论文部分内容阅读
研究人员正试图在抽血和活检之外，找到追踪人体健康细微变化的方法。
2018年11月，旧金山的杜比实验室里的影院里坐着一群兴奋的观众，他们正在观看《徒手攀岩》，影片讲述了攀岩者亚历克斯·霍诺尔德在没有绳索跟安全防护的情况下，徒手攀爬海拔2300米的花岗岩悬崖登上酋长岩的惊险历程，酋长岩位于美国加利福尼亚州优胜美地国家公园里。
在影院的地板上，一套微型传感器正在监测观众的呼吸。杜比的首席科学家波比-克拉姆解释说：“当人们感到紧张、兴奋或者情绪高涨时，呼吸里的化学成分会产生变化。诸如肌肉紧张、心跳加速等等，都会影响人们的呼吸方式和成分。”这套传感器会检测人体呼出的二氧化碳，它是跟情绪相关的生理过程的生物标志物。
电影放映时克拉姆并不在影院里，但当她拿到呼吸监测结果时，她能明显看出霍诺尔德攀爬过程中最紧张的点。她说：“你能看到他在哪里决定放弃，又在哪里继续向上爬。这些都通过二氧化碳的高峰和低谷表现了出来。我也玩攀岩，看起来非常清楚：就好比是身处观众席，我们一起和他完成了攀登一样。”
这个实验只是克拉姆在杜比实验室主持的多项实验里的一个，她把新的感官和数据科学整合，开发新奇的未来科技，以期提升人类的感官体验。她的团队一部分工作是了解人体生理是如何跟科技互动及其未来变化，主要途径是测量人体的生物反馈，从呼出的二氧化碳，到语言模式，到细微的面部表情，瞳孔的大小和特定位置皮肤的温度等等。
克拉姆坚持认为，挖掘这些生物学数据能够显著改善人们对疾病的诊断和治疗。尽管现在人们对共享个人数据普遍存在疑虑，她认为检测和收集这些人体微妙生理信号的信息的能力，可能带来一场个性化医疗革命：“我相信我们生活在这样一个前所未有的时代，科学技术将会比很多医院门诊更清楚患者的身心健康状况。”
越来越多的科学家、公司和投资者也致力于这一领域，他们掌握着个体生物数据的潜在力量，而这些数据我们每个人都在无意识地时刻发送着。我们的语言模式，步态、呼气里的化合物，都提示着在今后生活中罹患某种疾病的可能性。
我们瞳孔扩张的方式可以显示出情绪状态，以及有多努力在理解某样东西;释放到皮肤表面的荷尔蒙则能指示压力水平;甚至我们点击和滑动智能手机屏幕的方式也能表明认知状态。
从可穿戴设备到环境里的监控技术，传感器在我们的生活中无处不在，通过他们收集到的数据能建立我们的个人健康档案。克拉姆把这个数字发展阶段叫做“共情时代”，大量的传感器及其收集到的生物大数据会让人更清楚看到个体的差异，不仅体现是情绪或者感知上，还体现在健康上。
克拉姆有着实验心理学和神经生理学的背景，作为斯坦福大学的兼职教授，她为采用生物反馈来创建个性化虚拟现实（VR）和增强现实（AR）游戏的研究提供建议。这些游戏常常被用作康复治疗，比如最近的一项研究里，计算机科学家和一个篮球队合作，开发了一个针对帕金森患者的VR平衡训练游戏。在这个项目里，用传感器测量到的步态和认知负荷等生物信号，再还回到游戏中，从而根据个体需求进行定制。
过去八年半在杜比实验室的时间里，克拉姆投注了很大的热情在探索个体如何体验技术，以及把这些不同的体验纳入新发明里。“目前，技术表现得—刀切。如果你想构建一项成功的技术，事实上你需要把内在的体验融入设备的运作方式中。”她的研究充分利用了生物数据的深度和广度。
例如瞳孔测量，研究导致人体瞳孔扩张和收缩的原因，能解释个体几组不同的信息。瞳孔有光反射，反映参与程度，显示认知负荷，当人们对某个信息感到理解吃力的时候瞳孔会放大。很快市场上卖的每一副智能眼镜都会带有追踪瞳孔变化的功能，配上手机和环境里无处不在的麦克风，外加上AI驱动的音频分析，就能找出引起瞳孔变化的原因，无论那是信息量很大的对话还是充满压力的互动。综合这些丰富的数据流来解读个体的身心状态也能运用到疾病诊断上。我们的技术有可能更好地提升认知，在生活、复健、工作等各方面表现得更好。
自拍指甲照片检测贫血
美国埃默里大学科研人员开发了一套App，能通过分析指甲床照片的颜色和技术元数据，计算血液中的血红蛋白浓度。一项由100人参与的临床评估显示，该App估算血红蛋白浓度的灵敏度和准确率与现有贫血检测诊断工具几乎一样高。
智能手环监测心理疾病
哈佛大学科研人员发现，通过智能手环及跟其相连的手机App 可以识别心理疾病信号，甚至预测心理健康状况。有公司也在进行类似研究并尝试商业化，Mindstrong用数字生物标志物——使用手机时的滑动和点击模式——能检测使用者的心理健康狀况，并提前一周预测出患者的抑郁期。去年2月，它与总部位于东京的武田制药合作，共同开展针对精神分裂症和治疗抵抗性抑郁症等疾病的数字生物标志物的研发。此外，Alphabet旗下的Verily也在研究使用智能手机和手表检测创伤后应激障碍。
可吞咽式传感器检测肠道气体
澳大利亚皇家墨尔本理工大学开发出一种可吞咽式小型胶囊，包含气体传感器、温度传感器、微控制器等。这个胶囊设备能够检测到氧气、氢气和二氧化碳等肠道中微生物群落在食物发酵过程中产生的气体，从而监测饮食状况和定制饮食方案。
语言分析预测压力应激反应
卡耐基梅隆大学的心理学家通过对143位志愿者的语言和受逆境影响的基因在其白血球中的表达进行分析，发现功能词汇在预测压力、抑郁和焦虑比自我报告更准确。研究人员指出，压力大的人使用情绪加强副词的频率更高，比如“真的”、“不可思议的”等词汇。
Owlstone Medical是众多把传感器引进医疗保健领域的公司中的一间，它的总部位于英国剑桥，该公司开发了呼吸分析仪，能记录呼出气体的生物信息。该项发明包括一个一次性塑料面罩，面罩底部有四根金属管子，管子内部有吸附剂，能吸附呼出气体中的有机化合物。这些化合物是机体新陈代谢的副产物，来自肠道微生物菌群的活动，摄入食物和药物的分解。这些化合物也可能是来自周围环境的化学物质。这些化合物进入血液，然后进入呼吸道（每分钟体内所有的血液都会流经一次肺部）。因此，单次一分钟长的呼吸样本就能直接读出机体的运作和健康状况。 Owlstone Medical的投资者关系负责人克里斯·克拉克斯顿说：“呼吸作为一个表型，实际上能提供很广泛的个人健康信息概况。”该公司拥有目前世界上唯一的商用人体呼吸活检实验室。呼吸活检设备的便携性和非侵入性意味着它可以在任何地方使用，不管是在医生的办公室、在医院里，还是在家里。这项诊断聚焦在识別呼吸道疾病的精确生物标志物上。克拉克斯顿说：“我们目前处于这样一个阶段，将特定的化学物质与特定的条件、潜在的疾病或者生物学状态联系起来。”
他们正在进行世界上有史以来规模最大的呼吸生物标志物实验，该实验由NHS（英国国民医疗服务体系）资助，收入了4000名病患，以确定肺癌早诊的生物标志物。他们也在识別能反映体内药物效果的基于呼吸的生物标志物，用以帮助制药公司开发更加有效和更有针对性的治疗。此外，公司正在构建个性化的呼吸测试，诸如检测化学品暴露的，未来可用于有危险化学品职业暴露的员工。
今年，他们也将实验室扩展到了海外。2月20日，该公司宣布与上海交通大学医学院附属仁济医院合作，开展肺癌早期检测的呼吸活检临床试验，项目获得了李嘉诚基金会的支持。他们还计划在美国开设新的实验室。克拉克斯顿表示，他们的目标是把呼吸作为跟血液、尿液并列的诊断样本类型。
其他一些公司也在转向通过更多非常规的信息来诊断疾病。
有研究表明，声音能预示着阿尔茨海默氏症的早期症状，语言模式变化是该疾病的先兆，而通过技术手段能检测到这种变化。IBM跟大学研究人员联手打造了能分析语音中语法和语义的AI，可以预测病患的精神病发作。以色列公司VoiceSense在开发识別话语节奏、语调和呼吸模式的技术，用来分析个体的情绪状態，这项技术能预测个体罹患抑郁症、创伤后应激障碍和药物滥用的倾向。一些研究人员正在探索特定呼吸暂停和言语中断跟心脏病风险的关联，此类微妙信号在常规医院门诊中可能不容易被发现，但是机器能监测出来，技术能帮助人们更早地发现疾病从而进行干预。
从2012年开始，麻省理工学院的计算科学教授迪娜·卡塔比开发了一套远程睡眠检测系统，研究人员把传感器封装在一个方形的白色盒子里然后挂在墙上，传感器能跟踪个人的呼吸、运动、步态、睡眠模式和心跳。这个设备看起来像个Wi-Fi盒子，并不需要你特别做什么，就能持续收集用户的健康数据。卡塔比通过自己的初创公司Emerald实现了这一设备的商业化，旨在面向阿尔茨海默氏症和帕金森患者。这套设备的原理是发射低强度电磁波，探测到人们在房间里的活动，然后通过机器学习来提取数据中嵌入的生理信号。通过跟患者的数字档案进行比对，可以看出步态是退化还是改善了，呼吸心跳和睡眠模式有无变化。这对于发现疾病的早期征兆及新疗法的效果都有帮助。
Emerald目前正跟制药公司和生物技术公司合作开展临床试验，测试某些药物的疗效。卡塔比说她希望能提升监控设备来发现更细微的生理信号，像是血压变化什么。她希望开发这项技术的机器学习，让它智能地处理监测到的信号，不光是收集信号和数据，而是真正做到理解这些监测结果的意义。最终技术能够对一个病患的步态和睡眠模式作出反应，比如需要增加或减少用药的剂量，然后提醒护理人员。卡塔比认为这项技术未来能填补医院和家庭护理之间的空白，让更多的老年人和重病患在健康监控到位的情况下能独自在家生活。
对很多人来说，用各种新技术不断挖掘人体生物数据的理念本身就是一个错误，特别是在数据隐私的重要性凸显的时候。尽管人们知道这些数据流能带来的裨益，但他们仍然会很谨慎。克拉姆自认也很谨慎，但她认为无处不在的技术能提升护理和生活质量。
她说几年前连续有三位近亲离世，而技术在他们生命最后扮演了重要角色，也影响了她跟亲属之间的互动。之后她才意识到了这一领域能带来的好处。她认为，涉及个人数据时无可避免将产生实践问题和哲学问题，而能为医疗保健带来革命性变化会促使人们去解决那些问题，这些挑战都是值得的。
（来源：Wired Health）
2018年11月，旧金山的杜比实验室里的影院里坐着一群兴奋的观众，他们正在观看《徒手攀岩》，影片讲述了攀岩者亚历克斯·霍诺尔德在没有绳索跟安全防护的情况下，徒手攀爬海拔2300米的花岗岩悬崖登上酋长岩的惊险历程，酋长岩位于美国加利福尼亚州优胜美地国家公园里。
在影院的地板上，一套微型传感器正在监测观众的呼吸。杜比的首席科学家波比-克拉姆解释说：“当人们感到紧张、兴奋或者情绪高涨时，呼吸里的化学成分会产生变化。诸如肌肉紧张、心跳加速等等，都会影响人们的呼吸方式和成分。”这套传感器会检测人体呼出的二氧化碳，它是跟情绪相关的生理过程的生物标志物。
电影放映时克拉姆并不在影院里，但当她拿到呼吸监测结果时，她能明显看出霍诺尔德攀爬过程中最紧张的点。她说：“你能看到他在哪里决定放弃，又在哪里继续向上爬。这些都通过二氧化碳的高峰和低谷表现了出来。我也玩攀岩，看起来非常清楚：就好比是身处观众席，我们一起和他完成了攀登一样。”
人体微妙的信号
这个实验只是克拉姆在杜比实验室主持的多项实验里的一个，她把新的感官和数据科学整合，开发新奇的未来科技，以期提升人类的感官体验。她的团队一部分工作是了解人体生理是如何跟科技互动及其未来变化，主要途径是测量人体的生物反馈，从呼出的二氧化碳，到语言模式，到细微的面部表情，瞳孔的大小和特定位置皮肤的温度等等。
克拉姆坚持认为，挖掘这些生物学数据能够显著改善人们对疾病的诊断和治疗。尽管现在人们对共享个人数据普遍存在疑虑，她认为检测和收集这些人体微妙生理信号的信息的能力，可能带来一场个性化医疗革命：“我相信我们生活在这样一个前所未有的时代，科学技术将会比很多医院门诊更清楚患者的身心健康状况。”
越来越多的科学家、公司和投资者也致力于这一领域，他们掌握着个体生物数据的潜在力量，而这些数据我们每个人都在无意识地时刻发送着。我们的语言模式，步态、呼气里的化合物，都提示着在今后生活中罹患某种疾病的可能性。
我们瞳孔扩张的方式可以显示出情绪状态，以及有多努力在理解某样东西;释放到皮肤表面的荷尔蒙则能指示压力水平;甚至我们点击和滑动智能手机屏幕的方式也能表明认知状态。
从可穿戴设备到环境里的监控技术，传感器在我们的生活中无处不在，通过他们收集到的数据能建立我们的个人健康档案。克拉姆把这个数字发展阶段叫做“共情时代”，大量的传感器及其收集到的生物大数据会让人更清楚看到个体的差异，不仅体现是情绪或者感知上，还体现在健康上。
克拉姆有着实验心理学和神经生理学的背景，作为斯坦福大学的兼职教授，她为采用生物反馈来创建个性化虚拟现实（VR）和增强现实（AR）游戏的研究提供建议。这些游戏常常被用作康复治疗，比如最近的一项研究里，计算机科学家和一个篮球队合作，开发了一个针对帕金森患者的VR平衡训练游戏。在这个项目里，用传感器测量到的步态和认知负荷等生物信号，再还回到游戏中，从而根据个体需求进行定制。
过去八年半在杜比实验室的时间里，克拉姆投注了很大的热情在探索个体如何体验技术，以及把这些不同的体验纳入新发明里。“目前，技术表现得—刀切。如果你想构建一项成功的技术，事实上你需要把内在的体验融入设备的运作方式中。”她的研究充分利用了生物数据的深度和广度。
例如瞳孔测量，研究导致人体瞳孔扩张和收缩的原因，能解释个体几组不同的信息。瞳孔有光反射，反映参与程度，显示认知负荷，当人们对某个信息感到理解吃力的时候瞳孔会放大。很快市场上卖的每一副智能眼镜都会带有追踪瞳孔变化的功能，配上手机和环境里无处不在的麦克风，外加上AI驱动的音频分析，就能找出引起瞳孔变化的原因，无论那是信息量很大的对话还是充满压力的互动。综合这些丰富的数据流来解读个体的身心状态也能运用到疾病诊断上。我们的技术有可能更好地提升认知，在生活、复健、工作等各方面表现得更好。
生物数据检测健康，还有这些
自拍指甲照片检测贫血
美国埃默里大学科研人员开发了一套App，能通过分析指甲床照片的颜色和技术元数据，计算血液中的血红蛋白浓度。一项由100人参与的临床评估显示，该App估算血红蛋白浓度的灵敏度和准确率与现有贫血检测诊断工具几乎一样高。
智能手环监测心理疾病
哈佛大学科研人员发现，通过智能手环及跟其相连的手机App 可以识别心理疾病信号，甚至预测心理健康状况。有公司也在进行类似研究并尝试商业化，Mindstrong用数字生物标志物——使用手机时的滑动和点击模式——能检测使用者的心理健康狀况，并提前一周预测出患者的抑郁期。去年2月，它与总部位于东京的武田制药合作，共同开展针对精神分裂症和治疗抵抗性抑郁症等疾病的数字生物标志物的研发。此外，Alphabet旗下的Verily也在研究使用智能手机和手表检测创伤后应激障碍。
可吞咽式传感器检测肠道气体
澳大利亚皇家墨尔本理工大学开发出一种可吞咽式小型胶囊，包含气体传感器、温度传感器、微控制器等。这个胶囊设备能够检测到氧气、氢气和二氧化碳等肠道中微生物群落在食物发酵过程中产生的气体，从而监测饮食状况和定制饮食方案。
语言分析预测压力应激反应
卡耐基梅隆大学的心理学家通过对143位志愿者的语言和受逆境影响的基因在其白血球中的表达进行分析，发现功能词汇在预测压力、抑郁和焦虑比自我报告更准确。研究人员指出，压力大的人使用情绪加强副词的频率更高，比如“真的”、“不可思议的”等词汇。
技术带来的医疗保健革命
Owlstone Medical是众多把传感器引进医疗保健领域的公司中的一间，它的总部位于英国剑桥，该公司开发了呼吸分析仪，能记录呼出气体的生物信息。该项发明包括一个一次性塑料面罩，面罩底部有四根金属管子，管子内部有吸附剂，能吸附呼出气体中的有机化合物。这些化合物是机体新陈代谢的副产物，来自肠道微生物菌群的活动，摄入食物和药物的分解。这些化合物也可能是来自周围环境的化学物质。这些化合物进入血液，然后进入呼吸道（每分钟体内所有的血液都会流经一次肺部）。因此，单次一分钟长的呼吸样本就能直接读出机体的运作和健康状况。 Owlstone Medical的投资者关系负责人克里斯·克拉克斯顿说：“呼吸作为一个表型，实际上能提供很广泛的个人健康信息概况。”该公司拥有目前世界上唯一的商用人体呼吸活检实验室。呼吸活检设备的便携性和非侵入性意味着它可以在任何地方使用，不管是在医生的办公室、在医院里，还是在家里。这项诊断聚焦在识別呼吸道疾病的精确生物标志物上。克拉克斯顿说：“我们目前处于这样一个阶段，将特定的化学物质与特定的条件、潜在的疾病或者生物学状态联系起来。”
他们正在进行世界上有史以来规模最大的呼吸生物标志物实验，该实验由NHS（英国国民医疗服务体系）资助，收入了4000名病患，以确定肺癌早诊的生物标志物。他们也在识別能反映体内药物效果的基于呼吸的生物标志物，用以帮助制药公司开发更加有效和更有针对性的治疗。此外，公司正在构建个性化的呼吸测试，诸如检测化学品暴露的，未来可用于有危险化学品职业暴露的员工。
“我相信我们生活在这样一个前所未有的时代，科学技术将会比很多医院门诊更清楚患者的身心健康状况。”
今年，他们也将实验室扩展到了海外。2月20日，该公司宣布与上海交通大学医学院附属仁济医院合作，开展肺癌早期检测的呼吸活检临床试验，项目获得了李嘉诚基金会的支持。他们还计划在美国开设新的实验室。克拉克斯顿表示，他们的目标是把呼吸作为跟血液、尿液并列的诊断样本类型。
其他一些公司也在转向通过更多非常规的信息来诊断疾病。
有研究表明，声音能预示着阿尔茨海默氏症的早期症状，语言模式变化是该疾病的先兆，而通过技术手段能检测到这种变化。IBM跟大学研究人员联手打造了能分析语音中语法和语义的AI，可以预测病患的精神病发作。以色列公司VoiceSense在开发识別话语节奏、语调和呼吸模式的技术，用来分析个体的情绪状態，这项技术能预测个体罹患抑郁症、创伤后应激障碍和药物滥用的倾向。一些研究人员正在探索特定呼吸暂停和言语中断跟心脏病风险的关联，此类微妙信号在常规医院门诊中可能不容易被发现，但是机器能监测出来，技术能帮助人们更早地发现疾病从而进行干预。
从2012年开始，麻省理工学院的计算科学教授迪娜·卡塔比开发了一套远程睡眠检测系统，研究人员把传感器封装在一个方形的白色盒子里然后挂在墙上，传感器能跟踪个人的呼吸、运动、步态、睡眠模式和心跳。这个设备看起来像个Wi-Fi盒子，并不需要你特别做什么，就能持续收集用户的健康数据。卡塔比通过自己的初创公司Emerald实现了这一设备的商业化，旨在面向阿尔茨海默氏症和帕金森患者。这套设备的原理是发射低强度电磁波，探测到人们在房间里的活动，然后通过机器学习来提取数据中嵌入的生理信号。通过跟患者的数字档案进行比对，可以看出步态是退化还是改善了，呼吸心跳和睡眠模式有无变化。这对于发现疾病的早期征兆及新疗法的效果都有帮助。
Emerald目前正跟制药公司和生物技术公司合作开展临床试验，测试某些药物的疗效。卡塔比说她希望能提升监控设备来发现更细微的生理信号，像是血压变化什么。她希望开发这项技术的机器学习，让它智能地处理监测到的信号，不光是收集信号和数据，而是真正做到理解这些监测结果的意义。最终技术能够对一个病患的步态和睡眠模式作出反应，比如需要增加或减少用药的剂量，然后提醒护理人员。卡塔比认为这项技术未来能填补医院和家庭护理之间的空白，让更多的老年人和重病患在健康监控到位的情况下能独自在家生活。
对很多人来说，用各种新技术不断挖掘人体生物数据的理念本身就是一个错误，特别是在数据隐私的重要性凸显的时候。尽管人们知道这些数据流能带来的裨益，但他们仍然会很谨慎。克拉姆自认也很谨慎，但她认为无处不在的技术能提升护理和生活质量。
她说几年前连续有三位近亲离世，而技术在他们生命最后扮演了重要角色，也影响了她跟亲属之间的互动。之后她才意识到了这一领域能带来的好处。她认为，涉及个人数据时无可避免将产生实践问题和哲学问题，而能为医疗保健带来革命性变化会促使人们去解决那些问题，这些挑战都是值得的。
（来源：Wired Health）