能，对观众颇具吸引力。他们戴上AR眼镜或者打开AR应用，就可以聆听虚拟讲解员全方位的解说，揭开面前沉寂千年的木乃伊原貌，甚至让史前巨兽在眼前动起来。加拿大阿尔伯塔省菲利普·柯里恐龙博物馆是世界上重要的古生物和自然历史博物馆，展品在引入AR技术后更具有视觉冲击力，由电脑生成的特效和动画令人叹为观止，给参观者带来前所未有的体验。

在博物馆长廊的一头，一个巨大的屏幕提供了恐龙群之间追逐的分形图像，这些恐龙群包括厚鼻龙、鸭嘴龙与暴龙。参观者可以将镜头对准各种不同的恐龙骨架，然后点击相应按钮来激活它们，在一个被恐龙追赶的环境中来增强互动体验。在点击平板设备上的一个图标时，“复活”后的恐龙骨架便成为一只活生生的恐龙。如果点击另一个图标，恐龙周围就会添加包括侏罗纪、三叠纪、白垩纪与泥盆纪等在内的生态系统。特别值得一提的是，虚拟的交互展览体验还延伸到了乘坐直升机在目前发现的、历史上最密集的分层骨床上参观。

在悉尼动力博物馆和伦敦博物馆，AR技术把当下的现实与“增强”了的历史画面交织在一起。游客能在自己的智能手机上看到在同一地点拍摄到的不同时期旧城风貌的叠放图片，追忆已经逝去的沧桑岁月。意大利罗马玛德玛宫博物馆的AR技术运用于包括进门指示、路标、视频讲解和全息投影人物等在内的全过程，使人们在馆内的任何一个地方参观都能深切地感受到这项新技术带来的乐趣。纽约MoMA博物馆的AR应用别具一格，允许参观者提前在线上提交自己的作品，随后将其内嵌于博物馆的虚拟空间里。这种“隐藏展览”要求创作者必须在现场通过特定的APP，才能与自己的作品“见面”，真是妙趣横生。

就目前而言，硬件和通讯带宽的限制使得AR技术无法实现大规模生产，难以满足用户的需求。许多使用了AR技术的博物馆和旅游App必须要提前下载，并且AR术图像的质量也往往达不到预期效果。不过随着成本更低、速度更快、已经配备了AR技术的手机芯片被研发出来，以及功能更丰富的智能眼镜的上市，再加上带宽的增加，可以预料AR技术在不久的将来也会像互联网和实时视频通话一样，成为我们日常生活必不可少的一部分。

人工智能能言善辩：Project Debater闪亮登台

美国IBM公司研究对话式人工智能（AI）已经多年，目的是打造一个可以收集大量客观事实去做出更加理性明确决策的AI系统。比如在董事会开会时能够将所有的论点和证据进行权重分析，不含任何情绪地制定出最理性的决策。2018年6月18日，IBM发布了这项更高级的系统，它没有预先接受相关话题的训练就能与人类专家开展实时辩论。

IBM在旧金山主办了两场别出心裁的辩论赛，最新推出的AI“辩论员”——Project Debater闪亮登场。它的外观是一个长条形黑色箱子，高1.8米，有一个人那么宽，看起来就像一块造型特异的广告屏幕。Project Debater以女性的声音、自然的节奏“说话”，工作时屏幕会显示三个浮动的蓝色圆点。虽然它的话语有些磕磕绊绊，但充满自信，所讲的内容也不无道理，仿佛是一位学识丰富但有点结巴的教授。

Project Debater的对手是以色列国际辩论协会主席丹·扎夫里先生和2016年以色列国家辩论冠军诺亚·奥瓦迪亚女士，它要与两位杰出的人类辩手各辩论一个回合。每一场辩论时间20分钟，正反双方各做4分钟开场白，然后用4分鐘反驳对方的论点，最后两分钟做总结。两场都是它先发言。在台下，IBM的研究员们紧张地注视着自己的作品。

第一场辩论的题目是“我们是否应该资助太空探索”。Project Debater持正方观点：“政府应该增加空间探索的费用。”它阐述说：“资助太空探索就像投资在非常好的轮胎上，太空探索可以丰富人类的思想，激励年轻人。这是非常合理的投资，甚至比优质道路、学校和医疗保健更重要。”奥瓦迪亚持反方观点：“政府不应该增加空间探索的费用。”她提出资金应该用于更迫切的需求而非宇宙旅行。Project Debater马上应答道：“人们很容易说有更重要的东西值得你花钱，我不反对这一点，没有人声称那是支出清单上的唯一项目，但您离题了。” 它以稍微不同的言辞重复着太空探索对经济有利的论点，表示资助太空探索明显对社会有利，这是政府应该追求的……辩论结束后，记者和IBM员工等约40名现场观众投票：这一场奥瓦迪亚胜出。

在第二场辩论中，话题为“我们是否应更广泛地使用远程医疗”。Project Debater持“远程医疗会在医疗中占据更大的比例”的观点，而扎夫里反之。在辩论过程中，它能够清楚理解对方观点，并予以强有力的反驳。现场观众认为Project Debater比扎夫里更有说服力，在评选时它多获得9票，赢得了这场比赛。“围棋下不赢，人类难道连吵架都吵不赢机器了吗？”有人惊呼，“这难免让人们不寒而栗，难道AI真的来了？”

在比赛之前，Project Debater根本不知道辩论的话题，无法提前备战。除了辩论开始的问候和笑话之外，辩论的陈述都是它自由发挥的，没有固定的陈述词。它实际上没有学会某一个具体的话题，但是能够用数据快速创建一个有说服力的论述。AI系统被训练用来讨论不熟悉的话题，只要资料库中有大量的相关内容即可。

Project Debater在拿到辩题后，会在第一时间去搜索存录在近100个知识领域的数亿篇文章的资料库。首先通过消化大量的文本，寻找最相关的观点和证据，接着在其中选择最吸引人、最多样化、支持度最高的论点，然后把这些构建成一个完整的观点加以叙述。在“听”完对手的发言之后进行反驳，甚至预测对手可能会提出的辩点，预先攻击。这个AI“辩论员”还会根据自己论点的说服力去调整呈现出来的语气，有时甚至说出一些笑话逗观众开心。

由于机器不会受到主观意识和偏见的影响，Project Debater可能会提出更贴近事实的“无偏颇”观点，给决策者提供更为中立、不受利益影响的信息。AI辩论能力的另一个用途是辅助人们的辩论，快速提供大量正反方的观点，与人类协同创意，进行大量的辩论模拟。也许不久的将来，它可以帮助我们理解语言是如何使用的，帮助律师构建他们的论点，甚至可以用来鉴别虚假信息。

辩论的规则是基于人而定的，而人们的论点又往往是主观的。Project Debater必须适应人类的理念，学会如何驾驭我们这个杂乱无章的人类世界，并提出人们认可的论点，辅助人们在答案不是非黑即白时，做出基于证据的决定。“这套技术使用的软件不仅能理解自然语言，还能应对判断积极和消极情绪这样的高阶挑战。其研发时间已超5年，目前仍处于未完成阶段。”IBM主管、AI的副总裁达里奥·吉尔强调道，“尽管如此，Project Debater仍在与人类专家的辩论中占了上风。接下来的3至5年间，想必会出现无数与之相关的应用。该系统将发挥重要作用，如帮助医生迅速找到与某个复杂病例相关的研究资料，然后据此分析某套治疗方案的优势。”

人造肉：满足最佳膳食需求

人造肉是从动物身上提取干细胞，在容器中加入氧气、糖和其他营养物质进行培育的肉类。细胞培植肉的生产过程听起来有点像科幻小说。科学家选择拥有最佳遗传基因的动物，它们具备快速的生长率和高于平均水平的肌肉力量。接着从动物身上提取一份肌肉样本，用针再从中取出干细胞。然后将干细胞放入培养皿中繁殖，进而分化成构成各类肌肉组织的原始纤维。从一头牛身上提取的一份组织样本，可以培育出8万份四分之一磅重的汉堡肉。

由于通过在动物体外培育细胞繁殖分化不会带来疾病，人造肉满足了许多消费者对最佳膳食的要求，包括环境可持续性、是否道德地对待动物、可追溯性和食品安全等。人造肉又叫“干净肉”，意味着在生产过程中不耗费饲料和水，也不需要进行垃圾废物处理，解决了人类对肉类的需求和传统养殖业带来的环境问题。

数据显示，肉类和奶制品为人类提供了18%的卡路里和37%的蛋白质。2050年全球人口数量预计将增长至90亿，中产阶级消费者群体壮大，对蛋白质的需求和消耗量增加，将会加重环境负担。据统计，仅美国每年就有大约90亿只鸡和3200万头牛被宰杀。研究表明，导致全球变暖的温室气体排放有14.5%来自饲养家畜，排放量超过了交通运输。家畜会排放甲烷气体，这是一种强效的温室气体，而开荒和施肥也会向大气中释放大量的碳。

科学家预测，人造肉的生产过程全部在实验室内完成，不需要培育和屠宰动物，可将有害温室气体排放量减少96%。环保人士认为，该产业对抑制气候变化很有帮助，可能成为遏制全球变暖的关键。

2013年，荷兰马斯特里赫特大学生物工程学家马克·波斯特博士率领团队创造出有史以来的第一整块人造肉。实验室有一只超大号恒温箱，里边的培养皿中摆着一丝丝透明肉类纤维，每条长约3厘米，宽约1.5厘米。产出这样一条纤维需要500万个细胞，而每3000条肉类纤维才能合成汉堡大小的肉块。波斯特介绍说，做成汉堡大小的第一块人造肉，需要25万欧元，并占用两位技术人员一整年的时间。波斯特研究团队利用成年动物的肌肉干细胞，目前可分裂20—30次，也就是说1个细胞可以分裂成100万个。由于分裂次数仍然较为有限，波斯特的肉条仍然很小，要达到人造肉的标准仍需时日。为了使人造肉的口感与现有肉类一模一样，波斯特开始着手两个新项目，一个是培养脂肪组织，另一个是增加肉中的肌红蛋白含量。

美国旧金山一家食物科技公司也在从事动物干细胞人造肉的培育。科学家用动物自己的细胞加营养液的方法生产人造肉，具体采用材料分离、检测以及发现输出三个步骤。他们首先挑了一只长相端正、毛色富有光泽的公鸡，采集它的羽毛，并從羽毛里分离出了一个可以用来生长的细胞。然后用这个细胞作为基本的起始材料，找到让细胞快速、高密度繁殖的营养素，以缩短从细胞长成肉的时间。而营养素是从植物中提取出来的，包含着从动物身上取下来的细胞生长所需的水、糖、氨基酸、脂质、维生素和矿物质。经过一段时间的培育后，一开始从公鸡羽毛里提取出来的细胞就变成了肉。这家食物科技公司表示，人造肉可能即将出现在美国和亚洲国家的各大餐厅，第一批面向餐厅的人造肉包括鸡块、香肠和鹅肝。

实验室培育的人造肉产品从实验室走向消费者的菜篮子并最终被端上餐桌，监管非常重要。美国农业部和美国食品药品管理局携手对实验室培育的肉类产品的生产进行监督，维护公共健康，确保人造肉符合标准，安全地出售给全国各地的消费者。根据分工，美国食品药品管理局负责监管制造人造肉所需细胞在实验室的收集、储存和培育的整个过程，这是该机构的传统职能权限。在这些阶段之后由美国农业部接手，主要监督产品的生产和贴标签的工作。

定制化医疗：因人而异对症下药

定制化医疗又称个性化医疗或精准医疗，是一种以个人基因组信息为基础，结合蛋白质组、代谢组等相关内环境信息，为病人量身打造的最佳治疗方案。这种模式涉及分子诊断技术、大数据及云计算的应用，通过对单个患者相关样本的采集检测，并与数据库中相关疾病的资料进行比对，可以得出相关诊断结果，进行针对性治疗。

这种医疗模式有着广泛的社会效益，一是有助于医生做出准确的诊断，使患者的治疗更有效，副作用更低；二是利于制药企业在某种程度上降低研发成本，开发出更有针对性的药物；三是保险业可实现从面向所有患者到有针对性的少数患者的转变，降低全社会的保险成本。

定制化医疗首先离不开互联网大数据技术与传统诊疗技术手段和体系的结合与改造，其中包括个人健康数据的采集、线上实时健康及医疗服务、线下健康及医疗服务（依托线下医院或体检网点）以及在线远程诊疗、处方、药品电商和配送。其次建立在基因测序基础上的精准个性化诊疗手段和药物研发，这方面现在已取得重大突破。基因测序把DNA序列与疾病或体征联系起来，要求DNA测序迅速准确，并且降低成本。目前最先进的测序仪能进行高通量测序，使一个全基因组得到快速测序，成本已降至1000美元。与此同时，要求有更好的DNA序列数据理解分析，找到生物信息和疾病的联系。科学家通过研究已经找到了许多基因突变与疾病的关系，并且表明人类的很多疾病都直接或间接地与基因有关。人类基因组中至少有1%的基因序列存在个性差异，数百万个基因位点的差异决定了药物治疗需要个性化处理。在较为成熟的基因诊断基础上，不断进步的基因治疗技术推动了定制化医疗的发展。

早期分子诊断工具只对单个分子进行考察，如针对糖尿病分析的就是葡萄糖。但在过去10年间，“组学”技术有所发展，能够迅速、可靠、低成本地完成基因组测序，或者测量全部蛋白质水平、新陈代谢的副产物、体液或组织样本中的微生物含量。该技术的常规使用已经开始生成巨大的数据库，人工智能可以进行挖掘、寻找对临床有用的新生物标记（即说明体内存在某种疾病的分子）。“组学”技术和人工智能技术的结合将开创先进诊断技术的新时代，改变人们对许多疾病的认知和治疗方法，也让医生能够针对病人体内的分子含量制定定制化疗法。

诊断工具的进步可以帮助医生识别并量化多种生物标记，从而根据患者的患病可能性、预后结果或对某种疗法有反应的概率，把患者分成不同类别，实施精准化疗法。一种名叫Oncotype DX的技术能够对21种基因进行检测，使一大部分肿瘤具有某些特定特征的患者不必进行化疗，从而避免了这种治疗产生的严重副作用。另一项名叫FoundationOne CDx的技术能够在肿瘤中的300多种基因中探测到基因变异，意味着可以在病人身上使用基因靶向药。

基因治疗是将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞，以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病的目的。从理论上来说，所有的疾病都是可以通过基因治疗最后使身体痊愈的。CRISPR-Cas9技术是目前最强大且应用范围极广的基因编辑工具，具有搜索和替换DNA的双重功效，甚至可以让科学家们通过替换碱基，轻松灵活地写DNA，用于治疗多种遗传疾病。

世界上第一个正式被批准用于基因治疗的病例是先天性腺苷脱氨酶（ADA）缺乏症。1990年 9 月，美国医学专家成功地将正常人的ADA基因植入ADA缺乏症病人的淋巴结内，完成了首例基因治疗。迄今为止，能够通过基因治疗的遗传疾病还不足百种。目前个性化医疗在临床的实际应用领域涉及肿瘤、糖尿病、高血压、白血病、妇幼健康和部分传染病等。乳腺癌患者接受的治疗方法在20世纪大都相差无几，但现在采用的定制化疗法可根据不同类型对症下药。例如，许多女性的肿瘤会产生雌激素受体，针对这些受体的药物就能对治疗起作用，成为标准术前化疗的辅助手段。过去诊断子宫内膜异位症通常需要做手术，现在一种非侵入式的新检测技术以唾液为基础，只需测量“小分子核糖核酸”的数量就可以诊断。

电子疗法：瘫痪病人有望站立行走

电子疗法通过电脉冲治疗疾病，取得重大突破。近日，美国梅奥诊所报告了全世界第一例发生脊髓损伤后下肢完全瘫痪的患者再次自主踏步的案例。这位患者名叫杰里德· 钦诺克，现年29岁，热爱户外运动，不幸的是2013年2月他驾驶雪地摩托发生撞击事故，被甩下来之后又遭受了紧随其后的摩托的二次伤害，导致肋骨断裂刺穿肺部。更致命的是，杰里德的三根脊柱骨折引起脊髓损伤，致使整个下半身失去知觉，失去了站立和行走能力。虽然他被迅速送往医院进行手术，但却无法改变其脊髓受损的状况。

2017年初，梅奥诊所进行的一项开创性医疗试验项目给杰里德带来了希望，他成为参加试验项目的第一位病人，从中收获了意想不到的结果。该项目由梅奥神经外科医生克里斯丁·赵博士和肯达尔·李博士领导的研究团队实施，旨在利用硬膜外脊髓电击刺激系统和不断重复的康复训练，帮助瘫痪患者恢复站立和行走的能力。

入院之前，杰里德差不多已经瘫痪了3年，只是在最初手术后进行过8周住院康复和5周门诊康复治疗，以获得在轮椅上进行各项活动的能力。在随后两年多的时间里，他没有再进行任何训练。梅奥研究团队将恢复肌肉和关节功能作为对杰里德进行治疗的第一歩，使用标准的康复方式，在康复师和跑步机的帮助下对他进行了为期6个月的站立和行走训练。

第二歩治疗是给杰里德实施植入手术：把电极阵列安装在受伤区域的正下方、腰骶部脊髓背侧硬膜外表面，将计算机控制的小型电击刺激器植入其右上腹的皮下，用导线将它连接到放在胃部的电池上。使用电视式遥控器打开和关闭系统，这种设备还可以根据需要改变电压大小。电击刺激器第一次打开后，电脉冲直接作用于脊髓神经，杰里德的脚趾就能马上活动。手术后仅仅两个星期他便可以侧卧，能逐步地自主控制肌肉的活动，躺着做出一系列行走的姿势和动作，吊在吊带上做类似迈步的运动，并且独自站立用双臂保持平衡和支撑。“杰里德之所以能够恢复对腿部运动的自主控制，他自己的想法起到了推动作用。”肯达尔·李博士解释说，“当他想到站立或者迈步的时候，植入的电击刺激器发出的电脉冲就能够让神经元获得这两个动作的信号。”

杰里德接下来的任务更不轻松，进行了100多个训练疗程，针对不同运动和肌肉群进行了43周重复练习。研究人员在不同的阶段调整电脉冲频率、教练辅助水平、安全带支持和跑步机速度，以使他能够最大限度地独立活动。杰里德终于实现了慢慢走路的目标，在一次训练中通过独立移动腿部行走了100米，用时16分钟。他曾经是一名优秀的弓箭手，脊柱受伤使他拉开弓都很困难，在电击刺激器发出的电脉冲作用下，他可以坐在轮椅上开弓甚至射箭。