Emma Bryce

研究人員正試圖在抽血和活檢之外，找到追蹤人體健康細(xì)微變化的方法。

2018年11月，舊金山的杜比實(shí)驗(yàn)室里的影院里坐著一群興奮的觀眾，他們正在觀看《徒手攀巖》，影片講述了攀巖者亞歷克斯·霍諾爾德在沒有繩索跟安全防護(hù)的情況下，徒手攀爬海拔2300米的花崗巖懸崖登上酋長(zhǎng)巖的驚險(xiǎn)歷程，酋長(zhǎng)巖位于美國加利福尼亞州優(yōu)勝美地國家公園里。

在影院的地板上，一套微型傳感器正在監(jiān)測(cè)觀眾的呼吸。杜比的首席科學(xué)家波比-克拉姆解釋說：“當(dāng)人們感到緊張、興奮或者情緒高漲時(shí)，呼吸里的化學(xué)成分會(huì)產(chǎn)生變化。諸如肌肉緊張、心跳加速等等，都會(huì)影響人們的呼吸方式和成分?！边@套傳感器會(huì)檢測(cè)人體呼出的二氧化碳，它是跟情緒相關(guān)的生理過程的生物標(biāo)志物。

電影放映時(shí)克拉姆并不在影院里，但當(dāng)她拿到呼吸監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)，她能明顯看出霍諾爾德攀爬過程中最緊張的點(diǎn)。她說：“你能看到他在哪里決定放棄，又在哪里繼續(xù)向上爬。這些都通過二氧化碳的高峰和低谷表現(xiàn)了出來。我也玩攀巖，看起來非常清楚：就好比是身處觀眾席，我們一起和他完成了攀登一樣?！?h3>人體微妙的信號(hào)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)只是克拉姆在杜比實(shí)驗(yàn)室主持的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)里的一個(gè)，她把新的感官和數(shù)據(jù)科學(xué)整合，開發(fā)新奇的未來科技，以期提升人類的感官體驗(yàn)。她的團(tuán)隊(duì)一部分工作是了解人體生理是如何跟科技互動(dòng)及其未來變化，主要途徑是測(cè)量人體的生物反饋，從呼出的二氧化碳，到語言模式，到細(xì)微的面部表情，瞳孔的大小和特定位置皮膚的溫度等等。

克拉姆堅(jiān)持認(rèn)為，挖掘這些生物學(xué)數(shù)據(jù)能夠顯著改善人們對(duì)疾病的診斷和治療。盡管現(xiàn)在人們對(duì)共享個(gè)人數(shù)據(jù)普遍存在疑慮，她認(rèn)為檢測(cè)和收集這些人體微妙生理信號(hào)的信息的能力，可能帶來一場(chǎng)個(gè)性化醫(yī)療革命：“我相信我們生活在這樣一個(gè)前所未有的時(shí)代，科學(xué)技術(shù)將會(huì)比很多醫(yī)院門診更清楚患者的身心健康狀況?！?/p>

越來越多的科學(xué)家、公司和投資者也致力于這一領(lǐng)域，他們掌握著個(gè)體生物數(shù)據(jù)的潛在力量，而這些數(shù)據(jù)我們每個(gè)人都在無意識(shí)地時(shí)刻發(fā)送著。我們的語言模式，步態(tài)、呼氣里的化合物，都提示著在今后生活中罹患某種疾病的可能性。

我們瞳孔擴(kuò)張的方式可以顯示出情緒狀態(tài)，以及有多努力在理解某樣?xùn)|西;釋放到皮膚表面的荷爾蒙則能指示壓力水平;甚至我們點(diǎn)擊和滑動(dòng)智能手機(jī)屏幕的方式也能表明認(rèn)知狀態(tài)。

從可穿戴設(shè)備到環(huán)境里的監(jiān)控技術(shù)，傳感器在我們的生活中無處不在，通過他們收集到的數(shù)據(jù)能建立我們的個(gè)人健康檔案?？死钒堰@個(gè)數(shù)字發(fā)展階段叫做“共情時(shí)代”，大量的傳感器及其收集到的生物大數(shù)據(jù)會(huì)讓人更清楚看到個(gè)體的差異，不僅體現(xiàn)是情緒或者感知上，還體現(xiàn)在健康上。

克拉姆有著實(shí)驗(yàn)心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的背景，作為斯坦福大學(xué)的兼職教授，她為采用生物反饋來創(chuàng)建個(gè)性化虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）游戲的研究提供建議。這些游戲常常被用作康復(fù)治療，比如最近的一項(xiàng)研究里，計(jì)算機(jī)科學(xué)家和一個(gè)籃球隊(duì)合作，開發(fā)了一個(gè)針對(duì)帕金森患者的VR平衡訓(xùn)練游戲。在這個(gè)項(xiàng)目里，用傳感器測(cè)量到的步態(tài)和認(rèn)知負(fù)荷等生物信號(hào)，再還回到游戲中，從而根據(jù)個(gè)體需求進(jìn)行定制。

過去八年半在杜比實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間里，克拉姆投注了很大的熱情在探索個(gè)體如何體驗(yàn)技術(shù)，以及把這些不同的體驗(yàn)納入新發(fā)明里?！澳壳埃夹g(shù)表現(xiàn)得—刀切。如果你想構(gòu)建一項(xiàng)成功的技術(shù)，事實(shí)上你需要把內(nèi)在的體驗(yàn)融入設(shè)備的運(yùn)作方式中?！彼难芯砍浞掷昧松飻?shù)據(jù)的深度和廣度。

例如瞳孔測(cè)量，研究導(dǎo)致人體瞳孔擴(kuò)張和收縮的原因，能解釋個(gè)體幾組不同的信息。瞳孔有光反射，反映參與程度，顯示認(rèn)知負(fù)荷，當(dāng)人們對(duì)某個(gè)信息感到理解吃力的時(shí)候瞳孔會(huì)放大。很快市場(chǎng)上賣的每一副智能眼鏡都會(huì)帶有追蹤瞳孔變化的功能，配上手機(jī)和環(huán)境里無處不在的麥克風(fēng)，外加上AI驅(qū)動(dòng)的音頻分析，就能找出引起瞳孔變化的原因，無論那是信息量很大的對(duì)話還是充滿壓力的互動(dòng)。綜合這些豐富的數(shù)據(jù)流來解讀個(gè)體的身心狀態(tài)也能運(yùn)用到疾病診斷上。我們的技術(shù)有可能更好地提升認(rèn)知，在生活、復(fù)健、工作等各方面表現(xiàn)得更好。

生物數(shù)據(jù)檢測(cè)健康，還有這些

自拍指甲照片檢測(cè)貧血

美國埃默里大學(xué)科研人員開發(fā)了一套App，能通過分析指甲床照片的顏色和技術(shù)元數(shù)據(jù)，計(jì)算血液中的血紅蛋白濃度。一項(xiàng)由100人參與的臨床評(píng)估顯示，該App估算血紅蛋白濃度的靈敏度和準(zhǔn)確率與現(xiàn)有貧血檢測(cè)診斷工具幾乎一樣高。

智能手環(huán)監(jiān)測(cè)心理疾病

哈佛大學(xué)科研人員發(fā)現(xiàn)，通過智能手環(huán)及跟其相連的手機(jī)App 可以識(shí)別心理疾病信號(hào)，甚至預(yù)測(cè)心理健康狀況。有公司也在進(jìn)行類似研究并嘗試商業(yè)化，Mindstrong用數(shù)字生物標(biāo)志物——使用手機(jī)時(shí)的滑動(dòng)和點(diǎn)擊模式——能檢測(cè)使用者的心理健康狀況，并提前一周預(yù)測(cè)出患者的抑郁期。去年2月，它與總部位于東京的武田制藥合作，共同開展針對(duì)精神分裂癥和治療抵抗性抑郁癥等疾病的數(shù)字生物標(biāo)志物的研發(fā)。此外，Alphabet旗下的Verily也在研究使用智能手機(jī)和手表檢測(cè)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙。

可吞咽式傳感器檢測(cè)腸道氣體

澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)開發(fā)出一種可吞咽式小型膠囊，包含氣體傳感器、溫度傳感器、微控制器等。這個(gè)膠囊設(shè)備能夠檢測(cè)到氧氣、氫氣和二氧化碳等腸道中微生物群落在食物發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體，從而監(jiān)測(cè)飲食狀況和定制飲食方案。

語言分析預(yù)測(cè)壓力應(yīng)激反應(yīng)

卡耐基梅隆大學(xué)的心理學(xué)家通過對(duì)143位志愿者的語言和受逆境影響的基因在其白血球中的表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)功能詞匯在預(yù)測(cè)壓力、抑郁和焦慮比自我報(bào)告更準(zhǔn)確。研究人員指出，壓力大的人使用情緒加強(qiáng)副詞的頻率更高，比如“真的”、“不可思議的”等詞匯。

技術(shù)帶來的醫(yī)療保健革命

Owlstone Medical是眾多把傳感器引進(jìn)醫(yī)療保健領(lǐng)域的公司中的一間，它的總部位于英國劍橋，該公司開發(fā)了呼吸分析儀，能記錄呼出氣體的生物信息。該項(xiàng)發(fā)明包括一個(gè)一次性塑料面罩，面罩底部有四根金屬管子，管子內(nèi)部有吸附劑，能吸附呼出氣體中的有機(jī)化合物。這些化合物是機(jī)體新陳代謝的副產(chǎn)物，來自腸道微生物菌群的活動(dòng)，攝入食物和藥物的分解。這些化合物也可能是來自周圍環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)。這些化合物進(jìn)入血液，然后進(jìn)入呼吸道（每分鐘體內(nèi)所有的血液都會(huì)流經(jīng)一次肺部）。因此，單次一分鐘長(zhǎng)的呼吸樣本就能直接讀出機(jī)體的運(yùn)作和健康狀況。

Owlstone Medical的投資者關(guān)系負(fù)責(zé)人克里斯·克拉克斯頓說：“呼吸作為一個(gè)表型，實(shí)際上能提供很廣泛的個(gè)人健康信息概況。”該公司擁有目前世界上唯一的商用人體呼吸活檢實(shí)驗(yàn)室。呼吸活檢設(shè)備的便攜性和非侵入性意味著它可以在任何地方使用，不管是在醫(yī)生的辦公室、在醫(yī)院里，還是在家里。這項(xiàng)診斷聚焦在識(shí)別呼吸道疾病的精確生物標(biāo)志物上?？死怂诡D說：“我們目前處于這樣一個(gè)階段，將特定的化學(xué)物質(zhì)與特定的條件、潛在的疾病或者生物學(xué)狀態(tài)聯(lián)系起來?！?/p>

他們正在進(jìn)行世界上有史以來規(guī)模最大的呼吸生物標(biāo)志物實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)由NHS（英國國民醫(yī)療服務(wù)體系）資助，收入了4000名病患，以確定肺癌早診的生物標(biāo)志物。他們也在識(shí)別能反映體內(nèi)藥物效果的基于呼吸的生物標(biāo)志物，用以幫助制藥公司開發(fā)更加有效和更有針對(duì)性的治療。此外，公司正在構(gòu)建個(gè)性化的呼吸測(cè)試，諸如檢測(cè)化學(xué)品暴露的，未來可用于有危險(xiǎn)化學(xué)品職業(yè)暴露的員工。

“我相信我們生活在這樣一個(gè)前所未有的時(shí)代，科學(xué)技術(shù)將會(huì)比很多醫(yī)院門診更清楚患者的身心健康狀況。”

今年，他們也將實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到了海外。2月20日，該公司宣布與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院合作，開展肺癌早期檢測(cè)的呼吸活檢臨床試驗(yàn)，項(xiàng)目獲得了李嘉誠基金會(huì)的支持。他們還計(jì)劃在美國開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)室?？死怂诡D表示，他們的目標(biāo)是把呼吸作為跟血液、尿液并列的診斷樣本類型。

其他一些公司也在轉(zhuǎn)向通過更多非常規(guī)的信息來診斷疾病。

有研究表明，聲音能預(yù)示著阿爾茨海默氏癥的早期癥狀，語言模式變化是該疾病的先兆，而通過技術(shù)手段能檢測(cè)到這種變化。IBM跟大學(xué)研究人員聯(lián)手打造了能分析語音中語法和語義的AI，可以預(yù)測(cè)病患的精神病發(fā)作。以色列公司VoiceSense在開發(fā)識(shí)別話語節(jié)奏、語調(diào)和呼吸模式的技術(shù)，用來分析個(gè)體的情緒狀態(tài)，這項(xiàng)技術(shù)能預(yù)測(cè)個(gè)體罹患抑郁癥、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙和藥物濫用的傾向。一些研究人員正在探索特定呼吸暫停和言語中斷跟心臟病風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)，此類微妙信號(hào)在常規(guī)醫(yī)院門診中可能不容易被發(fā)現(xiàn)，但是機(jī)器能監(jiān)測(cè)出來，技術(shù)能幫助人們更早地發(fā)現(xiàn)疾病從而進(jìn)行干預(yù)。

從2012年開始，麻省理工學(xué)院的計(jì)算科學(xué)教授迪娜·卡塔比開發(fā)了一套遠(yuǎn)程睡眠檢測(cè)系統(tǒng)，研究人員把傳感器封裝在一個(gè)方形的白色盒子里然后掛在墻上，傳感器能跟蹤個(gè)人的呼吸、運(yùn)動(dòng)、步態(tài)、睡眠模式和心跳。這個(gè)設(shè)備看起來像個(gè)Wi-Fi盒子，并不需要你特別做什么，就能持續(xù)收集用戶的健康數(shù)據(jù)?？ㄋ韧ㄟ^自己的初創(chuàng)公司Emerald實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)備的商業(yè)化，旨在面向阿爾茨海默氏癥和帕金森患者。這套設(shè)備的原理是發(fā)射低強(qiáng)度電磁波，探測(cè)到人們?cè)诜块g里的活動(dòng)，然后通過機(jī)器學(xué)習(xí)來提取數(shù)據(jù)中嵌入的生理信號(hào)。通過跟患者的數(shù)字檔案進(jìn)行比對(duì)，可以看出步態(tài)是退化還是改善了，呼吸心跳和睡眠模式有無變化。這對(duì)于發(fā)現(xiàn)疾病的早期征兆及新療法的效果都有幫助。

Emerald目前正跟制藥公司和生物技術(shù)公司合作開展臨床試驗(yàn)，測(cè)試某些藥物的療效?？ㄋ日f她希望能提升監(jiān)控設(shè)備來發(fā)現(xiàn)更細(xì)微的生理信號(hào)，像是血壓變化什么。她希望開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的機(jī)器學(xué)習(xí)，讓它智能地處理監(jiān)測(cè)到的信號(hào)，不光是收集信號(hào)和數(shù)據(jù)，而是真正做到理解這些監(jiān)測(cè)結(jié)果的意義。最終技術(shù)能夠?qū)σ粋€(gè)病患的步態(tài)和睡眠模式作出反應(yīng)，比如需要增加或減少用藥的劑量，然后提醒護(hù)理人員?？ㄋ日J(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)未來能填補(bǔ)醫(yī)院和家庭護(hù)理之間的空白，讓更多的老年人和重病患在健康監(jiān)控到位的情況下能獨(dú)自在家生活。

對(duì)很多人來說，用各種新技術(shù)不斷挖掘人體生物數(shù)據(jù)的理念本身就是一個(gè)錯(cuò)誤，特別是在數(shù)據(jù)隱私的重要性凸顯的時(shí)候。盡管人們知道這些數(shù)據(jù)流能帶來的裨益，但他們?nèi)匀粫?huì)很謹(jǐn)慎?？死纷哉J(rèn)也很謹(jǐn)慎，但她認(rèn)為無處不在的技術(shù)能提升護(hù)理和生活質(zhì)量。

她說幾年前連續(xù)有三位近親離世，而技術(shù)在他們生命最后扮演了重要角色，也影響了她跟親屬之間的互動(dòng)。之后她才意識(shí)到了這一領(lǐng)域能帶來的好處。她認(rèn)為，涉及個(gè)人數(shù)據(jù)時(shí)無可避免將產(chǎn)生實(shí)踐問題和哲學(xué)問題，而能為醫(yī)療保健帶來革命性變化會(huì)促使人們?nèi)ソ鉀Q那些問題，這些挑戰(zhàn)都是值得的。

（來源：Wired Health）