相信很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)“數(shù)字孿生”。在過(guò)去幾年，這個(gè)詞的熱度不斷攀升。

數(shù)字孿生：虛擬表示現(xiàn)實(shí)世界的技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)、工業(yè)和航空航天的支柱，讓每一個(gè)城市、港口和發(fā)電站都有數(shù)字化的替身。NASA 研究員 John Vickers于 2010 年在一份關(guān)于該機(jī)構(gòu)技術(shù)路線圖的報(bào)告中首次引入了該術(shù)語(yǔ)，行業(yè)分析師估計(jì)，到 2026 年?，數(shù)字孿生市場(chǎng)可能達(dá)到近500 億美元。

沒(méi)過(guò)多久，這個(gè)技術(shù)就應(yīng)用到生物醫(yī)療領(lǐng)域。2016 年，時(shí)任 GE Digital 首席執(zhí)行官的比爾·魯 (Bill Ruh)預(yù)測(cè)：“我們將在出生時(shí)可以擁有一個(gè)數(shù)字化的替身，它將從每個(gè)人正在運(yùn)行的傳感器中獲取數(shù)據(jù)，而該數(shù)字替身將為我們預(yù)測(cè)有關(guān)疾病、癌癥和其他事情?！?數(shù)字孿生可以為患者提供量身定制的治療方案，并預(yù)測(cè)他們的疾病可能如何發(fā)展。它甚至可以用來(lái)試驗(yàn)潛在的治療方法，而不是在患者身上進(jìn)行測(cè)試（畢竟這個(gè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)比較高）。

到目前為止，這些項(xiàng)目大多處于早期階段。一個(gè)名為Echoes的研究計(jì)劃擁有歐洲、英國(guó)和美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)正在努力構(gòu)建數(shù)字心臟。德國(guó)醫(yī)療器械公司 Siemens Healthineers 也計(jì)劃類似的研究。法國(guó)軟件公司 Dassault Systèmes 與美國(guó)食品和藥物管理局合作批準(zhǔn)了它所謂的“?The Living Heart?”。奧地利公司 Golem 正在為獨(dú)居的弱勢(shì)群體創(chuàng)建數(shù)字孿生。這個(gè)想法是通過(guò)數(shù)字替身持續(xù)監(jiān)控他們的健康狀況，如果他們生病并需要幫助，就會(huì)提醒護(hù)理人員。

現(xiàn)在研究人員正在朝著最崇高的目標(biāo)邁進(jìn)：數(shù)字孿生大腦。Neurotwin是一個(gè)歐盟資助的項(xiàng)目，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)體患者大腦的計(jì)算機(jī)模型。

Neurotwin 團(tuán)隊(duì)希望該模型可用于預(yù)測(cè)刺激治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的效果，包括癲癇和阿爾茨海默病。他們計(jì)劃將于明年開(kāi)始一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，為大約 60 名阿爾茨海默病患者創(chuàng)建數(shù)字替身，這些患者將接受專門針對(duì)他們的大腦進(jìn)行優(yōu)化的大腦刺激治療方案。計(jì)劃于 2023 年進(jìn)行的第二項(xiàng)臨床試驗(yàn)（同樣的試驗(yàn)），但針對(duì)的是難治性局灶性癲癇患者。兩者都是概念驗(yàn)證試驗(yàn)，以確定該方法是否有效并可以改善這些患者的治療結(jié)果。如果成功，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將他們的技術(shù)擴(kuò)展到研究大腦的其他方面，如多發(fā)性硬化癥、中風(fēng)康復(fù)、抑郁癥和迷幻藥影響的那些方面。

對(duì)于大約三分之一的癲癇患者，藥物無(wú)濟(jì)于事。而無(wú)創(chuàng)刺激，其電流無(wú)痛地傳遞到大腦，已被證明有助于減輕癲癇發(fā)作的頻率和強(qiáng)度。但這項(xiàng)技術(shù)仍然很新，需要一些改進(jìn)。這就是證明虛擬大腦可以有用的地方。

Neurotwin 項(xiàng)目協(xié)調(diào)員、西班牙健康科技初創(chuàng)公司 Neuroelectrics 的首席科學(xué)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Giulio Ruffini 表示，數(shù)字化身本質(zhì)上是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，該公司正在開(kāi)發(fā)針對(duì)癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的無(wú)創(chuàng)療法。為了為癲癇患者制作數(shù)字替身，Neurotwin 團(tuán)隊(duì)需要大約半小時(shí)的 MRI 數(shù)據(jù)和大約 10 分鐘的 EEG（腦電圖）讀數(shù)，并使用這些數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)捕獲大腦電活動(dòng)的計(jì)算機(jī)模型，以及逼真地模擬大腦的主要組織，包括頭皮、顱骨、腦脊液以及灰質(zhì)和白質(zhì)。

?Giulio Ruffini 表示數(shù)字替身將擁有一個(gè)嵌入式“神經(jīng)質(zhì)量模型”網(wǎng)絡(luò)，這些基本上是使用患者的“連接組”（大腦中的神經(jīng)連接圖）相互連接的許多神經(jīng)元的平均行為的計(jì)算模型。在癲癇的情況下，連接組的某些區(qū)域可能會(huì)過(guò)度興奮；在中風(fēng)的情況下，連接組可能會(huì)改變。一旦創(chuàng)建了數(shù)字替身，團(tuán)隊(duì)就可以使用它來(lái)優(yōu)化對(duì)真實(shí)患者大腦的刺激，“因?yàn)槲覀兛梢栽谟?jì)算機(jī)上進(jìn)行無(wú)休止的模擬，直到找到我們需要的東西，”?Giulio Ruffini表示從這個(gè)意義上說(shuō)，它就像一個(gè)天氣預(yù)報(bào)計(jì)算模型。

除了可能在倫理上更復(fù)雜之外，對(duì)大腦進(jìn)行建模比對(duì)心臟或腎臟進(jìn)行建模要復(fù)雜許多數(shù)量級(jí)。我們正在創(chuàng)建相當(dāng)復(fù)雜的大腦計(jì)算模型。

德國(guó)埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)的倫理學(xué)家馬蒂亞斯·布勞恩（Matthias Braun）表示是時(shí)候考慮這些棘手的問(wèn)題了。“對(duì)我來(lái)說(shuō)，這些都是我們現(xiàn)在必須面對(duì)的非常重要的挑戰(zhàn)，”他說(shuō)。“我們知道如果你只是說(shuō)，‘好吧，只要開(kāi)發(fā)一種技術(shù)——然后我們會(huì)看到，’”他補(bǔ)充說(shuō)，并警告將倫理和道德后果推遲到以后會(huì)帶來(lái)的危險(xiǎn)。

但 Neurotwin 團(tuán)隊(duì)表示，如果做得好，這種數(shù)字孿生可以顯著改善患者的預(yù)后以及我們對(duì)難以治療的腦部疾病的了解?！拔覀冋谂耐耆煌慕嵌日嬲龓椭加心X部疾病的人，”Maiques 說(shuō)?！拔覀兿矚g把它稱為一種新的治療方法，你真的在??利用物理和數(shù)學(xué)的力量來(lái)解碼大腦?！?/p>

例如，為了改善癲癇患者的治療，該人每天會(huì)戴上頭帽 20 分鐘，因?yàn)樗鼤?huì)向他們的大腦提供經(jīng)顱電刺激。使用數(shù)字替身，Ruffini 和他的團(tuán)隊(duì)可以優(yōu)化刺激電極的位置，以及所施加的電流水平。

任何器官的數(shù)字孿生都會(huì)引發(fā)一系列倫理問(wèn)題。例如，如果他們的數(shù)字替身預(yù)測(cè)他們將在兩周內(nèi)心臟病發(fā)作，患者是否有權(quán)知道或不知道？病人死后雙胞胎會(huì)怎樣？它會(huì)擁有自己的法律或道德權(quán)利嗎？

Matthias Braun說(shuō)，一方面，虛擬替身為我們提供了令人興奮的、革命性的途徑來(lái)開(kāi)發(fā)新的治療方法。在醫(yī)療保健中使用數(shù)字孿生所涉及的道德規(guī)范?！暗硪环矫妫步o我們帶來(lái)了挑戰(zhàn)，”他繼續(xù)說(shuō)道。一方面，誰(shuí)應(yīng)該擁有數(shù)字孿生？公司建設(shè)嗎？“或者你有權(quán)說(shuō)，好吧，我拒絕使用關(guān)于我的健康保險(xiǎn)或其他情況下使用的特定信息或特定預(yù)測(cè)？為了不侵犯自主權(quán)或隱私，這個(gè)特定的人必須控制[他們的數(shù)字孿生]的使用，”失去這種控制將導(dǎo)致Matthias Braun說(shuō)的所謂“數(shù)字奴隸制”。

Neuroelectrics 的首席執(zhí)行官 Ana Maiques 表示，該公司已經(jīng)在努力解決構(gòu)建數(shù)字孿生所依賴的極其個(gè)人數(shù)據(jù)的問(wèn)題?！爱?dāng)您進(jìn)行此類個(gè)性化時(shí)，您必須提出一些棘手的問(wèn)題，對(duì)嗎？誰(shuí)將擁有這些數(shù)據(jù)？你打算用數(shù)據(jù)做什么？” 。

該項(xiàng)目招募了研究人員來(lái)剖析這項(xiàng)工作的倫理和哲學(xué)組成部分，其中包括瑞典烏普薩拉大學(xué)的神經(jīng)倫理學(xué)家 Manuel Guerrero。對(duì)于總部位于歐洲的項(xiàng)目 Neurotwin，收集的數(shù)據(jù)將受到歐盟通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例 (GDPR) 的保護(hù)，這意味著對(duì)數(shù)據(jù)的任何使用都需要其所有者的同意。

Manuel Guerrero和他的團(tuán)隊(duì)也在探索“數(shù)字孿生”這個(gè)最初是為制造業(yè)創(chuàng)造的技術(shù)，是否仍然是最適合復(fù)制像活的大腦或心臟這樣復(fù)雜而充滿活力的東西的技術(shù)。它的使用會(huì)導(dǎo)致社會(huì)誤解或過(guò)渡預(yù)期嗎？

大腦比來(lái)自制造系統(tǒng)的其他類型的數(shù)字替身要復(fù)雜得多，因此在神經(jīng)科學(xué)界，大腦替身的概念依然還在在爭(zhēng)論中。

編輯：王洪