發(fā)布日期：2017-12-26
正如神經(jīng)學(xué)家V.S.Ramachandran所說，所有顛覆性的新科技都源于一個(gè)可能真實(shí)的、想象出來的概念，而顛覆性的計(jì)算機(jī)技術(shù)，也必然會(huì)帶來醫(yī)療衛(wèi)生保健和生命科學(xué)領(lǐng)域的大變革。
適應(yīng)新科技是一個(gè)緩慢的過程，醫(yī)療相對(duì)其他學(xué)科而言則歷時(shí)更久。1928年亞歷山大·弗萊明發(fā)現(xiàn)世界上第一種抗生素盤尼西林（ Penicillin，青霉素），1929年第一篇關(guān)于盤尼西林的文獻(xiàn)發(fā)表，但此后一直經(jīng)過有效性試驗(yàn)、毒理性試驗(yàn)、改進(jìn)青霉菌發(fā)酵工藝等，歷時(shí)14年，直到1943年才真正解決了盤尼西林大規(guī)模生產(chǎn)的問題。在諾曼底登陸前夕，盤尼西林的數(shù)量已經(jīng)足夠登陸的美國士兵使用。對(duì)于中國，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)直到1958年才得以實(shí)現(xiàn)。
▲二戰(zhàn)宣傳語（感謝青霉素，傷兵可以安然回家）
一個(gè)更近的例子是腹腔鏡手術(shù)（laparoscopic surgery）。腹腔鏡手術(shù)發(fā)現(xiàn)于1901年，具有手術(shù)創(chuàng)傷小、病人痛苦小、恢復(fù)時(shí)間快的優(yōu)點(diǎn)，但是直到90年代才開始廣泛使用。
醫(yī)療行業(yè)適應(yīng)新科技較為緩慢，但新科技帶來的改變通常是顛覆性的。醫(yī)藥的近代史包括一段很長時(shí)間的漸進(jìn)式創(chuàng)新（比如在描繪基因圖譜上做出的努力），共病癥狀引發(fā)的突破性創(chuàng)新（比如單克隆抗體的開發(fā)）。醫(yī)療系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，容易產(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”——微小的變化可以產(chǎn)生大的影響和改變。比如說，1907年，人均壽命很難達(dá)到45歲，到了2007年人均壽命提高到了75歲，而這主要是嬰兒死亡率的顯著改變?cè)斐傻?，嬰兒死亡率的改變則通過一系列關(guān)鍵系統(tǒng)的改革，比如水凈化系統(tǒng)和疫苗接種。
現(xiàn)在，每個(gè)行業(yè)都在被顛覆性的高新技術(shù)所影響，但是醫(yī)療系統(tǒng)又是否足夠成熟去做徹底的改變？2009年，美國高科技法案（HITECH Act）授權(quán)，可在美國廣泛使用電子醫(yī)療記錄（EMR, electronic medical records）。通過醫(yī)療立法，未來可以通過突破性的軟件進(jìn)行徹底的變革，尤其是那些能夠利用大型、復(fù)雜數(shù)據(jù)庫的軟件。我們相信這個(gè)變化會(huì)發(fā)生，因?yàn)槿斯ぶ悄埽ˋI）、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和3D打印技術(shù)這5項(xiàng)高科技正向醫(yī)療領(lǐng)域滲透。
人工智能（AI）
人工智能軟件（Artificial intelligence software）常用來簡單地優(yōu)化程序(知識(shí)工程)或充當(dāng)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)軟件(機(jī)器學(xué)習(xí))。這當(dāng)中一些程序已經(jīng)用于“臨床決策支持”，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)使用，但是還沒有證實(shí)人工智能可以取代人類的評(píng)估。
現(xiàn)在我們看到的假設(shè)生成（hypothesisgeneration）AI程序(語境化)，這些程序有能力提高智能閾值，解析松散的聯(lián)系去發(fā)現(xiàn)之前未找到的意義，醫(yī)藥研究領(lǐng)域用到的IBM公司W(wǎng)atson軟件，就是采用認(rèn)知計(jì)算系統(tǒng)的商業(yè)人工智能。
機(jī)器學(xué)習(xí)能力的進(jìn)步，也提高了智能分析的閾值。戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍的人工智能程序AlphaGo主要的工作原理便是深度學(xué)習(xí)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，智能分析的能力可以超越人類大腦。
未來人工智能在醫(yī)療互動(dòng)，藥物發(fā)現(xiàn)，治療方案決策等方面將發(fā)揮越來越重要的作用。
大數(shù)據(jù)（Big Data）
生物數(shù)據(jù)具有一定深度、密度和多樣化。過去，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在沒有人工排序計(jì)算或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不完整的情況下是無法進(jìn)入電腦系統(tǒng)的。
然而，EMR (電子醫(yī)療記錄，Electronic Medical Record) 出現(xiàn)之后，醫(yī)療系統(tǒng)開始收集非結(jié)構(gòu)化的、實(shí)時(shí)的、綜合的數(shù)據(jù)。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)已經(jīng)能夠運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)，自然語言處理和高級(jí)文本分析程序去解析這些異構(gòu)數(shù)據(jù)。
大數(shù)據(jù)帶來的變革是突破性的，它允許將松散關(guān)聯(lián)的事物處理產(chǎn)生新的假設(shè)。
早期的關(guān)聯(lián)方法，是在19世紀(jì)80年代，由D. R.Swanson教授提出的“基于文獻(xiàn)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)”方法，大意是“從公開發(fā)表的非相關(guān)文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)某些知識(shí)片段間的隱含聯(lián)系，并在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)假設(shè)或猜想，經(jīng)過科研人員進(jìn)行攻關(guān)或?qū)嶒?yàn)”。1986年，D. R. Swanson發(fā)現(xiàn)有的文獻(xiàn)記載了部分雷諾氏病患者血液中有些異常（如血液黏度偏高），又有一些文獻(xiàn)記載了食用魚油能糾正這些異常（如它可降低血液黏度）。通過文獻(xiàn)關(guān)聯(lián)研究，他提出了食用魚油會(huì)對(duì)雷諾氏病患者有益的假設(shè)，發(fā)表在《Raynaud’s disease was loosely associated with fish oil》中，最終這個(gè)科學(xué)假設(shè)被臨床實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。鎂—偏頭痛(migraine and magnesium)、生長調(diào)節(jié)素C—精氨酸(Somatomedin-Cand Arginine)和可作為生物武器的潛在病毒(Potential Bio-warfare Agents)等案例也是通過這種方法獲得的。
依靠人工去發(fā)現(xiàn)這些關(guān)聯(lián)是非常困難的，未來依靠大數(shù)據(jù)的力量將有望發(fā)現(xiàn)新的關(guān)聯(lián)與知識(shí)。
區(qū)塊鏈（Blockchain）
未來區(qū)塊鏈技術(shù)的顛覆性可能堪比互聯(lián)網(wǎng)。
如今，全球區(qū)塊鏈商業(yè)理事會(huì)中國中心已成立。區(qū)塊鏈解決的一個(gè)中心問題是中介信用問題，通俗來講，以前兩個(gè)互不信任的人要合作很難，必須依靠第三方，比如轉(zhuǎn)賬，通過銀行。但通過區(qū)塊鏈技術(shù)，人們可以在沒有中介的情況下實(shí)現(xiàn)雙方互信的轉(zhuǎn)賬行為，區(qū)塊鏈的核心技術(shù)，便可以使陌生的雙方實(shí)現(xiàn)相互信任，通過去中心化實(shí)現(xiàn)安全。中國區(qū)塊鏈應(yīng)用研究中心理事長鄧迪說：“在區(qū)塊鏈上沒有一個(gè)數(shù)字是憑空產(chǎn)生的，沒有任何一個(gè)數(shù)字是可以憑空消滅的，所有數(shù)字的轉(zhuǎn)移和修改都需要在區(qū)塊鏈留下記錄，所以當(dāng)我們看到一個(gè)數(shù)字的時(shí)候他不是一個(gè)孤立的數(shù)據(jù)，而是從產(chǎn)生到現(xiàn)在所有轉(zhuǎn)移，交易，修改的過程。區(qū)塊鏈可以給數(shù)據(jù)以信用”。
區(qū)塊鏈提供了一個(gè)分散的數(shù)字分類帳，合作的各方可以使用區(qū)塊鏈，生成智能合同來提高準(zhǔn)確度和效率。區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)臨床試驗(yàn)技術(shù)，醫(yī)療賬單、藥品供應(yīng)鏈和去識(shí)別病人信息傳輸具有潛在價(jià)值。
醫(yī)學(xué)機(jī)器人
醫(yī)學(xué)機(jī)器人有顛覆性的潛力，因?yàn)樗麄兛梢詷O大地改變生產(chǎn)規(guī)模、再現(xiàn)性和保健服務(wù)的位置。
達(dá)芬奇機(jī)器人（DaVinci robot）可以操縱小于人類的手大小的手術(shù)器械，達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)和腹腔鏡手術(shù)都具有創(chuàng)傷小，術(shù)后疼痛少，恢復(fù)效果快的優(yōu)勢，而達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)比腹腔鏡手術(shù)更精準(zhǔn)，同時(shí)可以避免醫(yī)生長時(shí)間手術(shù)疲勞造成的誤差，使手術(shù)更完美。
▲達(dá)芬奇機(jī)器人
（從左至右依次為：外科醫(yī)生控制臺(tái)、床旁機(jī)械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)）
納米機(jī)器人（Nano-robotics），它是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子”器件。它可以用于非侵入性治療、細(xì)胞修復(fù)和非定域化的治療，如遠(yuǎn)程手術(shù)或美國軍方的Trauma Pod（半自動(dòng)化機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)）可以啟用遠(yuǎn)程護(hù)理。
早在1987年在美國上映的科幻電影《驚異大奇航》中，科學(xué)家將縮小至幾納米的人及飛船注射到人體血管，從而使這些超微小的“參觀者”對(duì)人體各個(gè)器官的組織、運(yùn)行等情況進(jìn)行直接觀察，那時(shí)候，納米級(jí)技術(shù)也僅是一種科學(xué)的幻想，不過如今已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。
▲納米機(jī)器人（模型）
納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具誘惑力的內(nèi)容，相關(guān)資料顯示：第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體；第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置；第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。
有關(guān)專家預(yù)言：用不了多久，個(gè)頭只有分子大小的神奇納米機(jī)器人將源源不斷地進(jìn)入人類的日常生活。中國科學(xué)家和未來學(xué)家周海中在1990年發(fā)表的《論機(jī)器人》一文中甚至預(yù)言：到21世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖墓ぷ骱蜕罘绞健?/p>
醫(yī)用納米機(jī)器人目前仍處于研發(fā)試驗(yàn)階段，還未能進(jìn)入臨床實(shí)用階段。但可以肯定的是，未來幾年內(nèi)，納米機(jī)器人將會(huì)帶來一場醫(yī)學(xué)革命。美國發(fā)明家和未來學(xué)家、谷歌公司工程總監(jiān)雷·科茲威爾在接受《華爾街日?qǐng)?bào)》采訪時(shí)指出：醫(yī)用納米機(jī)器人將來把人腦和云腦(云計(jì)算系統(tǒng))連接起來，屆時(shí)就可以提高人類智力和延長人類壽命，讓我們期待這一天早日到來。
3D打印
3D印刷有潛力通過改變藥品生產(chǎn)、無機(jī)設(shè)備、假體或者醫(yī)用無機(jī)材料來改變醫(yī)療供應(yīng)鏈。
2015年8月5日，首款由美國制藥公司Aprecia采用3D打印制藥技術(shù)ZipDose制備的SPRITAM（左乙拉西坦，Levetiracetam）速溶片，得到美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）上市批準(zhǔn)，并于2016年正式售賣。SPRITAM主要用于治療癲癇，Aprecia的3D打印藥片一個(gè)突出的特點(diǎn)是藥片溶解速度快，適合吞咽困難的患者服用。
左圖：Aprecia的3D打印藥片的溶解右圖：普通藥片的溶解
美國Aprecia公司的3D打印制藥技術(shù)ZipDose簡介
3D打印在組織工程、再生受損或病變的人體組織方面也非常有前景。3D打印用到的生物墨水（bio-inks）可以由活細(xì)胞、cell-supporting水凝膠、細(xì)胞外基質(zhì)（如膠原蛋白、羥基磷灰石（ Hydroxyapatite））來充當(dāng)。哥倫比亞市密蘇里堪薩斯大學(xué)的研究人員，采用活細(xì)胞作為材料開發(fā)出來一種生物墨水，他們希望將來有一天能完成諸如打印出器官衰竭的替代品，雖然只在測試和開發(fā)的早期，但是3D打印技術(shù)的創(chuàng)新，必將帶來醫(yī)藥領(lǐng)域的新格局。
如上提到的5項(xiàng)技術(shù)，任何一項(xiàng)的進(jìn)步都將極大的改變目前的生物醫(yī)學(xué)現(xiàn)狀。我們現(xiàn)在已經(jīng)有能力去使用智能系統(tǒng)來收集大范圍的、準(zhǔn)確的生物信息，使數(shù)據(jù)結(jié)果結(jié)構(gòu)化、通過AI系統(tǒng)分析生成 假設(shè)、生成一個(gè)3D打印的生物器官，并且遠(yuǎn)程控制這些產(chǎn)品。所以，是時(shí)候想想如何通過這些工具來塑造我們的未來了。
參考資料:
1.How Five Technologies AreShaping The Future Of Health Care
2.Raynaud’s disease was looselyassociated with fish oil
3.A brief history of endoscopy,laparoscopy, and laparoscopic surgery
4.Embracing Chaos and Complexity:A Quantum Change for Public Health
5.SWANSON D R. Migraine andmagnesium(Ⅱ): Neglected connections[J]. Perspectives in Biology and Medicine,1988, 31(4): 526-557
6.SWANSON D R. Somatomedin C andarginine: Implicit connections between mutually isolated literatures[J].Perspectives in Biology and Medicine, 1990, 33(2): 157-186
7.SWANSON D R, SMALHEISER N R.Information discovery from complementary literatures: Categorizing viruses aspotential weapons[J]. Journal of the American Society for Information Scienceand Technology, 2001, 52(10): 797-812
8.Trauma Pod: A Semi-AutomatedRobotic Surgery System[J] 《International Journal of Robotics Research》 , 2009 , 2 (2) :136-146
來源：醫(yī)藥魔方數(shù)據(jù)
