闻夕felicity对《迷人的技术》的笔记(10)

最廉价的可用轨道是近地轨道。人们常常认为“轨道”意味着那里没有重力，这是不正确的。事实上，国际空间站（现在正位于近地轨道上）通常位于250英里的高度，并承受着90%你在地球上所经受的重力，那为何宇航员会四处飘浮，好似那里没有重力一样呢？这是因为空间站运动得非常快——大概为每秒5英里。尽管他们始终受到地球引力，但他们总是在“错过”坠向地面的机会。

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当今绝大多数的飞机所使用的是涡轮风扇引擎。它们有点复杂，但基本原理是很简单的。风扇会将空气吸入一个燃烧室中，然后将之压缩，所以一个很小的空间内会有很多的氧气（你的氧化剂！）。接下来，燃料会被注入并被引燃。其结果便是当涡轮风扇引擎吸入更多的空气时，它会把热的压缩空气向后方排出，如此一来，引擎后方的气压便会高于引擎前方的气压，因此飞机会向前移动。 当飞机接近音速时，或者说处于767英里[16]（亦被称为1马赫）的时速时，涡轮风扇引擎便会遇到麻烦。在音速下，空气绕过飞机的速度无法同它积聚的速度一样快。如果引擎前方的进气口是一个风扇的话，这便会造成问题。 一种解决办法是使用所谓的加力燃烧室。加力燃烧室会吸入涡轮风扇发动机后方的剩余空气，然后向它泼洒更多的燃料并引燃它。简而言之，在飞机的后方制造出少量持续的燃料爆炸。利用这种方法，飞机能达到1.5马赫，尽管这并不是特别高效的，但飞机一旦达到1.5马赫的速度，就可以使用冲压式喷气引擎了。

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如果你把推进剂称为“燃料”，那美国国家航空航天局的一位工程师便会用一部TI—83来揍你[15]。推进剂其实是两样物质——燃料和氧化剂——的混合物。当你想获得一次燃烧反应时，你需要三样物质：燃料、氧化剂和能量，比方说，当你要燃起一堆营火时，燃料是木头，氧化剂是——你猜到了——氧气，而能量是一根被点燃了的火柴。 一枚火箭里同时携带了燃料和氧化剂。氧化剂和燃料的实际比例会根据火箭和任务的不同而有所变动，但大致说来，推进剂中的大部分都是氧化剂，而氧化剂通常是液态氧2，

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冲压式喷气引擎是一种非常简单的机器，但制造起来没那么容易。大致说来，把涡轮风扇引擎中的所有活动部件——包括风扇——给去掉。这种引擎不需要一个压缩空气的风扇，因为速度会压缩空气。飞机飞得很快，所以空气会挤入一个燃烧室中，而当其中被加入燃料并点火时，内部的空气速度会减慢，但这里的问题是冲压式喷气引擎不能在一开始的时候便被使用，因为速度本身才是空气压缩机。飞机一旦达到1100英里的时速，就只能使用冲压式喷气引擎了，比方说，一架SR—71侦察机上就配备有一台涡轮风扇引擎。一旦飞机达到适当的速度，这台引擎就会通过改变形态，来像冲压式喷气引擎一样地运转。 飞机一旦达到极快（但并未快到能停留在近地轨道上）的速度，就得使用一台“超音速燃烧冲压喷气引擎”了。超音速燃烧冲压喷气引擎是一种更简单，但也更难制造的机器。大致说来，超音速空气进入引擎，并在速度不减慢的情况下与燃料一起被直接引燃。之所以可以这么做，是因为氧气来得太快了，以至于在不用压缩的情况下便取得一次燃烧反应，但——可以这么说——在超音速的风中点燃一根蜡烛并非易事。超音速燃烧冲压喷气引擎尚处于试验阶段，但当超过4500英里的时速[17]时，它们是最为高效的办法。理论上，它们能达到25马赫，即轨道速度。已经有一些超音速燃烧冲压喷气引擎的研究项目了，这其中大部分是军用的，但全都收效甚微，而且当前它们无一能接近轨道速度。 一架理想的太空飞机应该能依次使用不同类型的引擎来抵达太空。一旦到达太空，就没有氧气可用了，所以太空飞机很可能得切换到使用火箭推进剂的传统方法，但通过使用来自于空气中而不是搭载的氧气箱中的氧气，太空飞机可以降低燃料的使用，这可能足以让太空飞机携带10倍的货物量。

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从短期来看，去往太空很可能会涉及对诸如太空飞机和类似的燃料密集型方法的渐进式改良。在这些燃料中，有一些相对是无害的，而其余的则是极为肮脏的污染物。据范佩尔特先生所说，环境破坏情况“取决于燃料类型，比如说，航天飞机主引擎使用的燃料是液态氧和液态氢，其产生的废气会变成过热蒸汽[30]，所以归根结底只是从引擎中出来的水，但航天飞机（或其他载具）的固体燃料助推剂则是另一回事了，确实不利于环境。此外，像航天飞机那样在非常高的海拔上释放水蒸气也可能是有害的”。但目前这并不是一个很大的问题，因为我们没有发射太多的火箭，但如果可重复使用的火箭让航天发射能变得廉价和常见，那它们可能便有一种严重的环境破坏风险。

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从更长远来看，通往太空的廉价方式会让太空定居点变得更为可行，这或许会导致地面上的人和太空中的人产生基因差异。德莱斯先生指出：“事实证明遗传特征的数学运算对少数处于隔离状态的人口是不同的。多数人口可能比少数人口具有更多的基因突变体，但一个小群体中的基因突变体可能会传播得更快，所以你可以想象如果我们有一千人生活在火星上，而且这个殖民地是自给自足的话，好吧……要送去更多人是非常昂贵的，对吧？那里或许就不会有太多的新人，尤其是从人口比例上看。此外，这些殖民者将生下孩子——真正的‘火星人’，而这些小淘气鬼将在1/3的地球重力中成长，而且只有很少的大气和更少的行星磁场能保护他们不受辐射的伤害，所以殖民者可能会出现大量的基因变异体，因为变异于潜在的放射线照射和1/3的重力中会发生得更快，尽管他们只是一个小群体……在某个时刻，或许会有‘火星人类’和‘地球人类’，而社会将不得不尽力地去解读，同时存在两种不同的人类意味着什么。”

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要经历失重，你需要处于自由落体的状态中，同时处在一个能让你不断地“错过”坠向地面的速度上。当你离地球很远时，这更容易被实现，因为你有很多的空间可以去坠落，而且地球不会太过用力地拉拽你。在与地球的任何距离上，你都得达到一个特定的速度，以呈一条环形轨迹来绕地球转动。

一项应对着陆问题的提议是直接网住整颗小行星，就像把小行星装进一张网里，一张超级巨大的太空网，这并没有听上去那么疯狂——记着，在微重力之中移动物体不需要很大的力。如果使用的是一种非常强韧的材料，那这张网可能就可以被折叠进一个非常小的空间中，在抵达了小行星之后，再把它展开。一旦网住小行星，就可以把这张网作为定居点的着陆面，或将小行星拖到其他的目的地了。有一项计划证实了我们的一个猜测——跟太空打交道的人把90%的时间都用在了创造缩略词上了：这项计划名为限制过度旋转的失重会合点及网钩（WRANGLER[57]）系统[缆索无限公司（Tethers Unlimited）的罗伯特·霍伊特博士是这项计划的提出者]。 另一项提议是由Trans Astra[58]公司提出的APIS[59]（为小行星就地提供补给品）。APIS会将一颗小行星捕进一个袋子中，然后集中太阳光对其加热，最后对这颗小行星进行切割。他们把这个过程称为“光学开采”。这种方法会释放出小行星内部的水，当宇航员意外地喝掉了作为太空基地护盾的水时，他们或许会需要这些水。

要让弩弦紧绷，必须使用能量。相反，为了让弩弦松弛，必须释放能量。 紧绷的弩上真有更多的能量吗？是的，真有。事实上，假设你把一把松弛的弩和一把紧绷的弩分别放入了两只大小相同且装着酸液的大桶中，当两把弩完成溶解后，那只溶解了紧绷的弩的大桶比另一只要稍微热一点。 还记得你是从何时起厌倦物理课的吗？那是因为你的老师没有溶解弩。

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当核聚变发生时，从两个小原子（氢）到一个更大的原子（氦），其在结构上的改变会进行一次能量释放。对绝大多的核聚变反应来说，至少需要一个带有额外中子的氢同位素。一般来说，同位素合并后释放出的能量来自于那些额外中子中被高速“踢出”的一个。一旦得到处于高速移动中的中子，就能以一台普通的老式汽轮机的工作原理来捕获这股能量了：将中子猛烈地撞击水，直到产生蒸汽，然后驱动涡轮机。

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苏联曾进行过一项类似的计划，其名为“为了国民经济的核爆”，一直持续到了国家解体。如果你上谷歌搜索“查干湖”[87]（Lake Chagan），那你便会发现一座在哈萨克斯坦——曾经是苏联的一个共和国——境内形状奇特的圆形湖泊。你很可能还会发现一段视频，展示了这座湖被建造出来的一瞬间。此外，足以令人心里发毛的是，一些政治宣传照片记录了一个人在这座湖中游泳，当时这座湖刚被附近一座水库中的水给填满。

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这座湖是用查干核测试所留下的弹坑和查干河的水所建造的人工湖，其湖水至今有放射性。可想而知，在这座湖刚建成的时候，湖水的放射性有多强。

麻省理工学院的斯凯拉·蒂比茨教授是程序化材料的支持者，他对这个领域的展望是这样的：“我的想法是你可以为材料编程，为物理实体编程，以使它们能自行改变形态和性质，能在没有人或机器介入的情况下自行配置……你可以以某种方式让材料自行改变形态，而且这通常将是由环境中的事物所触发的——温度、湿度、电活性以及其他能使它们改变形态的触发因素。”蒂比茨教授将可编程物质的这种特点称为“4D打印”，因为3D打印出来的物体不会根据材质和环境随着时间发生变化。 比方说，有一种可重复配置的3D打印吸管，其经过特殊设计的接合处遇水便会弯曲。理论上，通过对每个接合处弯曲方式做出选择，这种吸管几乎能呈现出任何形状。蒂比茨教授制作出了一种放在水里时形状会自行变成字母“MIT”的吸管。

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纸艺机器人是一个实现可编程物质的很好的起点，因为纸是相对容易操作的，简单的折叠规则可以创造出复杂的结构。 纸艺机器人有不同的制造方式，但本质上，它们是一种允许一系列折叠平整物质，而折缝上安装有能使折缝自行折叠的促动器（actuator）。纸艺机器人具有用于与一台计算机通信的电路系统，因此你可以轻松地为这种机器人进行编程，以使其在正确的时间沿着正确的折痕处进行弯曲。此外，因为这种机器人在达成期望的形态之后仍可以继续折叠，所以它可以做到传统纸艺无法做到的事情，例如四处走动或抓取物体。 麻省理工学院的丹妮拉·鲁斯博士对创造体积尽可能小的纸艺机器人有着浓厚的兴趣，而且她成功地创造出了一个约有指尖大小的纸艺机器人。这个机器人非常的简单，但简单有简单的好处。 这个机器人看起来像是一小片附着在一块磁铁上的普普通通的正方形金箔。在被启动之后，它会迅速地自行折叠成一只电子虫。通过对其搭载的磁铁施加一个磁场，鲁斯博士可以让它四处走动、游泳和搬运物体。这个机器人现在是由遥控器操控的，但鲁斯博士希望制造出一种自主化版本。 鲁斯博士在不久前提出了一种——听好了——由猪肠制成的高级版本。好吧，按麻省理工学院的标准，带电的猪肠没多么古怪，不过这是一种非常特别的肠条[91]。 鲁斯博士的目标之一是通过创造微型机器人来改变医疗方式。这种由肠子所制成的机器人小到可以被放入一片约有药片大小的冰块中，能被人吞咽下去。这片冰块在进入人的内脏后会彻底融化，继而释放出其中的微型机器人。 鲁斯博士的研究团队制作出了一个用于演示的内脏，上面有一粒被卡住了的电池，这不是因为麻省理工学院的工程师对人体解剖学有一种不合理的认识——这确实是一种时常会发生的事情，尤其是对喜欢一粒金霸王DL2032[92]上那种涩味的小孩和大人来说。 这片冰块在人的肠道里溶解，留下一个由肠衣和一块磁铁所制成的微型机器人，而这个机器人会折叠成一种能在肠道中“游泳”的形状。它会把自己锁定在这颗“美味的”电池上，然后奋力地游动，直到把这颗电池给强行移除。在这之后，它便会离开人体。但愿这种机器人永远都不会获得足以令其客观地思考自身生命的智能，但即使它获得了，把它给吞进肚子里的人还是会安然无恙——记着，这种机器人主要是由肠衣制成的，所以它会自然而然地溶解。 如果这种机器人可以被制造得更小，它们或许便会具有更多更复杂的医疗用途。鲁斯博士设想纸艺机器人有一天将能自行变形为手术工具，或者能把药物带到人体中特定的位置上。因为纸艺可以用如此简单的方法使复杂的结构出现，所以它可能代表了一种实现微型医疗机器人的最佳发展途径。 体积较大的纸艺机器人或许同样有用处。如果折痕能很好地自行固定，那我们就将拥有一种可以自行变成椅子、桌子、花瓶或其他任何东西的平板纸。

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创造一件能恰好装入一个信封里，但之后能跳起来，然后步行穿过房间的物体，其能力具有广泛的用途，从军事和安全到创造一封会向收信人做出一个粗鲁手势的分手信。此外，麻省理工学院的科学家正在为让这些折叠机器人服务于每个人而努力。 辛西娅·宋博士（曾是德曼博士实验室的博士生，现就职于宾夕法尼亚大学）曾创造出了允许人们设计、打印（例如使用3D打印）和制造机器人的软件。“我们之前用交互式机器人纸艺[94]所做的，主要是创造一套虚拟的乐高套件。使用者可以获取默认的套件，然后改变它们的几何结构和形状，而且使用者可以对一系列的参数做出修改，以更好地掌握它们的硬件，使其看起来将是什么样的。我们后来还提供了一些模拟技术，所以人们在设计过程中，可以核实他们设计的机器人是否确实能做到他们希望这些机器人能做到的事情。现在我们正侧重于机器人的地面移动能力，这可以让使用者通过模拟来确保他们设计的机器人能稳定地移动。”

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这些可移动和自行配置的积木块具有很多潜在的用途，但研究者最感兴趣的是，用它们来帮助老人和病患。房间机器人的一种简单用途是创造可以为用户四处移动并调节高度和形状的家具。 这些模块化机器人集群同样是迈向通用可编程物质的一步。一种实现通用可编程物质的途径是让这些机器人集群更为自主化，从而能执行更为大致的命令，如此一来，你或许只需编程一个目标，机器人集群便会自行设法完成。 一项名为SWARMORPH[97]的项目包含小型轮式机器人[98]，这些机器人圆形边缘上的连接口可以让它们并排相连，但它们目前还不能相互攀爬。 在某种意义上，比起可以在立体空间中移动的房间机器人，这是一种更简单的设计，但SWARMORPH的特别之处在于它们可以像昆虫集群一样移动和组织。没有中央控制器，每个机器人都是一个独立的行动者。通过用小灯向彼此发出信号，它们可以对行动做出协调。 在一项简单的测试中，SWARMORPH机器人能穿越桥梁，并越过它们无法独自应对的障碍物。

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一个由约翰·罗曼尼辛（鲁斯博士实验室里的另一位博士生）、凯尔·吉尔平博士和鲁斯博士所组成的研究小组向东西桶的实现迈出了激动人心的一步，他们创造出了M-Blocks。M-Blocks是边长为2英寸的小方块，配备有一只内置飞轮，边缘上带有磁铁。当飞轮运转时，方块边缘上的磁铁会让方块间保持连接状态，但当飞轮快速地停下来时，这些方块便会“活过来”，因为飞轮的动量[104]被转移到了方块之上。这时，这些方块便会与一组新的M-Blocks相连接，从而改变这组方块的结构，因此它们既可以自由地移动，又可以牢固地连接在一起，这是一个不错的开始，如果你想将着眼点从一种无定形的流体转移到一种固体上的话。 此外，这支团队能让这些方块在立体空间中移动。这种飞轮的功率大到足以把这些方块从桌面上抬升起来，并将它们抛向空中，这让创造立体结构成为可能。 这支团队的目标是找到能让这些方块变得越来越小的办法。2英寸宽的方块无法制造很多不同的东西，同理，你无法在4平方英寸的画布上绘制很多不同的图像，但这只是一个开端。别忘了，1千兆字节的内存在20世纪50年代大约有250吨重，而你现在可以把有几百千兆字节容量的SD卡装在你的口袋里。如果可编程物质变得和可编程计算机一样流行，我们或许便会期盼出现相似的科技奇迹。

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比方说，一个研究小组对让Roombots自行想出移动方式进行了训练。训练方式大致是这样的：首先让一群Roombots测试不同的半随机移动方式。它们中有些会移动得很快，有些很慢，还有一些一动不动。在这之后，对最成功的移动方式进行“培育”，并生成一些相关的移动方式，然后再让这些机器人进行试验。十之八九“新一代”的机器人只

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比方说，一个研究小组对让Roombots自行想出移动方式进行了训练。训练方式大致是这样的：首先让一群Roombots测试不同的半随机移动方式。它们中有些会移动得很快，有些很慢，还有一些一动不动。在这之后，对最成功的移动方式进行“培育”，并生成一些相关的移动方式，然后再让这些机器人进行试验。十之八九“新一代”的机器人只会移动得快一点点，但将具有更多样的移动方式。在一代又一代的机器人中重复这个过程，从而开发出越来越好的行走机制，而其中有一些可能将是我们难以预料到的。 理论上，用一套进化构架寻找不同的办法来让机器人执行更复杂的行为——例如“把你自己变形为一颗星星”，或者“给我拿瓶啤酒来，没用的金属仆役”——应该是可行的。此外，无论发现的方法是什么，这些方法都可以很方便地被上传给其他的机器人。事实上，如果这些方法足够通用，它们或许就可以被传输给几乎任何一个机器人群组。 进化的方法或许具有一些非常古怪的可能。我们读到过的一种看法，认为相比于我们可以设计出来的机器人集群，进化型机器人集群或许能更好地完成某些任务。萨里大学的金耀初博士和斯蒂文斯理工学院的孟艳博士提出了一种范式。他们指出当人类开始投掷东西和挥舞棍棒时，人手可能已经不同于黑猩猩的手了，所以与其去决定如何设计一种用于（假如说）砌砖的机器人手臂，不如给机器人集群安排拾起砖块的任务。它们会像上文中提到的家具机器人一样进化，直到产生最为理想的“手”。

南加利福尼亚大学的贝洛克·霍什内维斯博士创造出了轮廓工艺（Contour Crafting）——一项使用一种经过特殊设计的混凝土来3D打印房屋的技术。

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轮廓工艺本质上是一台巨型3D打印机和一只被安装在一座活动起重台架（一座形似反U形的架子）上的巨型机器人手臂。这只手臂具有抓取非型材——例如管子——并将之放在合适的位置上的能力，这台机器在向上建造一层层混凝土的过程中会在其中加入管道系统，并留出窗户和门的空间。 霍什内维斯博士估计一栋2000平方英尺的双层房屋能以当前房屋造价的60%被建造起来，并且可以在24小时内完工。24小时！想一想，你的邻居下周要外出休假。在他们不在的时候，你可以在他们的后院里打印一栋房屋，然后在爱彼迎（Airbnb）上出租，这是一种比焚烧狗屎[117]要好得多的恶作剧。 那为何我们现在没有住在3D打印的房子里呢？据霍什内维斯博士说，法律也许是一个比技术更大的障碍。“目前，当你建造一栋房子时，市政中心会分阶段派检察员来——大概10～12次——检查地基、墙体和管道系统，等等。当你可以在一天内建一栋房子时，这样的检查该如何来完成？你会在市政中心的人跑来检查前停工吗？” 现代的检查方法是为以标准化程序制造的房屋而设计的，但3D打印不是逐步的，而是逐层的。为尝试缩小这种差距，霍什内维斯博士正在努力创造能在建造过程中进行相关测量的系统，以便能让监管者在不拖慢施工的情况下获得数据。 在对建筑业的监管和许可规定更为宽松的中国，一家名为盈胜的公司已使用一项极其类似于轮廓工艺的技术进行了房屋3D打印，其使用的混凝土有一部分是由工业和建筑业垃圾制成的，所以可以说这种混凝土比大多数的建筑材料都要环保，只要你能泰然自若地住在这个回收利用的工业垃圾中。 这个成果是充满希望的。盈胜公司使用这种方法在24小时内建造出了十栋房屋。据他们说，每栋房屋的成本大概为5000美元，这很棒，但这些房屋的墙体是在工厂中建造，然后运到宅基地装配起来的，这意味着房屋要么得建在工厂附近，要么得在建造前经历长途运输，然而其成果给人留下的印象（起码看起来）是相当深刻的。

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这两种方法都显示出了成功的前景，但它们都需要笨重而昂贵的机器。另一个由斯蒂文·基廷博士领导的研究小组采用了一种不同的方法。这种方法在某些方面让人想起了一百多年前爱迪生的那个主意。 基廷博士曾在麻省理工学院内里·奥克斯曼博士的介导物质实验室进行过他的研究工作。他发现巨型起重台架搭配3D打印机的方法很有趣，但他同样有担忧。移动一座起重台架不是轻而易举就能做到的，其部件巨大，所以只能在施工现场被临时装配起来，而这有点像必须在建造一栋房屋前先建造一栋房屋。

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其工作方式是这样的：这台3D打印机会挤压出一种快干的轻型绝缘泡沫，因此分层可以在没有坍塌风险的情况下被快速地制作出来，同时这台打印机会在泡沫中留出可以往里倾倒常规混凝土的间隙，这是特别棒的，因为这些泡沫之后甚至无须被移除，它们可以自然地充当一种隔热材料。简而言之，把隔热材料打印出来，填入混凝土，让机器抹平外缘，然后安装板墙。 虽然这个主意不能像霍什内维斯博士的提议一样提供全方位的服务，但它的优点是只需使用常规建筑材料，而且所使用的泡沫是一种已得到认证的建筑材料。 房屋建造卡车是作为一项概念被建造出来的，但基廷博士和奥克斯曼博士为下一代房屋建造卡车设定了一些更为宏大的目标。基廷博士制造出了一辆能在行驶中进行3D打印的自动驾驶卡车，它可以通过不断地移动喷口来制造大型建筑物，而且非常智能，足以根据风速的波动做出调节，这一点很重要，因为它可以使用一把链锯。它还可以使用各种各样的建筑材料，例如玻璃或水（假如要在北极打印的话）。此外，它所具有的一个额外优点是可以使用太阳能，这不仅环保，而且或许能让卡车变得更为自主化。 他们甚至正在研究通过往土壤中混入纤维，以使其具有结构完整性的方式来就地取材的能力。也许这听起来有点疯狂，但这是因为你早已对现代世界带来的便利性习以为常了。想象一下你跑到一个穴居野人面前跟他说：“哇，你是就地取材的吗？” 他们所设想的——快实现了——是一名建筑设计师上传一套住宅设计，而卡车机器人便会开始建造。因为他们的系统非常灵活，所以房屋建造卡车可以找一个合适的地点，扫描环境，对建筑设计做出相应的调整，挖掘工地，打印建筑物，然后返回出发地，完全是自主化的。他们的办法将机器人手臂的多功能性和大规模3D打印的能力融合在一起了，而且是在一辆卡车上。 作为一种用途多样的制造方法，3D打印为房屋建造带来了很多额外的优势，而且3D打印可以制造出用传统方法难以创造，或者创造起来成本高昂的复杂结构，这可能意味着更廉价、更优质的房屋，而且这些房屋还将具有更美观的设计元素（夜行神龙[118]！每个人都可以拥有的夜行神龙！），比方说，至少可以用一些3D打印形式来改变混凝土的多孔性，如此一来，我们便可以使用更少的材料来改变结构的重量，还可以创造出像蜂巢这样用传统方法难以制造的形状。 通过这种方式来精确地改变材料的能力，是3D打印很难或不可能以其他方式来达成的。从长远来看，如果3D打印房屋实现了，那也许就意味着将出现我们从未想象过的房屋建筑形式。

为了制作出更复杂，而且可定制度也更高的食品——不仅在食品结构的意义上，而且在食品味道和营养成分的意义上——康奈尔大学的杰弗里·利普顿博士曾花了好几年的时间研究3D打印食品。如果你去浏览他的网站，你便会看到一些制作精巧的3D打印巧克力以及——没错——一只用玉米面包制成的章鱼。坦率地说，我们不确定社会是否会需要这种东西。这里有一句来自于一篇“2009年固体自由成型制造”专题讨论会的论文——《水解胶体打印：一个定制化食品生产的新平台》[132]（利普顿博士是此文的合著者）[133]——中的引文：“未来潜在的用途范例包括带有复杂的嵌入式3D字母的蛋糕，这会让蛋糕在被切开的时候展示出一条信息来，或者甚至是一块带有一条隐藏信息的牛肋排。”

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一种在不把计算机“弄崩溃”的情况下获得更好的位置探测的办法是使用更好的传感器。一项名为激光雷达（LiDAR[139]）的技术会让激光从物体上反射回来，然后对这些反射光做出分析。激光雷达能生成精准的3D环境模型，这恰恰是我们想用于增强现实的。这项技术可以让我们获取建筑物的轮廓，并将之同单个3D文件进行对比，而无须将其与大量存在缺陷的2D影像文件进行对比。听起来真棒！但问题在于这项技术以往是极为昂贵的，只有拥有高额预算的大型政府机构才会使用。 然而，价格近些年已逐渐降了下来。事实上，自动驾驶汽车正开始进入市场的原因之一，正是人们只要花几千美元就能把一套不错的激光雷达系统装在货运车上，但缺点是最轻的激光雷达系统也有10～20磅重。

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一种将虚拟物体添入实际生活中的早期方式是“基准标记”（fiducial marker）。大致说来，基准标记是一种被放置在现实中，并且易于被一台计算机从视觉上识别的物体，类似于现在常见的QR码。想象一下，你有一张桌子，桌子正中有一个QR码，而你戴着一部会把影像投射到你眼中的头戴式视图器。在这种情况下，这部头戴式视图器的摄像头会捕捉这个QR码，然后做出两项推断：第一，其模式代码代表了“在这放一只花瓶”；第二，你会从一个特定的角度看到这个QR码。 当你移动时，这部头戴式视图器会对这个QR码的方位变动进行探测，并对AR花瓶做出相应的调整。在视图器工作正常的情况下，你会察觉到桌上有一只花瓶，即使你正四处走动或上蹦下跳，换言之，这个基准标记会充当增强现实和实际现实间的一座简易桥梁。 当前的AR研究已超出了传统基准标记的范畴，这可能是AR正在迅速发展的一个迹象，而且我们被告知“基准标记”这个词已经不酷了，尽管它在我们找到的几年前的文本里还在被使用。 如今应用程序已智能到能自行理解要把物体摆放到什么地方的程度了，可是各种各样的基准标记还是能派上用场，因为它们能把大量的信息快速地提供给计算机。 然而基准标记存在一些问题，举个例子，它们可以从视觉上被遮挡，这对一只真实的花瓶来说不是一个问题，因为……好吧……即使你不看这只花瓶，它也仍然存在，但想象一下你把头低到桌面以下，然后朝上看。你从这个角度应该能看到这只花瓶，可你的头戴式视图器却捕捉不到那个标记，从而判定这只花瓶已不再存在了，这很糟糕，因为现实中在没人看的时候是持续存在的。 你可以通过增加一个摄像头或一个朝向你的摄像头标记来解决这个问题，但AR使用者需要的东西越多，对AR的体验就越累赘，而且让现实世界和虚拟世界的交互变得不易察觉，这是使AR体验获得预期效果的关键所在。

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格拉茨技术大学的格哈德·沙尔博士创造出了一套AR系统，城市工人能在这套系统中获得城市基础设施的“X射线版本”，比如说，他们可以看到街道下面，看见地下的电力和管道系统。这样的系统具有很多潜在的用途，不仅可用于维护，还可用于救灾。 一名救灾人员应该能用虚拟投射来更快地对破坏进行评估，比方说，一个用于判定一座建筑物是否受到了严重损坏的衡量标准是“层间位移”（interstory drift），换言之，在从帝国大厦到比萨斜塔的倾斜量级上，我们的处境有多糟糕？要弄清一座建筑物的倾斜度实际上是有些困难的，特别是在一场地震过后——设备不足而且测量每座建筑物的时间有限。一套由董苏洋[145]博士提出的AR系统可以把建筑物的理论外观投射到建筑物的实际外观上，这使检查人员能做出快速而准确的判断。

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不久前DAQRI、波音和爱荷华州立大学共同完成的一项研究，对AR培训与传统培训进行了对比。“我们比较了用于一项复杂装配任务的纸质指南与增强现实指南。这项装配任务是让初次受训者完成包含50道工序的飞机翼尖装配。在第一次尝试中，使用了增强现实指南的群体减少了30%的工作用时和94%的错误率。在第二次尝试中，他们把错误率降到了0，这个幅度是巨大的。”

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终极AR机器不仅会跟踪并储存视觉数据，而且会对所有东西进行3D扫描，会闻，会听。现代商业大多都依赖于能访问大量数据的公司，这也正是为何亚马逊和谷歌在你还没想到的时候就能告诉你你想要什么的原因所在。

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伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校的阿兰·克雷格博士指出了另一个令人担忧之处：谁来管理投射内容和地点？假设你有一家商店，而某人在一套非常流行的增强现实系统中，往你商店的外墙上涂写上“这家店的店主是个傻子和无赖”。在这种情况下，你有权把这个涂鸦从增强世界中给“移除”吗？毕竟它没有触碰到你的任何东西。

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其中令人激动的可能是教育的提升。AR技术允许人们与概念实体进行互动，这在主题难以被形象化的领域中或许会是特别有用的。物理中的立体概念往往会令学生十分困惑，但如果他们能把这些概念形象化，或者是触碰它们，那他们或许会更快地掌握物理知识。想象一下，原子间的相互作用在一堂化学课上是以一种虚拟物体的形式呈现在你面前的。

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纵观历史，人类逐渐将工作负担从大脑里卸了出去。写作让我们无须去记住所有的事情，归档系统让我们不必记住信息的位置，现代搜索系统意味着研究一项主题的很多工作都被简化了，而成功的AR或许意味着一系列的心理活动能被转嫁给机器。 比方说，当你需要修理自己的打印机时，你很可能会找一份在线指南，然后根据这份指南来逐步排除问题，直到弄明白问题出在哪儿，而一套AR系统或许会在你进行修理的时候简单地向你展示分步说明。通过这种方式，你会更快也更成功地完成这项任务，而相似的方法或许可被用于烹饪或制造。 这似乎并不重要，但这可能代表了很多领域中效率的激增，比如说，工人们可以被更快地培训出来，而且可以避免更多工作时的危险。可以想象的是，一顶AR头盔甚至可以让一名专家更好地来进行他的工作，比如说，一顶AR头盔或许会提醒建筑工人注意不易察觉的危险的结构变化，而这往往是容易被忽略的。 AR也许还会在医学中被普及。对医科学生来说，完整解剖实验室（Complete Anatomy Lab）即将推出的埃斯珀计划（Project Esper）这样的解剖学手机应用程序可能会是一件有用的工具。此外，AR还有更多严肃的用途。一家名为Illusio[154]的公司开发出了一款使虚拟胸部增强成为可能的应用程序，它可以让对胸部手术感兴趣的女性看到自己胸部的影像。这种虚拟胸部可以按不同的衡量标准——诸如挺拔度和乳沟宽度——来调整。也许他们应该考虑出售一种家用版本。 言归正传，AR有一种切实的医疗功用。如果你需要做整容手术，和医生共享视野或许便会帮你避免很多问题。 其他的手机应用程序甚至可以被用于主动手术。如果一名外科医生可以在手术中把你的核磁共振扫描图投射在你的身体上，那他也许就能把切口切得更小、更精准。外科医生也许还能在一个人遭受毁容事故后，把这个人原来的外貌投射在他脸上，从而进行更为精准的面部重构手术。 在战争时期，或者在贫穷国家的农村地区，也许会出现需要立刻进行专业手术，可附近的外科医生却从未专门接受过相应培训的紧急状况，而AR在这种情况下也许能帮得上忙。使用AR应用程序（目前正在被开发），专业的外科医生能在手术过程中进行远程指导，甚至能在手术医生的视野中进行绘制，虽然手术病人很可能会更希望专业医生在手术室里，但在时间有限的时候，也许可以让专科医生为手术医生画一个大箭头，然后说：“切这里！” 一般来说，AR或许将能让我们快速地习得以往只有通过大量练习才能掌握的技能，这可以显著地提高效率，而且也许会在犯错便会出现危险的工作中挽救生命。 最重要的是，AR将给予我们机会去按我们的想象来重建这个世界。随着人类从稀树草原上迁移到摩天大楼中，我们抛弃了很多虚妄但令人安慰的神话和幻想，但使用正确的技术，我们能使龙翔九天，或者让小精灵在花园中起舞。我们能漫步在虚幻的世界里，那里有我们逝去的亲人。我们能探索我们个性的特点，甚至还能在某种意义上让人起死回生。

席尔瓦博士的实验室已实现了这个过程。他们创造出了一种可以被注入细菌DNA中的合成DNA环路，这种环路会在细菌处于某些条件下的时候被触发。因为这种环路是人工合成出来的，所以我们可以决定这种环路会制造出哪种化学物质，这意味着我们能选择一种——比方说——在某些类型的光下会发光的可被轻易探测到的化学物质。 这或许会是有用的：癌细胞往往会经历反复的缺氧，因为它们的生长速度太快了，以至于它们无法得到充足的血液供给。事实证明，反复的缺氧会在癌细胞中产生一种可被探测到的化学信号，所以席尔瓦博士的主意是把可编程的记忆细胞植入一个人体内，然后通过检查来观测这些细胞是否探测到了低氧区域。如果探测到了，那它们很可能就发现了实体肿瘤。 这种方法尚处于研究阶段，但其临床应用价值可能将是惊人的。这种制造细胞大小的可编程传感器的普遍方法一旦被实现，通过编程细胞来探测各种各样的事物的大门便会向研究者敞开。 当你把这种方法同席尔瓦博士其他的研究结合起来看时，事情便会变得十分有趣，比方说，席尔瓦博士和同事在2016年发表了一篇题为《一种会破膜来释放囊封货物的可调节蛋白质活塞》[182]的论文，换言之，通过编程细胞，我们不仅能等着听取问题，还能提供治疗。 这种方法可能会具有多重用途，从递送癌症药物到治疗肠激惹综合征[183]，而且是定向的。现在当你肠道发炎时，你会口服阿司匹林，将这种化学物质在你全身释放，可你的身体只是局部发炎。理论上，我们可以创造出一种只有在探测到炎症的化学特征的时候才会释放阿司匹林的细菌物种。正如席尔瓦博士的研究所表明的，如果这种办法可以被普及，各种各样的药物可能就都可以被正确地递送到相关的目标上，使药效最大化，同时使副作用最小化。

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正如我们能通过修改酵母的DNA来制造疟疾药物，同样我们应该能“人化”猪的器官。你的身体之所以知道你刚得到了一头猪的心脏，而不是一个人的心脏，其部分原因在于猪的心脏既含有又会制造出很多相似于人类版本的细胞，但其差异足以被免疫系统认定是异质的，比如我们先前提到过的猪版本的胰岛素。通过修改猪的遗传特征，我们应该能让猪的器官在分子状态上非常近似于人的器官。 一些科学家在不久前宣布，他们使用这种方法和用于减轻免疫反应的药物让一头猪的心脏在一只狒狒体内存活超过了两年[185]。有些人也许会对把猪的器官植入人的体内感到不适，但如果他们急需一颗肾脏，他们就不会有这种感觉了。 一件令人更为担忧的事情是，人类会意外地患上来自于猪身上的全新疾病。eGenesis公司的杨璐菡博士和实验室的同事正致力于应对这种潜在的可能。这里的问题在于猪的DNA中含有名为PERVs[186]的“猪内源性逆转录病毒”，PERVs会释放能感染人的微粒，因此杨璐菡博士研发了一项用于从猪的DNA剪掉PERVs的技术，其名为CRISPR-Cas9（下面很快会讨论），虽然这并不能消除一切风险，但起码能消除最可怕的其中之一。

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2009年，哈佛大学的丹·诺切拉博士发现了一种相对廉价的催化剂。这种催化剂只需一点能量便能把水分离为稳定的氢和氧，这可能是一项重要发现，因为当我们把水分离为氢和氧时，我们就有了一种极佳的蓄能形式。当你把这两种元素聚集在一块，同时施加一些能量时，它们便会重新化合为水，而你则会得到一场大爆炸。从根本上来说，氢燃料电池变的就是这种戏法，只是没有爆炸的部分。 其想法是用热量来分离水，然后在需要能量的时候通过聚合氢和氧来制造廉价和清洁的燃料电池，这其实是发电站如何制造能量的一种简易和可控的版本。席尔瓦博士说：“光合作用是最令人惊叹的自然现象之一，其过程是为了收集阳光，并将之转换为进行制造所需的能量。这是地球上的生命之基……光合作用中关键的化学反应之一被称为水分解反应。” 然而对诺切拉博士来说，事情发展并未按计划进行。这种方法很有效，但氢燃料电池从未作为一种能量贮存方式而流行起来，而且传统的老式太阳能电池在价格上的骤降让事情变得更糟了，他只好把这个主意暂时搁置了起来。利用水分解有着很大的潜力，不过我们从中获取能量的方式是缺乏效率的，于是席尔瓦博士萌生了另一个主意。 她的实验室推出了一种可以使氢、氧和二氧化碳发生化合，然后转化出异丙醇——一种能从水中被分离出来的燃料——的转基因细菌，并基于这种细菌设计出了一套向其中投入一种金属催化剂、水、细菌和二氧化碳便会制造出一种能够驱动暖炉的化学物质的系统[187]。 如果你想一想，便会发现这有点疯狂。只要把正确的材料和生命机理放在水中，并使之得到一些光和热量，它们便会形成燃料。此外，因为这在模仿生命，从空气中提取二氧化碳，所以这种燃料是更为环保的。 席尔瓦博士告诉我们：“我们的贡献是……让这个过程同水藻——很可能是最好的光合作用系统——一样高效。实际上，我们现在已经击败水藻了。我记得我们在最早的论文中说我们会战胜植物，而我们现在已经战胜水藻了。”

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安卓拉·穆克帕德亚博士在联合生物能研究所（Joint Bioenergy Institute）领导的研究小组造出了一种能把可再生植物资源（例如柳枝稷）转换成D—柠檬烯的细菌。这种细菌能把预处理过的柳枝稷中的纤维素分解为很小的糖，然后再把这些糖变成D—柠檬烯。 他们希望把这个过程推进到细菌会直接吐出喷气燃料的阶段，但在一个罐子里达到转换出D—柠檬烯的阶段，就已经省去了制造生物喷气燃料通常所需的很多步骤。此外，因为这种转换的碳源是空气中的二氧化碳（这也是柳枝稷合成纤维素的碳源），所以从理论上来说，这可以让我们在不往大气中增加二氧化碳的情况下得到喷气燃料。 这样的生物燃料对降低我们对石油产品的依赖有着巨大的潜力，但其成本至今仍是一个很大的挑战。石油价格在不断地走低，所以我们离把杂草转化为喷气燃料也许还尚需一段时日。

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西尔伯格教授因此创造出了一种会释放土壤中不常见气体的细菌，所以我们只要将这种合成微生物置于土壤中，然后监测气体的排放，便能“偷听”微生物的行为，而不用把它们磨碎，再加以分析了。 我们中绝大多数的人都不会觉得含有气体的土壤微生物有多么浪漫，但这项技术的使用范围可以被扩展到环境污染上。一些研究小组已创造出了在有砷和水存在的情况下会发光的转基因细菌。砷越多，这种细菌就越亮，像是一盏以毒药为燃料的夜灯。 一项类似的技术有可能被用于发现和监测有毒的环境，因为先进的合成生命机理已经能让我们为细菌编写远比“如果探测到毒素，那就发光”要复杂的程序了。 这个领域中的一个主要障碍是剧毒环境对细菌来说同样是有害的，所以当细菌没有发光时，这并不一定是因为细菌没有探测到砷，也可能是所有的细菌都死了。科学家正致力于解决这个问题，一个主意是使用已经适应了有毒环境的高抗性有机体，而另一个主意是创造更为复杂的信号机制，类似于“红灯意味着有毒，绿灯意味着无毒，完全没灯意味着我的天啊！逃命去吧！”。 如果人们决定了他们不会在乎满世界乱跑的合成细菌，你便可以持续地监控几乎任何一个地方的环境状态了。如果一个特定区域的土壤开始发出绿光，那我们便会知道那里有砷，而蓝光可能意味着存在有毒剂量的水银，黄光可能表示有铅。总之，如果你遇到了一座神秘的小海湾，海水泛着五彩的光，那就别喝那里的水。

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一个由詹妮弗·杜德娜博士在加利福尼亚大学伯克利分校（和霍华德·休斯医学研究所）所领导的研究小组，发现了一种制造分子剪刀的办法，这要归因于细菌免疫系统工作方式的一种古怪特性。存在于细菌体内的这套系统名为CRISPR-Cas9，这个缩略词[188]是“聚合规律性间隔短复发性重复”的简称，跟保鲜储藏格的发音是一样的[189]。

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其工作方式是这样的：当一个病毒感染了一个细菌时，病毒会把它的遗传物质碎片注入细菌的细胞壁内。为了制造更多的病毒颗粒，这些遗传物质碎片会试图取代细菌的运行机制，但细菌能用一种名为Cas的蛋白质予以反击。如果反击成功了，那Cas便会把病毒的部分遗传物质填入细菌DNA中一个特殊的区域里，而这就为细菌提供了一种记住病毒的办法。 从此以后，当这个细菌碰见了相同的病毒时，它便会根据储存的编码“辨认”出这种病毒，然后在辨认出来的地方切除这种病毒的蛋白质，不过细菌并不是出于一种罪有应得的感觉在辨认出来的地方进行切除的——而是在有病毒进攻的时候，把它们切碎是一种相当好的防御方式，这对人类来说则是一件便利的工具——Cas好比是定向分子剪刀，永远只会在某个基因位置上剪。

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其工作方式是这样的：当一个病毒感染了一个细菌时，病毒会把它的遗传物质碎片注入细菌的细胞壁内。为了制造更多的病毒颗粒，这些遗传物质碎片会试图取代细菌的运行机制，但细菌能用一种名为Cas的蛋白质予以反击。如果反击成功了，那Cas便会把病毒的部分遗传物质填入细菌DNA中一个特殊的区域里，而这就为细菌提供了一种记住病毒的办法。 从此以后，当这个细菌碰见了相同的病毒时，它便会根据储存的编码“辨认”出这种病毒，然后在辨认出来的地方切除这种病毒的蛋白质，不过细菌并不是出于一种罪有应得的感觉在辨认出来的地方进行切除的——而是在有病毒进攻的时候，把它们切碎是一种相当好的防御方式，这对人类来说则是一件便利的工具——Cas好比是定向分子剪刀，永远只会在某个基因位置上剪。 此外，因为一个健康的细胞在它的DNA被剪断后，会尝试以把两个末端连起来的方式来自行修复，所以在这种修复发生前，我们可以向这个缺口中放入合适的新分子，等待DNA自行弥合断口，然后嘭的一声！你成功地把一段新编码插入了一个细胞的DNA中，一个活细胞的DNA中。

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一项名为国际基因工程机器[193]（iGEM）的竞赛每年都会举办。这项竞赛会让学生（包括高中生！）相互对决，看谁能创造出最令人激动的基因工程有机体。2015年，在众多的参赛项目中，参赛队伍创造了一种可以探测重金属污染和迷奸药，并且能搭配iPhone来工作的生物传感器，一种会通过分泌化学物质来调节水的冰点的有机体，一种用于检测癌症是否已发生转移的廉价而快速的方法，一种可量化海洛因纯度的生物传感器。 参赛队伍还将创造的部件全都纳入了一份“标准生物部件注册表[194]”中。这份注册表可免费获取[195]，而且即使是没有参加过国际基因工程机器竞赛的人，也可以向其中增补条目，所以这就像是开源的生物乐高积木。如果你有设备（在生物黑客领域正变得越来越容易获得），那你就可以订购这些部件，用于研究合成生命机理，所以你的邻居可能会成为下一个解决人类能源危机，或者治愈一种疾病，抑或用生物性发光物质在你的身上写上“踢我”的人。如果你住在麻省理工学院附近，这些事情很可能就已经在你的身边发生了，也许用不了多久，这就将成为每个人都会拥有的经历。

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在我们写这本书的时候，英国的科学家得到了修改人类胚胎的授权，但美国的科学家没有。CRISPR-Cas9曾在中国被用于修改人类胚胎，其结果是极其糟糕的，出了很多的问题，这其中包括突然出现的突变体。记住，我们尚不明白我们在干什么。即使一个“设计人类”被成功地创造了出来，可我们并不知道它的基因对它的子孙后代会有怎样的影响。

长久以来医生所说的“症状”或“体征”，现在计算机的研究者更多称为“生物标记”。从广义上讲，生物标记泛指任何能把一个人的体内状态——通常是这个人体内是否出了什么问题——告诉我们的东西。最为常见的生物标记是传统的症状和我们身体的化学信号，但有些研究者认为这个术语的涵盖范围可延伸到行为模式上，例如，我们会浏览什么网站，或者我们会在网上发布什么图片，所以可以说，如果一个人有一个名为“我做得怎么样？”的计算机模型，那生物标记便是这个人或许会输入这个模型来找寻答案的东西。 正如科学同医疗实践的结合产生了现代医学，医疗科学同分子分析、数据科学以及机器学习的结合也许会产生一种新的范例，而这种范例将被称为精准医疗。在未来，我们也许会得到从成千上万个生物标记中做出的快速而正确的医疗诊断，然后接受专门为我们制定的治疗，这意味着我们会活得更久、更健康，而且在检测系统会变得既廉价又易用的前提下，一个人几乎不用花太多时间来怀疑他右侧屁股上长的那个肿块是不是癌症。此外，如果疾病的诊断和治疗会成为关乎计算能力的问题，那医疗保健的成本可能会被降低（在我们这代人的生命中至少一次）。 人的一滴血里含有数量多到惊人的信息——也许是与潜在的心衰有关联的化学生物标记；也许是来自于一颗未被发现的实体肿瘤的遗传密码；也许会告诉我们你的压力大到了连你自己都没意识到的激素生物标记。 更深入地了解这些不易察觉的生物标记，不仅将带来更好的诊断，而且会让人想出新奇的疗法。如果一个人患有癌症，那我们便能对癌症特有的某些基因突变体进行定位，然后以此来选择最佳疗法，或者从“货架”上选取一种或许会奏效的疗法，纵然这种疗法并不是为这个人患有的疾病而设计的。使用最新的方法，我们或许能创造出一项通用技术来应对任何由基因突变所引发的疾病。 随着人体多样性和复杂性的相关数据的增多，还有数据分析能力的提高，我们的计算机正不断地接近于做出一份完美的诊断并挑选出最合适的治疗方法的那一天。这个梦想也许看似遥不可及——至少这个梦想在某些方面上离实现是很遥远的——但记住，人体的复杂性是有限的[204]，而每一次进步都会让我们离终点更近一些。

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美国国立卫生研究院在不久前启动了精准医疗倡议队列研究计划[205]。这项计划将从一百多万名参与者身上收集健康和环境信息，这其中包括有关他们“-omes”[206]的数据。 在这一章中，我们将告诉你一大堆的“-ome”。“-ome”的一个快速定义是这样的——当一名科学家把“-ome”添加到一个单词末尾时，这个单词的意思变成了“像是所有的……”，所以一名遗传学家研究的是特定的基因，而一名基因组学家（genomist）研究的是所有的基因[207]。 这么说也许会让人有一种基因组学家要更为聪明一些的感觉，但实际上，这有点像心理学家和社会学家的区别[208]。使用“-ome”只不过是一种目前流行的命名惯例。 美国国立卫生研究院将获取这些参与者的基因组、微生物组和其他信息，然后会长期跟踪它们在这些参与者健康状况中的变化。医生可以通对这些数据进行梳理来寻找疾病、遗传特征和环境因素之间的关联，而这将创造出一个巨大的数据集。 遗憾的是，大量的数据并不会跳起来告诉我们正在发生什么事，这是辉瑞公司[209]的桑迪普·梅农博士时常担忧的一个问题。“我们现在收到的数据量几乎是呈指数级增长的，然而……掌握了适当分析技能的可用之人少之又少。坦率地说——人才供不应求。” 梅农博士是一位杰出的生物统计学家，同时是辉瑞公司生物统计研究和咨询中心的副主席和负责人，可甚至连他都觉得“要跟上不断发展的最新技术，以在数据洪流中找到正确的行进方向是富于挑战的”。 让梅农博士担忧的是，现在有很多分析员完全不知道该如何处理他们的数据。他认为很多人现在正在犯的错误减慢了这个领域的发展速度，而且潜在地伤害了病人。 尽管对所有这些信息进行整理的难度很大，但很多相关的研究正在取得进展。精准医疗领域的涵盖面太广了，所以我们决定给出一些让你大致了解精准医疗有哪些用途的实例。

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然而CRISPR有一个很酷的地方——它是一种治愈遗传性疾病的通用工具。这种定向基因编辑法应该对任何一种由一个或多个基因突变体所引发的疾病都有效。如果CRISPR最终成为一颗可解决基因问题的银子弹[210]，那我们便可以把它射向亨廷顿氏舞蹈病、镰状细胞贫血、老年痴呆症以及诸如此类的疾病了。

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癌细胞很难被杀死，这与秘密机器人在2027年的机器人暴动中很难被杀死的原因是一样的——它们看起来和我们没有什么差别。 癌细胞是发生了病变的细胞，它们本应起到某种有用的身体功能，但碰巧携带了或得到了一组古怪的突变体。这些突变体会使之不断地自行复制，而不是起到该起的作用。就一颗实体肿瘤来说，这实质上是一大堆发生了病变的细胞在人的体内生长、繁殖。 人的体内始终都在产生突变细胞，这其中包括癌细胞。一般来说，人的免疫系统会辨认出这些细胞，然后杀死它们，可问题在于偶尔会出现一个非常罕见的细胞，这个细胞的繁殖会失控，而且会规避免疫系统，这要么是通过不被免疫系统发现来实现的，要么是通过说服免疫细胞不要杀死它来实现的。 因此，在一个人被诊断为患有癌症的时候，这个人的身体里确实存在着非常危险的细胞，而这时，医疗便会介入这个人免疫系统失效的地方，但癌症一般是很难被发现的。 从历史的角度来看，白血病是最容易被发现的癌症之一，因为它是血源性的，而且会留下暴露它存在的白细胞增多[211]的迹象。实体肿瘤——尤其是小的实体肿瘤——可能是悄无声息地出现的，这便是为何医生会让病人定期做乳房检查的原因所在，因为即使是硬质肿瘤，当它们隐藏在一个柔软的身体部位里时，可能同样是不易察觉的。 早期诊断的目的不只是为了及时地治疗癌症。很多最致命的癌症之所以具有很高的恶性度，不是因为它们具有十分快的扩散速度，而是因为在扩散已来不及被抑制之前，它们的症状不易察觉。 美国国家癌症研究所表示，如果一个人的肺癌在早期被发现了，那这个人存活5年的概率便有55%，但绝大多数的肺癌都不会在早期被诊断出来。超过一半的肺癌在癌细胞转移前都不会被诊断出来[212]，而这时存活5年的比率就只有5%左右了。 因此，人们都希望癌症能尽早被发现[213]。此外，事实证明白血病并不是唯一一种会在血液里留下一种生物标记的癌症。所有种类的癌症都可以通过寻找名为微RNA（microRNA）的小分子被发现。 在上一章中，我们介绍了DNA大致是如何创造蛋白质的，但我们提到了实际过程可能是更为复杂的，而其中的一层复杂性便是由微RNA所引起的。

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我们尚未完全弄清微RNA的作用，但它扮演的一个重要角色似乎是所谓的基因表达（gene expression）。

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这些小的微RNA分子可以在我们的血液中被找到，而特定的微RNA片段或它们的浓度变化，不仅能告诉我们你也许患有什么癌症，而且能告诉我们这些癌症正处于什么阶段。 比方说，一项研究发现有四种特定的微RNA浓度能有效地预测一名癌症病人是可能存活较长的时间（平均超过四年），还是较短的时间（一般在九个月左右）。这样的信息能帮助病人和医生来决定应对癌症的激进度，而且能帮助病人来决定如何度过他们最后的人生。 理论上，通过弄清一个人的血液里有哪些微RNA，我们可以获得一种关于这个人所患疾病的读数。我们体内被新制造出来的蛋白质几乎会反映出在我们身体中发生的一切事情，所以这可能会是一个有关我们有哪些身体机能发生了严重失常的极好的信息源。 但要弄清一个人的身体出了什么问题并不容易。当你下次想翻阅相关资料时，考虑一下miRBase（www.mirbase.org），即微RNA数据库。在我们写这本书的时候，这个数据库正在跟踪大约2000个微RNA分子。 另一种有趣的分子名为循环肿瘤DNA（ctDNA[214]）。这种DNA是一项非常新的发现，而且对癌症诊断来说，这项发现可能有重大的意义。简而言之，当一个人的体内存在不同类型的实体肿瘤时，它们少量的DNA可能会进入这个人的血液。 这对癌症病人来说并不是一件大事，但对医生来说却是非常有用的，原因有两个：其一，这会让实体肿瘤无处遁形。其二，这意味着对一种未知癌症的基因分析可以在不进行侵入性手术的情况下来进行。 一项最近的研究显示，通过血液中的循环肿瘤DNA，一期肺癌发现率已经有50%，而二期的发现率则达到了100%，这时的癌细胞已经从肺部转移到了淋巴结里，但还未转移到其他的器官中，但在过去，这种癌症往往在发展到了三期或四期的时候才被发现，可这时5年的存活概率就非常低了。 然而，即使你能发现循环肿瘤DNA和微RNA癌症特征，要完全弄清你的疾病仍然是很困难的。 我们倾向于从癌症的发现位置来谈癌症——肝癌、骨癌、脑癌——但这并不是描述癌症最好的方式。两种不同的乳腺癌也许起源于完全不同的突变体，但其中一种也许是致命的，而另一种却是完全可控的。 让事情变得更为复杂的是，癌症一旦存在就不会停止突变。随着癌细胞持续的突变，一种适者生存的情况会出现在癌症病人的体内，其结果可能是肿瘤不仅会变得很危险，而且会具有基因上的多样性。 癌症遗传特征的多样性可能会使治疗变得极为困难，即使有一种会使肿瘤缩小的药物，可这种药物也许只会减少某一类的癌细胞，所以它杀死的也许只是某种易受这种药物影响的特定癌细胞，而在这之后，癌症会变本加厉地卷土重来。 更糟糕的是，如果癌症病人接受了化疗或放疗，那它们在这个过程中也许便进一步地创造出了突变体。此外，更不必说这些疗法往往是很糟糕的，其部分原因在于它们所针对的不单单是癌细胞，比如说，传统的化疗所针对的是分裂速度太快的细胞，但某些正常的细胞——例如胃黏膜细胞——原本就分裂很快，这好比通过干掉每个有黑色长胡子的人来减少整座城市的罪恶性，当然，这除掉的主要会是恶棍，但还会杀掉一个嬉皮士，可他不仅友善，而且是城里最好的咖啡师，这值得吗？也许吧，但不会是一次令人愉快的经历。 为了击败癌症，我们希望尽早地弄清正确的疗法，以避免让癌症有时间进一步地突变，这也许意味着我们每年都要通过血液检查来提早发现癌症，并查明癌症携带的突变体，这将是非常重要的，因为这意味着我们有时间来选择正确的治疗方式。选择了错误的治疗方式不仅会很痛苦，而且会很危险。我们会想知道所有相关的突变体，这样一来，我们便能制作出正确的药物鸡尾酒[215]来治疗它们。

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什么是T细胞？哈佛大学医学院和马萨诸塞州综合医院的玛塞拉·莫斯博士解释说：“当提到免疫疗法时，有两样会让T细胞变得很特别的东西……它们可以杀死其他的细胞……以及……它们有记忆。它们是非常长命的细胞。此外，它们一旦见过某样东西，在第二次见到时便会很快地认出这样东西，然后更快地杀死这样东西。” 曾经有一项特别成功的基因改造项目，教会了T细胞如果去追击一种名为CD19的分子。这种分子可以在一种名为B细胞的白细胞表面被找到，而白血病和淋巴癌往往会通过过度地制造白细胞来杀死你。 这种方法存在一个问题，T细胞往往会以杀死所有的B细胞而告终，这其中包括健康的B细胞。B细胞同样是免疫系统的一部分，所以杀死所有的B细胞可能会造成免疫系统暂时性的损伤，但对抗击血癌来说，竭力避免感染通常是更可取的。

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莫斯博士想出了一种更为巧妙的方法——通过改变T细胞的基因结构来让T细胞攻击一种名为表皮生长因子受体Ⅲ型突变体的抗原，我们将以易于记住的首字母缩略词EGFRvⅢ[216]来指代它。正常的脑细胞没有EGFRvⅢ，但某些肿瘤细胞有，所以如果一个人“幸运”长了一颗带有这种特别受体的肿瘤，那他就可以通过为T细胞编程来使之发现并杀死这种特别受体。 莫斯博士的研究尚处于一个早期阶段，但免疫疗法在未来有望被证明是一种可精准地攻击多种实体肿瘤的办法。

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如果治疗起作用了，癌症便会缓解，但癌症病人在余生中还是会受到医疗监测。癌症处于“被治愈”的状态是一种非常好的癌症风险指标，而精准医疗技术能提供更好的癌症监测办法。 比方说，如果一个人的癌症正处于缓解期，这个人或许还是要留意他体内的循环肿瘤DNA，以确保癌症没有在不知不觉中复发，而且这些循环肿瘤DNA或许仍需要进一步的调查，以防止出现新的突变体或某种突变体的数量增多。如果循环肿瘤DNA特征突然显示出了存在某种恶性度更高的癌症，那也许就得改变治疗方法了。 这项新技术发展得很快，而且我们现在已经能在粪便、尿液和其他体液中找到循环肿瘤DNA了。也许我们很快便能更好地监测癌症了，而且是通过捣弄人的粪便，而不是人的身体。

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代谢物组 医疗中的一件难事是如何知道一名病人对一种药物会有怎样的反应。也许对某个人有效的药物而在另一个人身上的效果却是差强人意的，这种情况有时可通过“代谢物组”（metabolome）来解释。代谢物组是一个人所有的代谢物，即人体运作机制所需的所有基本分子，例如糖和维生素。代谢物组不是一套简单的系统——人类代谢物组数据库（Human Metabolome Database）（www.hmdb.ca）目前正在对42000种不同的代谢物进行跟踪，也就是42000种小分子，

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事实证明，人体会发生大量的代谢变化，这也许解释了为何咖啡会让你彻夜不眠，可你的朋友却能在喝完一杯双份浓缩咖啡后呼呼大睡起来，因为你们的身体是以不同的方式来处理咖啡中的化学物质的，而这些差别能把你们的体内状态告诉我们，比方说，我们大约在70年前就已经知道可以通过检查葡萄糖水平来判断一个人是否患有糖尿病了，如果一个人不能很好地代谢葡萄糖，我们便会发现这个人的葡萄糖水平要高于正常值，但通过对42000种浮动的代谢物进行跟踪，我们或许能获得更多有关人们的代谢能力究竟存在多大差异的信息。 比方说，对某些有自杀倾向的抑郁症病人来说，任何药物治疗都是无效的。这可能是因为他们的代谢组中有东西在阻碍或影响药物的吸收。在一项精准医疗范例中，我们或许能预先查明病人不能正常代谢的东西是什么。 代谢信息也许还可以改善人体的营养摄取。哪些毒物对一个人有影响，可对另一个人却没有？在特定的毒物是美味的情况下，这是尤为重要的，比方说，低胆固醇血症（hypocholesterolemia）病人的血液中会因某种原因而不会有太多的胆固醇，这也许意味着他们可以吃更多美味的高胆固醇食物，可我们却被告知要对这些食物忌口。也许还存在着允许人们过量地吸烟、喝酒或像是……嚼玻璃[217]的类似基因。反过来看，一次精准的监测也许会告诉一个病人他应该对某些食物忌口，或者尽量少进行某些活动，即使这些食物和活动通常被认识是有益健康的，所以也许你妈妈让你吃西蓝花就是大错特错的[218]。 了解代谢物组对危重病人来说也许是尤为重要的。任何具有潜在副作用的药物最好都应按尽可能小的有效剂量来开，如果一名病人有一组不同寻常的代谢物组，那一个小剂量的效果也许便会表现得像一个大剂量一样，或者一个大剂量也许便会完全没有效果。如果医生要为一名病人选择药物，了解这名病人会如何代谢药物，也许便能让医生直接解决他的病根，从而避免让他接受痛苦的治疗。

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哈佛大学的安德鲁·里斯博士和佛蒙特大学的克里斯托弗·丹弗斯博士发现，他们可以根据一个人在Instagram上发布的照片的色彩和亮度来判断这个人是否患有抑郁症。患有抑郁症的Instagram用户更倾向于发布偏蓝色和灰色的照片，而且比起由没有抑郁症的用户所发布的照片，这些照片的亮度通常更暗。将这种大范围的信息与大量不易察觉的生物标记相结合，也许能让精神疾病得到更好的分类和治疗。 这种活动监测（如果得以在大规模群体中实施）也许会发现与精神失常相关的活动模式。也许你认为自己患有焦虑症，因为你总是坐立不安，但这实际上可能是你总是在脸书上看你的朋友过得怎么样。 对社交媒体强迫症的诊断，比诊断出一段特定的遗传密码的小幅增长要容易一些，可一般人谁会把这些情况告诉医生呢？也许各种各样的个人和群体行为都具有未被发现的临床意义。随着可穿戴计算变得越来越流行，我们也许能把自己更全面（也更真实）的情况提供给你的医生。想象一下光辉的未来，当你去看牙医，然后与医生友好地攀谈了起来，直到一台可穿戴计算机道出了你根本没怎么用牙线的实情。 没错，这存在一些隐私问题，但也许有一天，医生能通过准确地掌握你的个人情况——从你在读什么书和你的日常运动量到你尿液中少量的分子——来发现你的健康问题，并预测你也许会遇到的健康问题。

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在上面这几个小节中，我们所讨论的大多都是癌症和遗传疾病，因为它们是最难被治愈的疾病，而且我们才刚开始取得一些重大的胜利，但精准医疗技术应该能被应用于几乎任何疾病。 比方说，精神压力和高血压可能会引发一种名为心脏肥大的疾病，即危险的心肌增厚，这会增加一个人疲劳、头疼和猝死的风险。考虑到心肌是由蛋白质构成的，心脏肥大同样具有一种微RNA特征的事实也就没什么好惊讶的了。事实上，各种类型的心脏肥大都具有微RNA特征。着眼于血液中的微RNA能让我们通过一种非侵入性的方式来查明一个人患上了哪种心脏肥大。 换言之，我们或许能预测一个人的心脏是否会衰竭。考虑到心脏病是全世界的头号杀手，谁会对委婉一点的预先警告感到反感呢？ 对正在接受有风险性治疗的病人来说，对血源化学物质进行全面监测的能力也许同样是有益的，比如说，一名有心脏病史的病人现在需要接受一次化疗来治疗癌症，可这会增大这名病人发生心衰的风险，而且等到这名病人真犯了心脏病的时候，也许就为时已晚了。 通过分析微RNA，我们几乎可以实时地监测化疗对心肌的影响，然后做出相应的选择。 此外，最新研究表明中风也具有一种微RNA特征，而且有一些微RNA特征能告诉我们一个人的大脑在中风后恢复到了什么程度。 分子生物标记还能告诉我们一个人是否患上了其他的疾病，例如老年痴呆症、克罗恩氏病，甚至是哪种流感。事实上，如果你在谷歌学术上搜索“微RNA基因图谱”，你便会发现大量的新论文，这些论文表明人体中存在着各种疾病的微RNA特征，从前列腺癌的到抑郁症的，而且我们能根据这些微RNA特征来判断这些疾病发展到了什么程度。 除了分子状况和临床状况，一些研究者还想知道行为状况。大致说来，他们想得到的那种数据是一个令人毛骨悚然的跟踪狂会了解到的——一个人在看什么电视节目，或者在浏览什么网站。这些信息也许会为我们提供一个人是否会患上某类疾病的相关信息，

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再次是隐私问题。我们为此同莱斯大学的希尔斯廷·马修斯博士和丹尼尔·瓦格纳博士进行了交谈。他们正在尝试把道德观教授给二十来岁的年轻人，这显示出了他们的幽默感。 马修斯博士说：“为了让精准医疗起作用，同时变得非常有用，你必须把自己的遗传特征和自己的经历联系在一起，这意味着你一生中发生过的所有事情，无论是受过的伤、生活过的环境，还是因遗传背景而发生过的事情……这一旦发生，匿名性就不复存在了。” 因而猎头公司或保险销售公司现在能查出你的背景，或者你是否可能会患上一种精神疾病或一种慢性衰竭的疾病。即使这些团体无法获得你的健康信息，可他们还是能通过分析你的社交媒体形象来把有关你心理健康的碎片信息联系起来。那个能从Instagram用户的照片选择中看出抑郁症的研究小组，同样能通过分析推特上的帖子来发现抑郁症和创伤后应激障碍（PTSD[220]），其推测的临床结果比正式的诊断报道早了几个月。此外，你在公共场合的行为也许同样会透露出你的私人健康信息。 诸如人寿保险和健康保险之类的概念之所以是可行的，是因为提前预测谁会在何时患病或死亡是很困难的。可能你并不会经常思考这个问题，但保险真的是一件数学工具。如果有1000对夫妻买了人寿保险，那这些夫妻中可能有人死于意外。那些在年轻时丧偶的人得到的保险金将比他们投保的钱要多，而那些年老的夫妻能得到的保险金则会比他们投保的钱要少，但他们能长厢厮守，这弥补了经济上的损失，所以这本质上是幸运的夫妻资助了不幸的夫妻。 随着医疗证变得越来越个性化，这套系统将变得越来越行不通。也许有朝一日保险公司将对投保人的基因类型做出调查，比起那些具有有利基因类型的人，那些具有不利基因类型的人要付更多钱才能投保。幸运的人会变得更幸运，而不幸的人会变得更不幸。 为了降低这种风险，美国国会通过了2008年遗传信息非歧视法案，认定这种歧视是违法的。雇主不能因为雇员有一种会产生某种健康问题的遗传易感性而解雇他们，而保险公司也不能因为这个原因拒绝为投保人提供保险，但我们终将要直面于生活在一个医学知识高度发达的社会里意味着什么的问题。“这关系到的不是保护数据，”瓦格纳博士说，“而是保护人们的数据含义不受泄露。”比如说，如果你具有一种会产生攻击行为的遗传易感性，你是否应该被禁止从事某些工作呢？你身边的人对此又是否应该有知情权呢？

我们就重建这种复杂性事务同莱斯大学的乔丹·米勒博士进行了交谈，他告诉我们：“虽然科学家可以在器皿中培养细胞，但人体惊人的结构有着密度相当大的紧凑形状，比方说，肺部用于气体和血液交换的表面积有一座网球场那么大，而这么大的面积完全被折叠进了我们的胸腔当中，所以如果我们不能重建至少一部分这种惊人的结构，那我们就根本无法从功能上来更换一个器官。” 此外，在你制作一个器官的过程中，时间是不会停止流逝的。如果一个组织得不到稳定的营养供给，它几小时后便会死去。非常薄的组织块可以通过扩散来吸收营养物（有点像一块海绵吸水的方式），但如果组织块在厚度上超过了一枚10美分硬币，这种办法便不起作用了，这最后只会让组织的外部保持存活，但内部却早已死了。

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组织坏死给制作器官带来了更多的复杂性。在一个真实的人体器官中，这个问题是由脉管系统解决的，也就是靠血管来解决的。除了你熟悉的大静脉和大动脉，血管还包括从较大的血管末端分叉出来的细小的毛细血管。 遗憾的是，毛细血管是如此之小，以目前的器官打印技术是很难把它们在较大的血管上制造出来的。 更困难的是，器官打印出来真得是完美的。无论何时，如果你的心脏停搏超过2分钟，你便会死去。

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因此，我们在试图制作新器官的过程中会受到诸多限制——我们得有能力来使用各种各样的细胞，并以不同的方式来处理它们。我们得搭建脉管系统，为制造中的器官提供营养物。我们得很快地完成所有工作，因为只有这样，细胞才不会在我们拼合器官的过程中相继死去。此外，我们还得确保整个过程是万无一失的。

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3D打印的方式有很多种，我们在之前的章节中已对其中一些做过了描述，但其基本思路是这样的：我们可以通过某些方式来把材料逐层地堆叠在一个表面上，最终得到一个3D物体。一般来说，这并没有传统的制作方法那么有效率，比方说，如果我们要制作塑料筷子，那更廉价、更快的方式便是把塑料注入一个筷子形状的模具，而不是逐层来制作筷子。 然而3D打印还是有一些优势的。就一个传统模具而言，当我们想要一双形状独特的筷子时，我们就得先制作一个昂贵的新模具，而一台3D打印机几乎能制作出任何形状的筷子。此外，考虑到3D打印是逐层来进行的，一种时髦的款式[237]和一种更为传统的款式要花的打印时间基本是一样的。 我们还可以使用3D打印来混合不同的材料。如果你见过简易的桌面3D打印机，你就知道它们通常一次只能打印一种颜色的塑料，但如果增加喷口的数量，那我们便能得到更多的颜色。工业3D打印机不仅可以增加颜色的数量，还可以增加材料的类型，所以它们能制作出由金属、塑料、树脂和其他材料所构成的独特的混合物，这几乎是不可能靠手工或使用传统方法制作出来的。 3D打印另一个很酷的地方在于可以制作不同寻常的结构，比如说，假设我们想制作一个内部是蜂巢结构的球，这是不可能以一个注塑模具来完成的，但以3D打印来完成是相对容易的。 对制造像人体构造这样极为复杂的结构来说，以上这些特性让3D打印成了一种潜在的最佳办法。理论上，一台3D打印机应该能快速地喷出用于制造功能正常的人体器官所需的合适的细胞、蛋白质、化学物质、处理剂和构件。 更好的是，一台3D打印机将能为每一位病人定制器官，这很有用，因为一个身高5英尺的女人不会想要一个身高7英尺的男人的心脏[238]，而且医疗场所的一台3D打印机可以使用从一名病人身上分离出来并被培养过的细胞来为这名病人打印器官，比方说，我们可以从某个病人身上分离出未成熟的干细胞，再以巧妙的方式来使它们自行复制，以构成一个特定器官的细胞，最后把这个器官移植到这名病人体内。这样的一个器官不会有通常源于器官移植的排斥问题。

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生物打印的方式是五花八门的，而最常见的两种是挤压和激光。 挤压的工作方式本质上和一支糖霜枪[239]（frosting gun）的是一样的，但挤压出来的是由细胞和化学物质所构成的生物墨水，还有一些提供支撑的黏性物质，所以这些东西可以从喷口中被和缓地挤压出来。 在打印生物墨水层的过程中，一个由计算机控制的机械臂会在合适的时间将喷口移动到合适的位置上，这是一个很好的方法，因为细胞有时是相对纤弱的，而挤压是相对和缓的，不过任何使用挤压法的技术都会产生流量控制和堵塞喷头问题。一名心脏接受者很可能不会想看到一名医疗技术人员一边叫喊着说：“我确实取消了那个打印命令啊，该死！”一边在拽一块卡在喷口中的组织。 另一个问题是打印速度。当细胞在打印过程中受到过大的挤压力时，它们很容易爆裂，这限制了可被施加于细胞的压力大小，继而也限制了打印速度，而缓慢地打印同样会造成问题，因为细胞不是永生的，而且它们在被挤压出来后也许会发生偏移。 不过我们可以试着在生物墨水中混入更少的细胞和更多提供支撑的黏性物质，但这只意味着打印材料会更接近于果冻，而不是——好吧——肉。

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激光诱导向前转移LIFT：laser-induced forward transfer。

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首先把生物墨水涂抹在一块透明金属板的正面上，然后把一道激光射向这块金属板的背面，这会使生物墨水中出现少量的气泡，而气泡会发生爆裂，因此少量的生物墨水点会被弹射出去，然后落在一块用于接受生物墨水的金属板上，这会在被涂抹的生物墨水中留下空隙。 以这种方式反复地发射激光，可以在那块用于接受生物墨水的金属板上“画”出由生物墨水点所构成的复杂图案。通过增加由这些点所构成的分层，可以制作出一个立体形状来，这和挤压的方法是殊途同归的，虽然这种方法看起来似乎并不太理想，但如果我们能使生物墨水点足够的小，也足够的多，它们看上去便会像是一块屏幕上的像素，换言之，这些生物墨水点便构成一个连续的整体。

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往生物墨水中添加各种物质，以使之能被令人满意地打印出来，这种做法也许会降低它构成一个严格意义上的器官的能力。生物墨水很可能只有在处于凝胶状态的时候才能被很好地挤压出来，并为细胞提供缓冲，所以要添加褐藻酸盐（alginate），而且生物墨水不能挥发得太快，所以还要添加甘油（glycerol）。

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然而无论添加的是什么，问题在于这些东西在一颗真正的肝脏中是不存在的，所以添加物须是无毒的，而且它们得在起到它们该起的作用后，同时在不会影响结构的情况下离开器官。 一些研究小组已经想出一种在不使用这些生物墨水辅助物质，而是依靠细胞本身的能力来打印，完成后生成大量化合物，然而像褐藻酸盐这样的添加剂仍然是很常见的。 即使我们拥有了完美的生物墨水，可一种生物墨水是远远不够的。一种特定的器官也许有十几种或更多的细胞类型，而且考虑到所起的具体作用，每一种细胞类型还要进一步地细分。 我们还得以不同的比例来混合这些生物墨水，而处理方式也是不尽相同的，比如说，我们或许会想往生物墨水中添加一种特定的化学物质，然后用紫外线照射生物墨水，最后再加热一下生物墨水，或者以不同的顺序和强度来做所有这些事情。叫人更为头疼的是，当我们在一张湿的“画布”上打印器官时，生物墨水也许会和画布产生掺混。

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我们的现状如何？ 我们目前最擅长打印的是约有1毫米厚的细胞块。这个厚度已经是极限了，因为我们尚未完善血管打印，这意味着细胞所有的输入和输出都是通过渗透来进行的，但事实证明，我们可以用一块薄细胞块来做一些令人惊讶的事情。 伽柏·弗盖克斯博士是Organovo[244]公司——一家为药物测试打印人体组织的公司——的科学奠基人。在进行人体试验前，将一种候选药物在人体细胞上进行测试的能力，不但可以挽救很多人的生命，而且能节省一大笔开支。正如弗盖克斯博士告诉我们的：“如果一种候选药物在一块——比如说——人类肝脏上测试失败了，那试验者在把这种候选药物派发给病人前就要三思了。” 这是一件十分重要的事情。每十种测试药物差不多只有一种能通过人体临床试验。如果我们在人体临床试验前就可以确定哪些药物会失败，我们便会挽救生命，减少痛苦，并为人体临床试验阶段省下数百万美元的费用。 培育薄的人体细胞块之所以重要还有另一个原因，那就是很多人体部位实际上就是非常薄的。

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几个器官专家正试图为顾客提供厚的器官[245]。在我们能打印出厚的器官之前，我们必须先打印出血管来。米勒博士的实验室正致力于血管的逆向生物打印。米勒博士说：“我们会用胶状物把打印出来的糖给包裹起来，然后使糖溶解，并将之移除，以留出一连串连通的中空管，在这之后，我们会让血管细胞流入这些管子，而它们会黏在这些管子的管壁上。” 被我们称为“来自地狱范式的冰糖”（the rock-candy-from-hell paradigm）的东西是使用两种不同的方法制作出来的。第一种方法使用的是一种名为RepRap的开源3D打印机，他们对这台3D打印机做了一些改装，这其中包括为之装配一些从一台烤面包机中获得的零件。米勒博士的烤面包机在挽救生命，而我们的烤面包机却只能让面包变得更为松脆。这种3D打印机可以挤压出一种经过特殊设计的黏糖，而（对好奇的人来说）这种黏糖确实是可食用的。 他们使用的第二种方法被称为“糖烧结”（sugar sintering）。 “烧结”这个词通常是指一套工业流程，在这个过程中，工人会先铺设一层粉末状的金属，然后用热量（比如说来自于一道激光的热量）使之形成一个固体。如果这个过程能以非常精准的方式来完成，它便可作为一种3D打印法。我们用一道移动的激光在粉末中“画”出一个形状，然后铺上另一层粉末，再在上面画，这和挤压的办法很像，都是通过制作分层来获得一个预置的立体形状。 米勒博士使用的粉末是糖。糖在被激光击中的时候会发生黏合，而在足够的分层被制作出来之后，糖便成了精准的糖雕。 这种办法在打印血管支架的时候具有一些显著的优点。

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几个器官专家正试图为顾客提供厚的器官[245]。在我们能打印出厚的器官之前，我们必须先打印出血管来。米勒博士的实验室正致力于血管的逆向生物打印。米勒博士说：“我们会用胶状物把打印出来的糖给包裹起来，然后使糖溶解，并将之移除，以留出一连串连通的中空管，在这之后，我们会让血管细胞流入这些管子，而它们会黏在这些管子的管壁上。” 被我们称为“来自地狱范式的冰糖”（the rock-candy-from-hell paradigm）的东西是使用两种不同的方法制作出来的。第一种方法使用的是一种名为RepRap的开源3D打印机，他们对这台3D打印机做了一些改装，这其中包括为之装配一些从一台烤面包机中获得的零件。米勒博士的烤面包机在挽救生命，而我们的烤面包机却只能让面包变得更为松脆。这种3D打印机可以挤压出一种经过特殊设计的黏糖，而（对好奇的人来说）这种黏糖确实是可食用的。 他们使用的第二种方法被称为“糖烧结”（sugar sintering）。 “烧结”这个词通常是指一套工业流程，在这个过程中，工人会先铺设一层粉末状的金属，然后用热量（比如说来自于一道激光的热量）使之形成一个固体。如果这个过程能以非常精准的方式来完成，它便可作为一种3D打印法。我们用一道移动的激光在粉末中“画”出一个形状，然后铺上另一层粉末，再在上面画，这和挤压的办法很像，都是通过制作分层来获得一个预置的立体形状。 米勒博士使用的粉末是糖。糖在被激光击中的时候会发生黏合，而在足够的分层被制作出来之后，糖便成了精准的糖雕。 这种办法在打印血管支架的时候具有一些显著的优点。比起挤压，烧结通常能更为精准地制作立体物体。在米勒博士追求的复杂结构的过程中，精准性是至关重要的。 此外，基于挤压的3D打印法，为分层提供支撑的是下方的分层，这使之很难被用于打印带有悬垂部分的物体，如同，从下至上打印一座落地式大摆钟，钟摆较低的部分在与上面的部分连接起来之前，将不得不悬在半空之中。 然而在糖烧结法中，悬垂部分四周粉末状的糖可以在打印过程中为之提供支撑，而在打印完成后，只要吹几口气，这些粉末状的糖便会散去。

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罗斯博士正在研究匹配市场，而他最大的成就之一便是对器官交换市场的设计。

（《合适》）

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现在你明白了，仅仅通过对市场稍加重组，这个系统似乎会变得没那么可憎。当我们思考市场时，一个始终都应被考虑的重要问题是一套新系统——无论有多丑恶——是比当前的系统更好，还是更糟。一个合法的器官买卖或许会给你一种荒谬的印象，但这比几千人死去时他们的名字还留在一份等待名单上更糟吗？ 我们回答不了在这些市场中什么是对的，什么又是错的。从长期来看，我们希望合成器官会成为可能，同时变得廉价。从短期来看，社会将不得不尽量以最为公平和高效的方式来分配稀缺资源。

科学家已经知道一种直接改变大脑的方式了。这种方式包含三个步骤：翻开一本书，坐下，然后读。

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非侵入性大脑电磁解读 大脑解读的传统办法是脑电图，或者说EEG

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脑电图有很多优势，而最大的一个就是它无须进行手术或使用昂贵的设备。此外，与所有以电为探测对象的探测器一样，脑电图可以获得很好的“时间分辨率”。你的大脑在你想着某件事的时候发射出一个电信号，而脑电图便会探测到它，这一切在不到1秒钟的时间里就完成了。这一点对任何脑机接口来说都是很重要的，因为使用者会希望可以与计算机实时“对话”。 脑电图的主要缺点是你会得到很糟糕的“空间分辨率”，脑电图可以探测到电信号，没错，但我们一般很难借助脑电图来确切地判断出电信号是从何处而来的，原因是脑电图只能探测到颅骨表面的电信号。

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首先，我们的脸和颅骨是令人恼火的。我们的脸会使用电信号来做像眨眼这样的事情，这很重要，但这并不是大脑解读所关注的，可这些额外的电信号会让我们无法获得不能受干扰的脑电图读数。此外，我们的头可能会出汗，或者我们的头皮也许会发生轻微的抽搐，这些同样可能会对电信号的采集造成干扰。 考虑到简便的特点，脑电图确实是一种不可或缺的脑机接口研究方式，其价格低廉，同时无须把大量的长金属锥插进我们的头部（下文将有更多有关这方面的内容），而且确实能相当好地探测到大脑信号。 脑电图的一种补充手段被称为脑磁图，或者说MEG[258]。大脑的电流会产生一个磁场。磁信号比电信号要微弱得多，但它的一个优点是可以在不失真的情况下穿透你的颅骨。 理论上，这应该意味着我们可以不使用更具侵入性的方法来获得很清晰的大脑信号，但目前所有脑磁图系统的体积都很庞大。此外，目前的脑磁图设计中存在一个限制因素，即这种装置必须和颅骨保持一定的距离，而这意味着脑磁图同样不具有很好的空间分辨率。 脑磁图真正的优势是，可以探测到一组和脑电图所探测到的神经元互为补充的神经元。神经科学家有时会把大脑塑造为一个圆柱体的样子，但这并不是十分准确的，因为大脑其实是凹凸不平的，而且是湿软的。 大脑的团块结构意味着有些区域更易于用脑电图来分析，而其他的区域则更适合用脑磁图来分析。

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非侵入性大脑代谢解读

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磁共振成像是通过电磁来使人体不同部位发出“叮当响”的声音，然后通过所产生的信号来制作一幅人体黏稠物质图像。就典型的磁共振成像机系统而言，我们可以借助它们来探测组织中水浓度的差异，这很有用，因为比起健康的组织，肿瘤中的水分通常更少。 科学家最近创造出了一种特殊类型的磁共振成像，其被称为fMRI，虽然“f”指代的是“功能”，可听上去像是发明者想“羞辱”原来的磁共振成像。事实上，“功能”指的是你能如何来观察大脑的运作。功能磁共振成像利用了一个事实，即充氧血具有一种不同于脱氧血的磁性特征。比起处于静止状态的神经元，处于活动状态的神经元要消耗更多的氧气。通过寻找含氧量较高或较低的血液，我们可以弄清大脑的哪些区域最为活跃，这应该能让我们进行一些高分辨率的大脑解读。 这种机器很复杂，但其基本逻辑是很简单的：当你给我看一头母牛的图片时，我有一组特定的神经元的含氧量陡然升高了，那这些神经元很可能就是对这头母牛产生了反应，或者说，当你问我1993年我最喜欢哪支乐队时，我有一组特定的神经元的含氧量骤然降低了，那它们很可能是专门应对羞愧感的神经元。 功能磁共振成像的主要缺点是设备的体积过于庞大，而且价格也极为昂贵。和脑磁图一样，功能磁共振成像很适合用于研究，但如果我们希望普通人随时都可以使用它，我们就必须对其做出一些重大的技术改进。 作为替代方案，另一种名为“功能性近红外光谱”（fNIRS[261]）的代谢解读法显现出了一些很好的前景。 还记得你儿时是如何让手电筒的光亮穿过自己的手的吗？功能性近红外光谱和这有类似之处。 在穿过大脑的过程中，近红外光会被充氧血和脱氧血吸收，但吸收量略有不同，而未被吸收的近红外光则会被头部另一侧的一个探测器给捕捉到，之后，计算机会对这个近红外光做出一些复杂的计算，继而展示出大脑中有哪些区域正在获取氧气。 考虑到探测器和计算机正变得越来越小，也越来越便宜，功能性近红外光谱或许会成为一种极好的解读大脑的办法，而且相比于脑电图，这种方法也更为便捷，因为我们在使用功能性近红外光谱的时候无须往头上涂抹湿凝胶，也不用戴着连着电极的“浴帽”。 然而功能性近红外光谱存在一个很大的限制因素，那就是近红外光实际上只能穿透1英寸的距离，根本无法穿透大脑，所以我们只能沿着大脑边缘来发射近红外光。尽管如此，不严格地说，很多主动思维都发生在大脑外围部分，而像呼吸这样更为原始的功能则是由大脑内部区域所支配的。

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最令人激动却也最不成熟的代谢解读技术是功能性磁共振波谱，或者说fMRS[262]。这项技术和功能性近红外光谱的工作原理本质上是相同的，但得益于信号处理技术的新近发展，我们已经能探测到更多类型的大脑信号了。 正如你想到的，大脑所做的不只是往返运送氧气那么简单。事实上，大脑中有几千种具有不同用途的化学物质，而到目前为止，功能性磁共振波谱已经能探测到这其中的一部分了，所以除了告诉我们事情正在大脑中的何处发生之外，功能性磁共振波谱还能为我们提供一些有关大脑中正在发生何事的线索，这应该能更为详尽地描述出我们两耳之间正在发生什么。 然而最先进的磁共振波谱设备同样有体积过大和价格昂贵的问题。

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此外，有一个我们尚未提及的问题是所有的代谢解读设备所共有的。先前我们提到过脑电图可以获得很好的时间分辨率，但空间分辨率却很糟糕，换言之，我们可以很清楚地知道一个人何时在想某件事情，但很难弄清这种想法是在这个人大脑中的哪个位置出现的。 代谢解读探测器则恰恰相反，它们会详尽地告诉我们想法出现的位置，但只能大致地告诉我们想法出现的时间。

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有一种方法名为脑皮层电图，或者说ECoG[264]。大致来说，在你的大脑皮层，而不是你的颅骨表层做脑电图——这种方法像是不会受到烦人的头发、皮肤、骨头和液体阻碍的脑电图。

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这样得到的数据比通过脑电图得到的要好得多。事实上，脑皮层电图不仅已被用于预测手臂在立体空间的运动，而且已经能让瘫痪病人精准地控制计算机光标乃至机器人手臂了，但缺点是要把电极插入大脑。 通过把装置的大部分植入脑皮层下方来使脑皮层电图的可见度最小化，这在技术上是可行的。从头顶上伸出几根电线来——这在大街上也许不会让人大惊小怪的。 一般认为脑皮层电图只适用于患有严重疾病的病人，尽管神经科学家觉得这种技术适用于任何人，所以脑皮层电图实验通常是在被植入了电极——作为一种癫痫疗法——的病人身上完成的。我们曾在几本书中读到过一些病人的故事，他们同意在脑部手术的间隔中接受神经心理学试验。 尽管脑皮层电图也许会具有非常重要的治疗用途，可我们很可能不会用它来玩电子游戏或下载我们的梦，但很多脑机接口的研究者认为脑皮层电图也许终将具有这样的用途。脑皮层电图无疑是非常具有侵入性的，而且电极的植入过程仍然存在很大的风险，但一旦度过了危险阶段，它便会成为一种至少能被持续使用几十年的极佳数据源。正如脑皮层电图看上去那样古怪，它相当于一个介于神经元监测可能的中间点。

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极具侵入性的大脑解读

比起把一套电极植入大脑皮层，有几种选择是更具侵入性的。这些选择属于皮质内神经记录（intracortical neural recording）的范畴。“皮质内”是一种描述将东西插入大脑的很好的说法，而传统的插入办法被称为犹他阵列（Utah arrays）[265]。 “犹他”这个词也许会让你相信这是一种美好的东西，但犹他阵列实际上是一块布满了相对较硬的金属丝的正方形金属片，而每根金属丝的末端都有一个用于监听大脑电信号的电极。在被插入皮质以前，为了把由此产生的刺激降到最低限度，这些金属丝很可能会被涂上一种抗炎症涂层。 随着技术的进步，犹他阵列在不断地被完善。通过使针脚更为统一或增加针脚的数量，这种阵列正变得越来越好，而且看起来更像是计算机芯片，而不是脑针。 一种相似的新发展产物被称为密歇根阵列（Michigan arrays），其使用方法相当于把小叉子插进大脑，尽管这是更有用的。沿着这把“叉子”的尖齿分布着一系列的电极，它们和犹他阵列中针尖上的电极差不多。理论上，密歇根阵列的优点之一是，在制造过程中可以在不增加长金属锥的前提下加入更多的电极，所以随着技术的进步，我们将以更小的损伤来换取更多的数据。 通过这类大脑解读器获得的数据是特别好的，这些数据会告诉你什么电信号正出现在特定的神经元层级或少量的神经元群组中，但其主要缺点嘛，好吧，不是大脑会被刺穿，而是数据的质量会逐渐下降。 被植入脑部的探测器在信号质量上通常会快速地下降，因为——你或许猜到了——大脑并不喜欢被插入金属和硅。当硬件被植入大脑时，大脑会产生一种免疫反应，直到把外来物封入神经等效对象里，所以一大半的电极在一两年之后便会失效，这就像一台运行状态逐渐变得越来越糟糕的计算机，可主人还在学习如何使用它。

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“神经营养电极”。 想象一个微型玻璃交通锥，其宽度大约为0.05英寸，内部充满了神经营养化学物质，而这些化学物质又被嵌入了电极，所以当玻璃锥被植入你的大脑后，神经元会向其中的空隙内生长，而针脚这时便会探测到它们，这就像是一个小的秘密花园，但里面种的不是花花草草，而是脑针。 考虑到电极数量有限，比起犹他电极和密歇根电极，通过这种方式获得的信息量要少一些，而且这些信息全都是局部的，但这还是很不错的。此外，到目前为止，神经营养系统已经展示出了极佳的使用寿命，它可以在病人的大脑中持续工作长达4年之久，不过鉴于这种方法是相当新的，我们尚不清楚它是否是完善的侵入性办法。 所有这些脑内方法存在的一个严重问题是，除了最初由插入所造成的损伤以外，这些方法还会造成长期组织损伤，而这种损伤大致是这样造成的：想象一下你把一把细齿梳子插进一碗果冻中，然后随身带着这碗果冻。无论你有多小心，果冻受到的晃动绝对会使损伤逐渐变得更为严重。就真实的脑组织而言，它们不仅会受到损伤，而且会发炎。对一个患有严重疾病的病人来说，这也许是尚可接受的，但如果我们想得到某种科幻式的电子人大脑系统，这类做法便是徒劳的。 一种解决办法是使用柔韧的电极阵列，这样一来，“针脚”便能随着大脑移动了，可问题是如果针脚是可以扭动的，那我们就无法如愿地把它们放进果冻般的大脑中，所以我们需要一种在进入大脑的时候是硬的，但在暴露于大脑中潮湿环境的时候会软化的材料。此外，这种材料需要一种会把信息传回大脑表层的微型电极端。一些实验室已经研制出了这种东西，但它们尚未被用于人体研究。 在以上所有的大脑解读办法中，你也许已经注意到了一种整体趋势——存在一种数据质量和侵入性之间的权衡。脑电图是相对无痛的（起码不用在头上打一个洞），但其信噪比是相当糟糕的。侵入性的针脚阵列会为我们提供极佳的数据，但会造成少量的大脑损伤。脑皮层电图则介于这两者之间。简而言之，更大的侵入性意味着更好的数据。 这是一种很好的思考大脑解读器的方式，但存在着另一个需权衡之处，即信号的宽度和深度。大脑中的针脚会让我们获得有关极小一部分大脑的数据，而脑电图会让我们获得有关整个大脑的大体数据。这么来想：如果你是一个试图弄清地球上正在发生什么的外星人，那你是更想清楚地看到新泽西的几个街区，还是从空中俯瞰这颗行星呢？从脑机接口的视角来看，这个问题目前并没有一个明确的答案。 理想的脑机接口应该能让我们获得整个大脑较为细致的数据。事实上，一个相应的提议被称为“神经尘埃”，即遍布大脑的微型探测器。这项提议听上去是令人惊讶的，只要别让我们做第一个吃螃蟹的人就行了。

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一项修复大脑问题的技术被称为深度大脑刺激（deep brainstimulation）。你可以把这项技术视为一种更具针对性的电休克疗法。在一套典型的深度脑刺激系统中，一个电极会通过手术被植入大脑，然后被连上一块放置在脑皮层下方的电池。 简而言之，深度大脑刺激就是把一根由电池所驱动的电极的杆子放在大脑中。当这块电极被激活时，它会向周边区域持续地传送少量的高频电流，那这有什么用呢？举一个例子，想一想一个即将犯癫痫病的人。癫痫通常会以一种像是风暴形成的方式从大脑的一小片区域开始，然后向外扩散。这种情况发生的原因尚不清楚，但通过为大脑提供少量的电流，这种深层大脑刺激器似乎有助于在癫痫完全发作前阻止这场风暴。

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这种方法似乎可用于更为广泛的疾病，比方说，古恩杜兹博士正尝试使用深层大脑刺激来抑制妥瑞氏综合征病人的肌肉抽搐，还有治疗“步态冻结”（freezing of gait），即帕金森症病人在短时间内的行动力丧失。

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一家名为NeuroPace[268]的公司创造出了一种使用和脑皮层电图相同的植入方法来在大脑中监测癫痫发作的装置，其被称为响应式神经刺激系统（RNS System[269]）。这种小到足以令你看不出一名病人在使用它的装置，会在癫痫的电流风暴开始的时候发射定向脉冲。 响应式神经刺激系统并不适用于所有人，而且它至少每5年就得通过脑部手术更换一次电池。此外，不同于较为简单的深层大脑刺激器，安检扫描可能会触发响应式神经刺激系统，所以突如其来的意外脑休克很可能会让机场安检变得更为糟糕。 其他的研究者正在测试一种侵入性更小的方法，其名为经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation）。这种方法有些像深层大脑刺激，只是它使用的是强磁场，而且（这点很好）无须在头上钻一个洞。到目前为止，这种方法已显示出了对疼痛的缓解作用，而且对抑郁症似乎也能起到一些作用。与深层大脑刺激一样，这种方法的效果并不太显著。科学家现在一般会先识别出一片和问题有关联的大脑区域，然后对其施加少量的磁场，到目前为止，这似乎会产生一些有益的结果，但研究尚未完成。

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目前有两项主要技术至少能修复损坏了的视力和听力。 我们可以使用压眼闪光[272]（phosphene）来恢复视觉。压眼闪光是人们在没有光进入眼睛的情况下会感觉到的闪光，这一般发生在人们的眼球突然受压的时候，比如说，我会莫名其妙地很想跑到凯莉后面，然后（轻轻）按住她的眼睛大叫：“压眼闪光！压眼闪光！”想必她会很享受她眼前那突如其来的光的跃动吧。 事实证明，我们可以用电流来获取相同的效果，科学家已经想出了如何将一种装置植入一个盲人的眼窝里，而这种装置本质上会使用压眼闪光来创造一个像素阵列，这算不上是视力，但对盲人来说，可以大致感觉到一张脸的形状已经足够好了。在一个案例中，一个人甚至能在一个空的停车场里开车转悠。 听力同样可以通过一种名为人工耳蜗的装置来恢复。你也许听说过这种装置，而且认为它不过是某种很好的助听器。事实上，它是一种完全不同的助听器，其工作方式大致是这样的：首先，被放置在耳朵周围的小的麦克风会接收声音，并将之传输给一个被放置在表皮下的接收器，然后，这个接收器会尽量滤除不相关的声音（例如对话时背景中的音乐），同时把声音转换为电信号，最后，电信号会穿过颅骨而被传到内耳中。 丧失了听力的病人能通过这种手段听到一些声音，虽然这需要花不少时间来训练，但病人最终能相当好地听到声音。我们曾听过一段人工耳蜗的模拟声音，它听起来就像是一段很糟糕的用盒式录音带录下的声音，但这给我们留下的印象是非常深刻的。 大脑数据写入领域中还有一项能让你一瞬间学会功夫的有趣发明，称为海马假体（hippocampal prosthesis），一些研究小组正致力于用它来改善因记忆缺失而形成的疾病，例如老年痴呆症和痴呆。 当一段记忆被创造时，它会途经你大脑中一片名为海马的区域，并在其中从短期记忆转换成长期记忆。当这个过程被中断时，创造新的长期记忆便会变得非常困难，而这正是为何你的曾祖母依然清晰地记得她还是一个小姑娘时发生的事情，却完全忘了今天是她生日的原因所在。 使用这种装置的想法是，用它来拦截将成为长期记忆但会被神经退化给扰乱的大脑信号，然后对这些信号进行一些处理，最后将之输出到大脑中正确的地方。

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一个正开始腾飞的相关领域被称为神经装补学（neuroprosthetics）。 神经假体（neuroprosthetic）是一种会按指定路线把信号从大脑发送到假体的装置。目前有很多神经装补学研究的对象都是腿，原因很简单，因为腿比手臂要简单。神经假体被视为机械复原断肢的终极形式，因为神经假体完全可以做到真正肢体所做的事情。在一条非常先进的假腿中，机器会试着对一个人想做出的步态进行探测（行走、慢跑、奔跑、连蹦带跳地走），然后做出对应的移动，可它远没有一条有血有肉的腿那么自然，而且它无法做出一条真腿能做到的很多复杂的运动。 科学家已经想出了如何让这些假体中的一部分向大脑做出反馈。你认为不必看着自己的腿走动是理所当然的事情，这是因为你可以感觉到腿在空间中的位置，而且你可以感觉到腿部肌肉的紧绷状态，你还可以辨别何时弄伤了腿，可如果你的腿无法把信号传回大脑，这便是不可能的。理论上，一个神经假体应该能用脑机接口来提供某种形式的往返通信。 对于一些不想要一只机器人手臂的病人来说，他们也许能使用脑机接口来使瘫痪了的肢体移动。瘫痪常常是由某种形式的脊椎损伤所造成的，而脊椎是大脑向身体其他部位传送信号的主要通路，所以当脊椎受损时，大脑按路线向肢体发送的信号便会被切断。一个因脊椎损伤而无法移动手臂的人，仍可以向手臂发送信号，可问题是这些信号永远都不会抵达手臂。要是我们可以捕捉这些信号，然后直接发送给肢体会怎么样？ 一项名为神经桥（Neurobridge）的技术在不久前的确做到了。一个犹他阵列被植入了一名病人的运动皮层，并以无线方式与他前臂上的一系列电流刺激器连接了起来[274]。经过耐心地练习，这名病人能再次移动他的手和手指了，虽然动作远谈不上完美，而且这只胳膊本身也无法向大脑提供反馈，但从长远来看，这些“桥梁”也许代表了一种治愈肢体瘫痪的疗法。 除了进入先进疗法的市场外，还有一类脑机接口已被用于更具娱乐性的软件。市面上已经可以买到各种各样的脑机接口游戏，尽管它们大多使用的是相对简单的技术。一款名为《用你的意志来扔卡车》（Throw Trucks with Your Mind）的游戏会让玩家在一个虚拟的竞技场中通过向对手扔各种物体来赢取胜利。这款游戏有什么与众不同的地方呢？为了获得能量来扔东西，玩家必须释放出一种与冷静相关的脑波，那这是否会推动治疗焦虑和注意力缺陷的全新疗法的出现呢？又是否会让人们在扔想象中的卡车的时候变得十分放松呢？时间会给出答案。 另一项提议是通过让计算机掌握人们的精神状态来改善交流，比如说，一个语音识别装置或许很难辨别“我要凯特！”和“我要蛋糕！”[275]但一种简单的脑机接口或许能辨别你究竟是恋爱了，还是饿了。 还有一些人可望实现神经网络连接。在一组实验中[276]，实验室动物的大脑被用一种脑机接口连接在了一起，其结果似乎真的是一种脑际连接。我们不知道这些实验鼠是不是真的共享了思维，但它们被连接起来的大脑好像真的能一起更有效地执行任务。在未来的某个时间点上，也许将人们的精神合为一体真会成为可能，无论是出于娱乐目的，还是出于商业目的[277]，不过对我们来说，这听上去似乎是一种令人胆寒的团体项目方式。

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事实证明，肯尼迪博士的故事比上面提到的要复杂一点。他的做法无疑是极端的，但他确实飞到了伯利兹去接受一种在美国不会被批准的手术，自己掏了25000美元把一个植入物放到了自己的运动皮层中，为的是让这个植入物能同一种脑机接口进行通信。 然而肯尼迪博士做出装上一个脑机接口的决定并不容易，他为的并不是能成为一种早期的电子人。事实上，他的主要研究目标是去帮助患有“闭锁综合征”（locked-in syndrome）的病人。患有这种疾病的人要么完全不能移动他们的身体，要么只能做出最低限度的动作，例如眨眼或发出咕噜声。如果你觉得这听上去有点耳熟，那你可能就听说过一本名为《潜水钟与蝴蝶》[280]的书。这本书是让—多米尼克·鲍比花了一年的时间以眨眼的方式让别人转述出来的[281]。 有相当数量的脑机接口研究，是侧重于寻找能让鲍比这样的瘫痪病人更为自由地交流的方式的。肯尼迪博士对神经营养电极的研究，曾让几个瘫痪病人获得了操控计算机的光标并以此来选取字母的能力，但当肯尼迪博士在这个领域中工作了快30年后，食品及药物管理局开始拒绝批准他进行更多的临床试验。 肯尼迪博士当时还在资金和实验对象上遇到了问题，他担心自己毕生的努力将付之东流，所以他自掏腰包让自己成了一名“病人”。他写下了遗嘱，并让他的公司为他提供了一种脑机接口，然后飞往伯利兹。 在接受了两次手术后，肯尼迪博士似乎成功了，虽然他在手术后短暂地丧失了说话的能力——这可能表明食品及药物管理局的做法是有道理的——但他后来声称当时并没有为此产生过任何焦虑，但他毕竟是这次手术的共同开创者之一，因此熟悉这种手术的副作用。 也许他真没为副作用担心过，因为不是谁都会花一笔巨款跑到一个医疗法规更为宽松的国家，单纯是为了让自己的大脑结构进行电子改造的。 他对自己进行了大量的研究。他会念单词或想单词，然后监测一组作为研究对象的少量神经元是否发射了信号。在大约一个月的研究后，他在美国通过手术把这套系统给取了出来。此外，这个故事最让人意想不到的转折是……他得到了保险理赔。