相信很多人都聽說過“數(shù)字孿生”。在過去幾年，這個詞的熱度不斷攀升。

數(shù)字孿生：虛擬表示現(xiàn)實世界的技術(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)于該機構(gòu)技術(shù)路線圖的報告中首次引入了該術(shù)語，行業(yè)分析師估計，到 2026 年?，數(shù)字孿生市場可能達到近500 億美元。

沒過多久，這個技術(shù)就應(yīng)用到生物醫(yī)療領(lǐng)域。2016 年，時任 GE Digital 首席執(zhí)行官的比爾·魯 (Bill Ruh)預(yù)測：“我們將在出生時可以擁有一個數(shù)字化的替身，它將從每個人正在運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)測他們的疾病可能如何發(fā)展。它甚至可以用來試驗潛在的治療方法，而不是在患者身上進行測試（畢竟這個過程風(fēng)險比較高）。

到目前為止，這些項目大多處于早期階段。一個名為Echoes的研究計劃擁有歐洲、英國和美國的研究團隊正在努力構(gòu)建數(shù)字心臟。德國醫(yī)療器械公司 Siemens Healthineers 也計劃類似的研究。法國軟件公司 Dassault Systèmes 與美國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 正在為獨居的弱勢群體創(chuàng)建數(shù)字孿生。這個想法是通過數(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，就會提醒護理人員。

現(xiàn)在研究人員正在朝著最崇高的目標(biāo)邁進：數(shù)字孿生大腦。Neurotwin是一個歐盟資助的項目，目標(biāo)是設(shè)計一個個體患者大腦的計算機模型。

Neurotwin 團隊希望該模型可用于預(yù)測刺激治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的效果，包括癲癇和阿爾茨海默病。他們計劃將于明年開始一項臨床試驗，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他們的大腦進行優(yōu)化的大腦刺激治療方案。計劃于 2023 年進行的第二項臨床試驗（同樣的試驗），但針對的是難治性局灶性癲癇患者。兩者都是概念驗證試驗，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，該團隊計劃將他們的技術(shù)擴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。

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

Neurotwin 項目協(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)上是在計算機上運行的數(shù)學(xué)模型，該公司正在開發(fā)針對癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的無創(chuàng)療法。為了為癲癇患者制作數(shù)字替身，Neurotwin 團隊需要大約半小時的 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)建一個捕獲大腦電活動的計算機模型，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)元的平均行為的計算模型。在癲癇的情況下，連接組的某些區(qū)域可能會過度興奮；在中風(fēng)的情況下，連接組可能會改變。一旦創(chuàng)建了數(shù)字替身，團隊就可以使用它來優(yōu)化對真實患者大腦的刺激，“因為我們可以在計算機上進行無休止的模擬，直到找到我們需要的東西，”?Giulio Ruffini表示從這個意義上說，它就像一個天氣預(yù)報計算模型。

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

德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)的倫理學(xué)家馬蒂亞斯·布勞恩（Matthias Braun）表示是時候考慮這些棘手的問題了?！皩ξ襾碚f，這些都是我們現(xiàn)在必須面對的非常重要的挑戰(zhàn)，”他說。“我們知道如果你只是說，‘好吧，只要開發(fā)一種技術(shù)——然后我們會看到，’”他補充說，并警告將倫理和道德后果推遲到以后會帶來的危險。

但 Neurotwin 團隊表示，如果做得好，這種數(shù)字孿生可以顯著改善患者的預(yù)后以及我們對難以治療的腦部疾病的了解。“我們正在努力從完全不同的角度真正幫助患有腦部疾病的人，”Maiques 說?！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)的力量來解碼大腦。”

例如，為了改善癲癇患者的治療，該人每天會戴上頭帽 20 分鐘，因為它會向他們的大腦提供經(jīng)顱電刺激。使用數(shù)字替身，Ruffini 和他的團隊可以優(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)字孿生都會引發(fā)一系列倫理問題。例如，如果他們的數(shù)字替身預(yù)測他們將在兩周內(nèi)心臟病發(fā)作，患者是否有權(quán)知道或不知道？病人死后雙胞胎會怎樣？它會擁有自己的法律或道德權(quán)利嗎？

Matthias Braun說，一方面，虛擬替身為我們提供了令人興奮的、革命性的途徑來開發(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?，它也給我們帶來了挑戰(zhàn)，”他繼續(xù)說道。一方面，誰應(yīng)該擁有數(shù)字孿生？公司建設(shè)嗎？“或者你有權(quán)說，好吧，我拒絕使用關(guān)于我的健康保險或其他情況下使用的特定信息或特定預(yù)測？為了不侵犯自主權(quán)或隱私，這個特定的人必須控制[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人數(shù)據(jù)的問題。“當(dāng)您進行此類個性化時，您必須提出一些棘手的問題，對嗎？誰將擁有這些數(shù)據(jù)？你打算用數(shù)據(jù)做什么？” 。

該項目招募了研究人員來剖析這項工作的倫理和哲學(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。對于總部位于歐洲的項目 Neurotwin，收集的數(shù)據(jù)將受到歐盟通用數(shù)據(jù)保護條例 (GDPR) 的保護，這意味著對數(shù)據(jù)的任何使用都需要其所有者的同意。

Manuel Guerrero和他的團隊也在探索“數(shù)字孿生”這個最初是為制造業(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)。它的使用會導(dǎo)致社會誤解或過渡預(yù)期嗎？

大腦比來自制造系統(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論中。

編輯：王洪