构建人体数字孪生：实现上传自我

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【川透社编译报道】人体数字孪生技术正处于研究制造特定器官的起步阶段。尽管可能存在潜在风险和安全道德问题，但解决好以上问题，该技术对推动医学保健变革有无限潜力。

想象一下生活在这样一个世界里：一个虚拟复制品反映着你的生理和心理特征，并且它不断与你一同变化和发展。这个复制品是利用从传感器、医疗记录以及无处不在陪伴你的可穿戴技术1所收集的数据创建的。这并非科幻小说中的内容，而是人体数字孪生的尖端领域。

我们距离这样的现实还有多远呢？还很远。学术界和工业界仍处于探索人体数字孪生的早期阶段，不过在未来十年构建出完整的人体数字孪生体是有可能的。作为可穿戴健康技术合乎逻辑的发展成果，这些虚拟复制品可能会变革医疗保健行业，提供全天候、个性化的健康管理以及提前向医生告知潜在风险的预警能力。

起步阶段

剑桥大学工程系奥基平蒂（Occhipinti）2团队的二年级博士生唐晨宇表示：“目前，大多数研究机构都专注于创建特定身体部位或器官的数字孪生体，比如心脏数字孪生体和大脑数字孪生体。建立一个完整的人体数字孪生体还有很长的路要走。与工业系统相比，创建人体数字孪生体的核心在于人体本身具有更复杂和不确定的信息模式。为了实现类似于工业系统的成功建模，我们需要更先进的传感器技术来精确监测这些信息模式，还需要更先进的人工智能技术对其进行有效分析。”

塔塔咨询服务公司（TCS），正在创建特定器官数字孪生体，于去年10月宣布他们正在创建有史以来第一个数字心脏，即长跑运动员德丝·林登（Des Linden）的心脏数字孪生体。林登心脏的核磁共振成像（MRI）为心脏虚拟建模提供了所需的基本数据。而该数字孪生体将提供有关心脏功能、效率以及应对不同状况反应的精确数据。它还将使研究人员能够探究人类心脏的心肌组织、亚细胞机制，以及它的机电活动（产生和传导心肌电势导致心肌收缩）和血液动力学（心脏内的瓣膜功能、心腔压力、心肌壁张力和冠状动脉血流）。

塔塔咨询服务公司的首席未来学家3弗兰克·戴安娜（Frank Diana）说：“虽然数字孪生体在制造业中是一个成熟的应用案例，但它们在医疗保健和生命科学领域的应用还处于起步阶段。然而，随着本公司开展创建数字生物孪生体（Digital BioTwins）的创新工作，以及我们成功创建的数字心脏模型，我们正在朝着创建完整人体数字孪生体的道路上前进。已经有研究实验室开始使用数字生物孪生体来测试新的药物配方等更多用途。”

面临挑战

然而，唐晨宇指出，创建一个完整的人体数字孪生体完全是另一回事。仅免疫系统本身就非常复杂，它具有多面性的结构、众多的细胞类型以及复杂的调节机制。戴安娜说，这带来了无数的挑战，尤其是获取正确类型和规模的数据，但这需要新的机制来收集准确的数据。纳米机器人（Nanobots），一项在未来医疗保健领域将具有巨大实用性的发展中技术，也许能给出答案。纳米机器人可以通过口服或注射到特定部位的方式被部署到人体内部。这些纳米机器人将被设计用于收集对构建完整人类模型所需要的深层次数据。戴安娜还提出，从数据分析和“假设分析”建模的角度来看，人工智能将极大且快速地提升我们对人体复杂性的理解。随着时间的推移，它还将提高人体预测建模的准确性。

当然，存在一些担忧，尤其是模型的可靠性以及基于不准确数据可能做出错误或有害建议的潜在风险。作为2月份发表的《人体数字孪生发展路线图》（A roadmap for the development of human body digital twins）的作者之一，唐晨宇还强调了一些困扰其他技术发展的担忧：数据安全和伦理问题。

唐表示：“确保用户、数据库和医生之间数据安全私密的流动，对于人体数字孪生的实际应用至关重要。” 安全和隐私也是戴安娜关心的问题，他解释说：“为了准确且真正有效，数字孪生必须长期获取大量数据。如果不能正确保护这些数据，它们可能容易受到网络攻击。此外，正如我们在人工智能中看到的那样，数字孪生可能需要自己的一套规则来确保个人数据的道德使用并保证机密信息的私密性。”

去年，中佛罗里达大学（University of Central Florida）的两位助理教授——路易斯·法维拉（Luis Favela）和玛丽·琼·阿蒙（Mary Jean Amon）声称，人体数字孪生有可能助长侵犯人权的行为，并“侵犯构成人性的特征”。他们写道，这类担忧引发了“紧迫的知情同意问题4和隐私权侵犯问题”。随着这项技术接近现实，还会出现许多其他伦理问题。例如，父母是否应该能够与他们已故孩子的数字孪生体‘交谈’？这可能是一种宣泄，但也可能造成精神创伤。这类问题具有挑战性，但随着技术的进步，将需要被提出和解答。

未来可期

如果安全、隐私和伦理问题能够成功得到解决，人体数字孪生革新医疗保健的潜力是相当可观的。它们将帮助医生识别未来风险、实现远程医疗，并大幅提升诸如糖尿病、心脏病和癌症等疾病的识别和诊断能力。患者无需离家就能接受全面的健康分析，并且能无缝地与医生分享自己的健康状况，医生也可以通过建模和预测手术、治疗及其它疗法的效果，更好地规划医疗干预措施。

唐说：“人体数字孪生有望为人类健康提供远程、实时交互且易于理解的分析。” 他和他的合著者（易文天和Luigi. G.Occhipinti）一起提出了一个五级路线图来指导其发展。这个路线图包括利用人工智能分类方法对人的身体状态进行实时评估；利用实时和历史数据进行预测建模以预测未来健康状况；整合外部环境因素以提高预测准确性。

来源于Nature


戴安娜在其职业生涯中担任过各种管理职务，他说：“你身体的数字孪生体会提前向你的医生预警可能存在的健康风险；如果这种风险变成紧急情况，急诊室医生在你进入手术室之前就能查看你的数字孪生体，这将加快进程，使他们能够专注于挽救生命的护理而非诊断。当我们把这种潜力扩展到场所的数字孪生，一个真正的智慧城市将拥有一个完整的数字孪生体，其管理者利用它来规划新的建设、优化资源并为可能发生的灾害做准备。在一个万物皆有孪生体的世界里，人类将过上更长寿、更健康、更安全、更高效的生活。” 【全文完】

  1. 可穿戴健康技术：
    指将传感器、计算机和网络连接等技术向前进日常穿戴物品中，以收集和分析个人健康数据，并提供相关健康服务的技术。 ↩︎
  2. Occhipinti团队：
    由剑桥大学Luigi.G. Occhipinti教授领导，研究智能电子、生物系统和人工智能等领域，与其他研究机构、医疗团队和工业合作伙伴有着广泛的合作。研究成果有：静默语音系统，即使用人机交互的电子唇读技术。 ↩︎
  3. 未来学家：
    指研究未来趋势的人，通过分析当前趋势、数据、技术等因素，预测和展望未来可能发生的变化和影响。 ↩︎
  4. 知情同意问题（制度）：
    在医疗研究中可能存在有关患者知情同意的问题（issues of consent），如患者或个体对于参与研究、披露其信息数据、接受某种治疗等情况给予同意的问题。 ↩︎

来源：《连线》summer2024 2024-08-18 | 作者：Lain AKerman
原文标题：Upload Yourself