2024年十大生物醫(yī)學(xué)故事：眨眼間的能量、DNA數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等

2024年，生物醫(yī)學(xué)技術(shù)真的深入到我們的頭腦之中——或者更確切地說，深入到我們的眼睛和大腦里。本年度Spectrum雜志一些最受歡迎的文章是關(guān)于輔助視力的技術(shù)，視網(wǎng)膜植入物和智能隱形眼鏡的報(bào)道吸引了大家的目光。通過深入探究了非侵入性技術(shù)，以加快阿爾茨海默病患者的睡眠并保護(hù)其大腦功能，還了解了一種用于輔助高侵入性腦部手術(shù)的成像探針。

但是，這一年也并不全是與頭腦相關(guān)的技術(shù)。今年，Spectrum還包括了輔助外骨骼套裝、低成本磁共振成像（MRI）機(jī)器，以及有望成為一種存儲(chǔ)大量信息的新方式的DNA數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器等內(nèi)容。

在我們翹首以待新技術(shù)將如何在2025年增強(qiáng)我們的感官或改善我們健康狀況的時(shí)候，花點(diǎn)時(shí)間回顧一下過去一年的重大事件吧。繼續(xù)往下讀，看看Spectrum雜志2024年最熱門的生物醫(yī)學(xué)文章。

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1.?外骨骼肌肉控制離現(xiàn)實(shí)更近一步：https://spectrum.ieee.org/functional-electrical-stimulation-exosuit-project

Wyss Center for Bio and Neuroengineering

被稱為外骨骼的輔助框架可以幫助人們?cè)谖锢碇委熀涂祻?fù)中移動(dòng)身體。這些設(shè)備通過電脈沖來移動(dòng)用戶的肌肉，但這種刺激會(huì)很快使用戶疲勞。韓國和瑞士的研究人員提供了一種潛在的解決方案：靜電離合器系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，袖子被放置在關(guān)節(jié)周圍，通常是靈活的，但可以迅速變硬，在運(yùn)動(dòng)之間支撐身體，而無需額外的刺激。這項(xiàng)技術(shù)被稱為“突觸服”（Synapsuit），正在由韓國電子技術(shù)研究所進(jìn)行原型制作。

2.?仿生眼重獲新生：https://spectrum.ieee.org/pixium-bionic-eye-tech-rescued

Pixium

2022年，撰稿人Mark Harris詳細(xì)講述了加利福尼亞生物技術(shù)公司Second Sight生產(chǎn)的視網(wǎng)膜植入物的盲人使用者在制造商倒閉后設(shè)備得不到支持的情況。當(dāng)法國生物技術(shù)公司Pixium Vision在2023年11月資金耗盡時(shí)，類似的情況差點(diǎn)再次發(fā)生——直到今年早些時(shí)候出現(xiàn)了令人矚目的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且該公司被由Neuralink的一位聯(lián)合創(chuàng)始人經(jīng)營的初創(chuàng)企業(yè)Science收購。

3.?大腦噪音消除：https://spectrum.ieee.org/elemind-neuromodulation

Elemind

初創(chuàng)公司Elemind售價(jià)349美元的頭帶號(hào)稱能讓你更快入睡。該公司的首款產(chǎn)品于今年開始接受預(yù)訂，它通過腦電圖（EEG）傳感器追蹤腦電波，然后利用通過骨傳導(dǎo)傳遞的聲波對(duì)其進(jìn)行微調(diào)。Spectrum雜志備受尊敬的前任編輯Tekla Perry對(duì)頭帶進(jìn)行了簡短測(cè)試，不過測(cè)試條件不太理想。“那不是嘗試熟睡的時(shí)間或地點(diǎn)，但我——以及房間里的其他人——注意到，兩分鐘后我就瘋狂地打起哈欠來。”

4.?Neuralink公司的盲視設(shè)備可能會(huì)令人失望：https://spectrum.ieee.org/neuralink-blindsight

Getty Images

Elon Musk對(duì)Neuralink公司的盲視（Blindsight）設(shè)備即將具備的功能做出了大膽的宣稱，該公司的視覺假體旨在恢復(fù)雙眼失明者的視力。該設(shè)備在9月被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)定為突破性設(shè)備——但專家們告訴Spectrum雜志，它可能不會(huì)像Musk所吹噓的那樣厲害。

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5.?應(yīng)用程序讓精神科醫(yī)生如在你口袋中：https://spectrum.ieee.org/mood-tracker

Greg Mably

對(duì)于患有雙相情感障礙等心理健康疾病的人來說，關(guān)注自己的情緒很重要。智能手機(jī)應(yīng)用程序或許就能做到這一點(diǎn)，它們能在無需用戶輸入的情況下，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)提供有關(guān)我們內(nèi)心狀態(tài)的客觀見解。與傳統(tǒng)的情緒追蹤應(yīng)用程序和記錄不同，這些應(yīng)用程序會(huì)在后臺(tái)悄悄收集用戶行為數(shù)據(jù)。但是，盡管前景光明，它們也面臨著挑戰(zhàn)，包括隱私問題以及需要嚴(yán)格的臨床驗(yàn)證。

6.?“蛇形”探測(cè)器從內(nèi)部對(duì)動(dòng)脈進(jìn)行成像：https://spectrum.ieee.org/fiber-optic-probe

St. Michael’s Foundation

在治療動(dòng)脈瘤和中風(fēng)時(shí)，神經(jīng)外科醫(yī)生通常只能依靠模糊的圖像。但這種情況可能很快就會(huì)改變，這要?dú)w功于一種新的光纖成像探頭。這種探頭可以在大腦動(dòng)脈的迷宮中蜿蜒前行，捕捉大腦的高分辨率圖像，為外科醫(yī)生提供指導(dǎo)。“以前……臨床醫(yī)生對(duì)大腦血管網(wǎng)絡(luò)的觀察就像衛(wèi)星視圖一樣，現(xiàn)在他們有了類似谷歌街景的視角，”撰稿人Elie Dolgin寫道。該探頭已經(jīng)在多倫多和布宜諾斯艾利斯的兩家醫(yī)院進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，一家初創(chuàng)公司正致力于將這項(xiàng)技術(shù)推向市場(chǎng)。

7.?磁共振成像（MRI）擺脫其屏蔽和超導(dǎo)磁體：https://spectrum.ieee.org/mri

Getty Images

目前的磁共振成像（MRI）掃描儀價(jià)格昂貴，需要強(qiáng)大的磁體和大量能源來驅(qū)動(dòng)。由于這些設(shè)備通常只能在專門的醫(yī)院中心找到，全球超過三分之二的人口無法進(jìn)行磁共振成像檢查。但是，一種新型、簡化的全身磁共振成像掃描儀的成本僅為傳統(tǒng)掃描儀的一小部分，功率為1800瓦，而傳統(tǒng)掃描儀的功率為25千瓦或更高。該設(shè)備利用人工智能，用功率小得多的磁體達(dá)到與傳統(tǒng)磁共振成像掃描儀相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量。

8.?感覺刺激可清除阿爾茨海默病大腦中的毒素：https://spectrum.ieee.org/gamma-light-therapy-alzheimers

Tsai Laboratory/MIT Picower Institute

早期臨床試驗(yàn)開始顯示出有證據(jù)表明，以特定頻率刺激大腦可能會(huì)使阿爾茨海默病患者受益。據(jù)麻省理工學(xué)院（MIT）的一個(gè)研究小組稱，40赫茲的聲音和光線振蕩會(huì)激活一種神經(jīng)清理過程，有助于清除β - 淀粉樣蛋白，這種蛋白在阿爾茨海默病患者的大腦中聚集成塊。這種非侵入性療法目前正在隨機(jī)試驗(yàn)中接受測(cè)試，未來幾年可能會(huì)繼續(xù)進(jìn)行研究，不過一些公司已經(jīng)在提供能產(chǎn)生伽馬頻率光線或聲音刺激的“健康”產(chǎn)品了。

9.?對(duì)DNA數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的探索：https://spectrum.ieee.org/dna-data-storage

Edmon de Haro

我們的數(shù)據(jù)正在迅速堆積。事實(shí)上，它的增長速度之快，以至于再過幾年我們的存儲(chǔ)能力將無法應(yīng)對(duì)。這就是為什么一些機(jī)構(gòu)正在采取措施構(gòu)建DNA驅(qū)動(dòng)器來存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，以取代磁帶和磁盤驅(qū)動(dòng)器。由于每個(gè)DNA堿基（A、T、G和C）都相當(dāng)于一個(gè)比特，DNA提供了更高的存儲(chǔ)密度；據(jù)一項(xiàng)估計(jì)，互聯(lián)網(wǎng)上所有120澤字節(jié)（zettabytes）的信息都可以存儲(chǔ)在一塊方糖大小的DNA中。現(xiàn)在，研究人員正在尋求有效讀寫大量DNA數(shù)據(jù)的方法。

10.?眨眼為智能隱形眼鏡發(fā)電：https://spectrum.ieee.org/power-smart-contact-lenses

Erfan Pourshaban

智能隱形眼鏡可用于多種消費(fèi)和醫(yī)療用途——測(cè)量血糖水平、為眼部疾病給藥，甚至可作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的顯示屏。但是，如何為置于人體最敏感部位之一的設(shè)備供電呢？猶他大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種混合發(fā)電裝置，從光線和淚水中獲取能量：當(dāng)眼睛睜開時(shí)，由硅制成的微小、柔性太陽能電池從太陽和人造光源中捕捉光線。然后，就在眨眼之間，第二個(gè)系統(tǒng)就像金屬 - 空氣電池一樣工作，淚液中的電解質(zhì)充當(dāng)生物燃料。這種組合能夠持續(xù)發(fā)電，為智能隱形眼鏡提供足夠的能量。