计算机技术成就了今天的科技革新;未来的20年,生物技术有望接棒

百家 作者:快公司FastCompany 2020-06-08 14:09:40 阅读:367

[图片来源:PaulCampbell/iStock; Roozbeh Eslami/Unsplash]



长期以来,计算机技术对生物学和生物科技的进步起了至关重要的作用。如今,是时候要反过来了——生物学又能如何带动计算机技术的升级?创新者和投资人应该要关注到这两者之间的关系出现了怎样的演变,以及随之而来的新突破和新领域。

 

前谷歌CEO Eric Schmidt(艾瑞克·施密特)讲过一句话:“有朝一日,生物学毫无疑问能推进计算机技术。”可曾想过,生物与硅的结合能释放多种前所未有的创新,而现在我们已经站在了这个时代的门口。

 

现阶段的生物进化理论基础之一是过去十三年来科学家们比对的人类基因组,然而,直至近几年,计算机技术的发展得以把DNA测序的成本降到足够低、速度提升到足够快,这一图组的创新价值才才开始真正释放出来。在2003年,DNA测序的价格在30亿美元左右;到2016年,1,000美元以内就能实现,在接下来的10年内,甚至有望跌破100美元。而在效率方面,就拿这次疫情举例子,科学家仅用几周时间——相比此前SARS爆发的时候耗时几个月——就完成了新冠病毒的基因测序。

 

科学界越来越关注如何使用这一知识去改造生物有机体,无论是为了医治某种尚未有可行治疗方案的疾病,还是提高农作物的耐热和耐旱属性以缓冲气候变化带来的破坏。在这其中,人工智能和数据分析起了至关重要的催化剂效应。比方说,通过扫描大量患者的基因序列、他们的病史、对不同治疗方案的反应等,研究人员可发现与他们所患疾病相关的基因变异,以及针对不同患者提出最有效的个性化干预与治疗方案。从生物科技公司到各类研究所,全球各地的科研实验室逐步采纳机器自动化软件和感应器等硬件以提高基因测序效率,目前最高记录可实现10倍的提升。

 


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但生物学的应用场景并不限于计算机技术。根据麦肯锡全球研究院于今年5月份发布的一份调研报告,生物革命对全球经济和各行各业均在产生重大影响,包括大健康、农业、日常消费品、能源等。该报告指出,全球经济有60%的“实体”产物(physicalinputs)均可依靠生物手段去创造,这里面的三分之一可依靠直接的生物材料(比如木头),另外三分之二则可通过创新的生物合成手段去实现(比如生物塑胶)。目前全球已有大概400个案例已经成行,光是这400个应用案例就能在接下来的10-20年间产生4万亿美元/年的经济价值,这里面至少有一半是来自于我们现阶段认知里生物学能产生关联的诸如健康、食品等之外的其他领域。


|  生物机器人


这一场事关全球经济的生物革命也不止针对硅基和生物体本身。比如生物机器人这一载体在过去的10年就有了一定的突破,可连接到人类的大脑,继而控制机器体。科学家对神经信号的监测与解读在不断进步,得益于更高质量的脑数据和更精准的机器学习技术。目前最先进的生物机器人界面来自于医疗保健领域,其中神经假体(neuroprosthetics)取得的发展尤为迅猛。传统的假体需要依靠人体支撑,比如手臂假体需要连接肩膀并靠肩部运动去操控手的动作,但下一代的假体则有望借助肌电传感器来感应肌肉(的运动)发出的电信号,甚至通过在患者脑部植入芯片以对身体挪动发出指令。来自麻省理工学院的生物机电工程小组(Biomechatronics Group at MIT)——由休·赫尔(Hugh Herr)带领,他本人是一名截肢患者——正在研究一种新的方式,可复制人体肌肉的配布协作规律,“忽悠”大脑以为原肢仍在,继而更容易地去指示生物假肢的挪动。

 

除了神经假体,研究员也在对大脑进行更多的探索,比如大脑-设备沟通机制(brain-to-device communications),患者的大脑想表达什么,可通过手术植入的神经假体又或者某种头戴式发箍直接输出到“设备”,这一技术比较适用于闭锁综合症患者(注:一种由于脑干血管病变引起的神经性瘫痪症状,可以表现为神智清楚、能够睁眼、闭眼,不能言语、四肢瘫痪,类似于植物人表现)。此外,对大脑的深度刺激——通过电脉冲刺激器连接脑部电极实现——则可用于帮助帕金森患者控制颤抖,并且科学家也在验证这一技术对老年痴呆、抑郁症和焦虑症患者是否管用。

 

诸如此类的技术也被不同程度地结合到消费智能硬件领域,比如游戏设备、健康监测器等,比方说,通过可接收脑电信号的发箍,监测佩戴者的紧张和焦虑程度。航空业也在基于脑控技术在进行一些未来应用场景的开发,因为有实验表明,用大脑控制车辆具备一定的可行性。慕尼黑的一所大学研究员们还写了一套算法,用来记录飞行员的大脑信号,前提是飞行员需要佩戴一顶帽子,在模拟演练中,嵌入算法的这个帽子甚至还能帮助无飞行经验的人士驾驶飞机。


|  生物硬盘


在更远一点的未来,生物学还有望帮助解决当今数字经济的一大难题:储存海量的数据。DNA作为储藏空间是其中一个选择。DNA是已知密度最高也是最稳定的信息存储介质,比传统的硬盘密度要高上百万倍。理论上,1,000克DNA足以存储今天世界上所有的数据,而且不像传统的存储介质,即使在几百年过后数据依然不会受损。


早在2011年,哈佛大学的一个团队就尝试将一本书的内容编码进一小段DNA序列;一年之后,该团队再次成功地并且更精准地将一本拥有过500万字节的电子书数据存储到不到1皮克(10-12克)的DNA中。2013年,欧洲生物信息学研究所(European Bioinformatics Institute)甚至宣称能做到100%的准确率。


人们正在慢慢习惯与机器共存共事,而生物技术的革新的将把人与机器的距离拉得更近。尽管短期内我们较难看到落地的成果,但有眼光的创新企业和投资人已纷纷进入赛道,寻找全新机遇。据悉,包括因特尔、美光科技(Micron)和微软在内的科技巨头均已投资押注生物存储技术。




本文作者迈克尔•崔(Michael Chui)是麦肯锡全球研究院的合伙人,负责研究颠覆性技术如何影响全球商业创新、经济及社会趋势。









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