WE大会上,科学家们是怎样治愈“小破球”的?

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WE大会上,科学家们是怎样治愈“小破球”的?

随着辉瑞宣布新冠疫苗 90% 有效的消息传来,2020 这个被新冠疫情搞得天翻地覆的 ” 史上最难开局 “,也似乎有望迎来一个充满希望的收尾。

也是在这时,我们可以意识到,科学与个体,从来不应该站成两个世界。因为希望的得来,从来不是坐等偶然与神迹,而是在理性与科学的火焰照耀下的艰难前行。

长久以来,科学家与普通人的世界,总会被分成两个部分。前者,是宏大的、想象的,计量尺度常常是百亿光年。而后者是微小的,实实在在的,宇宙的奥秘、量子的变化对具象的生活毫无影响,健康与快乐对个体来说才是重要的。

而在今年,在当下,在腾讯 WE 大会的演讲台上,我从科学中感受到一种慰藉,一种个体被关怀的温度。

这是我观看腾讯 WE 大会的第四个年头,按照以往的逻辑,今年照旧请到了最顶尖的科学家通过演讲来分享前瞻的科技成就。不过在特殊的年份,自然也会出现些许差别。

比如有些科学家们无法抵达北京,只能在世界各地的录影棚里录制演讲内容;在宇宙天文、返老还童等等炸裂的科幻题材之外,科技会怎样让普通人得到切身可感的帮助,成为重心。

(腾讯首席探索官网大为)

腾讯首席探索官网大为在开场中这样解释此次 WE 大会的主题 Blue Spot 蓝点,地球只是一个宇宙中的暗淡蓝点,用科技让人们免于受病毒、台风、洪水、高温等等全球性灾害的肆虐,让我们的家园回归正轨。

一场科学大会,如何治愈你我,改变现状,是我们所关心的。

脑机接口:叶稀枝折处,春风可唤回

2014 年 6 月 12 号下午 3 点半,世界杯在圣保罗开幕,一位男子把双臂放在外骨骼的扶手处,在脑海中想象着踢球的动作,然后,” 踢 ” 出了本届开幕式的第一个球。顺利完成开球之后,他喊出的第一句话不是 ” 我成功了 “,而是 ” 我感觉到球了!”

感觉,这个普通人习以为常的东西,对于这位曾经的游泳运动员 Juliano Pinto 来说,却是久违了十年的体验。

在一次车祸中,他的脊柱 T4 以下全部瘫痪,有头部以下和胸椎中部以上的部位有知觉。十年来,他只能一直坐在轮椅上。直到九年之后,在 Miguel Nicolelis 教授的实验室,借助外骨骼的方式,他开始学习用大脑活动控制轮轴,让自己的两条腿交替运动,足底的触觉传感器会告诉他,他正踩在什么样的地面上。

经过 10 个月的训练,Juliano Pinto 的 7 节脊椎恢复了感知 、活动和运动控制方面的功能,并完成了世界杯开球的动作。

” 这是我 38 年科学生涯中的高光时刻。我从没想过可以走到这一步,但我们做到了。” ——在 2020 年腾讯 WE 大会的直播现场,来自美国杜克大学、脑机接口的权威 Miguel Nicolelis 教授如是说。

他的研究领域,正是脑机接口技术对人类神经康复的作用。

在 2016 年的实验中,和 Juliano Pinto 有类似经历的还有另外七名完全性脊髓损伤患者,有的瘫痪超过 10 年,这些实验者都或多或少恢复了部分身体的感知能力和内脏控制能力,其中甚至包括了一名孕妇。经过相关训练,她的身体知觉大幅恢复,能感受到胎动和子宫收缩。

Miguel Nicolelis 教授也在腾讯 WE 大会上,详细分享了实验从设想到成功的过程。

实验刚开始,他们找了恒河猴来控制最初版本的脑机接口,让猴子像玩电子游戏一样,操纵光标移动到显示屏随机出现的球体上面。每成功一次,猴子就会得到一滴橙汁作为奖励,巴普洛夫看了直呼内行。科学家会记录下猴子大脑中的神经元活动,将这些脑电信号发送给计算机,从中提取出运动指令,再作为电子指令嵌入到机械臂中。

(Miguel Nicolelis 教授(左)在展示一只实验中使用的猴子)

在众多脑机接口中,” 脑 – 机 – 脑接口 ” 被认为是最复杂的一种,这种方式能够让使用者什么都不做,用意念控制物体到达自己面前,实现 ” 隔空取物 “。

对于一些脊柱受伤、无法传输运动指令的患者来说,这种脑机接口可以让采集到的脑电信号绕过损伤部位,以数字形式传输至一个可穿戴式的全新机械身体中,传感器会将感觉反馈到病人的手臂上。这种方法无需手术,更无需开颅植入电极,仅仅使用贴在头皮表面的扁平传感器,用来记录脑电信号。

Miguel Nicolelis 教授举了一个例子。在中国,北京的一位理疗师可以通过脑机接口技术与他 / 她在中国农村的、无法到北京来的截瘫病人进行交流,帮助他们实现康复训练,而且是无创的。

和马斯克等 ” 科技狂魔 ” 为我们描绘的超级人类未来相比,这项技术看起来是那么简单,只不过是为了一个运动员能重新踢球,或是让一个母亲感觉到孩子在肚子里踢她,但却一点都不逊色。

在演讲结尾,Miguel Nicolelis 教授表示:” 为了这一天,我等了 38 年。亲眼见证了这一切,我的每一秒付出都是值得的。”

电子皮肤:抚摩有道,亦可治疾

” 如果我们将来的生活根本没有手机,会是怎样的?” 刚一开场,斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南教授就对 ” 手机党 ” 们提出了灵魂拷问。

她希望用自己的研究成果 ” 电子皮肤 “,将手机功能融入到我们日常所穿的衣服、可穿戴设备上去。那时,人机交互不再是通过触屏、按键来实现,而是依靠电子皮肤的传导,就可以让人与人、人与机器完成交流。

那时,电子材料不再是刚硬的,手机也可以像皮肤一样柔软,可以拉伸,甚至能够自我修复、自我降解,不会变成电子垃圾造成环境污染;

同时,机器人也可以获得前所未有的知觉,可以感知到压力、温度、材质,进而做出更符合常识的判断;

医生在给新生儿做检查的时候,也不用费力地用钉子一样的针扎进婴儿脆弱的血管,通过人造皮肤贴在身上,就可以连续、温和地测量血压等重要的医学信息。

当然,这一切都需要电子皮肤能够将收集来的信号准确地传达给大脑,这也是她在十六年研究生涯中重点突破的方向之一。

鲍哲南教授的研究团队将电子电路以阵列型排布,做成一小块人造皮肤,可以根据不同的压力所导致的变形程度,来分辨出不同的物体。在上面增加一层可变形的薄膜,能够根据不同触感来分辨出所触摸的是草莓还是苹果。

如果温度发生变化,温度传感器材料就会因温度升高而膨胀,里面的金属颗粒会拉开距离,从而改变导电性。最后,人造皮肤会将这些传感器所得到的信号都转化为脉冲信号,直接连接到神经上,进而让大脑能够成功感知。

目前,鲍哲南教授的团队已经把电子皮肤植入实验鼠的身体上,它们可以正常地运动、生活,证明这一系列材料和电子元器件,都在让可感知的柔性人造皮肤化为可能。

诗人陆游曾《疾小愈纵笔作短章》中写道:” 抚摩倘有道,四境皆耕桑。我亦以治疾,不减玉函方。” 或许,未来只是依靠抚摸一寸寸电子皮肤,真的可以帮助我们解决生活中那些难解的痼疾。

嵌合体器官:人与永生的 ” 器 ” 约

你期待永生吗?我本人并没有这种帝王将相才敢追求的奢望,但我会希望我余生都能健康、高质量地度过。但许多病症,随着年龄的增长都会纷至沓来,器官衰老就是其中之一。此外,还有很多病患都会在疾病晚期出现器官衰竭的症状,想要延续生命就必须选择器官移植。

从生命质量的角度来看,仅仅依靠器官捐献显然不足以应对庞大的需求,必然会催生非法贩卖人体器官的黑市。而即便移植成功,也会因为非自体器官而出现可能的排异反应,不得不吃药来抑制。

那可不可以像植物嫁接一样,在动物身上培植人类所需要的器官,再在需要时移植回来呢?斯坦福大学的细胞生物学家中内启光教授,就在为这个最具挑战性的科研项目而努力着。

他们提出的 ” 嵌合体 ” 概念,用两种不同基因细胞(比如人和猪)的混合体,可以在活体动物身上培育器官。

与传统培养皿中用器官生成器官的方法相比,嵌合体在胚胎早期就结合在一起,所以每个组织和器官中都有两种类型的细胞,这就能直接降低排异风险。

在实验中,中内启光教授将小鼠的诱导多能干细胞注入大鼠的囊胚期胚胎,结合生成嵌合体胚胎,再把这些胚胎注入到受体鼠的体内,三周之后,两种鼠类的嵌合体就产生了。其中起到关键作用的,就是诱导多能干细胞。到底怎么个能干法儿?

(干细胞生物学家中内启光)

诱导多能干细胞可以像胚胎干细胞一样活动,并且分化成许多不同的细胞类型,通过培育来自患者的诱导多能干细胞,可以更容易地生成各种可供移植的器官,比如胰脏、胸腺、肝脏、血管和血液,以及脑、肺和甲状旁腺等等。

举个例子,有一位晚期心衰患者,将其诱导多能干细胞注入猪胚胎的囊胚中。这个胚胎事先经过基因改造,无法自我形成心脏,可以被用来生成 ” 人 – 猪 ” 嵌合体,这个嵌合体全身都有人类细胞。长到一定程度后,就可以取出心脏供人体移植。尽管这颗心脏是在猪体内培育的,但心脏细胞完全来自病人自己的诱导多能干细胞,所以本质上属于自体器官移植,移植时和移植后都不需要免疫抑制。

有人可能好奇为什么这里就不用实验室小白鼠了,那是因为小鼠的体型跟人类的差距实在太大了,而发育环境决定了嵌合体的大小,小鼠体内想要长出人体所需要大小的器官是真的难。

中内启光教授也强调,为了符合医学伦理,所有试验都是在得到政府、高校道德委员会、动物实验委员会等机构的批准下进行的。

有多少患者或老年人还在等待着健康器官来挽救或提升他们的生命,那么这个研究就有多值得期许。

当我们谈论科技,我们在谈论什么?

其他几位学者的演讲也很值得一听,比如量子物理学家、中国科学院院士潘建伟提出的量子加密,利用量子纠缠特性来保障国家系统和个人信息安全;

诺贝尔物理学奖获得者 Steven Weinberg,揭秘了 ” 基本粒子标准模型 ” 理论的研究过程,鼓励年轻科学家们探索未知;

卡迪夫大学教授、天文学家 Jane Greaves 领衔的科学团队,在金星大气中首次探测到了磷化氢气体,让探索外星生命更进一步;

加拿大麦吉尔大学的天体物理学家 Victoria Kaspi,凭借新型电波望远镜 CHIME 捕捉到上百次快速射电暴——一种人类尚未破解的神秘现象。

(天文学家 Jane Greaves)

说到这里,我想是时候提出一个 ” 网红 ” 问题:当我们谈论科技,我们在谈论什么?

是立马可以转换成商业经济价值的科研成果吗,还是为了让普通人将 “666” 打在公屏上收获一波眼球?

显然,科学有时没那么 ” 务实 “,上述很多成果仍在实验室的襁褓之中;科学家也是一个 ” 凡人 “,尤其是在疫情下的特殊时期,科学家们走出家门、走进录影棚,无疑都冒着极大的风险。

如果非要推演出结论的话,我想有两点是腾讯 WE 大会上的科学家们所想抵达的:

一是探索创新的可能性。尽管许多技术离落地应用还很远,但这些探索能够启发人们去重新思考我们所遭遇的现实问题。就像脑机接口技术权威 Miguel Nicolelis 教授所说的那样,在实验之初,他并没有想到这些高位截瘫患者能够恢复一定的自主活动能力。他们当时唯一的目标就是制造外骨骼让病人能借助外力动起来。” 有时候基础科学能引领你,到达你从未想象过的地方,为你带来意料之外的发现 ” ——这种可能性,是解决问题的根本力量,也需要各个学科、不同领域之间的一次次击掌,才可能被打开。

二是让理性精神被看见。一场疫情,让不仅让人类意识到了自己的渺小,更让许多国家进入了一个 ” 礼崩乐坏 ” 的阶段,喝消毒液防新冠、认为 99% 的病例 ” 完全无害 “、相信 5G 通信网络能够传播新冠等等。这些违背科学的行为或认知,背后是理性的科学精神与大众认知的断层。弥合这一点,就是在弥合被疫情所破碎的希望。

腾讯青年发展委员会副主席李航就分享了一个故事、在向科学家们发出邀请时,已经 87 岁的诺贝尔获得者 Steven Weinberg 是收到邮件之后马上就答应了。脑机接口专家 Miguel 接到邀请时正在疫情爆发的巴西担任病毒疫情最大研究所的协调员,他认为应该让公众知道科学在发生什么样的变化,让大家相信科学,表示自己一定要站出来。

光有科学家们还不够,怎么打破基础科学不够亲民、不易理解的外壳?为此,WE 大会的组织方腾讯则做了很多工作,比如搭建了不逊色于企业新品发布会的舞台,疫情期间也坚持在在美国、瑞士、英国、加拿大搭建了线下的演讲录制影棚,通过超高水准的仪式感,让科学家去到现场感受社会的热情和期待;

还有就是在传播上吸引年轻人、学生群体的关注,优化线上直播体验、寻找到中国最好的翻译,针对理论物理学等艰深的基础科学提前准备科学电影展示来帮助观众理解。这些动作都与马化腾所提出 ” 让科研工作成为一种新时尚 ” 的主张不谋而合。

地球只是宇宙中渺小的一个 ” 蓝点 “,但疫情所造成的伤痛、混乱,乃至死亡,却会在每个人心中留下巨大而深切的痕迹。能够将人类拖出泥潭的,除了时间,就是希望。

美国诗人梭罗曾经说过,Plain living and high thinking(简单地生活,深闳地思想)。愿你我都能在腾讯 WE 大会的幕布背后,看到生活回归正轨的可能,看到科学精神所点燃的希望之火。

我就是增发、健身、养猫、社交通通拥有的锦鲤本鲤

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