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一場五角大樓的豪賭美國大力推動生物學研究

2015-06-18 09:40:41 來源:《中國科學報》

原標題:大腦植入物 仿生肢體 戰(zhàn)斗外骨骼 ——一場五角大樓的豪賭

  目前,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)正在大力推動生物學研究,但一些科學家質(zhì)疑其高風險手段能否奏效。

  DARPA資助、約翰斯·霍普金斯大學開發(fā)的仿生假肢

  圖片來源:Zackary Canepari

  當Geoffrey Ling提及技術(shù)的未來時,他的觀念可謂天馬行空。Ling熱切地描繪了這樣一個世界:人們的壽命遠遠超過自然長度,意識能被下載到外部的“硬盤驅(qū)動器”里。“未來20年,我們的大腦將能高速旋轉(zhuǎn)。我們已經(jīng)進入了這一領(lǐng)域。”

  接受過神經(jīng)學培訓的Ling還是一位陸軍上校和美國國防部高級研究計劃局(DARPA)首個生物基金辦公室主任。DARPA于2014年4月啟動的生物技術(shù)辦公室(BTO)致力于支持各種天馬行空的技術(shù)設(shè)想,從為士兵設(shè)計的動力外骨骼到能控制精神疾病的大腦植入物。DARPA在其他領(lǐng)域的計劃同樣“瘋狂”。

  1957年,蘇聯(lián)先于美國發(fā)射了世界第一顆人造衛(wèi)星Sputnik。1年后,美國成立DARPA,該機構(gòu)的任務(wù)是預防此類突然事件再次發(fā)生。因此,BTO的項目管理者能夠不經(jīng)過同行評議等復雜過程自由地將數(shù)百萬美元投入到大膽的項目中。而且,通過在技術(shù)研發(fā)階段就與申請者密切合作,該機構(gòu)旨在幫助相關(guān)技術(shù)渡過死亡難關(guān)——從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化應(yīng)用。

  而這個咄咄逼人且高風險的策略已經(jīng)取得了驚人成功,其中最著名的是該機構(gòu)在上世紀70年代研發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。這些成功極大地鼓舞了能源部能源高級研究計劃局(ARPA-E)等一系列模仿者。ARPA-E主要致力于資助高風險的可替代能源研究。

  但有人懷疑DARPA的全速前進模式也能適用于生物學領(lǐng)域。他們認為,生命系統(tǒng)更加復雜,存在大量未知或難以控制及設(shè)計的變數(shù)。而且,由于該機構(gòu)的生物學研究直接適用于人類,因此相關(guān)研究充滿了倫理關(guān)注。例如,旨在生產(chǎn)更綠色生物燃料的合成有機物也可能制造爆炸物,而治療傷員的腦刺激技術(shù)也可能用于提高戰(zhàn)斗力。

  得克薩斯州生物政策顧問Edward Hammond想知道,DARPA在與研究人員接觸時是否心懷不軌。“你不知道DARPA的真實想法是什么。”他說,“它們非常善于尋找那些能解決其感興趣問題的人。”

  雖然如此,許多生物學家依然樂意從國防部(DOD)獲得經(jīng)費以進行創(chuàng)新計劃,例如研發(fā)更好的修復技術(shù)和改善精神健康療法等。而Ling強調(diào),DARPA理解這些擔憂:BTO的每個項目都設(shè)有生物倫理咨詢委員會。此外,他表示,如果幻想的生物技術(shù)不可避免,那么DARPA的職責是投資它們,加快研發(fā)進程。

  “有人認為這是可怕的。”他說,“但我認為這令人興奮。”

  快速反應(yīng)

  自2001年以來,DARPA開始信奉生物科學。當時,炭疽病毒被寄給媒體辦公室和國會議員,引發(fā)了公眾對生物恐怖主義的恐慌。隨后的阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭,促使該機構(gòu)資助神經(jīng)學、心理學和大腦—計算機界面,以幫助受傷的退伍軍人。到2013年,與生物有關(guān)的項目數(shù)量增加,DARPA決定統(tǒng)一加強這些計劃。自然,時任DARPA 科學部副主任的Ling接手了這個新辦公室和2.88億美元的年度經(jīng)費。

  華盛頓州科學史學家George Dyson表示,該辦公室當然會加速研究,原因之一是迅速完成任務(wù)的軍隊文化,縱觀計算機等DARPA正在進行的項目,“軍方總是迅速資助他們感興趣的東西”。

  一個好的案例是DARPA對總統(tǒng)奧巴馬2013年提議的人腦創(chuàng)新計劃的反應(yīng)。該計劃是一個備受矚目的多機構(gòu)合作計劃,致力于理解大腦線路。在資金分配方案出臺前,國立衛(wèi)生研究院(NIH)花費數(shù)月時間設(shè)計了一個10年戰(zhàn)略計劃,科學基金會(NSF)則開展了一個相關(guān)研究項目競賽。而DARPA卻迅速匯集5000萬美元經(jīng)費,投入到幾個5年項目中。

  目前,這些項目已移交給BTO。例如,一個名為“恢復快速存儲”的項目,致力于研發(fā)一種刺激設(shè)備,幫助腦損傷士兵恢復記憶能力。另一個名為SUBNETS的項目,正在研發(fā)一種能治療7種精神病和神經(jīng)失調(diào)的大腦植入物。作為第一步,這兩個項目將監(jiān)控接受了臨時電極植入的癲癇患者的大腦活動。這些電極植入到患者的癲癇發(fā)作初始位置。研究者要求患者進行記憶訓練或執(zhí)行涉及神經(jīng)通路的記憶任務(wù)——這些過程可能受到成癮或抑郁等的損害,并記錄下電路模式。

  但取得成功仍需時間。“毫無疑問,這是非常野心勃勃的計劃。”SUBNETS項目聯(lián)合領(lǐng)導者、加州大學舊金山分校神經(jīng)外科醫(yī)生Edward Chang說,“我不認為會有人天真地認為能在未來5年輕松地解決這些問題。”

  獨特模式

  另外,DARPA的資助過程也讓那些習慣了普通機構(gòu)的細致同行評議過程的研究人員感到不安。在DARPA,大多數(shù)權(quán)力屬于項目管理者,他們周旋于學術(shù)機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)界和海陸空三軍之間。他們還能獨自設(shè)計創(chuàng)新計劃,邀請研究者申請執(zhí)行該項目,并從中選擇他們認為可能完成目標的團隊。然后,他們會在執(zhí)行過程中與研究者合作,指導項目進程。

  DARPA會嚴格要求其經(jīng)費接受者的工作,一旦未能完成時間表,經(jīng)費會被迅速削減。例如,2007年,DARPA開始了一個名為RealNose的項目:開發(fā)具有嗅覺感受器的人工狗鼻子,以偵測化學武器等有氣味物品。但3年后,在了解到受體蛋白在室溫下過于不穩(wěn)定后,該機構(gòu)扼殺了這個項目。

  BTO副主任Alicia Jackson表示,跟隨DARPA安排的研究人員通常能夠自由地發(fā)表其結(jié)果,極少的項目會被歸于秘密等級。但DARPA經(jīng)費接受者也要放棄部分自由:例如,如果他們在研發(fā)過程中意外發(fā)現(xiàn)有趣的問題,也不能用DARPA的經(jīng)費繼續(xù)研究。

  “最初,它是在文化方面的改變。”SUBNETS項目負責人之一、麻省綜合醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生Emad Eskandar說。不過,他與同伴、神經(jīng)醫(yī)生Darin Dougherty認為,DARPA的監(jiān)督能促使項目更好地運行下去。“這幫助我們專注于項目,并不斷向前發(fā)展。”Dougherty說。

  進軍生物領(lǐng)域

  當然,Ling決心證明DARPA的模式也同樣能作用于生物科學領(lǐng)域。其中一個讓他津津樂道的成功是仿生假肢。該假肢由DARPA與生物技術(shù)公司DEKA共同研發(fā),能獲取大腦運動皮層發(fā)射來的電脈沖信號,然后將這些信號翻譯成恰當?shù)男袨椤K軒椭┐髡咄瓿梢恍⿵碗s任務(wù),例如處理軟水果和攀巖等。

  去年,美國食品藥品監(jiān)督管理局批準了這一設(shè)備,DEKA公司表示,目前正在進行商業(yè)化生產(chǎn)。DARPA與約翰斯·霍普金斯大學等機構(gòu)也合作研發(fā)了類似假肢。所有這些假肢正在癲癇患者身上進行試驗,以期大腦植入物能將他們的意圖轉(zhuǎn)化為支配假肢的電脈沖信號。

  BTO還接管了DARPA的健康項目,其中包括試圖將能捕食其他細菌的細菌植入抗菌藥物。而其他項目則有更明顯的軍事用途,例如,能提高士兵力量和速度的外骨骼。一個名為“敘事網(wǎng)絡(luò)”的項目則在研究大腦如何對不同的故事和命令作出反應(yīng),這將有助于說服受侵襲的村民接受美國軍隊的援助,或促使恐怖分子脫離組織。

  Ling和同事懷揣著這樣的理念:越脫離現(xiàn)實越好。“我們在尋找說‘是’而非‘不是’的方式。”他說。

  但對于所有這些突破性進展,沒有證據(jù)顯示DARPA的快速跟進方式比同行評議篩選更有優(yōu)勢。而且,與NSF和NIH等機構(gòu)不同,DARPA不會公開其經(jīng)費,也不會進行內(nèi)部分析,以決定項目管理者是否選擇了最好的團隊和資助了最好的科學。

  但如果DARPA不放慢節(jié)奏以評估其成功與否,那它會評估其項目對社會的影響嗎?Ling說是的,并指出倫理學家會對BTO的項目進行指導。盡管如此,仍有研究人員表示懷疑。俄勒岡健康與科學大學退休神經(jīng)學家Curtis Bell擔心腦刺激等技術(shù)會被用來控制人類,這類似20世紀中葉用來處理麻煩囚犯的腦前額葉切除術(shù)。

  但Ling認為,DARPA需要毫不猶豫地跳出爭議:如果美國不這么做,其他人也會這么做。“我們唯一能做的就是做這件事。在某種程度上,我們也要思考如何減輕它們的不良后果。”

  Ling表示,他計劃在明年能進一步擴展其辦公室,以獲得其他領(lǐng)域的驚人發(fā)現(xiàn)。目前,BTO有11位項目管理者,專門負責從傳染病到自然生態(tài)系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域的創(chuàng)新,并試圖擴展到更遙遠的領(lǐng)域,例如古生物學和天文學等。Ling表示,一位小行星專家將能幫助開發(fā)應(yīng)對外太空威脅的項目以及尋找其他星球上的生命跡象。“毫無疑問,這將是人類歷史上最令人激動的科學新聞。我也希望那是由DARPA資助的。”他說

編輯:崔 凡