Nature】五角大楼的赌注:大脑移植、仿生肢体与体外战斗骨骼

2015-06-24 机器之心 机器之心

本文来源Nature,作者Sara Reardon,机器之心微胖翻译。



Ling是一名神经学家,同时也是一名美国陆军上校,是美国国防部高级研究计划署(DARPA)的生物科技办公室主任。生物科技办公室设立于2014年4月,目标是支持极其雄心勃勃的——某些听起来像是幻想——项目,从士兵的动力外骨骼到能控制精神疾病的大脑植入物。许多生物学家出于创新和改进精神创伤治疗等原因愿意接受DARPA的资助,但另一些科学家则质疑该机构采用的高风险方法是否起作用。Ling表示他理解科学家的担忧,生物科技办公室每一个项目都有一个生物伦理委员会。他说,如果想象的生物技术是不可避免的,DARPA的责任是跑在前面抢先发明。



DARPA正在大力推进生物学研究——但是,一些科学家却质疑这种高风险策略的有效性。


霍普金斯大学研发出穿戴者通过神经控制的假肢,这一项目的资助者正是DARPA。


每当Geoffrey Ling谈起科技未来,他的思绪便如旋风,席卷整个房间。Ling迫不及待地描绘着未来世界,那时,不仅人类寿命远超自然生命周期,思维意识也能下载到外部「硬驱(hard drives)」,通过人工智能进行增强,而且机器人和飞行器都能通过人类意识进行操控。


他宣称,「事情绝对、该死地正在发生」,「未来20年会让我们头晕目眩,因为我们已经迈入未来世界。」


Ling应该知道:他正在做的这些事情,也是那些让未来憧憬成真的人会做的。他不仅是一名受过训练的神经学家,也是美国陆军上校以及DARPA(美国五角大楼的前卫研究机构)第一生物学基金办公室主任(director of the first biology funding office )。生物科技办公室(Biological Technologies Office ,BTO),设立于2014年4月,旨在资助那些极富野心的——有些人会说是空想——技术,从为战士研发的动力外部骨骼到能够控制精神紊乱的脑部移植,项目内容非常丰富。


和DARPA在其他研究领域的工作方式一样,生物办公室推进生物研究的方式也非常疯狂。自从1958年——也就是前苏联击败美国、发射了世界第一枚人造卫星一年之后——DARPA诞生以来,它的任务就是先发制人,防止此类意外再度发生。因此,生物科技办公室里的DARPA项目经理们,无需经由繁琐程序,诸如同行审查,即可自由挥洒数千万美元,资助那些极富野心的研究项目。在乙方研发技术的时候,机构会与他们密切合作,推进研发结果商业化,尽力弥合基础研究与商业化之间难以逾越的鸿沟。


那种极富侵略性、高风险的策略也为他们带来颇为可观的回报——最著名的就是上世纪70年代,该局资助的互联网研发。这些客观回报也激励其他类似机构的诞生,比如ARPA-E,它是美国能源部的一个机构,致力于高风险的替代能源研究。


不过,有些人或许会好奇,DARPA这种全速前进(full-speed-ahead)的工作模式在物理科学、硬件领域固然有效,但是,换做生物领域,是否一样管用?毕竟,生命系统更为复杂,充满诸多未知或难以控制的变量。这么多生物研究被直接用到人身上,自然充满了伦理道德问题——即使是最善意、合理的研究,也可能被用于战争。比如,合成生物既能用来生成更为环保的生物燃料也能用来制造爆炸,治疗受伤士兵的刺激大脑技术也能用于增强战斗力。


德州Austin的生物政策顾问Edward Hammond很想知道,当DARPA 和研究人员签合同时,是否经常怀有不可告人的动机。他说,「你不可能真的知道他们想要什么,」「不过,他们真的很擅长找到那些正在解决他们感兴趣的问题的人,他们之所以对这些问题感兴趣,可能出于其他原因。」


尽管如此,许多生物学家还是乐意接受国防部的资助,因为无论是谁为研究买单,更好的假肢、精神健康治疗方法这些创新,总是满足人类需要的。Ling坚持认为,DARPA理解这些伦理担忧:生物科技办公室的每个项目都配有一个生物伦理顾问委员会。除此之外,如果梦想生物技术(的开发)无可避免 ,那么,他们的责任就是抢先一步,开发出来。


他说,「有人觉得这太恐怖」,「但是,我却认为非常振奋人心。」


与时俱进的合并


2001年,寄到邮局、国会的炭疽菌孢子引起DARPA关注,生物恐怖主义被推到了前台,DARPA决定将生物科学纳入资助范围。后来,对阿富汗、伊拉克的战争促使该机构对诸如神经科学、心理学以及脑机接口等研究领域进行资助,旨在促进受伤退伍军人的治疗工作。到了2013年,生物学相关的资助项目数量开始攀升,DARPA 决定将它们聚集在同一个屋檐下。于是,时任DARPA科学部(DARPA's science division)副主任的Ling自然成了这个年预算为2.88亿美元新部门主任的不二人选。


贝林翰姆的一位独立科学史学家George Dyson说,毫无疑问,新部门会全速推进研究,这不仅仅是军队文化使然——无需巨细靡遗的反思或讨论,迅速完成任务。看看DARPA在诸如计算机等领域的行动风格吧,Dyson说,「在资助有趣研究方面,行动足够迅速的总是非军方莫属。」


一个绝好的例子就是DARPA对2013年美国总统奥巴马的大脑计划的响应方式。这个高调的大脑计划要求多部门通力合作研究大脑回路。NIH花了几个月的时间制定出一个十年战略计划,然后再拿出资助,NSF呢,让任何与大脑网络有关的研究去竞争费用资助。DARPA却迅速拿出5千万美元资助少数几个为期五年的研究项目。


如今这些研究都被并入生物科技办公室的管辖范围。其中一个研究项目叫做「恢复活动记忆( Restoring Active Memory)」,旨在研发出一种刺激性装置,帮助大脑受损的士兵形成记忆。还有一个叫做 SUBNETS(基于系统的脑科学新兴疗法,System-Based Neurotechnology for Emerging Therapies)的研究项目,正在研究大脑移植,治疗七种精神和神经失常病症。这些研究项目最初都需要监测癫痫患者大脑活动,患者身上被暂时植入电极,用以确定癫痫发作的源区域。研究人员会让病人操练记忆或者完成一些牵涉神经通路——这些通路可能会因为上瘾或抑郁而受损——的任务,并记下任务时的脑电模式。


虽然回报仍显遥远,不过,SUBNETS 项目组的联合领导人、加州大学的神经外科医生 Edward Chang说,「毫无疑问,项目极具野心。没有人会天真地以为这些难题会在未来五年轻松得以解决。」


尽管DARPA 野心勃勃,但是,对于那些习惯了民间机构(译者注:比如说NSF美国国家卫生基金会,指非政府、非营利的民间机构)精细的同行评议机制的研究者来说,该DARPA的资助程序反而会让他们感不安。DARPA的项目经理权力很大,由学术机构、工业以及军事领域的人员轮流担任。他们可以单独设立计划,邀请研究人员申请带有特定目标和里程碑的研究合同,并挑选他们认为最有可能实现目标的团队。然后,他们与研究人员紧密合作,引导项目的推进。


DARPA将被资助人称为「执行人(performers)」——如果执行人无法实现划时代成果, 资助方便会斩钉截铁停止研究。比如,2007年DARPA开启一个叫做 RealNose的项目:致力于研发出一种拥有真正嗅觉受体的合成狗鼻子,用以侦测诸如化学武器之类的有气味的东西。不过,三年之后,他们清楚了解到受体蛋白质在室温环境下会非常不稳定,于是断然取消了该项目。


生物科技办公室副主任Alicia Jackson说,一直以来,那些跟随DARPA脚步的研究人员可以自由发表他们的成果,很少有被列为机密的项目计划。但是, DARPA 资助的对象确实会放弃某些自由:比如,如果研究中偶然碰到某个有趣的科学问题,他们不能用机构的资助进行研究。波士顿的Massachusetts 总医院的神经外科医生、同时也是SUBNETS 某个项目主管 Emad Eskandar说,「这首先是个文化变化。」不过,Eskandar和他的拍档——精神病医生Darin Dougherty坚持认为 ,DARPA的监管会让项目进展更佳。「有助于专注和推进。」


Warrior Web 研究计划研发的体外骨骼, 旨在提高士兵体格能力。


当然,Ling决定证明:对于那些军方生物合同的乙方研究者来说, DARPA的这种模式同样凑效。其中,最成功的案例当属他们与生物科技所DEKA(该所位于新罕布什尔州的曼彻斯特)合作,成功研发出假肢。该装置能拾取、翻译从大脑运动皮层传输到残肢神经的信号,引导假肢作出正确的动作。穿戴假假肢的人因此能够完成一些较有难度的任务,比如,处理软体水果,甚至包括攀岩。去年,该项成果通过FDA验证——这也是第一个通过该项验证的神经控制假肢——公司说,他们正在推进成果商业化。生物办公室也和霍普金斯大学合作研发出了类似假肢。这些假肢也在接受瘫痪人士的试用,希望脑部移植能够将他们的意识翻译成电子信号、驱动手部运动。


生物科技办公室也接管了 DARPA的健康研究项目,其中包括想方设法将捕食其他细菌的细菌转化为治疗抗菌药物。其他项目的军事用途更为明显,比如,增强士兵力量与速度的体外骨骼。一个名为Narrative Networks 项目研究的是大脑如何对不同故事和言论主张作出反应,这有助于说服灾难严重的村庄接受美国军方帮助,或者排除恐怖主义的潜在可能。有几个合成-生物项目正在研发能够按需生成任何合成物(包括一些自然界并不存在的合成物)的生物系统。这些合成物包括能够制造轻型防弹衣、加强设备涂层的材料,修复伤口的组织以及更高效的生物燃料。


Ling和他的DARPA对这些疯狂的Ideas执迷不已——越前卫,越好。他说,「我们想法设法去赞助,而不是反对。」


尽管取得些突破性成果,但是,在挑选优胜者方面,DARPA的这种快速跟进( fast-track)策略是否能够持续稳定地优于同行审议制度,还很难说。宾夕法尼亚大学的生物伦理学家Jonathan Moreno说,「如果只看那些已经成功的项目,那它们总是成功的。」DARPA发言人说,他们也无法确定合同的成功率(目标达成与合同取消之比)。原因之一在于,球门门柱总是处在变动之中:如果一个研究项目开始变得不可行,项目经理们就会改变成功的标准,尽可能挽救合同而不是取消它们。另一原因是,和NIH(美国国立卫生研究院)和NSF(美国国家卫生基金会)这些民间组织不同,DARPA并不向社会公开这些资助,也不会进行内部分析以确定项目经理是否尽可能选择了最好的研究团队、资助了最好的科研项目。


MIT的经济学家Pierre Azoulay说,「在我看来,这是个大问题。」


他说,「总拿成功说事儿,理由并不充分,」DARPA对项目评估的看法几乎就是这种模式——「瞧瞧,互联网!」(译者注:指DARPA又将发现了一个像「互联网」这样革命性的项目。互联网最初源于DARPA的项目ARPAnet。)


但是,当听到这样的言论——生物科技办公室应该更反省些——时,Jackson真的笑出声来。她说,办公室的预算不过是NIH的1%,基本上没有透支的余地。「我们和任何可以搞定研究的人合作」——从不介意诸如经验、实验室大小这类因素——「过去50多年来,我们表现不俗。」从互联网开始,她逐一列举着DARPA的成功业绩。


但是,如果DARPA并未放慢评估成功的脚步,那么,他们会评估研究项目对社会产生的影响吗?Ling说,会的。他们有伦理专家为办公室的研究应用提供指导。乔治城大学的神经伦理专家 James Giordano(同时也是SUBNETS项目的顾问)指出,DARPA对项目研究的伦理审查水平已经远超绝大部分由NIH、NSF资助的研究。通常,项目在开始或结束阶段要接受伦理评估。他说,「讽刺的是,到目前为止,人们还认为在这些事情上,国家安全世界(national-security world)距离平民世界非常遥远。」「但是,一次又一次,国防部已经走在了前面。」


然而,一些研究人员继续对此持怀疑态度。位于波特兰的俄勒冈健康与科学大学(Oregon Health & Science University) 的名誉退休神经科学家 Curtis Bell担心诸如脑部刺激这些技术会被用来引诱人类步入歧途,就像20世纪中叶,脑前额叶切除术被用来处理一些麻烦的囚犯。他说,「你能想象,今天这些事情会更加精细尖端。如果能够进入某个具体细胞核并改变某人个性,就无需破坏整个大脑额叶。」


Dyson指出,我们无法保证五角大楼会真的倾听伦理专家——或DARPA的担忧,他说,「部分技术绝对让人着迷、富有启发性,前途无量,但是,它们也很容易被用作武器。」Moreno认为,许多军方人士深刻考虑过新科技的应用问题,但是,他们还是担忧位于他们之上的政治当局并不允许他们减慢或改变应用方向。


尤其让人担心的是生物科技办公室的合成-生物项目(synthetic-biology programmes)。五角大楼已经探讨制造能够清扫被辐射或化学武器污染过的地区的细菌, 人们开始恐惧一旦将这些有机体被释放出来,会不会失控。尽管没有理由认为美国正在制造生化武器,仍然存在一些担忧:毕竟,微生物具有战略上的有用性。 Hammond说,「合成-生物产品的确在该领域有用武之地。我对此表示担忧,依我看,DARPA似乎并不担心这些。」


不过,其他研究人员还是力挺生物科学办公室。 Giordano说,谁资助、谁受到资助并不重要,因为他们最终都能为了自己目的发表研究成果,「那些将国防部的科研资助视为达斯·维达(因为《星球大战》角色缘故,被视为邪恶的代表——译者)科学的人并没认识到,任何科学都能以达斯·维达的方式予以引导。」


这正是Ling认为DARPA需要毫不犹疑地进入争议科学研究领域的原因:如果美国不做这个,其他国家也会做。他说,「我们的唯一该做的就是研究,但是,也要考虑未知后果并想办法减轻它们。」明年,Ling计划继续扩大「势力范围」 —— 能扩大到什么程度,取决于经费—— 预测任何部分可能出现的意外。目前,生物科学办公室有11个项目经理,专注领域从传染性疾病到自然生态系统不等,办公室正试图将版图延伸至遥远的领域,比如古生物学、天文学。Ling说,当我们发现真的可能存在外星生命时,外星行星专家就要从事相关研究,抵御可能存在的外空威胁。「这无疑是人类历史上最激动人心的科学新闻,我喜欢它由DARPA来资助。」