2008 3 036

全球化与中国的国际现代化互动 于维栋

亚洲国家联合会：亚洲区域合作的理性选择 何传启

科学与现代化 Science & Modernization （季度简报 内部交流 未经许可 不得转载）

2016 年第 1 期（总第 066 期） 2016 年 03 月

主办单位：中国科学院中国现代化研究中心

合作单位：北京大学世界现代化进程研究中心

北京同响时代现代化管理咨询中心

主 编：于维栋

执行编委：李存富

编 委（按姓氏笔画排列）：

于维栋 马 诚 方竹兰 任玉岭 刘细文 刘洪海 朱庆芳 许 平 何传启

何鸣鸿 吴述尧 张 凤 李存富 李志刚 李泊溪 李晓西 杨宜勇 杨重光

邹力行 邹兆辰 陈 丹 陈永申 陈争平 胡志坚 郭传杰 曾 澜 董正华

谢文蕙 裘元伦 潘教峰 靳 京

本期责任编辑：朱文瑜

本期印数 1100 份 电子版：http://www.modernization.ac.cn

电子邮箱：[email protected]

联系电话：010-62539187 传真：010-62539103

通讯地址：北京中关村北四环西路 33 号 726 室，100190

《科学与现代化》的宗旨：

推动中国现代化的理论与战略研究，推介世界现代化研究的最新进展和重要成

果，促进我国科技与现代化的良性互动，服务我国现代化建设的国家利益。

编者的话

现代化是 18 世纪以来的一个世界现象，是人类文明的一种前沿变化和国际 竞争。现代化科学是关于现代化现象的一门交叉科学，是关于世界前沿和国家发 达的一门科学；它包括现代化的一般理论、现代化史、分段现代化、分层现代化、

领域现代化、部门现代化和现代化政策等。 在中国，现代化是国家目标，是全国人民的共同期盼，是中华民族复兴的战

略选择,是中国梦的终极目标。现代化研究和现代化科学，可以为中国现代化提 供一种科学基础。研究现代化规律、创新现代化理论、促进现代化建设，是我们

的历史责任。 为了促进现代化科学的研究与实践，我们从 2002 年开始编辑印发《科学与 现代化》简报，迄今已印发 66 期。《科学与现代化》是一个公益和共享的学术交 流平台，免费赠送全国 1000 多个单位和学者参考。《科学与现代化》不收取版面 费，也不支付稿费，所登载的文章为内部交流，文责自负，文内观点不代表编辑

部意见。 十六世纪以来，世界科技先后发生了五次革命，动态监测科技革命的最新进 展，识别和抓住新科技革命的历史机遇，关系中国的前途和命运。根据中国科学

院的部署，从 2011 年开始，中国现代化研究中心开展了“第六次科技革命的预 测研究”及动态监测。本期简报收录的是 2015 年对自然人、网络人、仿生人和 再生人四个方面的世界科技进展的动态监测，仅供专家学者参考。 中国科学院中国现代化研究中心从 1998 年开始，全力从事现代化研究。在 1999 年—2015 年期间，完成学术著作：44 部。其中，中文著作 38 部，英文著 作 4 部，俄文著作 2 部。 《中国现代化报告》系列：18 部，包括中文、英文、俄文版。 《第二次现代化丛书》系列： 10 部，包括中文、英文版。 《中国现代化研究论坛丛书》系列： 14 部。

目 录 Contents

引 言 P1 Introduction

引言 ...... （1）

2015 年科技革命的进展概要 ...... 叶青（2）

科技革命与东方复兴 ...... 何传启（4）

第一部分 与自然人相关的科技进展 P13 Section One

（一）信息转换与意念控制 ...... （13）

放进文件夹：科学家计划将人脑上传到电脑 ...... （13）

光学字符识别技术：让电脑像人一样阅读 ...... （14）

黑客帝国成真：MIT 找到联通电脑人脑方法 ...... （18）

人脑控制计算机获突破：或助脑瘫患者独立 ...... （20）

上海交大成功实现人脑意念遥控蟑螂行动 ...... （22）

意念解锁？科学家研发脑电波解锁智能手机 ...... (23）

心理学家最新研究发现意识并没有思想强大 ...... （24）

专家建议把人类价值“植入”机器人:防范人工智能 ...... （26）

（二）人脑与记忆 ...... （27）

大脑是如何记住东西的？ 科学家首次揭示记忆过程 ...... （27）

复制人类大脑全球竞赛如火如荼:绘制千亿神经元 ...... （29）

科学而非魔术：“读脑术”或许很快就能实现 ...... （30）

科学家把微型电路注入大脑 检测大脑活动 ...... （32）

科学家连接老鼠大脑 同步思想创造“活体计算机” ...... （33）

科学家利用脑波识别出讲话内容 ...... （35）

科学家将蛔虫大脑上传机器人:未来或可上传人脑 ...... （36）

我们的记忆都去哪了：窥探大脑归档系统海马体 ...... （37）

英科学家通过实验证明遗忘记忆可以被找回 ...... （40）

失去记忆不用怕 美国麻省理工研究有突破 ...... （41）

记忆也能重组？日本科学家成功将小鼠记忆合二为一 ...... （43）

科学家成功给小鼠植入记忆 可用于人类 ...... （44）

科学家用光照恢复失忆小鼠记忆 ...... （45）

科学家发现大脑记忆数学方程式 或可篡改记忆 ...... （47）

（三）人造生命与再生医学 ...... （49）

“人造生命”或将成现实：创造人工合成有机物 ...... （49）

科学家培育出可用于移植的动物前肢 ...... （50）

合成生物膜能像活细胞一样生长 ...... （53）

美科学家培育出近乎完整人脑：类似 5 周胎儿 ...... （54）

英国基因疗法治愈一岁患血癌女婴：系全球首例 ...... （55）

最新发现 返老还童不是梦 衰老或可中止逆转 ...... （56）

科学家揭示人类衰老驱动力 ...... （58）

第二部分 与网络人相关的科技进展 P59 Section Two

未来人类或生存在电脑中 整个宇宙只是电脑模拟 ...... （59）

生命的意义是什么？ 谷歌机器人的答案：为了永生 ...... （60）

爱丁堡大学的激光 Li-Fi 传输速度可突破 100G 每秒 ...... （62）

量子光学硬盘突破性进展 存储时间提高 100 倍 ...... （63）

英国研发高速无线 5G 网络：比 4G 技术快 6.5 万倍 ...... （65）

量子计算机破晓：计算速度提升 1 亿倍 ...... （65）

科学家预测计算机未来可用数据传输人类个性 ...... （67）

第三部分 与仿生人相关的科技进展 P69 Section Three

（一）仿生技术 ...... （69）

新突破：美专家培育出微型人脑 有望治疗脑部疾病 ...... （69）

科学家试管培育人工微型心脏 有微室能搏动可测药物 ...... （69）

日本研究制成人工肝脏 功能相当于人体肝脏 ...... （71）

世界首例移植仿生假肢 由大脑控制假肢运动 ...... （72）

专家研发首个有感觉假腿 使用者：感觉又有脚了 ...... （74）

美国科罗拉多州一女子安装人造眼球成功 ...... （74）

美科学家研发人造皮肤：可感知压力轻重 ...... （75）

美研究人员在实验室制作出第一块能收缩的人类肌肉 ...... （76）

新技术可加速牙齿自然修复 牙医或告别用钻的日子 ...... （77）

（二）智能仿生人 ...... （79）

谷歌要打造一个"机器人军团" ...... （79）

机器人“变身”骨科主刀医生 医生只需动动鼠标 ...... （80）

机器人设计师开发出有表情有眼神的机器人 ...... （84）

女机器人出演日本核灾难电影《再见》女主角 ...... （85）

日本东芝研发艺伎机器人：可陪客户交谈唱歌 ...... （86）

新加坡研发新型社交机器人：有自己性格和情绪 ...... （87）

最像人的机器人，没有之一 ...... （89）

以假乱真：日本 3DCG 完美虚拟少女亮相 ...... （90）

单身福音？性爱机器人不久之后有望推出 ...... （90）

像人一样进化：科学家为机器人设计自然选择 ...... （91）

（三）人工智能 ...... （93）

2015 年人工智能领域十大事件 ...... （93）

2015 人工智能重大突破 ...... （98）

人工智能的崛起：智商测试得分超过四岁儿童 ...... （105）

人工智能或将取代人类直觉：数据背后隐藏规律 ...... （108）

人工智能终于能像人类一样学习 ...... （110）

日本将投巨资扶持人工智能研究 或代替人类工作 ...... （117）

人工智能不是造人脑 ...... （118）

人工智能，路向何方？ ...... （122）

类脑：人工智能的终极目标？ ...... （125）

第四部分 与再生人相关的科技进展 P130 Section Four

俄建立灭绝动物克隆实验室：望使猛犸象再生 ...... （130）

法国人造精子获得专利：卵细胞买账吗？ ...... （131）

科技大佬痴迷长生不老术：投巨资研究死亡治愈 ...... （132）

科学家利用 DNA 折纸术创造动态纳米机器工具箱 ...... （138）

中国修改人类胚胎 DNA 引热议：婴儿可被设计 ...... （140）

基因的“游戏”：科学家实现人类胚胎基因改造 ...... （144）

英国通过立法：首个三父母婴儿或明年诞生 ...... （146）

第五部分 综合报道 P149 Section Five

2015 年十大科学突破 ...... （149）

2015 年十大科技成就出炉 ...... （150）

2015 年人工智能取得的重大突破 ...... （158）

2015 年世界科技发展回顾 ...... （163）

《自然》杂志公布 2015 年度十大人物 ...... （179）

专家预测 8 种行业未来 20 年将被机器人取代 ...... （180）

引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016

引 言

十六世纪以来，世界科技先后发生了五次革命：近代物理学诞生、蒸汽机与 机械革命、电力与运输革命、相对论和量子论革命、电子和信息革命。目前，第 五次科技革命已近尾声，第六次科技革命的来临进入倒计时。动态监测科技革命

的最新进展，识别和抓住新科技革命的历史机遇，关系中国的前途和命运。 2011 年，根据中国科学院的部署，中国现代化研究中心开展了“第六次科 技革命的预测研究”，完成和出版《第六次科技革命的战略机遇》（第一版）。2012 年以来，中国现代化研究中心对第六次科技革命进行动态监测，2012 年动态监 测结果发表在《第六次科技革命的战略机遇》（第二版）中。 我们预测：第六次科技革命有可能是一次“新生物学和再生革命”，将主要

发生在生命科技、信息科技和纳米科技的交叉结合部，将涉及 5 个学科（整合和 创生生物学、思维和神经生物学、生命和再生工程、信息仿生工程和纳米仿生工

程等）和 5 项技术（信息转换器技术、人格信息包技术、仿生技术、创生技术和 再生技术等），人类将获得 4 种生存形式：自然人、网络人、仿生人和再生人。 2015 年我们对自然人、网络人、仿生人和再生人四个方面的世界科技进展 进行了动态监测，发现许多科技进展与我们预测的方向基本一致。 信息转换与意念控制、人脑与记忆、再生医学和合成生命、网络人、仿生技

术、智能仿生人、人工智能、干细胞与再生人等领域，2015 年都涌现了一批重 大科技进展；第六次科技革命的前兆，越来越清晰。 何传启研究员在在第十二届中国科学家论坛的特邀报告“科技革命与东方复 兴”，系统分析科技革命与大国兴衰的关系，指出抓住新科技革命的机遇就可能

实现伟大复兴，错失机遇就可能沦为他人附庸，中国复兴走到十字路口。 现将部分进展汇编成《第六次科技革命动态监测 2015》，供大家参考。 本课题研究获得中国科学院发展规划局的资助，特此鸣谢。

1 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016

2015 年第六次科技革命的进展概要

叶青 中国科学院中国现代化研究中心

2015 年科技进展与我们预测的第六次科技革命的方向基本一致。如果分别 从自然人、网络人、仿生人和再生人四个方面来看，动态监测结果大致如下： 首先，与自然人相关的科技进展包括：信息转换与意念控制、人脑与记忆、 人造生命与再生医学三个部分。相关科技进展为：科学家计划将人脑上传到电脑、

让电脑像人一样阅读、MIT 找到联通电脑人脑方法、人脑控制计算机获突破、上 海交大成功实现人脑意念遥控蟑螂行动、科学家研发脑电波解锁智能手机、专家 建议把人类价值“植入”机器人以防范人工智能；科学家首次揭示记忆过程、绘 制千亿神经元、“读脑术”或许很快就能实现、科学家把微型电路注入大脑检测 大脑活动、科学家连接老鼠大脑同步思想创造“活体计算机”、科学家利用脑波 识别出讲话内容、科学家将蛔虫大脑上传机器人、窥探大脑归档系统海马体、英 科学家通过实验证明遗忘记忆可以被找回、失去记忆不用怕美国麻省理工研究有 突破、日本科学家成功将小鼠记忆合二为一、科学家用光照恢复失忆小鼠记忆、 科学家发现大脑记忆数学方程式；“人造生命”或将成现实、科学家培育出可用

于移植的动物前肢、合成生物膜能像活细胞一样生长、美科学家培育出类似 5 周 胎儿近乎完整人脑、全球首例基因疗法治愈一岁患血癌女婴、衰老或可中止逆转、

科学家揭示人类衰老驱动力等。 其次，与网络人相关的科技进展包括：未来人类或生存在电脑中、谷歌机器

人或可实现人的永生、爱丁堡大学的激光 Li-Fi 传输速度可突破 100G 每秒、量 子光学硬盘存储时间提高 100 倍、英国研发高速无线 5G 网络、量子计算机计算 速度提升 1 亿倍、科学家预测计算机未来可用数据传输人类个性等。 其三，与仿生人相关的科技进展包括仿生技术、智能仿生人和人工智能三个 部分，相关科技进展为：美专家培育出微型人脑有望治疗脑部疾病、科学家试管 培育人工微型心脏、日本研究制成人工肝脏、世界首例由大脑控制假肢运动的仿

2 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 生假肢移植成功、专家研发首个有感觉假腿、美国科罗拉多州一女子安装人造眼 球成功、美科学家研发人造皮肤、美研究人员在实验室制作出第一块能收缩的人 类肌肉、新技术可加速牙齿自然修复牙医或告别用钻的日子；谷歌要打造一个“机 器人军团”、 机器人“变身”骨科主刀医生、机器人设计师开发出有表情有眼神 的机器人、女机器人出演日本核灾难电影《再见》女主角、日本东芝研发艺伎机 器人可陪客户交谈唱歌、新加坡研发新型社交机器人、最像人的机器人、日本

3DCG 完美虚拟少女亮相、性爱机器人不久之后有望推出、科学家为机器人设计 自然选择使之像人一样进化；人工智能的崛起：智商测试得分超过四岁儿童、人 工智能或将取代人类直觉、人工智能终于能像人类一样学习、日本将投巨资扶持 人工智能研究或代替人类工作、人工智能不是造人脑、类脑：人工智能的终极目

标？人工智能，路向何方？等。 其四，与再生人相关的科技进展包括：俄建立灭绝动物克隆实验室：望使猛 犸象再生、法国人造精子获得专利、科技大佬投巨资研究死亡治愈、科学家利用

DNA 折纸术创造动态纳米机器工具箱、中国修改人类胚胎 DNA、科学家实现人 类胚胎基因改造、英国通过立法首个三父母婴儿或明年诞生等 7 类科技进展。 最后，关于各种科技进展的综合报道有：2015 年十大科学突破、2015 年十 大科技成就出炉、2015 年人工智能取得的重大突破、2015 年世界科技发展回顾、 《自然》杂志公布 2015 年度十大人物、专家预测 8 种行业未来 20 年将被机器人 取代等 6 类报道。 我们认为，2015 年代表性工作包括： （1）让电脑像人一样阅读：光学字符识别技术； （2）科学家首次揭示记忆过程：大脑如何记住东西； （3）量子计算机破晓：计算速度提升 1 亿倍； （4）像人一样进化：科学家为机器人设计自然选择； （5）法国人造精子获得专利等。

3 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016

科技革命与东方复兴

何传启 中国科学院中国现代化研究中心

16 世纪以来，每个世纪都有科技革命，每个世纪都有大国兴衰；有些大国兴 衰与科技革命没有关系，有些大国兴衰与科技革命直接相关。21 世纪将发生两 次新的科技革命，将出现新的大国兴衰。抓住机遇就可能实现伟大复兴，错失机

遇就可能沦为他人附庸，中国复兴走到十字路口。 一、科技革命与大国兴衰

1-1 什么是科技革命 科技革命是 16 世纪以来现代科技发展的一种表现形式。现代科技的发展， 既有渐进性变化，也有爆发性突变。渐变是科技进步，突变是科技革命。 在科技政策领域，科技革命泛指重大科技突破集中涌现的现象。在科技哲学 和科技史领域，科技革命是科学范式和技术范式的转变。在人类文明史领域，我 们认为，科技革命是科学革命和技术革命的统称，指引发科技范式、人类的思想

观念、生活方式和生产方式的革命性转变的科技变迁。 从人类文明角度看，16 世纪以来大致发生了两次科学革命和三次技术革命， 合称五次科技革命；即近代物理学诞生、蒸汽机和机械革命、电力和运输革命、

相对论和量子论革命、电子和信息革命（表 1）。

表 1 16～21 世纪的科技革命

大致时间 科技革命的名称和类别 主体部分和若干代表

16～17 世纪 近代物理学诞生，科学革命 物理学革命，哥白尼、伽利略、牛顿力学

18 世纪 蒸汽机和机械革命，技术革命 机械技术，纺织机、蒸汽机、工作母机 19 世纪 电力和运输革命，技术革命 电力技术，发电机、内燃机、石化、电讯技术

20 世纪上半叶 相对论和量子论革命，科学革命 物理学，相对论、量子论、射线和电子 下半叶 电子和信息革命，技术革命 电子和信息技术，电子、自动化、电脑和网络

21 世纪上半叶 新生物学和再生革命，科技革命 新生物学，信息转换、仿生、创生、再生

下半叶 新物理学和时空革命，科技革命 新物理学，新时空、新能源、新运输 注：21 世纪新科技革命是一种预测。

4 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 1-2 什么是国家兴衰 国家兴衰是一个历史现象，有三种表现形态。其一，国家衰落指国家水平下 降、国家实力下降或国家败亡。其二，国家复兴指国家衰落后再次繁荣，衰落后

再度兴盛。其三，国家崛起指国家从弱小到强大，突然的兴起。 从现代化科学角度看，国家衰落指一个发达国家下降为发展中国家的过程， 国家复兴指一个发达国家下降为发展中国家后再次成为发达国家的过程，国家崛

起指一个发展中国家上升为发达国家的过程。 16 世纪以来每个世纪都有大国兴衰（表 2）。 16 世纪是葡萄牙和西班牙崛起。 17 世纪荷兰崛起，葡萄牙和西班牙走向衰落。18 世纪是英国崛起，印度沦为殖 民地。19 世纪是德国崛起，中国沦为半殖民地。20 世纪是美国崛起，苏联解体。

表 2 16～21 世纪的大国兴衰

时间 大国崛起 大国衰落

16 世纪 西班牙、葡萄牙，成为世界大国 -

17 世纪 荷兰，成为世界大国 西班牙和葡萄牙，地位下降

18 世纪 英国，成为世界强国 印度，沦为英国的殖民地

19 世纪 德国，成为世界强国 中国，沦为半殖民地

20 世纪 美国，成为世界强国 苏联，解体

21 世纪 谁将晋级世界强国？ 谁的地位将下降？

1-3 科技革命与大国兴衰 16 世纪以来有些大国兴衰与科技革命紧密相关，有些则没有关系（表 3）。 例如，16 和 17 世纪葡萄牙、西班牙和荷兰的兴衰与科技革命没有直接关系。18～ 20 世纪英、德、美和苏联的兴衰与科技革命有较大关系。抓住机遇的国家，容 易成为发达国家，如英国和美国等；错失机遇的国家，下降为发展中国家，如阿

根廷和苏联等。

表 3 16～20 世纪大国兴衰与科技革命的关系

时间 大国兴衰 与科技革命的关系 16 世纪 西班牙、葡萄牙崛起 与科技革命没有关系 17 世纪 荷兰崛起，西和葡衰落 与科技革命没有关系 18 世纪 英国崛起，印度衰落 第一次、第二次科技革命 19 世纪 德国崛起，中国衰落 第三次、第四次科技革命

5 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016

20 世纪 美国崛起，苏联解体 第三次、第五次科技革命

16～20 世纪东方衰落与科技革命部分相关，如印度和中国的衰落。20 世纪 东方走向复兴与科技革命部分相关，如日本、新加坡和韩国成为发达国家。

表 4 16～21 世纪东方兴衰与科技革命的关系

时间 东方的衰落与复兴 与科技革命的关系

16 世纪 印度：莫卧儿帝国 与科技革命没有关系

17 世纪 中国：清朝取代明朝

18 世纪 印度：沦为英国殖民地 第一次、第二次科技革命

19 世纪 中国：沦为半殖民地 第二次、第三次科技革命

20 世纪 日本成为发达国家 第三次、第五次科技革命 新加坡成为发达国家 第五次科技革命 韩国成为发达国家 第五次科技革命

21 世纪 中国复兴？ 第六次科技革命 印度复兴？ 第七次科技革命

二、21 世纪的新科技革命

2-1 新科技革命的几种预测 过去 500 年发生了五次科技革命，未来 100 年，必然发生新科技革命，先后 是第六次、第七次科技革命。关于第六次科技革命，国外没有专门的预测，很多

预测与第六次科技革命相关。 首先，科技界的相关预测，举几个例子。2001 年美国科学基金会发表报告： 《提升人类能力的会聚技术》，涉及四个领域，分别是纳米科技、生命科技、信

息技术、认知科学。2009 年美国科学院发表研究报告：《21 世纪的新生物学：确 保美国领导正在来临的生物学革命》。新生物学有两层含义。第一步是生物学内 部的学科整合，第二步生物学与物理学、化学、计算机科学、工程科学、数学再 整合。它有两个目的，一个是解释生命本质，第二个为解决人类面临的健康、环

境、能源、食物的挑战提供以生物学为基础的解决方案。2005 年美国《科学》 杂志提出 21 世纪 125 个科学前沿问题。2009 年中国科学院发表报告：《科技革 命与中国的现代化》，认为当今世界正处于新科技革命的前夜，在六个方面正在

孕育重大突破，可能会引发新的科技革命。

6 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 其次，中科院中国现代化研究中心的预测。2011 年 4 月根据中国科学院领 导的部署，中科院中国现代化研究中心开展了“第六次科技革命的预测研究”，

完成了《第六次科技革命的战略机遇》一书。在过去 500 年里，16 和 17 世纪发 生了一次科技革命，18 世纪和 19 世纪各发生了一次科技革命，20 世纪发生了两 次科技革命。目前，世界科技仍在加速发展。21 世纪有可能先后发生两次新科 技革命，即第六次和第七次科技革命。 第六次科技革命有可能是一次新生物学和再生革命（2020～2050），它将提 供提高生活质量和人类可持续性、满足精神生活需要和适应宇航时代需要的最新 科技，主要发生在生命科技、信息科技和纳米科技的交叉结合部，将是科学革命、

技术革命和产业革命的交叉融合。 第七次科技革命有可能是一次新物理学和时空革命（2050～2100），它将提 供新能源、新运输和宇宙旅行，主要发生在物质科学、空间科技和能源科技的交

叉结合部，也将是科学革命、技术革命和产业革命的交叉融合。 2-2 第六次科技革命的特点 第六次科技革命是一次完整意义的科技革命。从科学角度看，它可能是一次

“新生物学革命”。从技术角度看，可能是一次“创生和再生革命”。从产业角度看， 可能是一次“仿生和再生革命”和“生物经济革命”。人类个体将获得三种新的生存 形式，即“网络人、仿生人和再生人”（表 5）；人类文明将进入“再生时代”。

表 5 人类再生和永生的路线图（未来人的四种“生存形式”）

自然形式 技术路线 新的形式 效果

人格信息包 + 信息转换器 + 互联网 网络人 网络性永生 自然人 人格信息包 + 信息转换器 + 两性智能人 仿生人 仿生性永生 人格信息包 + 信息转换器 + 人体再生 再生人 复制性永生

注: 人格信息包是包含“人生信息和自主意识”的软件包。网络人是人的“网络化身”，仿生人是人的 “物理替身”，再生人是人的“新生命体”。自然人的寿命是有限的，自然人不可能上天，不可能登月。但 是，坐飞机可上天，坐飞船可登月，通过技术进步有可能实现某种意义的“网络性、仿生性和复制性永生”。

第六次科技革命的 10 个标志：信息转换器、人格信息包、两性智能人、人 体再生、合成生命、神经再生、体外子宫、耦合论、整合论、永生论等。 第六次科技革命的五大学科：整合和创生生物学，解释生命本质；思维和神

7 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 经生物学，解释人脑工作原理；生命和再生工程，生命体的工程化和产业化；信

息仿生工程，人脑的信息仿生；纳米仿生工程，人体的躯体仿生。 第六次科技革命的五大技术：信息转换器技术，生物信息与电子信息的整合； 人格信息包技术，人脑的电子备份与虚拟再现；仿生技术，人体的仿生备份和躯 体仿真；创生技术，创造新的生命形态和生命功能；再生技术，生物体的体内和

体外再生。 第六次科技革命的四大创新：与自然人、网络人、仿生人和再生人相关的创

新，而且四大创新集群是相互支持的。 第六次科技革命的五大产业：新一代生物技术产业、拟人化的信息和智能产 业、仿生产业、创生产业、再生产业等。以仿生、创生和再生技术为基础，实现

人体组织和器官（如心脏、肺、血和肢体等）的产业化生产等。 2-3 第六次科技革命的预期影响 如果说，前五次科技革命是人类认识自然、改造自然和征服自然，那么，第 六次科技革命将是人类认识自己、改变自己和改进自己，全面提高生活质量，提 高人类可持续性和适应宇航时代的需要。如果说前五次革命改变外部世界，那么

第六次革命将改变人类自己，第六次革命的影响将超过前五次革命。 第六次科技革命将彻底改变人类的生活观念和生活模式，从学习、工作、家

庭、性关系到寿命。它有可能带来 10 个革命性的变化包括：（1）学习革命：信 息转换器进入学校，人脑和电脑直接信息交流，学习成为“知识充电”，学校成

为“心理培训所”，人类从没完没了的学习压力中解放出来。（2）大学革命：大 学转变职能，从教育机构转变为科研机构。（3）家庭革命：两性智能人进入家庭， 家庭和性模式的多样化。（4）生殖革命：“体外子宫”实用化，实现“体外生殖” 和“定制生殖”。（5）再生革命：人有“四条命”：自然人、网络人、仿生人和再 生人，人获得三种永生：网络性、仿真性和复制性永生。（6）产业革命：仿生、 再生和创生技术的产业化。（7）人类解放：绿色超级制造系统和人工智能，大量 代替人的体力和脑力劳动。（8）生活方式：创新和休闲成为人们的主要活动。（9） 国际战争：战争技术和目标，从肉体攻击、信息攻击到神经攻击。（10）国际公

平：信息转换器的普及、知识鸿沟的缩小，国际贫富差距可能缩小等。

8 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 第六次科技革命在改变人类的同时，将带来巨大挑战。首先，伦理挑战。人 造生命、人造子宫、两性智能人和人体再生等一系列突破，将彻底改变人类对生 命、家庭和性关系的认识，引发重大伦理争论。其次，副作用。生命工程、再生 工程和仿生工程的技术和成果，既可以促进文明发展和人类进化，也会产生许多

新型武器和犯罪形式等。其三，人口与资源挑战。其四，国际战争的挑战。 在过去 5 个世纪里，5 次科技革命包含一系列重大科技创新，促进了一系列 的武器创新，国际战争的武器体系和战争形态随之发生了 3 次转变，包括从冷兵 器战争到火枪炮战争，再到半机械化和机械化战争，再到半信息化战争；国际战 争的战略目标发生了三次转变，从“制城权”到“制海权”，再到“制空权”，再

到“制信权”。21 世纪 3 次科技革命（信息革命、再生革命和时空革命）将带来 3 种新战争形态，即信息化战争、神经控制战和太空控制战（表 6）。信息化战争 是一种网络战争，“制信权”是一个制高点；神经控制战是一种神经战争，“制脑

权”将是一个制高点；太空控制战是一种太空战争，“制天权”是一个制高点。

表 6 科技革命与战争形态的演变

时代 科技革命 战争形态 关键武器 战略目标

16 世纪前 无 冷兵器战争 刀剑、弓箭 制城权

第一次科技革命 火枪炮战争 火枪、火炮 制城权、制海权

第二次科技革命 半机械化战争 铁甲军舰、机枪 制海权、制城权 16～20 世纪 第三次科技革命 机械化战争 坦克、飞机、航母 制空权、制海权

第四次、第五次科技革命 半信息化战争 精导武器、电子武器 制信权、制空权

第五次科技革命（尾部） 信息化战争 信息武器、机器人武器 制信权、制空权

21 世纪 第六次科技革命 神经控制战 神经武器、仿生战士 制脑权、制信权

第七次科技革命 太空控制战 太空武器、神经武器 制天权、制脑权

三、中国复兴的十字路口

3-1 科技革命与中国衰落 在过去 500 年里，中国与前四次科技革命无缘。中国失去四次科技革命的机 会，中国的国际地位一路下滑。以社会生产力（按购买力平价计算的人均国内生

产总值）为例，1700 年中国社会生产力水平排名世界第 18 位，1820 年排第 48

9 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 位，1900 年排第 71 位，1950 年排第 99 位。在 1700～1950 年期间，中国从世界 强国下降为半殖民地国家，从发达国家下降为欠发达国家，中国付出了惨痛代价。 在第五次科技革命中，中国采取了跟踪模仿战略，结果并不理想，国际地位上升

不太多；同期的日本，采用技术创新战略，实现了升级发达国家的梦想。 3-2 科技革命与中国复兴 21 世纪的科技革命给中国复兴提供了难得机遇。 首先，第五次科技革命的创新机会。第五次科技革命和第三次产业革命的持

续时间约为 70 年（1945～2020 年），大致经历三个阶段：自动化与高技术、信 息化与全球化、智能化与绿色化；目前处于“第三阶段”，存在一些“尾声机会”。 （1）新信息技术，包括新一代互联网、物联网、无线网、大数据、云计算、量 子通信、量子计算和新计算技术等；（2）信息技术在经济和社会领域的全面应用， 包括数字化、智能化和绿色化的先进制造（如 3D 打印等）、智能交通、智能电 网、绿色能源和绿色技术等；（3）国际技术转移和产业调整等。 其次，第六次科技革命的领先机遇。第六次科技革命和第四次产业革命的发

生时间大致是 2020～2050 年。现在距离它的发生还有十年左右时间，世界各国 大致处于同一起跑线上，这是一个“先声机遇”。（1）新生物学革命的机遇：生物 学与多学科的交叉融合，包括整合和创生生物学、思维和神经生物学、生命和再

生工程、信息仿生工程、纳米仿生工程等；（2）新技术革命的机遇，仿生创生再 生的三生技术革命，生物技术与多种技术的交叉，包括信息转换器技术、人格信

息包技术、仿生技术、创生技术、再生技术等；（3）新产业革命的机遇， 仿生 和再生的产业革命，生物产业与多种产业的交叉，包括生物技术产业、信息转换

器产业、人格信息包产业、仿生产业、创生产业、再生医学和再生产业等。 其三，第七次科技革命的未来机会。（1）新物理学革命的机会，如反物质、 暗物质、暗能量、超导研究、理论物理和空间科学等；（2）第五次技术革命的机 会：新能源、新材料、新运输，太空资源开发等；（3）第五次产业革命的机会： 宇宙旅行、太空移民等。 3-3 中国复兴面临十字路口 首先，中国复兴的两个挑战。一是科技革命的挑战。面对新科技革命，发达

10 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 国家和高技术企业在行动，采取了许多重大措施。关于第六次科技革命，我国目 前没有共识，议论多行动少，模仿多创新少。我国学科之间壁垒多合作少，交叉 科学的发展严重滞后，难以适应第六次科技革命的学科交叉融合。二是国际战争

的挑战，包括信息化战争、神经控制战和太空控制战的挑战等（表 7）。

表 7 21 世纪国际战争的成败

信息化战争 神经控制战 太空控制战 胜方 败方 胜方 败方 胜方 败方 信息主导 系统崩溃 主人 傀儡（附庸） 太空主导 受控 战争主导 失控 信息控制 系统崩溃 主人 傀儡（附庸） 海空控制 海空沦陷 海空控制 海空沦陷 信息主导 系统崩溃 海空控制 海空沦陷

其次，中国复兴的两种情景。情景一，精心谋划和超前布局，抢占第六次科 技革命的有利位置和制高点，就可能抓住机遇，乘势而上，加速民族复兴。情景 二，对第六次科技革命继续持观望态度，无所作为或行动不力，就可能失去机遇，

表现平淡，延缓民族复兴。 其三，中国再次走到十字路口。18～19 世纪英国发生工业革命，1793 年英 国使者访华，乾隆皇帝拒绝建立合作关系。1825 年英国解除工业机器出口禁令， 工业革命向世界扩散。当时清朝闭关锁国，错失工业革命机遇。1840 年和 1860 年发生两次鸦片战争，1900 年八国联军占领北京。在大约 100 年（1793～1900 年）里，错失工业革命机遇的中国付出惨痛代价。如果清朝 1793 年及以后采用 开放政策和抓住工业革命机遇，那么中国历史就会改写，当然这是一种假设。 目前，第六次科技革命已经进入倒计时（2020～2050 年），它将带来新武器 和新战争，包括神经武器、网络战士、仿生战士、神经控制战和制脑权的争夺。 赢家将成为世界主人并获得永生，输家则可能沦为附庸或傀儡。中国复兴走到十

字路口。这是 21 世纪的十字路口。留给中国的时间，已经不多了。

四、结束语

500 年的世界历史显示，科技革命有规律，科技创新有机遇；把握机遇，大

11 引言 科学与现代化 2016 年第 1 期 Introduction Science & Modernization No.1, 2016 国崛起或复兴；错失机遇，大国衰落或解体。 过去 5 个世纪，发生 5 次科技革命、出现 3 种新战争形态，每个世纪都有大 国兴衰。21 世纪，发生 2 次新的科技革命、出现 3 种新战争形态，必然会有新 的大国兴衰。新科技革命将塑造一个新世界，中国复兴将面临十字路口。 伟大而古老民族，早点警醒吧，否则，“民族复兴”会落空，“大祸临头”有可 能。中国科学家们，赶紧行动吧, 否则， “重大机遇”会错失，“悔恨交加”不远矣。 我衷心地期待，我们这代人不会错失“历史机遇”，不会成为“历史罪人”。我把最 好的祝愿，献给伟大的中华民族，献给在座的各位朋友。

注：本文为作者 2015 年 10 月 25 日在第十二届中国科学家论坛的特邀报告（要点）。

2016 年 1 月 6 日整理

12 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

第一部分 与自然人相关的科技进展

（一）信息转换与意念控制

1. 放进文件夹：科学家计划将人脑上传到电脑

2015 年 01 月 21 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 21 日消息，据国外媒体报道，这是一个直接从一部科

幻小说中拿出来的计划，或许是一个使人永生的方法。旧金山一位发明人公布了

他要将自己的大脑上传到电脑的计划。这位科学家希望，他能够将人脑复制为一

个机械系统。

兰德尔-科尼表示，这个系统的关键是一个“基质独立头脑”(SIM)。他认为，

通过将人脑绘制成图，将它的能力简化为计算指令，然后用代码复制这些指令，

人类可无限期活下去。

这位科学家在最近于旧金山举行的一个科学会议上表示：“当我说到仿真时，

你应该想到它和用一部个人电脑模仿一部麦金塔电脑具有同样的意义。这有点像

平台独立代码。”使这一切成为可能的关键是一个基质独立头脑。

科尼表示，这不只是一个人工智能，而是将人的头脑下载到一部电脑中。他

说：“神经系统科学家 99.9%地相信人脑是一个机制。”它是一个具有计算能力

的东西，又是一个执行各个功能的东西。如果你弄清楚它是如何运作的，就可用

其他科技替代它。

科尼对美国杂志《Vice》说：“你取下一小块人脑然后复制它是一个非常主

流的想法，也是一个很好理解的想法。那为什么不用整个大脑呢？为什么不将人

脑上传到一部电脑中，然后我们可以处理更多数据，更好地存储它，像电脑一样

组织我们的思想，将其放入我们无论何时都可使用的文件夹呢？”

13 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

这位科学家认为，通过使用他的系统，我们将能够生活在其他世界甚至虚拟

世界中。他说：“生活在一个更虚拟的世界中会是一件十分有趣的事。制造的身

体或许不是为了存在于这个环境，而是其他世界，例如太空等。”

科尼成立了一个名为“复写”(Carboncopies)的组织，致力于这个项目的技

术和伦理问题的研究。该组织说：“我们支持帮我们阐述高级基质独立头脑(ASIM)

术语、将头脑功能从生物基质转成为另一个可以执行各个功能的基质的实用方

法。复写组织最初将使一项技术处在不可知论的立场。然后，我们组织研讨会和

学术会议，让对我们的项目感兴趣的人交流看法，和其他人建立密切联系，一直

留意该领域的最新进展。”(孝文)

2. 光学字符识别技术：让电脑像人一样阅读

2015 年 04 月 03 日 新浪科技 文/霍强

把手机摄像头对准菜单上的法语菜名，屏幕上实时显示出翻译好的中文菜

名；将全世界图书馆的藏书转化为电子书；街景车游走于大街小巷，拍摄街景的

同时也从 街景图像中自动提取文字标识，让地图信息更丰富更准确……这些场

景的背后有一个共同的关键技术——OCR (Optical CharacterRecognition)，光

学字符识别。

OCR 让电脑“读”懂世界

鼠标发明人 Douglas Engelbart 曾经针对人工智能的简称 AI 提出了另一个

理念——Augmented Intelligence，增强智能。在他看来，人已经足够聪明，我

们无需再去复制人类，而是可以从更加实用的角度，将人类的智能进一步延伸，

让机器去增强人的智能。

智能眼镜就是这样的产品，去超市的时候带上一副，看到心仪商品上的文字，

自动搜索出详细信息：生产商情况、在不同电商平台的价格等等。让智能眼镜读

14 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

懂文 字的正是 OCR 技术。OCR 本质上是利用光学设备去捕获图像，今天可以是

手机、照相机，未来可以是智能眼镜、可穿戴设备等，就像人的眼睛一样，只要

有文 字，就去认出来。

我们也可以设想一下 OCR 在未来工作中的应用场景：每次工作会议后，无需

再把白板上的讨论内容抄写下来，然后群发邮件布置任务，只要将白板用手机等

智能设备拍照留存，系统便能自动识别并分检出相关人员的后续工作，并将待办

事项自动存放到各自的电子日历中。

事实上，我们已经向这个场景迈进了一步，微软前不久推出的 Office Lens

应用，已经可以通过视觉计算技术自动对图像进行清理并把它保存到 OneNote，

而 OneNote 中基于云端的 OCR 技术将对图片进行文字识别， 随后你就可以拥有

一个可编辑、可搜索的数字文件，为上述未来应用场景打下基础。微软几年前推

出的手机应用 Translator，除了支持文本和语音翻译 外，还能用手机拍摄不同

语言的菜单或指示牌，翻译结果立即浮现于原文之上。Office Lens 和 Translator

这两款产品中的“中日韩”OCR 核心技术就来自微软亚洲研究院的语音团队。

回过头来看，OCR 技术经历了怎样的发展历程呢？早在 20 世纪 50 年代，IBM

就开始利用 OCR 技术实现各类文档的数字化，早期的 OCR 设备庞大而复 杂，只

能处理干净背景下的某种印刷字体。20 世纪 80 年代，平板扫描仪的诞生让 OCR

进入商用阶段，设备更为轻便灵巧，可以处理的字体数量也增多，但对文 字的

背景要求仍然很高，需要很好的成像质量。

平板扫描仪对印刷体文本的识别率在 20 世纪 90 年代就已经达到 99%以上，

可谓 OCR 应用 迎来的第一个高潮。当时最著名事件是谷歌数字图书馆，谷歌还

申请了图书扫描专利，实现了批量化的高速扫描。在此期间，手写字体的识别也

在并行发展，被广泛 用于邮件分拣、支票分类、手写表格数字化等领域。

这样的成就一度让大家误以为 OCR 技术已经登峰造极，但从 21 世纪开始，

准确地说是自 从 2004 年拥有 300 万像素摄像头的智能手机诞生之日起，这一情

况发生了根本改变。越来越多的人随手拿起手机拍摄所看到的事物和场景，而此

15 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

类自然场景中 的文字识别难度远远高于平板扫描仪时期，即便是印刷字体，也

不能得到很高的识别率，更别说手写体了。学术界因此将自然场景中的文字识别

作为全新的课题来对待。

与此同时，云计算、大数据以及通讯网络的快速发展，实现了智能手机的

24 小时在线，前端采用手机摄像头进行文字捕捉，后端可以对其 进行实时分析

和处理，二者的结合让 OCR 的未来应用模式充满想象。因此，对 OCR 的研究再度

成为学术界的焦点，无论是前端识别技术还是后端的关联应用领 域，都有着无

限可能。微软亚洲研究院的研究员们，也非常有幸加入了这个大潮。

自然场景下的文字检测获突破性进展

自然场景图像中的文字识别大大难于扫描仪图像中的文字识别，因为它具有

极大的多样性和明显的不确定性。如文字中包含多种语言，每种语言含有多种字

母，每 个字母又可以有不同的大小、字体、颜色、亮度、对比度等；文字通常

以文本行的形式存在，但文本行可能有不同的排列和对齐方式，横向、竖向、弯

曲都有可能； 因拍摄图像的随意性，图像中的文字区域还可能会产生变形(透视

和仿射变换)、残缺、模糊断裂等现象。

与传统 OCR 技术中的扫描文档图像相比，自然场景图像的背景更为复杂。

如文字可能不是写在平面上而是在曲面上；文字区域附近有非常复杂的纹理和噪

声；图像中的非文字区域有着跟文字区域非常相似的纹理，比如窗户、树叶、栅

栏、砖墙等。这些复杂背景会极大增加误检率。

由于自然场景下的文字识别难度大，微软亚洲研究院团队对相关技术和算法

进行了针对性的优化和创新，从三个方面对文本检测技术进行了改进，并取得突

破。通 常，OCR 识别的步骤可以分为两步：首先是文本检测(Text detection)，

将文字从图片中提取出来；然后，对文本进行识别(Recognition)，此次的突破

主要是在文本检测环节的两个子阶段。

阶段①：采用新算法，检测准确高效

16 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

一个字母或文字通常可以分为若干个连通区域，如 o 就拥有一个连通区域， i 则拥有两个连通区域，文本检测首先要从图像中切割出可能存在的文字，即候

选连通区域，然后再对其进行文字/非文字分类。

在确定候选连通区域阶段，微软亚洲研究院团队在传统检测方法

ER(Extremal Region，极值区域)和 MSER(Maximally Stable Extremal Region，

最大平稳极值区域)基础之上创新地采用了对比极值区域 CER(Contrasting

Extremal Region)，CER 是跟周围的背景有一定对比度的极值区域，这个对比度

至少要强到能够被人眼感知到，在低对比度的图像上比 MSER 效果更好，而且获

得 的候选连通区域数量远小于 ER，候选范围大大缩小，提高了算法的效率。

为了提高所获得的候选连通区域的质量，微软亚洲研究院团队决定增加一个

算法环节去增强 CER。尤其在图像模糊、分辨率低或者噪声较多时，提取出来的

CER 有可能会含有冗余像素或者噪声，这些冗余像素或者噪声的存在会使得后面

的文字/非文字分类问题变得更为复杂。

采用基于感知的光照不变(Perception-based IlluminationInvariant, PII)

颜色空间中的颜色信息去增强 CER 可算是此次算法优化的另一个创新之举，利用

颜色信息尽可能滤除 CER 中的冗余像素或者噪声，从而得到 Color-enhanced

CER。该颜色空间具有视觉感知一致性，而且对光照不敏感，更接近人眼对颜色

的判断。

在实际操作中，并不是每个 CER 都需要通过颜色信息来增强，因为有很多

CER 本身颜色均匀，没有噪声，尤其是在图片质量很高的时候。因此，在对 CER

进行增强操作之前我们会先判断该 CER 是否需要增强操作，以减少不必要的计算

复杂度。

阶段②：创新分类，检测更高质

当获得了高质量的候选连通区域，就需要对其中的字符进行分辨，确定其是

否为文字或非文字，微软亚洲研究院团队创新地提出了一套基于浅层神经网络的

文字/非文字分类算法，比以往的算法更加有效。

17 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

该算法根据文字本身的特性采用分治策略将原始问题空间划分为 5 个子空

间，每个子空间对应一类文字样本，分别命名为 Long 类，Thin 类，Fill 类，

Square-large 类和 Square-small 类(如下图所示)，于是每个候选连通区域被划

分到这 5 类中的一种。

在每个子空间中，微软亚洲研究院团队创新地利用无歧义学习策略训练一个

相应的浅层神经网络，作为该子空间的文字/非文字分类器，我们可以将该神经

网络看作是一个黑盒子，在经过大量学习之后，它便能较为准确的将文字与非文

字分类。

每次分类动作包括两个阶段——预剪枝(Pre-pruning)阶段和验证

(Verification)阶段。在预剪枝阶段，分类器的任务是尽可能滤除 无歧义的非

文字候选连通区域；在验证阶段，则通过引入更多信息来消除孤立连通区域的歧

义性，从而进一步滤除有歧义的非文字候选连通区域。

2014 年 8 月，在瑞典首都斯德哥尔摩举办的国际模式识别大会(ICPR)上，

微软亚洲研究院团队公布的研究成果在自然场景文字检测的标准数据集

(ICDAR-2013 测试集)上取得了 92.1%的检测精度和 92.3%的召回率。此前业界最

好技术的检测精度是 88.5%，而召回率只有 66.5%， 多年来这些数字每年增长只

有几个百分点，微软的技术让自然场景图像中的文字检测实现了突破。

人类需求牵引科技发展走到今天，智慧的无限延伸决定了世界的无限潜能。

10 年前的简单通讯工具手机如今已成为智慧生活的伴侣，曾经只被扫描仪应用

的 OCR 技术亦已焕发新机。随着研究工作的不断突破和智能设备的推陈出新，OCR

的应用也将充满无限机会、无限可能性。

作者简介：霍强博士，微软亚洲研究院首席研究员

3. 黑客帝国成真：MIT 找到联通电脑人脑方法

2015 年 01 月 31 日 新浪科技

18 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

新浪科技讯 北京时间 1 月 31 日消息，据国外媒体报道，实现人脑和电脑的

“联通”一直是科幻小说的“圣杯”。不过现在，MIT 的科学家发现了可以将科

幻变成现实的新纤维，这种新纤维比头发丝还细。他们表示自己制造的系统可以

把光学信号和药物直接送入大脑，并通过电子控制面板来持续监控不同输入在大

脑产生的效果。

“通过采用比之前设备更有机的方式，我们构建了和大脑组织进行沟通的新

型神经接口。”MIT 的研究人员，材料科学工程助理教授 Polina Anikeeva 说。

因为人脑不仅规模庞大，而且同时会使用多种信号，所以对它的研究本来就

非常困难。此外，传统的神经探针只能记录一种信号，也限制了任意时刻从大脑

导出的信息量。但现在，通过使用比头发丝还细的复杂纤维，MIT 的科学家可能

找到了消除这种限制的新技术。利用这种纤维，他们制造的系统可以把光学信号

和药物直接送入大脑，并通过电子控制面板来持续监控不同输入的效果。

这种新技术已经在《自然生物科技》上发表。Anikeeva 说：“当前神经假

体存在一个大问题：用于神经记录和激励的设备都是金属、半导体或者玻璃材料，

把这些设备植入人体后，人体的正常活动都会损伤设备附近的组织。因为这些材

料既坚硬又锋利，而人只要稍微活动一下，人的大脑也会产生相应活动，这样最

终就损坏了大脑组织。”但这种新技术使用的新纤维是用高分子聚合物制造，而

这种聚合物和神经组织特性很相似，使得它在不损害周围精细脆弱的大脑组织的

条件下，能在人体待更长时间。

为达到这种效果，科学家采用了一种新纤维制造工艺，这种新工艺由 MIT 的

材料科学教授 Yoel Fink 领导的小组率先研发，之前用在了光电学和其它应用中。

Anikeeva 解释说：“这种方法最终制造的高分子聚合物纤维不仅更软、更富弹

性，看上去也更像自然神经。”

新纤维制造工艺的关键在于制造大量预制品，预制品纤维内部需要被分成所

需的多个通道：光波导通道传播光，空心管通道运送药物，导电电极通道传播电

信号。科学家会首先得到预制品的高分子聚合物模板，尺度数量级在英寸（2.54

19 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

厘米）。随后，预制品受到加热变软，被拉成更细的纤维，但会保持相同的多通

道结构。单次拉长可以使纤维变细 200 倍，这样通过不断重复拉长，纤维就会越

来越细，直到纳米级别。尽管几英寸长的单个预制品就能制造几百英尺（30.48

厘米）的纤维，但必须小心的选择材料，这些材料必须能在相同温度下变软。在

纤维变细的过程中，纤维在英寸尺度下具有的特性在纳米尺度下仍然得到了保

持。

通过在单纤维中组合不同的通道，就能精确映射神经活动。比如，光通道传

输的光可以实现光遗传技术神经激励，产生的影响可由嵌入电极监控。与此同时，

可通过空心管将单一或者多种药物注入大脑，神经元的相应电信号也会被记录，

从而能够实时判定药物的真实作用。这样，就能同时模拟大脑的多种信号，最终

帮助实现神经失调的治疗，而单功能神经探针是无法实现这种功能的。

MIT 的科学家表示，这种新的植入设备系统可以在不伤害大脑组织的情况下

向大脑传递光信号、注射药物。此外，只需制造相关任务所需的特定通道组合，

这个植入系统也可以被调整以应用到特定的研究或治疗中。Anikeeva 说：“你

可以得到应用范围很广的设备。此外，这种纤维制造的系统最终可能帮助实现大

脑、脊髓不同区域反应的精确映射，它也可能催生出能长期植入人脑，以治疗某

些疾病（帕金森等）的设备。”

John Rogers——美国伊利诺伊大学香槟分校的材料科学工程和化学教授，

他没有参与这项研究。不过他表示：“他们的新技术描述了一种迷人的多用途纤

维，专门用来植入大脑，并通过电、光、流体方法来激励和记录大脑神经行为。

他们的成果意义深远，将扩充对大脑功能基本理解的发展至关重要的工具集。”

4. 人脑控制计算机获突破：或助脑瘫患者独立

2015 年 10 月 05 日 参考消息网

20 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

参考消息网 10 月 4 日报道 外媒称，致力于完善一种受思想控制的计算机光

标的科学家 9 月 28 日说，他们已取得了迄今为止最好的结果，并且正向制造出

一种瘫痪人士能使用的版本前进。

据法新社 9 月 28 日报道，发表在英国《自然·医学》月刊上的结果显示，

这个装置的运行速度是过去版本的两倍，因为美国的研究人员发现了读取大脑活

动的更好方法，并调整了该装置的硬件和软件。

报道称，提高由意志控制的各种假体的速度和准确度至关重要，因为只有这

样才能从实验室阶段迈向实用阶段，从而帮助四肢瘫患者取得一定程度的独立

性。

该研究作者之一、美国斯坦福大学的杰米·亨德森通过电子邮件对法新社记

者说：“目前的工作朝着我们的最终目标迈进了一步。终极目标是，如果用户有

需要，我们就能提供对任何计算机系统的点击控制。”

在最新研究中，研究人员观察了两名瘫痪者是如何利用他们的意志控制箭头

形光标移动到计算机屏幕的一个目标上。这两名瘫患者是一男一女，都是 50 多

岁，均患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症。

报道称，该研究团队将这对男女的表现同过去一些实验参与者——包括 2011

年哈钦森光标测试——的表现进行比较。亨德森说，这对男女能“以快上一倍的

速度将光标从屏幕的一个点移向另一个点”。

这两名实验参与者通过一系列电极来控制假体。这些电极被植入他们大脑中

的运动皮层，也就是大脑控制身体运动的部分。这 96 个微小的电极会收集附近

神经元发出的信号，并将它们送往计算机，再由计算机翻译成行动指令。

研究人员说，他们已取得了一系列进展，包括过滤掉可能削弱大脑信号的电

子干扰。

报道称，该团队让实验参与者尝试用思想移动光标的不同方式，以找到哪种

方式最有效。

21 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016 5. 上海交大成功实现人脑意念遥控蟑螂行动

2015 年 06 月 05 日 新闻晨报

上海交大学生凭此斩获国际奖项，还将实现多人协同控制多只蟑螂模式 科

幻电影《阿凡达》虚构了利用“脑—脑接口”技术实现异体生物控制的科学梦想，

电影中的幻想能在现实实现吗？

上海交大学生凭此斩获国际奖项，还将实现多人协同控制多只蟑螂模式

科幻电影《阿凡达》虚构了利用“脑—脑接口”技术实现异体生物控制的科

学梦想，电影中的幻想能在现实实现吗？昨天，记者从上海交通大学获悉，该校

机械与动力工程学院硕士研究生李广晔在导师张定国的指导下，成功利用人类的

大脑意念遥控活体蟑螂。这只蟑螂在人脑的指挥下，竟然完成了 S 形轨迹和 Z 形

轨迹等任务。

建立功能性“脑—脑接口”

据介绍，该研究建立起了人脑与蟑螂大脑的功能性“脑—脑接口”，把人脑

信号发送到了蟑螂大脑，实现了人脑对蟑螂运动的远程无线控制。

控制者头部佩戴便携式无线脑电采集设备，控制者根据视觉反馈和视觉刺

激，脑部产生方向控制意图；计算机程序解码脑电信号，识别控制者的控制意图，

控制意图转换为控制指令后无线发送到蟑螂的电子背包接收器；蟑螂脑部的触角

神经被植入了电刺激的微电极，这样就制作出了一个可控的活体“机器动物”。

利用蓝牙通信技术，建立计算机同电子背包的无线通讯，电子背包可接收来

自控制者大脑的指令，通过侵入式神经电刺激技术向蟑螂的触觉神经发送特定模

式的电脉冲，进而实现人脑对蟑螂运动的控制。

据介绍，该成果获得 2015 年国际机器人与自动化学会（IEEE RAS）学生视

频竞赛第二名。这项研究实现了人脑实时控制活体蟑螂走 S 形轨迹和 Z 形轨迹等

任务。研究者指出，此项技术拓展了传统的脑机接口技术，初步尝试了“阿凡达”

22 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

式的脑—脑通讯，将来亦可用于现实中复杂地形侦查、排险等操作，还为“脑联

网”的兴起储备技术奠定基础。

据悉，研究者近期还将继续改进控制模式，实现多人协同控制多只蟑螂竞赛

模式演示。

大脑遥控指挥实验非首例

据悉，交大学生这种大脑遥控指挥外物的实验，在国内也并非首例。早在

2012 年，浙大就通过微型芯片实现了猴子利用意念控制机械手。

据介绍，为了完成这项实验，科研人员必须先在一只猴子大脑运动皮层，植

入两块 4 毫米×4 毫米芯片（96 个电极），这两块芯片与 200 多个神经元相连接，

用来感受来自神经细胞的脉冲。而芯片的另一头连接着一台计算机，它实时记录

着这只猴子一举一动发出的神经信号。

科研人员再运用计算机信息技术成功提取并破译猴子大脑关于抓、勾、握、

捏四种手势的神经信号，使猴子的“意念”能直接控制外部机械手。

据了解，将芯片植入动物甚至人的大脑这种实验，都必须经过相关部门的审

核。比如，浙大的这项实验就需要通过动物伦理委员会的论证和批准。

据预测，将来人类可通过大脑讯息，直接和个人计算机的操作系统及软件交

互交流，不用鼠标和键盘便可开启程序和在计算机撰写笔记。相关技术将来更可

发展为“大脑网络”(brain net)，让人类以大脑讯息直接沟通。晨报记者董川

峰[责任编辑：马晓宁]

6. 意念解锁？科学家研发脑电波解锁智能手机

2015 年 05 月 22 日 环球网

【环球科技综合报道】现在市面上的智能手机基本都采用了指纹解锁或密码解

锁，这两种方法相对而言也比较快捷方便。那么有没有更先进的解锁方法呢？据

23 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

科技资讯网站 Ubergizmo 5 月 20 日报道，《新科学家》杂志上的一篇文章称，

脑电波解锁有可能会成为一种新型解锁方式。

因为每个人的脑电波都是独一无二的，即使他人知道你的 Passthoughts，

但两人所呈现出来的脑电图信号还是不一样的。据悉，西班牙巴斯克中心的研究

人员 Blair Armstrong 目前已展开实验，结果证明脑波解锁的正确率达 94%，虽

然不是 100%，但至少证明它的潜力很大。

不过，能否真的将脑波应用于手机解锁还是一个未知数，现在它还只是一种

新奇的概念。[责任编辑：韩迪]

7. 心理学家最新研究发现意识并没有思想强大

2015 年 06 月 27 日 新浪科技

科学家们表示，人类意识并没有我们想像的那么强大，在人类行为决策中扮

演着被动角色，而不非主导力量。

新浪科技讯 北京时间 6 月 27 日消息，据国外媒体报道，心理学家最新研究

发现，人类意识并没有思想那么强大，在人类行为决策中扮演的是一种被动角色，

而非主动推手。

人们普遍认为，意识很强大，可以控制我们的思想和行为决策。事实上，人

类意识并没有我们想像的那么强大，在人类行为决策中扮演着被动角色，而非主

导力量。在《行为与大脑科学》杂志网络版上，心理学家伊沙圭尔-莫塞拉团队

发表了最新研究成果--“被动框架理论”。根据该理论，意识心理的作用类似于

翻译员，可以帮助持不同语言的人们进行沟通与交流。莫塞拉称解释说，“翻译

员的任务就是将信息传达表述出来，对信息本身并不进行论述或产生影响。同样，

我们通过意识感知到的信息，并不是在意识过程中产生的，也不受意识过程影响。

24 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

从这个意义上来说，意识只是一个中间人，它能发挥的作用并没有我们想像的那

么重要。”

专家认为，“被动框架理论”是一项突破性研究成果，它否认了人类对意识

的直觉信念和自我观点。根据这一理论，相比传统智慧的控制力而言，意识所起

的作用更具反射性，且更无目的性。通过对冲动、思想、感知和行为的筛选，人

们感受到自身的意识状态，并受控于这些纷繁复杂的冲动和念头。莫塞拉表示，

“长久以来，我们一直夸大意识的作用，认为它可以解决问题，在行为决策中起

重大作用。事实上，意识的作用非常有限，它只具备一些基础的静态作用，并不

断重复简单的工作过程。人们通常将自由意志解释为意识，而意识又是行为方式

的决策者，这些认识都不正确。被动框架理论的提出，颠覆了人们的直觉认识。”

事实上，意识的作用仅在于转播信息，控制“自发”行为，或是骨骼肌肉系

统作用的目标导向活动。莫塞拉打了一个比方，将意识比作因特网--人们利用因

特网购买书籍，预订酒店客房，以及从事其它多种网络活动。从表面上来看，因

特网对人类生活作用重大，影响深远。但是，深究本质后会发现，坐在电脑前点

击鼠标，或是掌控智能手机的那个人，才是所有行为活动的核心，而因特网充其

量不过是一个工具，一个平台，毫无其自由意志可言。

“被动框架理论的研究耗费了我们科研团队 10 多年时间，最初连我们自己

也无法接受这一结论，它挑战了另一传统认识，即意识思考之间有因果关联。”

莫塞拉称，“人们常以为，思考时，大脑中会跳出一个又一个的想法，这些想法

之间必然有因果关系。事实上，这种认识是错误的，意识的信息处理过程不是这

样的。意识思考之间并无关联，不存在环环相扣的因果关系，意识思考的结果还

是同样的无意识信息。这项成果的取得之所以耗时较长，关键原因在于人们混淆

了一个概念，即意识的作用与意识是被拿来作什么用。此外，该理论成果还将对

精神病领域的研究产生深远影响。为什么我们会产生某种本不该有的冲动或者想

法？那是因为，意识体系并不知道人们会对某事产生某种想法；触发冲动的意识

也并不知道，冲动与其它想法或者行为之间有关联。”（彬彬）

25 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

8. 专家建议把人类价值“植入”机器人:防范人工智能

2015 年 11 月 03 日 参考消息网

参考消息网 11 月 2 日报道 外媒称，随着人工智能技术越来越先进，人们愈

发担心，机器人可能变成一种威胁。据加利福尼亚大学伯克利分校计算机学教授

斯图尔特·拉塞尔说，这种危险是可以避免的，如果我们能够解决如何把人类价

值变成可编程的代码。

据美国石英财经网站 11 月 1 日报道，拉塞尔说，在机器人领域，“道德哲

学将是一个非常重要的产业部门”。他指出：“随着机器人从事更加复杂的任务，

我们绝对有必要把我们人类的道德转化为人工智能语言。”

比如说，如果机器人在房子里做杂务——预计未来几十年将会出现这种场面

——的话，你可不想机器人把宠物猫放进烤箱里，给饥肠辘辘的孩子们做顿大餐。

拉塞尔说：“你会希望给那个机器人预先载入一大套人类价值。”

人们已将基本的人类价值编入了一些机器人的程序。玛丽女王大学计算机学

教授彼得·麦克欧文说，可移动机器人就被编入了与人类保持适当距离的程序。

他说：“这是机器人行为可被视为体现某种价值的一个极为简单的例子。如

果机器人在你和别人说话时靠近你们的私人空间，你就会认为，这不是一个有教

养的人会做的事情。”

创造更复杂的、具备道德规范的机器人是可能的，但条件是我们要找到把人

类价值设定成明确规则的办法。

麦克欧文说：“这种价值设定工程要有研究人类价值的专家参与进来，其中

包括哲学家、心理学家、人种学家以及外行人士。就像你把专业知识转化成一套

规则一样，你可以将这个讨论组提供的信息转化成一系列规则。”

26 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

此外，机器人还可以选取根据有关人类行为的大套数据制成的模型来学习人

类价值。

麦克欧文说，只有在程序员不负责任的情况下，机器人才会成为一种危险。

他说：“就机器人违反人类价值这一问题，人们最担心的是，如果人类因为

没有进行充分测试而没有给机器人正确编程的话，机器人就不会有充分的安全保

障，它们就会有办法去打破某种禁忌。”

简单的方法是，当出现特殊情况时，给机器人编入让人去检查机器人行为是

否正确的程序。

麦克欧文说：“如果机器人不确定一种动物是否适合被放进微波炉时，它可

以停下来，发出哔哔的信号声，以请求人给出指示。”

把人类价值编成程序最困难的一步是，要确定什么才是我们认为的道德行

为，以及如何制定一套道德规则。如果我们有了答案，那么机器人对人类就会是

有益的。

（二）人脑与记忆

9. 大脑是如何记住东西的？ 科学家首次揭示记忆过程

2015 年 07 月 06 日 凤凰探索

凤凰科技讯 北京时间 7 月 6 日消息，据英国科学日报报道，科学家们首次

发现了记忆是如何在大脑里形成的。这支英国-美国科学小组确定了当人们将记

忆归档时发射的单个神经元。这项“不可思议的发现”或可以帮助解释失忆，并

促进发现抗争阿兹海默症（老年痴呆症）和其它神经学疾病的新方法。

这项英国莱斯特大学和医学中心的合作揭示了当新的记忆形成时，大脑里的

神经元是如何持续不同的发射。“我们提出假设认为我们将观测到神经元发射的

27 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

某些变化，” 莱斯特大学生物工程学讲师马蒂亚斯•艾森（Matias Ison）这样

说道。

“但令人惊讶的事实是，从神经元沉默和活跃的角度看，这些改变非常巨大，

且它恰好发生在学习的瞬间。”尤其值得一提的是，这项研究调查了名为内侧颞

叶(medial temporal lobe)的区域里的神经元，后者与所谓的“事件记忆”有关。

这是用于描述大脑有意识的回忆经历事件和情景的能力，例如在歌剧院遇到一位

学校的老朋友。

这些病人首先被展示名人的照片，包括詹妮弗•安妮斯顿（Jennifer

Aniston）、克林特•伊斯特伍德（Clint Eastwood）和哈莉•贝瑞（Halle Berry）。

然后，他们被展示了相同人的图片，只不过是在不同的背景里，例如埃菲尔铁塔、

比萨斜塔和悉尼歌剧院。他们发现观看每名演员时发送的神经元和观看著名景点

背景里这些演员时发送的神经元是相同的。这意味着研究人员可以实时的观察病

人的神经元记录此人在特定地点的新记忆的过程。

研究人员可以实时的观察病人的神经元记录此人在特定地点的新记忆的过

程

“不可思议的结果是神经元会在受体形成新记忆的时刻改变发射特性。”

莱斯特大学系统神经科学中心主任罗德里戈•基安•基罗加（Rodrigo Quian

Quiroga）这样说道。“当被试者开始回忆安妮斯顿与埃菲尔铁塔之间的相关性

时，最初看到安妮斯顿时发射的神经元也会在看到埃菲尔铁塔时发射。”这种改

变是不断发生的。“这与在动物身上进行的先前研究是革新性的改变，后者发现

这些改变只发生在长期训练之后。” 基罗加补充说道。

这对于理解真实生活记忆形成背后的神经过程至关重要

“这对于理解真实生活记忆形成背后的神经过程至关重要，因为在现实生

活里我们不会反复暴露在同一件事情以记住它，因为经历一次就足够了。”科学

家们希望理解这种类型的记忆是如何形成的可以有朝一日帮助遭受某些神经系

统疾病，例如老年痴呆症的病人。（编译/严炎刘星） [责任编辑：马晓宁]

28 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

10. 复制人类大脑全球竞赛如火如荼:绘制千亿神经元

2015 年 08 月 28 日 参考消息网

参考消息网 8 月 28 日报道 外媒称，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）

的研究人员最近搞清了如何制造带有仿生记忆的装置。乍一看，这似乎只是在新

鲜玩意上取得的进展，但事实是：它们能像人类大脑那样存储信息。这有点像从

照相机只能拍摄黑白照片的古老时代过渡到今天，我们今天能通过“有深浅、明

暗和纹理变化的全彩画面来还原记忆”。

研究人员预计，不出几年，这一发明将促使制造功能更强劲的小型芯片取得

进展。而这些新储存元件或许将成为构建仿生大脑的起点，从而推动机器人研究

最令人向往的领域之一人工智能的发展。

据美国“智谋者”网站 8 月 26 日报道，而这场复制人类大脑的全球竞赛仍

在如火如荼地进行。在这场竞赛中，谁都有可能胜出。澳大利亚科学院的翱翔者

智库已经申请了数百万美元用于仿生大脑研究。与此同时，欧洲的“人脑项目”

投资超过 18 亿美元，试图在未来 10 年更好地理解我们的大脑。同时，美国科学

家已经启动了一项持续 10 年、耗资 30 亿美元的计划，准备绘制头盖骨内 1000

亿个神经元的图谱。

报道称，然而，创造一个仿生大脑模型一直以来都是科学界梦寐以求的。如

果真制造出了这样一个仿生大脑，科学家就终于能摆脱动物实验所带来的伦理困

境了。毕竟，目前的大脑研究实验经常要用到老鼠或猪，且如果它们本身没有病，

“研究人员还要先让它们染上病，”RMIT 项目的带头人沙拉特·斯里拉姆说。

专家说，研究类人思维还能加快药物测试速度，推进人类对阿尔茨海默症等

若干精神疾病的研究。

29 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

报道称，这些听起来或许有似曾相识的诡异感觉，之所以会有这种感觉是因

为多年来我们的流行文化一直都在不遗余力地妖魔化仿生器官。电影《终结者》

中出现了仿生手臂（还有仿生眼睛），而早在生物学家兼作家迈克尔·克赖顿妙

笔生花创造出《侏罗纪公园》中嗜血啖肉的恐龙的数十年前，他就用恐怖小说《终

端人》警告我们，仿生大脑可能会给人类带来生死存亡的威胁。

如今，一些看似夸张的科幻情节俨然已成为事实。继几十年前制造出仿生耳

朵之后，澳大利亚的科学家如今又计划在明年进行仿生眼睛的人体试验。与此同

时，我们中的很多人在有生之年应该可以见证人类历史上第一个机械大脑的诞

生。英国曼彻斯特大学计算机工程学教授史蒂夫·弗伯说，这会是“几十年，而

不是几个世纪后（的事）”。弗伯表示，科学家离在芯片上模拟人类储存长期记

忆的方式不远了，而这些芯片最终或许能以远低于今天的价格大规模量产。而以

上这些进步可能有助于开发人工智能。

报道称，当然，这一技术的一部分仍处在起步阶段。今年 5 月，加利福尼亚

大学圣巴巴拉分校和纽约州立大学斯托尼布鲁克分校的研究人员成了教会机器

人从一幅图像中辨识具体字母的第一批人。这基本上意味着，机器人从幼儿园毕

业了。依照弗伯的思路，英国的工程师们眼下正在建造一个能够模拟 10 亿个神

经元的活动的机器。

11. 科学而非魔术：“读脑术”或许很快就能实现

2015 年 07 月 15 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 7 月 15 日消息，据国外媒体报道，大脑内部的电流活

动意味着什么？科学家称，这意味着我们的想法是可以读取并翻译出来的。

你或许会认为思想是无形无实，而且无法预测的，但实际上所有的大脑活动

都是通过电脉冲信号的传递完成的。随着对大脑的认识日益加深，我们有望在不

30 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

久的将来成功解码大脑中的电信号，并将我们的想法转化成自动化设备的驱动

力。

Stephen Sigurnjak 是英国中央兰开夏大学的电子学高级讲师，他研制了一

款基于玩家大脑活动的 scalextric 模型车玩具，这也是利用人体脑电波活动开

发的最新产品。据介绍，该玩具的动力取决于玩家的注意力水平。“你的大脑会

产生电流活动，有点类似一台电脑，” Sigurnjak 说，“当你集中注意力在某

件事情上的时候，电信号就会使大脑里的神经元活跃起来。”

这款 scalextric 玩具包括一个头戴设备，夹在前额上，能够测量大脑活动

的水平。大脑中的想法会被组织成不同频率的波段(举例来说，潜意识的活动水

平就与有意识的思维不同)，这些电信号经过计算机处理后，传递到一个微处理

器，在那里对玩具车的电压水平进行相应的控制。

在真实体验中，当体验者戴上头戴设备时，玩具车保持静止。Sigurnjak 称，

将字母表形象化或者思考数学问题有助于玩具车的启动，但此时体验者的脑电波

信号还不够强烈，玩具车依然静止；直到体验者听到 Sigurnjak 博士的解释之后，

玩具车才开始移动。一旦开始移动，玩具车就很难停下来。体验者尝试不再思考，

集中注意力在冥想呼吸上时，玩具车却移动得越来越快。这意味着，当你试图停

下思绪的时候，反而会使大脑的活动更为强烈。

Scalextric 玩具车很有趣，但科学家希望将“思维控制”的技术应用在更

加精细的地方。“假如你遇到一场事故，或者不幸瘫痪，你的大脑工作正常，但

身体却做不到。在这方面已经有了大量的研究，即只通过大脑的想象就能控制其

他东西，” Sigurnjak 博士说，“我们的目标是，当你坐在轮椅上想要左转的

时候，它就能自动左转。未来你或许能够将想法翻译出来，当你想到什么东西，

电脑就能自动把它打出来。”

这项技术或许还能用在压力的测量上。在一些高压力职业中，比如飞行员们，

当察觉他们处在超负荷状态，并有犯错的风险时，别人或许就能站出来帮助他们。

31 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

英国中央兰开夏大学的心理学高级讲师 Sarita Robinson 博士称，利用大脑

作为能量来源将变得越来越可行，因为我们已经开始了解“思想”是如何运作的。

“如果你回到 100 年前，你只能看到大脑的内部结构，”她说，“现在我们有核

磁共振、计算机辅助测试扫描等，我们能做出血液流动图象。在未来，我们还可

以看着大脑的扫描图像，观察其中正在想些什么。”

目前，我们根据大脑扫描结果只能读出是否饥饿或口渴等简单信息，科学家

的“读脑术”还处于相当原始的阶段。不过，破解大脑密码的时刻可能不需要再

等待太长时间。(任天)

12. 科学家把微型电路注入大脑 检测大脑活动

2015 年 06 月 09 日 科技日报

科技日报北京 6 月 8 日电（记者张梦然） 英国《自然-纳米技术》杂志 8 日

在线公布了一项“可注射电路”的研究。论文展示了一种柔性电路，能通过直径

小到 0.1 毫米的针注入到合成空腔或活体组织内。这些由网状电极构成的电子元

件，在注入后不到 1 小时就可以展开到原来的形状且无损于功能。实验已证明，

其可以用来监测小鼠的大脑活动。

柔性和可伸展的电子元件能用于连续监测并操纵一些三维结构属性，例如生

物组织。过去已有研究表明，生物集成微电子学需要并可以适应如大脑般错综复

杂的结构，但在实际操作中，这些电子元件尚只能通过手术植入，把它们放到特

定区域，至今还不能做到非侵入性植入。

如今，国际知名的顶尖纳米科学家、美国哈佛大学的查尔斯·李波以及中国

国家纳米科学中心的方英，带领他们的研究团队设计出一种网状电路，能装在注

射器里，再通过直径小到 0.1 毫米的针注入到合成空腔或活体组织的特定区域。

论文作者们表示，被注射进去以后，原来“卷起”的电路会展开到接近原始

配置的 80％，并且不会损失功能。研究人员将电路注入到活的小鼠的大脑里面

32 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

两个不同的区域，在为期 5 周的时间里，它们没有产生排异反应，电路也表现出

能和健康的神经元连接。当微型电路注入到小鼠的海马体时，研究人员发现，微

型电路能监测大脑活动，且对周围大脑组织的损伤非常有限。

人造植入体内电子元件的功能、与生物体自身器官的兼容性以及尺寸制造工艺都

在升级，随之的植入手段也越来越高明。在《自然》杂志上与本篇论文相关的新

闻与观点文章中，评论作者金大铉和李勇植写道：“未来，结合带有其他功能单

元的可注射电路（还可以有无线单元），将引导可植入生物电路和持续的生物监

测技术方面的创新。” [责任编辑：马晓宁]

13. 科学家连接老鼠大脑 同步思想创造“活体计算机”

2015 年 07 月 15 日 凤凰探索

凤凰科技讯 北京时间 7 月 15 日消息，据英国每日邮报报道，人们常说三个臭皮

匠赛过诸葛亮。现在科学家们首次联络了老鼠和猴子的大脑，制造了一个可以解

决问题以完成任务的活体计算机。在动物身上创造“大脑网络”提出了一种可能

性，也即未来有朝一日可以利用不可思议的解决问题技巧来创造一个超级人类大

脑。

在未来的反面乌托邦科幻愿景里存在一种可能性，也即研究可以促进一种罪

恶的“集体存在”的产生，就像电影《星际迷航》里的博格。美国杜克大学的神

经科学家将四只老鼠的大脑相连，以解决一个啮齿动物无法单独完成的天气预测

问题。在另一项单独的研究里，科学家们让三只猴子一起控制一只化身手臂够及

目标。

带领进行这项研究的杜克大学医学中心神经生物学家米格尔•尼科莱利斯

（Miguel Nicolelis）说道：“本质上来说我们创造了一个超级大脑。”这两项

33 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

描述“大脑网络”实验的单独研究里均被发表在期刊《科学报告》上。尼科莱利

斯博士表示这些研究“表明动物大脑网络可以作为有机计算机的核心。”

恒河猴实验

在第一项实验里，恒河猴状被排列从而将它们的大脑活动传输至电脑。它们

学会了通过想象来控制化身手臂的移动。两只猴子被分别安置在单独的房间里，

它们在一个计算机显示器上看到相同的化身手臂的图像。通过同步思想，其中一

只猴子可以控制化身的水平运动，而另一只可以控制它的垂直运动，它们会本能

的合作来触碰一个移动的目标。完成任务则获得果汁奖励。

一个大脑网络涉及三只猴子成功的在三个维度完成相同的任务，即使其中一

只猴子分了心，这展示了这种集体大脑的弹性。随着这些猴子的经验和训练越来

越多，研究人员发现它们可以更好的应对挑战。

“参与大脑网络的三只猴子可以同步大脑活动，从而产生一个统一的结果，

从三维角度移动虚拟手臂，” 尼科莱利斯说道。“这是首次展示共享的脑-机界

面。”这项研究发现猴子作为一个大脑网络合作时比独立完成任务要更成功。

虽然第一项实验里猴子的大脑是与计算机相连，但在第二项实验里四只老鼠

的大脑彼此相连，同时还与一台计算机相连。它们的大脑通过两套电极相连，后

者被植入涉及运动控制的大脑区域。科学家们通过发送电脉冲来刺激一只老鼠的

大脑，而其它则被奖励这种活动。

老鼠学会了模仿彼此的大脑回应。不同类型的脉冲被发射至老鼠大脑里，代

表着不同的温度和空气压力信息，老鼠可以结合这些信息预测天气。这项想象性

的任务展示了一群动物的大脑可以快速同步以完成一项挑战，此外它们作为一个

大脑网络可以更好的完成任务。

尼科莱利斯博士之前开创了脑-机界面，它使得截肢者可以控制他们的假肢，

他表示这项研究应该与科幻电影区分开来。“我们看了太多好莱坞电影，以至于

我们认为一切与科学有关的都是危险的、令人害怕的。然而我脑海里从未浮现过

这些令人胆战心惊的情景。”他并不认为在大脑网络里共享情绪或者人格特点是

34 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

可能的。但他认为这项研究或可以帮助中风后的人再次说话，例如通过将它与健

康人的大脑里的语言区域相同步。

阿联酋阿布扎比马斯达尔科学与技术研究所的艾亚德•拉万(Iyad Rahwan)

表示：“如果人类大脑也可以以相似的方式相连，它或可以产生一种超人类的解

决问题的能力，使得我们可以交流抽象的思想和经历，这真是令人兴奋。这将改

变人们合作的方式。” 拉万并未参与这项研究。（编译/严炎刘星）[责任编辑：

马晓宁]

14. 科学家利用脑波识别出讲话内容

2015 年 06 月 17 日 中国科技网

科技日报北京 6 月 16 日电 （记者 常丽君） 语言由人的大脑皮层产生，与讲话

过程相关的脑波可以直接用脑电图电极记录下来。最近，德国卡尔斯鲁厄技术研

究所（KIT）和美国沃德沃斯中心（Wadsworth）等多家机构研究人员第一次证明，

根据这些脑波能重新构建持续讲话中的基本单位——单词和完整的句子，还能生

成相应的文本。他们在最近的《神经科学前沿》杂志上介绍了这种“脑—文本”

（Brain-to-text）系统。

“长期以来人们一直在思考，能否只通过脑活动来与机器沟通，我们的成

果是这一方向上的重要一步。”指导该研究的 KIT 认知系统实验室的塔尼娅·舒

尔茨说，“我们的研究表明无论是语音中的单个单位，还是连续说出的句子，都

可以通过脑活动识别出来。”

据每日科学网站 15 日报道，这一成果由信息学、神经科学和医学方面的研

究人员共同合作取得。KIT 开发并使用了信号处理和自动语音识别方法。KIT 认

知系统实验室的克里斯汀·赫夫和多米尼克·海杰说：“除了解码来自脑活动的

35 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

讲话，我们的模型还能详细分析与讲话过程有关的脑区和它们之间的互动。”他

们在博士论文中开发了这一系统。

研究人员指出，这是第一次能根据脑活动模式解码持续的语音，并将其转换

为文本形式。要做到这一点，必须把脑皮层信息和语言知识、机器学习算法结合

在一起，以选出最可能的单词顺序。虽然目前的“脑—文本”系统还是基于语音，

但这是识别出人们思想语言重要的第一步。

研究人员记录的脑活动来自 7 名癫痫病患者，他们的大脑皮层表面因治疗需

要放有电极阵列（ECoG）。当患者朗读例文时，研究人员以高分辨率记录下 ECoG

信号。随后，卡尔斯鲁厄的研究人员对数据进行分析并开发出了“脑—文本”系

统。

这一成果除对基础科学方面有所贡献，帮人们更好地理解大脑中复杂的讲话

过程外，还有助于将来开发新的语言通讯工具，固定在病人身上帮助他们交流。

[责任编辑：马晓宁]

15. 科学家将蛔虫大脑上传机器人:未来或可上传人脑

2015.01.26 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 1 月 26 日消息，据国外媒体报道，在人工智能研究的竞赛

中，卑微的蛔虫走在人类前列。不久前，开源蠕虫项目的科学家成功将蛔虫的大

脑上传给使用乐高拼装玩具制造的机器人。在未来的某一天，人类的大脑也可能

上传至计算机。

开源蠕虫项目汇聚了世界各地的科学家和程序员，目标是让一台机器“复制”

蛔虫（学名秀丽隐杆线虫）的行为。最近，这一开源项目实现了第一项重大突破。

项目组仿照蛔虫神经系统研发的软件成功独立控制一个使用乐高拼装玩具制造

的机器人。

36 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

这个机器人的传感器——没有进行任何预先编程——让机器人出现与蛔虫

类似的行为，例如靠近障碍并且在碰到障碍时后退，能够被食物刺激。研发人员

表示不久之后这个乐高机器人便可躲避捕食者或者寻找配偶。科学家指出这一项

目无疑是在告诉人们人工智能正从科学幻想变成现实。

研究中，科学家为乐高机器人安装声纳传感器，对应蛔虫的鼻子神经系统，

左右两侧的马达对应蛔虫的运动神经元。研究发现这个机器人能够模拟蛔虫的生

物学行为。开源蠕虫项目旨在利用数字技术在一个虚拟环境下完整模拟蛔虫，研

制一个拥有柔软身躯和弹性肌肉的机器人。

研究人员之所以选择秀丽隐杆线虫只因为这种线虫的生物学结构较为简单。

这是一项复杂的实验，迫使研究小组不得不压缩所要模拟的蛔虫神经元细胞数

量，只有蛔虫的三分之一，仅限于与所要模拟的行为有关的神经元细胞。

迄今为止，已经有来自 15 个国家的 60 多名科学家和研究人员参与这一项目，

所有人都提出独特的方案，解决研究中遇到的问题。开源蠕虫项目分为几个子团

队，每个子团队处理不同的问题，这一开源项目的优势在于研究小组听取外界的

建议，推进他们的研究。(孝文)

16. 我们的记忆都去哪了：窥探大脑归档系统海马体

2015 年 07 月 14 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 7 月 14 日消息，据国外媒体报道，在日常工作生活中，

人们都有自己偏好的归档系统，能将一桌子乱七八糟的物品分门别类，有序放入

编有索引的档案橱柜。那么，我们的大脑是如何建立信息归档系统的呢？科学家

指出，将信息储存于大脑后，在需要时迅速将其检索出来，关键在于海马体。

在我们颅骨中有这么一个神奇的器官，仅 1.5 公斤重的组织稠密潮湿、错综

复杂，这就是我们的大脑。在这里，生命中所有的经历都被处理成各种信息，储

37 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

存于其中，并在需要时随时被检索找回。这就是多年来神经科学家所称的“情景

记忆”。科学家们大致认同大脑的这个工作模式，但是要收集详细数据资料，对

这个模式进行充实丰富却非易事。

随着研究的深入，科学家对大脑的归档系统慢慢有了更清晰、更完整的了解。

一个关键因素就是大脑中的海马体，它是大脑皮层中一个环形结构的内褶区，长

仅几厘米却与大脑其它部分紧密相连。海马体受损的人常常伴有严重的记忆问

题，因此自 20 世纪 50 年代以来，科学家们就将记忆研究的焦点投到海马体上。

英国莱斯特大学科学家最新发现，通过对海马体及其周边大脑区域的研究，

他们对新记忆的形成有了大概的了解。在癫痫病人接受大脑外科手术时，科学家

们利用这一难得的机会，记录了单个人类大脑细胞工作时产生的气泡和裂纹。科

学家发现，如果一个病人的脑神经会为某个特定名人，如克林特-伊斯特伍德而

着迷疯狂，那么一旦在美国自由女神像前递给他一张克林特的照片，该病人的脑

神经就可被“训练”成看到自由女神像就会作出反应。由此可见，海马体中的单

个脑细胞，在形成新的联想记忆中发挥着重要作用。

但是，包裹海马体外层的大脑皮层也非常重要，它的体积比海马体大许多，

能够执行从感知世界到运动四肢等海量工作任务。当我们经历某一特定事件，如

去海边旅行时，大脑皮层中的不同区块就会被调动起来，帮助我们处理不同记忆

元素：认识朋友、倾听海鸥和感受微风。于是，众多的经历碎片就会散布于大脑

皮层。想要记住这些经历，大脑就需要进行一些索引归档，以便日后将它们检索

找回。科学家们普遍认同，大脑的这个索引归档工作是由海马体完成的。

匈牙利神经学家乔治-布扎克在 2006 年出版的《大脑的节奏》一书中指出：

“如果将大脑皮层想像为一个巨型图书馆，那么海马体就是其中的图书管理员。”

正如胡乱堆放在长长书架上的一些书，白天在海边沙滩游玩的细节记忆会杂乱地

散落在大脑皮层，海马体的作用就是将这些游玩细节关联起来，索引归档，以便

游玩的记忆细节能像编好索引的书一样，在需要时随时找到。

38 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

借助功能性磁共振成像，科学家们对大脑内部进行了深入研究，以窥探大脑

的归档系统是如何运作的。他们的研究成果发表于最新一期的《自然通信》杂志

上。

英国伦敦大学学院的艾丹-霍纳博士进行了一项实验，他让实验参与者学习

并记住一些虚构情节，利用脑扫描仪首次收集到有力证据，证明人脑海马体中存

在“完成模式”。完成模式指的是某一现象背后的联想机制，即某个记忆的特定

场面——也许是闻到空中的盐的气息——会勾起潮水般涌来的其它场面的回忆。

霍纳博士解释说：“如果你的某个记忆场景中同时有埃菲尔铁塔、一位朋友

以及一个粉红气球，那么如果某天我给你一张埃菲尔铁塔的照片，那么你回想起

的不仅是你的那位朋友，还会有那个粉红气球。”在使用脑扫描仪对实验参与者

进行测试的过程中，霍纳博士观测到了大脑皮层中与记忆有关的不同部分，与海

马体之间有着交互作用。

整个大脑活动的过程中显示出“完成模式”——大脑皮层与海马体之间的关

系类似于布扎克教授比喻的图书馆和图书管理员的关系。霍纳博士解释说：“如

果我给你一个位置，我就能让你找明确地检索到这个人，此外，我们还看到与该

事件有关物体的区域被激活。所以说，即使这个物体与任务无关，你也无需去检

索它，我们仍然会想起这个物体。我们发现，这个‘物体’区域的激活程度与海

马体的反应有关，这意味着是海马体在实施这种完成模式，检索所有的回忆部分。

在我看来，海马体的作用就像是一个索引，将所有事件关联起来，然后迅速检索

归档。如果让大脑皮层来关联这些记忆碎片，那效率就是非常之低了。很显然，

如果我们要回忆起一生中仅发生过一次的某次事件，大脑皮层是无法胜任这一检

索任务。通过观察大脑皮层与海马体，我们认为海马体与回忆息息相关。我们所

能做的就是说，看哪，(海马体中的)这些细胞学习得真快啊。”

人类的记忆是如此一个神奇美好，又容易出错的系统，尽管它非常难以捉摸，

但科学最终会将我们大脑记录生活的方式条分缕析。科学家认为，研究构建某种

记忆储存将为未来构建人工智能机器奠定基础。(彬彬)

39 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

17. 英科学家通过实验证明遗忘记忆可以被找回

2015 年 08 月 25 日 科技日报 作者：常丽君

最近，英国卡迪夫大学科学家通过小鼠实验研究了脑中的记忆巩固过程，证

明即使破坏这一过程，通过某些措施仍能恢复相关记忆。这一结果挑战了以往把

记忆巩固作为一个独立记忆过程的观点，为开发出治疗记忆问题的新药开辟了道

路。

以往理论认为，在记忆巩固过程中，过去存储的记忆会因回想而变得不稳定。

回想会使记忆的内容更新或进一步强化，也有可能开启记忆泯灭。记忆泯灭被认

为是一个新的学习过程，这一过程具有获得新预期的特性，由原来记忆控制的行

为会被遏制。

回想一段记忆伴有特殊的分子过程，包括表达 Zif268 和 Arc 基因、合成新

蛋白等。过去实验表明，如果破坏这些分子过程，即阻断记忆巩固过程，会导致

永久性遗忘。这被认为是存在独立的记忆巩固过程的关键实验证据。

但在新实验中，研究小组证明了就算破坏海马体中与记忆巩固有关的分子，

通过一些措施，如提示刺激等，小鼠仍能恢复相关记忆。论文中指出，在回想过

程中，必须在维持原来记忆和开启泯灭之间实现一个小心的平衡。因此，回想之

初激活的分子过程是为了限制记忆的过早泯灭，而不是促进记忆巩固。

该研究负责人、卡迪夫大学神经科学与精神健康研究院的凯瑞·托马斯说：

“以往研究发现，当你回想一段记忆时，对其他信息的介入非常敏感，有时甚至

会清除旧记忆。而我们的研究发现，即使用技术让大脑整个失忆，通过某些强提

示，这些记忆还是能被恢复。”

40 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

虽然这些结果出自于小鼠实验，但动物模型也反映了人体内的某些状况。托

马斯说：“我们的历史记忆会被新记忆覆盖，却不会真的丢失。这给治疗与记忆

紊乱有关的心理疾病，如创伤后精神失调、精神分裂症等疾病带来了光明前景。”

相关论文发表在《自然·通讯》杂志上。(记者常丽君) [责任编辑：马晓宁]

18. 失去记忆不用怕 美国麻省理工研究有突破

2015 年 06 月 03 日 凤凰科技

凤凰科技讯 北京时间 6 月 3 日消息，据科学日报报道， 近日美国麻省理工

学院的研究人员利用了一种名为光遗传学（optogenetics）的技术，实现了重新

激活那些失去的记忆。这项被发表在期刊《科学》上的研究发现解答了神经科学

里有关健忘症（记忆缺失）的一个备受争论的问题，根据美国麻省理工学院生物

学系皮考尔教授、皮考尔学习与记忆研究所 RIKEN-MIT 中心主任利根川进

(Susumu Tonegawa)这样表示，他指导了研究首席作者托马斯•瑞安（Tomas Ryan）、

德厄拉杰•雷（Dheeraj Roy）和米歇尔•皮尼亚泰利（Michelle Pignatelli）进

行这项研究。

近日美国研究人员利用了一种名为光遗传学的技术，实现了重新激活那些失

去的记忆。

很多年来神经科学研究人员都在争论逆行性遗忘——常常伴随着创伤性受

损、压力或者例如老年痴呆症等疾病——是否是由特定脑细胞受损所引起的，这

意味着记忆无法存储，或者试图恢复记忆的过程会被阻止或者阻碍。

“大多数研究人员支持这一存储理论，但我们在这篇文章里显示了这个主

流理论很可能是错误的，” 利根川进说道。“健忘症是恢复受损问题。”

记忆研究人员一直都猜测在大脑网络里某处存在一群神经元，在获取记忆时

会激活这些神经元，造成持久的生理或者化学改变。如果这群神经元随后被一个

41 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

触发器，例如特定的视觉或者气味，重新激活，那么整段记忆就可以被恢复。这

些神经元被称为记忆痕迹细胞( memory engram cells)。

2012 年利根川进的研究小组使用光遗传学——向神经元里添加蛋白质使得

它们可以被光激活——首次展示了这样的神经元的确存在大脑里名为海马体的

区域。

然而，在此之前没有人可以展示这群神经元在名为记忆巩固的过程中的确经

历了持久的化学变化。其中一个名为长时程增强作用（又称长期增益效应，

Long-term potentiation,简称 LTP)的改变涉及增强突触，后者是允许神经元群

体彼此发送信号的结构，这种行为是学习和经历的结果。

“为了查明这些化学变化是否真的发生了，研究人员首次在海马体处鉴别

出一组痕迹细胞在利用光遗传学工具激活后，的确可以表达记忆。”当他们记录

这组特殊细胞群体的活动时，他们发现连接它们的突触被增强了。“我们首次展

示了这些特定细胞——海马体里的一小组细胞——经历了这种突触强度的增

强，” 利根川进说道。

随后研究人员试图了解如果没有这种记忆巩固过程，这些记忆会变成什么

样。通过在老鼠形成一段新的记忆后立即向它们注射一种名为茴香霉素的化合物

——它可以阻挡神经元里的蛋白质合成——研究人员可以阻止突触的增强。

一天后，研究人员试图利用一种情绪触发器重新激活这段记忆，他们没有发

现任何记忆的痕迹。“所以即使痕迹细胞已经存在，没有蛋白质的合成，这些细

胞突出也不会增强，因此记忆就丢失了。”

令人惊讶的是，当研究人员利用光遗传学工具重新激活阻碍蛋白质合成的痕

迹细胞时，他们发现老鼠表现出全部恢复记忆的迹象。“如果你使用天然的记忆

恢复触发器来测试被注射有茴香霉素的动物的记忆恢复，你可能不会诱发任何记

忆恢复，” 利根川进说道。“但是如果你直接进入假定的记忆痕迹细胞，并利

用光激活它们，你可以修复记忆，尽管并没有任何长时程增强作用。”

42 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

由利根川进的研究小组进行的深入研究展示记忆并不是存储在单个痕迹细

胞里蛋白质合成增强的突触里，而是存在多组痕迹细胞组成的回路或者“通道”

以及它们之间的连接里。

“我们提出了一个新的概念，也即每一段记忆存在一个记忆痕迹细胞全体

通道或者回路。这个回路包含多个大脑区域，而这些区域里的痕迹细胞全体是针

对一段特定记忆专门连接的。”

据雷表示，这项研究将记忆存储所涉及的机制与记忆恢复所涉及的机制相分

离。“痕迹突触的增强对于大脑获得或者恢复这些特定记忆的能力至关重要，痕

迹细胞之间的连通性通道实现了记忆信息的编码和存储。”

一直以来突触强度和脊椎特性的改变都被认为与学习和记忆有关，美国加州

大学洛杉矶分校学习和记忆综合中心主任阿尔康•席尔瓦(Alcino silva)这样说

道。“这项开创性的研究表明对于记忆而言，这些变化可能没有预想的那么至关

重要，因为在某些环境下，扰乱这些改变但仍然保存记忆似乎是可能的，” 席

尔瓦说道，“然而，对于让神经科学家困惑已久的神秘过程记忆恢复而言，这些

改变似乎是必要的。”（编译/严炎刘星）[责任编辑：马晓宁]

19. 记忆也能重组？日本科学家成功将小鼠记忆合二为一

2015 年 04 月 06 日 中国日报网

日本富山大学研究小组发表最新研究成果称，他们通过对小鼠脑部进行激光

刺激等方法，成功地将小鼠的两段不同记忆合二为一。

据日本 NHK 新闻网 3 日报道，日本富山大学研究小组发表最新研究成果称，

他们通过对小鼠脑部进行激光刺激等方法，成功地将小鼠的两段不同记忆合二为

一。科学家希望能借此了解人类大脑各种记忆活动的相互关系，更好地治疗精神

疾病。

43 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

报道称，富山大学研究生院的井口馨教授等科研人员组成研究小组，他们先

将小鼠放入一个圆形的箱子中，让其产生记忆；然后将小鼠移到一方形箱子中，

电击小鼠让其产生恐惧的记忆；最后再将其移回圆形箱子。因为小鼠在圆形箱子

中没有恐惧记忆，所以它在圆形箱子中不会表现出害怕。

接着科研人员使用激光等让小鼠在圆形箱子记忆的神经细胞和电击产生恐

惧记忆的神经细胞同时活动，结果小鼠在圆形箱子中也表现出了很强的恐惧感。

研究人员称，这种现象是通过激光刺激等手段，使拥有不同记忆的神经细胞

同时活动，从而使记忆相互结合，实现了记忆重组。

富山大学的井口教授表示，实验结果显示，删除不必要记忆来治疗创伤后应

激障碍（PTSD）在理论上成为可能；随着科技的进步，这项应用或许可以帮助治

疗精神疾病。 [责任编辑：韩迪]

20. 科学家成功给小鼠植入记忆 可用于人类

2015 年 03 月 12 日 煎蛋网

移植记忆是科幻电影的常见情节，如今记忆移植终于首次梦想成真，自觉记

忆已经被移植到睡着的小鼠的头脑里。

这是人类历史上首次将自觉记忆移植入睡着的小鼠大脑。终有一天，这一技

术可以改变人类记忆，如同电影《盗梦空间》和《全面回忆》一样。

人类和动物睡着时大脑通常会回放白天的活动，这样可以加强记忆并学习新

的技能。科家们发现当啮齿动物的回放过程被打乱时，它们就不能记住它们所新

学的东西，例如探索一个新的区域。

来自法国巴黎理化工业高等教育研究所的的科学家们使用重放过程在睡着

的小鼠大脑里创造了新的记忆。团队负责人 Karim Benchenane 的研究方向是“位

44 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

置细胞”，这是位于特定区域的有关思考的感知神经元，帮助动物和人类在大脑

中形成内部地图。

动物和人类睡眠时，大脑经常回放白天的活动，这可以加强记忆并学习新技

能。科学家使用这一回放过程在睡着的小鼠大脑里创造了新的记忆，并称这一技

术未来可以用于人类。

当小鼠在探索“竞技场”的时候，科学家使用电极监控活跃的脑细胞，分离

出与竞技场对应的特定脑细胞。当小鼠睡眠的时候，他们监控大脑的创造性活动，

在特定细胞放电的时候，用电极刺激大脑中与回放相关的区域。当小鼠醒来时，

它们立即定位到与回放感觉相关的地点，显示科学家已经把新的愉快记忆植入了

大脑。

这是首次实现自觉记忆移植，专家们已经着手准备将潜意识植入人类大脑，

例如让烟瘾者感觉烟味就象臭鸡蛋一样。

专家们认为在小鼠睡眠的时候潜意识学习已经被加强了，它们本来应该随机

的探索新地方，而现在它们直奔睡眠时大脑曾经回放过的地方。小鼠发展了目标

导向的行为，直奔大脑曾经回放过的地方，说明这不是无意识行为，我们将选定

地点和回放相关联并有意识地存入小鼠大脑。

Benchenane 博士认为数年后这一技术可以用于移植不同类型的记忆，例如

学习技能，或者用于抹除人们的创伤性记忆。他相信积极的思维可以叠盖负面记

忆，从而停止做恶梦或者沉湎于不安。如果你能定位大脑中与恐惧症相关的区域，

那就可能创建一个积极的联想。

这项研究已经发表在《Nature Neuroscience》上。

21. 科学家用光照恢复失忆小鼠记忆

2015 年 06 月 02 日 新浪科技

45 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

新浪科技讯 北京时间 6 月 2 日消息，逆行性失忆是指无法唤起已经建立起

来的记忆。在人中，失忆与人遭受的脑部创伤、阿尔茨海默氏症以及其它一些神

经系统疾病有关。失忆时“丢失”的记忆是彻底的被抹掉了，还是仅仅是无法提

取出这些记忆，这个问题目前仍然没有定论。

日前，RIKEN-MIT（日本理化学研究所-麻省理工学院）神经环路遗传学中心

的科学家在《科学》（Science）杂志上发表了一项研究成果，这项研究发现“丢

失”的旧的记忆痕迹仍然保留在失忆的大脑里，并且通过激活与这些记忆相关的

细胞信号通路，能够“找回”这些“丢失”的记忆。这项研究成果对记忆的本质

提出了一些新的见解。

领导这项研究的是 RIKEN 脑科学研究所（该研究所位于日本扎晃）的所长利

根川进，他的研究兴趣是稳定的记忆在大脑中是如何形成的，以及在用化学方法

诱导逆行性失忆来破坏记忆的存储后，这些“丢失”的记忆是否还能够被“找回”。

“失忆的原因是记忆的存储遭到了破坏，还是提取记忆的过程遭到了破坏，几十

年来，脑科学的研究者在这个问题上一直分为两派”，利根川进介绍说。

为了让小鼠失忆，科学家首先在一个特定的环境下（Ａ笼子）训练这些小鼠，

对它们的脚进行轻微的电击，使小鼠把这种电击与这个特定的环境（Ａ笼子）联

系起来。最后这些小鼠一旦处于这个环境之下就会表现出电击所诱发的恐惧反应

（freezing behavior），哪怕在笼子里已经不再遭到电击也是如此。科学家还

把小鼠记忆形成过程中活跃的神经元进行了遗传学标记，以便他们能够观察并再

次激活这些神经元。接下来科学家给一部分小鼠注射了一种叫做茴香霉素的化学

物质，这种药物能够阻断细胞中新蛋白质的合成过程，使神经元突触联系的强度

无法出现增强。由于这种突触强度的增强在记忆的编码过程中非常重要，因此这

些小鼠出现了逆行性失忆。其它的小鼠则被注射了生理盐水，作为实验的对照组。

正如科学家预测的那样，当被放回到 A 笼子后，失忆的小鼠不再表现出恐惧反应，

这说明这些小鼠无法唤起 A 笼子和轻微电击间存在联系这一记忆。

46 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

接下来，科学家对这些失忆小鼠做了进一步的研究，希望搞清楚在 A 笼子中

进行足部电击训练产生并储存下来的记忆发生如下哪种情况了什么：是被彻底的

抹掉了，还是仍然保存在失忆小鼠的大脑里，只是这些小鼠无法提取出这些记忆。

使用一种对蓝光敏感的蛋白质（channelrhodopsin），科学家利用光遗传学技术

选择性的激活了上述标记过的神经元，不过激活时小鼠被关在一个新的、中性的

环境中（B 笼子）。让人吃惊的是，在用蓝光激活这些与足部电击记忆相关的神

经元（“记忆痕迹”）时，与对照组的小鼠一样，失忆的小鼠也表现出了恐惧反

应。这说明虽然这些小鼠在 A 笼子里时无法唤起这些记忆，但它们“记得”此前

形成过这些记忆。

即使诱导小鼠发生了逆行性失忆，通过光刺激记忆 痕迹仍然能重新“找回”

这些“丢失”的记忆，如何解释这一现象呢？这些科学家认为记忆的编码和提取

是由不同的过程控制的。比如说，在训练的过程中，大脑相 邻区域中特定的记

忆痕迹间的联系会出现增强，当这种增强发生后，无需增强突触间的联系，就能

完成对这些与环境相关联的恐惧记忆的存储，即使小鼠处于失忆的 状态下，这

些记忆仍然能够存储在大脑里（但这些记忆无法被提取出来）。正如科学家预测

的那样，他们发现虽然突触的强度保持稳定，失忆小鼠大脑中负责存储恐 惧记

忆的杏仁核和负责存储环境记忆的海马区之间的联系性出现了增强。

“我们的研究得出的结论是”，利根川进介绍说，“在逆行性失忆时，过去

的记忆可能并没有被抹掉，而只是‘丢失’了，无法被提取出来。这些发现让我

们对记忆多了些许理解，并且激励我们对记忆及其临床恢复的生物学进行进一步

的研究。”(陈彬)

22. 科学家发现大脑记忆数学方程式 或可篡改记忆

2015 年 05 月 21 日 凤凰探索

47 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

凤凰科技讯 北京时间 5 月 21 日消息，据英国每日邮报报道，近日科学家们

揭开了大脑形成或者失去记忆的方式的数学方程式。他们表示这一方程式在描述

我们是如何回忆事件方面是目前最精确的。有朝一日这项发现将促进新技术的发

展，使得医生可以抹去或者改变与创伤事件相关的记忆。

瑞士洛桑联邦理工（EPFL)的科学家们通过一种名为突触的特殊大脑连接调

查了记忆是如何形成的。突触具有非常强的可塑性，它使得神经元可以改变它们

的通信速度和强度，从而改变记忆。

由沃尔弗拉姆·格斯纳（Wolfram Gerstner）带领的研究小组关注于名为“记

忆装配”的形成。它们是由突触连接的神经元网络，可以存储记忆的一个特定部

分。当记忆被唤起时，它的特定装配并会组合产生一段记忆。

研究小组的仿真表明记忆的形成和唤起会遵循“完好编排的组合”。基于他

们的结果，科学家们推导出一个复杂的算法，据称是目前为止对这种复杂现象最

精确的展示。这一算法可以被用于研发诱发大脑里新的记忆，甚至是完全抹去旧

记忆的工具。“如果我们可以理解突触是如何工作以形成或者解散记忆网络，我

们就可以促进某些领域，例如认知学和心理疗法的发展。”这项研究是 3 月进行

的一项研究的后续，后者将有意识的记忆植入正在睡觉的老鼠大脑里。

科学家们表示相同的技术有朝一日或可以用于改变人类记忆，这将帮助那些

大脑反复重现创伤事件的人们。当人类或者动物入睡时，大脑一般会重播当日的

活动，这使得它可以加强或者学习新的活动。

法国巴黎高等工业物理化学学院的科学家们使用了这种重播过程，在老鼠睡

觉时来创造老鼠大脑里的新记忆。研究人员监测了当老鼠利用电极来探索一片

“区域”时的细胞活动，从而确定出在一特定位置区域激活的细胞。当老鼠睡着

时，研究人员监测了它们的大脑活动，当特定位置细胞激活时，电极会刺激与奖

励相关的大脑区域。当老鼠醒来，它们立即急忙赶去那个与奖励感受相关的地点，

这展示了科学家们已经成功的创造了一段有关这个位置的新的愉悦记忆。（编译

/严炎刘星）[责任编辑：李大鹏]

48 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

（三）人造生命与再生医学

23. “人造生命”或将成现实：创造人工合成有机物

2015 年 08 月 27 日 新浪科技 作者：王丢兜

生物技术公司 Synthorx 在通向创造真正的合成生命道路上又迈进了一步。

去年公司创始人之一 Floyd Romesberg 博士和团队科学家们就成功地把两种

合成碱基集成进大肠杆菌菌株。在昨天的一份声明中，该公司声称已经把研究更

上一层楼，已经能把使用这些合成碱基制造的全新氨基酸集成复制进蛋白质。

听上去像是科幻一样，但是 Synthorx 正在创造自然界任何地方都不存在的

有机化合物。该研究主要将会为新药物研发奠定基础。

DNA 由四种称为核苷酸的碱基对构成，它们是：腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）、

以及鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。仅仅是这四种碱基的组合形成了自然界所有生

命的遗传物质，并为很多不同目的服务，包括对氨基酸生产进行编码。

Synthorx 的科学家们引入了两种新的碱基：d5SICSTP （X）和 dNaMTP（Y），

并把它们插入了大肠杆菌的 DNA，它们在那里和四种天然碱基成功配对。（大肠

杆菌菌株复制非常快，因此是这类实验的完美实验对象）研究者们在大肠杆菌的

天然遗传材料里加入合成碱基对，并激发基因材料合成蛋白质的反应。下一步是

使细菌自然地适应这些合成核苷酸，完全自主地合成蛋白质。

在四种自然碱基里加入两种新碱基打开了创造超出 20 种标准氨基酸以外的

新氨基酸的可能性，氨基酸构成了生物体内绝大多数蛋白质的基础，而蛋白质是

生物体的主力，从构建肌肉组织到形成抗击疾病的抗体什么都做，而开发全新的

蛋白质有望用于新的疗法。

49 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

Synthorx 声称他们已经使用这些新氨基酸编码了全新的蛋白质结构。

Synthorx 正确得指出了利用新氨基酸组合我们所能够合成的所有那些新药物和

新疗法，但如果你真的想科幻一把，这在理论上也能促进我们对潜在外星生命的

理解。如果我们能在地球上的实验室里成功扩展 DNA 的碱基对，那也许外面的生

命就会拥有不同碱基组成的遗传材料，和迄今我们观察到的任何东西都完全不

同。

导向这一突破的论文非常恰当地被称为“扩展遗传字母表的半合成生命体”。

仅仅添加合成碱基 X 和 Y，就能极大地扩展用来拼写出所有已知生命的字母表。

我们利用它合成的化合物将是名副其实的“人造生命”。

24. 科学家培育出可用于移植的动物前肢

2015 年 06 月 05 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 6 月 5 日消息，据国外媒体报道，美国麻省总医院的

科学家在制造可用于移植的生物人工肢体方面跨出了第一步。这些科学家的一项

研究成果日前发表在了《生物材料》(Biomaterials)杂志上。在这项研究中，科

学家使用此前用于制造生物人工器官的实验方法培育出了大鼠的前肢，这些前肢

拥有能发挥正常功能的血管和肌肉组织。这些科学家还证明这种方法同样也适用

于培育灵长类动物的肢体。

“我们肢体的一大特点是其复杂性，这使要制造出有功能的生物替代肢体非

常具有挑战性”，医学博士 Harald Ott 介绍说，他是麻省总医院外科学系和再

生医学中心 的科学家，也是这篇研究论文的通讯作者，“肢体中包含了肌肉、

骨、软骨、血管、肌腱、韧带和神经——在制造生物替代肢体的时候，需要重新

构建所有这些组成 部分，并且还需要一种叫做基质的特别结构来起支撑的作用。

50 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

我们的这项研究证明我们能够使这些组织的基质维持正常，对整个结构进行长时

间的培养，并把血管和 肌肉组织‘种’到这个结构上来。”

这些科学家们指出，美国有超过一百五十万人有肢体残疾，虽然假肢的技术

有了非常大的进步，但在功能和外观上，假肢仍然有很多缺陷。在过去二十年间，

有很多病人接受了捐赠进行了上肢的移植，虽然移植后能 够极大的提高生活质

量，但这些病人同时也有可能需要终身进行免疫抑制治疗。尽管病人自己能够提

供用于再生这些肢体组织的前体细胞，真正缺少的是基质，也就 是这些细胞再

生出这些组织时所必须的骨架。

这项研究使用的是 Ott 在明尼苏达大学做研究的时候发明的技术。使用一种

去垢剂溶液，这种技术能够把活细胞从捐赠的器官上去除掉，然后把对应于这种

器官的前体细胞“种”到剩下的基质上。Ott 的团队和麻省总医院以及其它科研

机构的科学家此前曾使用这种去细胞技术再生出了动物的肾脏、肝脏、心脏和肺

脏，但这项新的研究是这一技术第一次被用于培育生物人工肢体这样的复杂组织

结构上。

使用这种能够去掉整个器官细胞的技术(用上述的 去垢剂溶液侵润整个血

管系统)，科学家去除掉了取自死亡了的大鼠前肢上所有的细胞物质，但同时又

保留下了脉管系统和神经纤维的基质。在把细胞的碎片彻底去 除掉之后(这个过

程需要花一周的时间)，剩下的便是不含细胞的基质，可以用作肢体复杂的组织

的支撑物。科学家同时还在细胞培养液中培养肌肉和血管的细胞。

随后科学家把前肢的基质在一个生物反应器里进行培养，并把血管细胞注射

到前肢主要的动脉中，帮助静脉和动脉的再生。肌肉的前体细胞则直接被注射到

各肌肉所在位置的基质髓鞘上。在经过 5 天的培养之后，科学家又对这些肢体移

植物(limb graft)进行了电刺激，以帮助肌肉的形成，继续培养两周后，科学家

把这些肢体移植物从生物反应器中取了出来，并进行了分析。结果发现这些生物

人工肢体的血管壁上存在血管细胞，肌细胞也汇聚在一起形成了相应的肌纤维，

这些肌纤维分布在整个肌肉基质里。

51 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

通过对这些肢体进行功能性测试，科学家发现对肌纤维进行电刺激能够使肌

纤维收缩，收缩的程度是新生大鼠肌纤维收缩强度的 80%。当把生物人工前肢移

植到大鼠上时，血液则能够 迅速充盈到人工前肢的血管系统中并参与血液循环。

如果对移植到大鼠上的肢体的肌肉进行电刺激，就能使大鼠前爪的腕部和指关节

发生弯曲。使用这种方法，科学 家还成功的将狒狒的前臂进行了去细胞的处理，

证明这种方法在人上使用也具有可行性。

Ott 指出，科学家接下来面临的挑战是在肢体移植物中 让神经纤维再生并

使这些神经纤维整合到病人的神经系统里。尽管如此，对病人接受这种肢体移植

后的生活体验他仍表示看好。“在临床的肢体移植后，神经纤维确 实会长入移

植物中，使病人能够进行肢体的活动并恢复感觉，我们知道这一生长过程很大程

度上是在移植物中神经基质的引导下完成的。我们希望未来的研究能够证 明在

移植后的生物人工肢体中也会发生这一生长过程。我们接下来的工作还包括使用

人的细胞成功的重复出肌肉再生的结果，并把这种技术在其它组织上使用，比如

骨、软骨和结缔组织。”

Ott 是哈佛医学院的外科学助理教授。麻省总医院再生医学中心的医学博士

Bernhard Jank 是这篇《生物材料》杂志论文的第一作者。论文的其它作者还包

括医学博士 Linjie Xiong、医学博士 Philipp Moser、Jacques Guyette 博士、

Xi Ren 博士、医学博士 Leopoldo Fernandez(均来自麻省总医院再生医学中心)；

医学博士 Curtis Cetrulo、医学和外科学学士 David Leonard 和医学博士 Shawn

Fagan(均来自麻省总医院外科学系)。这项研究由美国国立卫生研究院的新创新

者奖(New Innovator Award)提供经费支持。

麻省总医院创立与 1811 年，是哈佛医学院最早和最大的教学医院。麻省总

医院从事着全美国最大的以医院为基地的研究项目，每年的研究经费超过 7 亿 6

千万美元，医院设有艾滋病、心血管疾病、癌症、计算与整合生物学、皮肤生物

学、人类遗传学、医学影像、神经退行性疾病、再生医学、生殖生物学、系统生

物学、移植生物学以及光医学等研究中心。(大卫)

52 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

25. 合成生物膜能像活细胞一样生长

2015 年 06 月 24 日 科技日报

原标题：合成生物膜能像活细胞一样生长

美国加州大学圣地亚哥分校研究人员成功合成了一种人造细胞膜，能像活细

胞一样不断地生长。这一成果让科学家们能在今后的研究中，更精确地再现活细

胞膜的性质，将成为合成生物学及生命起源研究的一种重要工具。相关论文发表

在本周出版的美国《国家科学院院刊》上。

细胞膜是一种双磷脂层的膜，在所有活生物中，它都是一种能生长的动力结

构。迄今为止，科学家已造出了大量模仿磷脂膜的结构，但与天然膜还有着本质

区别：这些仿生系统不能持续生长，因为它们不能补充磷脂—合成催化剂。

“其他科学家利用了脂类能自动形成双层囊泡的能力，这种性质很像细胞

膜，但迄今为止还没人能模仿天然细胞膜，让它们的磷脂膜持续生长。”研究小

组负责人、该校化学与生物化学副教授尼尔·德瓦拉杰解释说，“我们的人造细

胞膜能持续合成所有的必需成分，形成更多的催化膜。它们虽然完全是人造的，

却能模仿那些复杂的活生物的许多特征，比如对环境信息产生反应，并适应环境

的能力。”

研究小组用一种单一的自动催化剂代替天然的复杂生化路径网络，该催化剂

同时还能驱动膜的生长。这种系统能不断地把更简单、更高能的“基本建材”转

变成新的人造膜，不仅能持续合成磷脂，长成囊泡，还能优先选择与某些特殊物

质结合，改变自身物理成分以适应环境变化。

“我们的研究结果表明，当供给更简单的化学基本建材时，就能出现具有无

限自我合成能力的复杂脂质膜。”德瓦拉杰说，“合成细胞膜能像真正的细胞膜

那样生长，对合成生物学以及研究生命的起源来说，都将是一种重要的新工具。”

53 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

26. 美科学家培育出近乎完整人脑：类似 5 周胎儿

2015 年 08 月 22 日 参考消息网

参考消息网 8 月 20 日报道 英媒称，美国俄亥俄州立大学的科学家声称，他

们在实验室首次培育出一个结构近乎完整的人类大脑。取得这一重大成果的研究

团队希望这个大脑能够改变我们对神经系统疾病的了解。

据英国《卫报》网站 8 月 19 日报道，尽管这个类似 5 周大胎儿大脑的微型

大脑没有意识，但对希望研究发育性疾病发展过程的科学家而言，它可能具有潜

在用处。它还可用于测试治疗阿尔茨海默症和帕金森症等疾病的药物，因为这些

疾病所影响的大脑区域在大脑发育初期就已出现。

俄亥俄州立大学的勒内·阿南德称，这个大致相当于铅笔擦大小的大脑由成

人皮肤细胞培育而成，是迄今培育出的最完整的人类大脑标本。他在佛罗里达州

劳德代尔堡举行的军队卫生系统研究研讨会上介绍了这项成果。

以往也有培育完整大脑的尝试，在最好的情况下曾培育出类似 9 周大胎儿大

脑的微型器官，但这些“大脑类器官”不完整，且只包含大脑的某些方面。

阿南德及其同事声称，他们再造了大脑各类细胞和基因的 99%。他说，根本

不存在伦理方面的关切，“我们不向这个大脑输入任何感官刺激。这个大脑不以

任何方式进行思考”。

阿南德声称，研究人员把成人皮肤细胞转化成能形成任何身体组织的干细

胞，从而培育出了这个大脑。随后，这些多功能细胞被置于特殊环境下发育，该

环境能促使细胞发育成大脑和中枢神经系统的所有不同组成部分。

根据阿南德的说法，培育出一个类似 5 周大胎儿大脑成熟度的大脑，需要约

12 周时间。培育更成熟的大脑需要再造血管网络，而该研究团队尚无这种能力。

阿南德说：“我们需要一个人造心脏，以帮助这个大脑进一步发育。”

54 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

本报联系到的数名研究人员称，在无法获取更多数据的情况下，难以判断这

项研究的质量。由于正在等待这项技术的专利，阿南德隐瞒了这些数据。由于该

研究团队在这项技术尚未经过同行评审的情况下便对媒体发布了信息，许多人对

此感到不舒服。

目前，该研究团队称，他们重点利用这个大脑开展军事研究，以了解创伤后

应激障碍和创伤性脑损伤造成的影响。

27. 英国基因疗法治愈一岁患血癌女婴：系全球首例

2015 年 11 月 10 日 中国新闻网

中新网 11 月 7 日电 据外媒报道，英国医学界在对抗血癌方面取得重大进展，

全球首次为一名一岁女婴注入经基因改造免疫细胞，成功消灭她体内的癌细胞，

目前女婴已病愈回家。医生表示，女婴的病情十分严重，此次能奇迹痊愈，为运

用新基因工程科技奠定里程碑，但该女婴仍需再等一、两年才能确定会否复发。

医院计划展开临床测试，在其他癌童身上测试新疗法。

据报道，女婴理查德兹在 14 周大时，确诊患急性淋巴细胞血癌，经化疗、

骨髓移植等传统疗法后病情没改善，医生甚至建议家属为女婴准备后事。这时，

大奥蒙德街医院（GOSH）的医生建议让她测试新基因疗法，父亲阿什利表示，当

时女儿极为痛苦，因此决定一试。

据悉，新疗法之前只曾在老鼠身上测试，专家需紧急向监管当局申请才能使

用。医生用分子剪将健康捐赠者的白血球细胞进行基因改造，以免受女婴身体排

斥，然后将名为“UCART19”的少量改造细胞注入她体内，让它们找出并杀死癌

细胞。

手术后，医生将女婴隔离，以免受感染。两个月后，医生再为她移植骨髓，

换掉被白血球破坏的骨髓，再过一个月，女婴痊愈回家。

55 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

伦敦大学学院儿童健康研究所细胞及基因治疗教授卡西姆表示，女婴本身很

强壮，故新疗法是否适用于其他儿童尚有待确定，但他认为新疗法潜力很大，若

证实有效，将在治疗血癌及其他癌症路上迈出一大步。

28. 最新发现 返老还童不是梦 衰老或可中止逆转

2015 年 07 月 09 日 凤凰探索

凤凰科技讯 北京时间 7 月 9 日消息，据英国每日邮报报道，虽然听上去像

科幻小说，但科学家们表示有些人可以在 30 多岁的时候中止甚至逆转衰老的过

程。一支包括来自英国、美国、以色列和新西兰大学的科学家小组测量了将近

1000 名男性和女性衰老的效应，结果发现在 12 年的周期内，其中三名被试者并

未表现出任何衰老的迹象。

有些人可以在 30 多岁的时候中止甚至逆转衰老的过程。从生物衰老角度看，

他们衰老了 0 岁，甚至看起来更加年轻了。这些人或可能掌握了研发所谓的青春

之泉的关键。虽然有些人可以在衰老过程里“作弊”，但其他人在每个公历年都

生物学衰老了三年。

这项研究调查了生活在新西兰城市但尼丁的 954 名被试者，他们被追踪调查

了好几年。研究人员修改了一种名为“生物学年龄”的测量方法来评估被试者身

体内部有多疲乏。

利用这项评估，他们发现有些 38 岁的被试者身体年龄相当于 60 岁。而少数

人身体年龄比实际年龄“年轻”8 岁，此外，还有三名在整个测试阶段一点也没

有衰老。

进一步的测试显示那些内在看起来更老的人被外人猜测的年龄也更大。这项

发表在期刊《美国国国家科学院院刊》上的文章的作者表示这三名被试者“在三

56 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016

十多岁时看起来生理学更年轻…对这些个体的研究或可以揭示返老还童的分子

和行为学通道。”

研究首席作者、美国杜克大学的老年病学教授丹·别尔斯基（Dan Belsky）

表示：“大多数衰老研究关注于老年人，但是如果我们能够阻止与年龄相关的疾

病，我们将能够开始研究年轻人的衰老过程。”

科学家们测量了肾、肺、新陈代谢和免疫系统的功能和牙齿健康。他们还测

量了染色体终端——也就是 DNA 链末端的端粒。这使得他们可以计算每一名被试

者的“生物学年龄”。虽然所有被试者的年龄都是 38 岁，但测量出的生物学年

龄从不到 30 岁到接近 60 岁不等。

那些生物学衰老更快的被试者在平衡和协调测试得分也更差，这类测试常常

是针对年龄超过 60 岁且进行某些活动，例如上楼梯比较困难的老年人。研究人

员表示终极目标是干预衰老过程本身，而非单独强调某些杀手，例如心脏疾病或

者癌症。

别尔斯基教授表示：“随着我们逐渐变老，我们患上不同类型疾病的风险也

逐渐增加。为了同时阻止多种疾病，衰老必须成为研究的目标。否则，就像打鼹

鼠游戏一样。”

杜克大学和伦敦国王学院的精神病学家苔莉•莫菲特(Terrie Moffitt)表

示，但尼丁城市本身并没有任何独特之处，在其它地区的相似群体里也很可能发

现相似的结果。她表示吸烟和严重的精神疾病可能加速衰老过程，而智力似乎能

够保持身体年轻。这可能是因为健康的大脑是健康身体的迹象，或者因为更加聪

明的人的工作对身体的要求往往不那么苛刻，生活的地区污染程度较低以及更关

注自己的健康。研究人员还相信基因也起着一定的作用，而确定它可以促进新的

抗衰老药物的研发。在那之前，别尔斯基教授表示减缓衰老的最佳方式便是吃的

好和勤加锻炼。（编译/严炎刘星）[责任编辑：李大鹏]

57 第一部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section One Science & Modernization No.1, 2016 29. 科学家揭示人类衰老驱动力

2015 年 05 月 02 日 京华时报

4 月 30 日在美国《科学》杂志上发表了他们有关干细胞衰老机理的突破性

研究成果。

据新华社电 人类为什么会衰老？中美两国科学家的一项新研究显示，一种

叫做异染色质的致密型染色体结构失去稳定，可能是关键原因。这项成果为延缓

衰老及防治衰老相关疾病提供了新思路。

中国科学院生物物理研究所刘光慧实验室、北京大学汤富酬实验室以及美国

索尔克研究所胡安·卡洛斯·伊斯皮苏亚·贝尔蒙特实验室，4 月 30 日在美国

《科学》杂志上发表了他们有关干细胞衰老机理的突破性研究成果。

研究人员首先通过基因组靶向编辑技术，使人类干细胞中的 WRN 基因发生突

变，在实验室中培育出具有成年早衰症特征的干细胞。这种干细胞不仅表现出生

长速度减慢、DNA 损伤反应加剧和分泌大量炎性因子等衰老特征，而且表现出异

染色质的加速缺失。进一步研究发现，WRN 蛋白与异染色质蛋白 SUV39H1、HP1

α共存于一个蛋白质复合体中，该复合体能维持异染色质稳定从而阻止干细胞衰

老。但 WRN 的缺失会导致异染色质稳定性降低，进而诱发细胞衰老。通过比较健

康老年人和年轻人体内分离的干细胞，也可见老年人干细胞中 WRN 水平的下调以

及异染色质结构的异常，说明异染色质的重塑可能是正常细胞衰老的驱动力之

一。

刘光慧说：“该研究对人类衰老进程的干预可能从根本上抑制多种衰老相关

疾病的发生，因此具有巨大的科学研究和治疗意义。” [责任编辑：王蕊]

58 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

第二部分 与网络人相关的科技进展

1. 未来人类或生存在电脑中 整个宇宙只是电脑模拟

2015 年 08 月 07 日 凤凰探索

凤凰科技讯 北京时间 8 月 7 日消息，据英国每日邮报报道，现在是 2050 年，

超级智能的机器人已经统治地球。但你却对此一无所知，因为你生活在电脑模拟

里，描绘着 2015 年生活应有的样子。你现在所看到和触摸到的都是由机器人君

王创造的，他们在虚拟游戏里将人性当做玩具。这是一些科学家们提出的革新性

理论，他们声称存在一种可能性，也即我们所知的世界其实是虚假的。

2050 年，人类生活在电脑模拟里

这虽然听上去非常荒谬，但物理学家们却非常严肃的考虑了这个“模拟论

调”，他们表示或可能可以发现证据来证实这一理论。电视节目《更接近真相》

的主持人和作者罗伯特•劳伦斯•库恩(Robert Lawrence Kuhn)近期在一份深度报

告里探讨了这一理论。

他表示，根据牛津大学哲学教授尼克•博斯特罗姆(Nick Bostrom)表示，电

影《黑客帝国》里发生的场景或可能在现实中上演。但不同的是，“放置在缸子

里的大脑并非接受来自模拟器的感官输入，事实是大脑本身就是模拟的一部分。”

博斯特罗姆这样说道。

将有一个巨大的电脑程序模拟一切，包括人类大脑，小至神经元和突触

“将有一个巨大的电脑程序模拟一切，包括人类大脑，小至神经元和突触。”

库恩还指出了物理定律是如何成为计算过程的一部分，自然的模式揭示了一个内

在、蓄意的模型。

59 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

人工智能的奠基人马文.明斯基(Marvin Minsky)告诉库恩区别你是否处于

计算机模拟之中非常困难。也就是说，“除非编程人员出了差错——你发现有些

物理定律不对劲，或者你发现某些舍入误差。”

几年前，德国波恩大学的西拉斯•比奈(Silas Beane)表明可能存在迹象表明

我们生活在一个模拟里。如果想要鉴别这些限制因素是什么，我们能做的便是建

立自己对整个世界的模拟，这也是很多研究人员在极小的规模里想要做的。他相

信在这样的本质层面上模拟物理定律相当于模拟宇宙本身的工作原理。

在这样的模拟里，物理定律必须叠加在一个具体的、超前时间的三维格子里。

比奈教授和他的同事发现格子间隔会对粒子可以具备的能量产生限制，因为不存

在比格子本身更小的东西。这意味着如果我们所知的宇宙是一个计算机模拟，那

么在高能量粒子光谱里应该存在一个中断。而宇宙射线能量恰好存在这样一种中

断，这种极限名为 Greisen–Zatsepin–Kuzmin (GZK) 上限。

这种上限被完好研究，因为与宇宙微波背景辐射发生相互作用的高能量粒子

会在行驶了长距离后逐渐丢失能量。研究人员计算出格子间隔力附加特征呈现在

光谱上，最令人惊异的是宇宙射线倾向于沿着格子轴心穿过。证明这一切将是严

峻的考验，但也是研究人员目前正在积极寻找的——一种表明整个宇宙并非我们

所设想的暗示。（编译/严炎刘星）[责任编辑：马晓宁]

2. 生命的意义是什么？ 谷歌机器人的答案：为了永生

2015 年 07 月 02 日 凤凰探索

凤凰科技讯 北京时间 7 月 2 日消息，据英国每日邮报报道，当英国剧作家

道格拉斯•亚当斯（Douglas Adams）写《银河系漫游指南》时，他写道这样一句

话：“有关生命、宇宙和万物的终极问题的答案是 42。”然而，谷歌的最新机

器人对此可能并不赞同。这家科技巨头的研究人员近期训练电脑进行对话，然而

60 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

提出一系列有关技术支持、常识甚至哲学的一系列问题。当问及生命的意义时，

机器人回答道：“为了永生。”

生命的意义是什么

这个名为神经(感知)会话模型的“对话模型”是由谷歌大脑的科学家研究员

奥利奥尔•温雅尔斯(Oriol Vinyals)和吴恩达（Quoc Le）建立的。他们使用了

所谓的串联顺次框架，也即模型是通过预测对话里的下一句话进行对话。取决于

所问的问题，它可以从各种数据集里收集信息，包括 IT 帮助台手册、电影和字

幕数据库，书籍里的引用等等。

使用了串联顺次框架，也即模型是通过预测对话里的下一句话进行对话

例如，在技术支持问答环节里，机器可以利用用户的虚拟隐私网络诊断问题，

继而解决浏览器崩溃的问题。然后，它被要求进行日常对话，例如它问人类有关

他们自身的问题并对答案做出回应。一旦它被训练后，研究人员就开始询问更加

复杂和高级的问题，这些问题或者涉及使用更大数据库来回答常识问题，或者要

求更加模糊的回答，例如道德、宗教和生命的意义。

结果产生了非常混杂的结果。机器可以正确的鉴别卢克天行者、猫是否会飞

以及天空的颜色。当问及什么是生命的意义时，它回答“为了服务大我”，以及

生存的意义是“永恒的生活”。

机器人无法确定情绪的意义

然而它无法确定情绪的意义，且当被问及道德和利他主义时它似乎非常困

惑。例如它表示有孩子是永生的，利他主义的定义是“如果你不相信上帝，那么

你一无所知。”此外，它也无法回答一个简单的数学问题，且认为一只蜘蛛有三

条腿。

“对话建模是自然语言理解和机器智能里的一个重要任务，”研究人员这

样解释道。 “尽管存在先前的方法，但它们往往受限于特定的领域（例如定航

空机票）并要求人为制定的规则。在这篇文章里，我们提出了针对这一任务的一

61 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

个简单方法，它使用了近期提出的串联顺次框架。我们发现这个直接的模型可以

产生一个常用训练数据集里的简单对话。”本月上旬谷歌发布了一系列图片来帮

助解释它的系统是如何学习的以及当出错时会发生什么。

当将一张图片插入神经网络里，并要求机器强调它可以识别的特征，在这个

例子里是指动物，就会创造图像。“人工神经网络在图像分类和语言识别方面取

得了突破性的进展，”谷歌人工智能小组的亚力山大•莫尔德温采夫（Alexander

Mordvintsev）、克里斯托弗•欧拉（Christopher Olah） 和迈克•特卡（Mike Tyka）

这样说道。

“尽管这是基于已知数学方法的非常有用的工具，对于为什么某些模型有

效而其它模型无效方面，我们的了解出人意料的有限。”谷歌训练了一个人工神

经网络，它主要是不断的展示上百万张训练图像例子然后逐渐调整网络参数直到

它产生了研究小组希望获得的分类。研究小组甚至给这些图像取名为

Inceptionism。

爱德华•蒙克（Edvard Munch）的《呐喊》便是被分析的图像之一。

这个网络一般包含 10 到 30 个堆叠的人工神经元层。每一张图像都被放在输

入层，后者会与下一层会话，直到到达“输出”层。这个网络的答案来自最终的

输出层。通过这个过程，这个软件逐渐了解到了它认为物体应该的样子。当利用

谷歌人工智能进行多次分析后，创造一种反馈回路并不断放大这个网络最熟知的

东西后——在这个例子里是指动物——一张看似简单的云图片里被发现有好多

只动物。研究小组甚至对人工智能进行编程试图鉴别整个物体，产生了一些很好

笑的结果。（编译/严炎刘星）[责任编辑：马晓宁]

3. 爱丁堡大学的激光 Li-Fi 传输速度可突破 100G 每秒

2015 年 05 月 11 日 奥创智能网

62 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

你还在为 Wi-Fi 信号区域分布不均并且信号弱感到恼火么？Li-Fi 可能是答

案。这项技术使用基于 LED 室内照明而不是无线电波数据传输。但 Li-Fi 的主

要支持者的眼光已经超于 LED，用基于激光照明实现 Li-Fi，数据传输速率或增

加 10 倍。

哈拉尔德· 哈斯，椅子移动通信在爱丁堡大学和 Ultra-Parallel 可见光

通信项目的成员说："问题是 LED 灯，虽然它们的能量效率比白炽灯是高，仍然

还可以提高它们的光输出效率，"爱丁堡大学的哈拉尔德· 哈斯说。"我们相信

高效节能照明的下一波将基于激光二极管。”

Li-Fi 通过调节 LED 光输出的数据进行编码。人类的眼睛无法觉察到快速的

闪烁，但在桌面计算机上的接收器或移动设备可以读取信号，甚至可以把信号返

回房间天花板上的信号收发器，提供双向通信。但许多发光二极管用荧光粉涂层

把蓝色光转化成白色光，这也限制了数据传输的速率。

这项研究发表在光学快讯（Optics Express），哈斯和他的团队研究表明，

用激光二极管替换现有的 LED 灯可以大大改善现在的情形。激光器的高能量与光

效率，传输数据的速率可以比 LED 快 10 倍。不使用荧光粉，激光照明可以混合

不同波长的光产生白色光。这意味着每个波长的光可以用作一个单独的数据通

道，同样的光波可以双向传输，可以大大提高光传输数据的速率，爱丁堡大学团

队的试验用了 9 个激光二极管。

虽然基于 LED 的 Li-Fi 可达到 10 Gb/s 的数据传输速率，可以改善 Wi-fi7

Gb/s 的数据传输速率上限。激光传输数据的速率可以很容易超出 100 Gb/s。

目前，这种设备目前还非常昂贵，爱丁堡大学正在寻求大规模生产来降低其

成本，并且可以把它应用到照明市场。宝马 i8 的前大灯就是基于该激光灯。

4. 量子光学硬盘突破性进展 存储时间提高 100 倍

2015 年 01 月 12 日 凤凰科技

63 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

凤凰科技讯 北京时间 1 月 12 日消息，据科学日报报道，近日科学家们研发

了一款量子硬盘原型，后者的存储时间可以提高 100 倍。科研小组记录的 6 小时

存储时间是朝基于量子信息的安全的全球数据加密网络迈出的重大一步，这一网

络可以用于银行交易以及个人邮件。

“我们相信很快就能在全球任何两点之间分布量子信息。”研究首席作者、

澳大利亚国立大学(ANU)物理学与工程研究院(RSPE)的钟满金（Manjin Zhong）

这样说道。“量子状态是非常脆弱的，一般会在毫秒之内翻转。我们实现的更长

存储时间具有革命化量子信息传输的潜力。”

量子信息蕴含了无法破解的加密的潜力，因为量子粒子，例如光子可以以特

定方式产生以实现内在的相连。每一对纠缠粒子之间的相互作用都会影响彼此，

无论它们相隔多远。

澳大利亚国立大学和新西兰奥塔哥大学的物理学家小组将量子信息存储在

位于晶体内的罕见地球元素铕原子里。他们的固态技术可以作为在光纤里使用激

光方法的非常有前景的替代品，后者现被用于创造大约 100 千米长的量子网络。

“我们（实现）的存储时间非常长，这意味着人们需要重新思考分布量子

数据的最佳方法。”钟说道。“即使是以行人的速度传输我们的晶体，在特定距

离内我们的方法的损失也比激光系统要更少。我们现在可以设想在单独的晶体里

存储纠缠的光，然后将它们运输到网络里相距几千千米的不同部分。也就是说，

我们将这些晶体当做用于量子纠缠的可携带的光学硬盘。”

利用激光在铕核自旋上写下量子状态后，研究小组将晶体放在一个固定和振

荡磁场的结合体内以保存脆弱的量子信息。“这两个场隔离了铕自旋，从而防止

量子信息泄露。” 奥塔哥大学的杰文·兰德尔（Jevon Longdell）博士这样说

道。澳大利亚国立大学的研究小组对量子光学硬盘可以实现的量子力学的基本测

试感到非常兴奋。“我们从未有机会探索如此长距离的量子纠缠，”研究小组负

责人、助理教授马修·塞拉斯（Matthew Sellars）这样说道。“我们应该一直

64 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

努力测试理论是否与现实相吻合。也许在这个新的体制里，我们的量子力学理论

也会出现意想不到的问题。”（编译/严炎刘星）[责任编辑：李大鹏]

5. 英国研发高速无线 5G 网络：比 4G 技术快 6.5 万倍

2015-02-28 环球网科技

据英国《每日邮报》2 月 27 日报道，英国萨里大学科学家研发出了最新、

最快的 5G 科技，每秒可传送多达 1 万亿字节(1TB)数据，即 125GB。只需 1 秒便

可下载 30 部电影，比目前的 4G 技术快了 6.5 万倍，是目前无线数据连接技术的

最高速度。英国通讯管理局预计将于 2020 年推出使用。

萨里大学 5G 创新中心建造了自家发射器及接收器，在 100 米的距离内成功

完成传送数据测试，打破了三星去年 10 月创下的每秒 7.5GB 无线数据传送纪录。

据报道，5G 技术除了用于快速下载电影，也可让智能手机用户之间实时进

行全息游戏，也可减少金融交易时间误差等。研究团队计划于 2018 年进行公众

地方测试。

6. 量子计算机破晓：计算速度提升 1 亿倍

2015 年 12 月 11 日 第一财经日报

日前，谷歌量子人工智能实验室宣布量子计算机最新进展：在两次测试中

D-Wave2X 的运行速度比传统模拟装置计算机芯片运行速度快 1 亿倍。

这项突破性的成果也打破了业内对于量子计算机真伪的存疑。这次，谷歌和

NASA 一同证实了量子计算机的可操作性。

2013 年，谷歌从 D-Wave 系统公司购买了一台量子计算机，并与 NASA 共同

开展量子计算机的研究项目。事实上业内对于量子计算机是否真正能够投入商用

65 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

存在多方质疑，D-Wave 系统公司自 2007 年推出首台量子计算机开始就备受争议。

一些学者认为由于量子形态并不稳定，量子计算机只是在理论层面可行，加上能

够运用量子计算的算法有限相对编程也较传统计算机难度更大，因此并不具备可

行性。

量子计算被认为是解决计算的临近物理屏障，但其运行背后的物理学是一门

非常复杂的问题，谷歌量子人工智能实验室负责人也认为未来还将面临更多的工

作：“虽然这些结果是有趣和非常令人鼓舞的，但要把量子增强优化成一门实用

技术，还有更多的工作要做。”

D-Wave 的黑科技

谷歌这台量子计算机 D-Wave2X 从加拿大量子计算公司 D-Wave 手中购买。这

家公司早在 2007 年就宣布研发出量子计算机，并在 2012 年获得亚马逊创始人

JeffBezos 与美国中情局旗下投资机构 In-Q-Tel 的投资。

但一直以来业界对于 D-Wave 所生产的量子计算机是否能够最终实现还存在

争议。一部分学者认为，对于量子计算机的假设过于玄幻，事实上，计算机还有

许多需要克服的技术问题，比如量子的不稳定性决定信息状态不稳定，这将影响

到计算的准确性。

传统的计算单位是 bit（比特），也就是我们常说的二进制中的 0 和 1。而

量子计算机蕴含信息的最小单位被称为（Qubit），是通过“囚禁”原子技术，

降低原子温度让原子保持量子形态。这些量子的最大特点是其包罗万象，一个量

子能够同时代表 0 和 1，这视用户所要提取信息而定。

这种设置从根本上提升了计算机的运行速度。按照传统算法，当用户需要提

取某一个词组信息或者需要解决一个问题时，计算机要先把所有可能性列举出来

并验证一遍才能得到正确的信息，而量子计算机能够直接计算并提取出相应信

息。

66 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

今年 8 月，D-Wave 公司发布了 2X 系统，其中运用了 1152Qubit 的架构（对

比第二代系统多了 640Qubit），这也是谷歌和 NASA 阶段性成果研发所运用的系

统。

对比之前的系统，研发团队重点从提升量子的运行速度转移到保持量子稳定

性以提升性能上。

提高运行速度能做什么

在电影《模仿游戏》中，AlanTuring 发明了图灵计算机减少排列信息组合

时间，破译德军加密信息，让二战提前至少两年结束。而在图灵研发计算机的时

候政府当局并不看好，认为通过计算机来验证排列组合是天方夜谭。

可见提升计算机运行速度能够带来突破想象的改变。

量子计算机最大的功能莫过于大幅缩短提取用户所需信息要用到的时间，因

此能够用于解决一些目前悬而未决的问题。比如传统计算机花费上万年才能计算

出来的算式，对于量子计算机来说可能只需要短短几秒钟的时间。因此，量子计

算机最大的用途可以说是帮助提升科学研究的质量，比如帮助解决广为人知的组

合优化类问题，包括基因序列分析和蛋白质折叠的风险分析等。

即便克服量子稳定性的问题，量子计算机在实际落地推广方面也会遇到一些

实质问题，最大的障碍是，并不是所有的算法都能运用量子计算机，以及对于程

序员来说，要掌握一套比现有算法更为复杂的编程方式。（王思琪）

7. 科学家预测计算机未来可用数据传输人类个性

2015 年 04 月 08 日 参考消息网

核心提示：一位知名发明家宣称，世界仅仅触及了技术进步的皮毛，计算机

也许很快会能够传输复杂的人类个性。

67 第二部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Two Science & Modernization No.1, 2016

参考消息网 4 月 5 日报道 法新社 4 月 3 日报道，一位知名发明家宣称，世

界仅仅触及了技术进步的皮毛，计算机也许很快会能够传输复杂的人类个性。

塞巴斯蒂安·特龙创建的谷歌 X 实验室曾经研制出谷歌眼镜和无人驾驶汽

车，他说，概念成为现实之前往往难以把握。

但特龙表示，一如数据通过计算机传输，完整的个性也许很快亦能如此。

特龙 2 日在美国斯坦福大学举行的一个研讨会上说：“或许有朝一日我们可

以把自己的个人体验全部外包给计算机，也许还可以这样处理我们的个性。”

这位出生于德国的科学家说：“这也许难以想象，但是并不像人们以为的那

么离谱。它是完全可以做到的。我真的认为，在所有这些技术方面我们都只触及

了皮毛。几乎一切有趣的东西都还没有发明出来。”

特龙还预言，即将问世的其他发明包括会飞的汽车、植入人体的计算机以及

可大大遏制非自然死亡的医疗技术。

68 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016 第三部分 与仿生人相关的科技进展

（一）仿生技术

1. 新突破：美专家培育出微型人脑 有望治疗脑部疾病

2015 年 08 月 19 日 环球网

据英国《每日电讯报》8 月 18 日报道，美国俄亥俄州立大学的专家领导的

研究团队近日在实验室中培育出了一个“微型人脑”。该人脑有望帮助医生测试

和研发新药，并更好地了解阿尔茨海默症等脑部疾病的发病机理。

据报道，这个名叫“类器官”(organoid)的微型人脑相当于一个 5 周大的胎

脑的成熟程度，是由重新编程的皮肤细胞培育出来的。该人脑在一个模拟子宫环

境的培育装置中生长了 12 周，目前只有橡皮擦那么大。它的功能和真正的人脑

十分相似，不仅拥有神经元、支持细胞和免疫细胞，还拥有胎脑 99%的基因表达、

脊髓和眼睛的雏形。

俄亥俄州立大学教授雷内·阿纳德( Rene Anand)表示：“它不仅仅看上去

像正在发育的大脑，而且其多种细胞类型几乎可以像人脑一样进行基因表达。我

们花费了很长时间研究给人类带来疼痛和痛苦的复杂脑部疾病，微型人脑的出现

将有助于人类健康，因为我们有更多更好的选择去测试和研发新疗法。” [责任

编辑：马晓宁]

2. 科学家试管培育人工微型心脏 有微室能搏动可测药物

2015 年 07 月 17 日 凤凰探索

凤凰科技讯 北京时间 7 月 17 日消息，据英国每日邮报报道， 研究人员使

用干细胞创造了一个小型的搏动心脏——并表示它或可以革命化医药。这颗新心

69 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

脏使得新型药物可以被测试，并为研究人员提供了心脏是如何发育的新见解。这

个小心脏甚至有微室，能够像正常大小的心脏一样“搏动”。

美国加州大学伯克利分校的研究人员与美国格拉德斯通研究院的科学家们

合作，他们表示利用干细胞培育搏动的心脏组织模板创造了一个新系统，后者可

以作为早期心脏发育的模板，以及药物筛查的工具使得怀孕更加安全。格拉德斯

通研究院是加州大学旧金山分校附属的一个独立的非营利生命科学研究组织。

“我们相信这是第一个展示在试管里培育人类心脏心室过程的例子，”研

究合作高级作者、美国加州大学伯克利分校生物工程系教授凯文•希利（Kevin

Healy）这样说道，另一名高级作者是格拉德斯通心血管病研究所高级调查员、

美国加州大学旧金山分校医学遗传学和细胞和分子药理学教授布鲁斯•康克林

（Bruce Conklin） 。“这项技术可以帮助我们快速筛选可能产生心脏先天缺陷

的药物，并指导做出哪些药物可能在孕期非常危险的决策。”

在这项发表在期刊《自然通信》上的研究里，研究人员使用了生物化学和生

物物理学线索来促进干细胞分化并自我组织形成微米大小的心脏组织，包括微

室。为了测试这个系统作为药物筛查工具的潜力，研究人员将不同的细胞暴露在

萨力多胺（一种安眠药，镇静剂）下，这种药物容易引起严重的先天缺陷。

他们发现在治疗剂量下，这种药物会引发微室的异常发展，包括体积减小、

肌肉收缩问题和较低的心率。“我们选择药物心脏发育毒性筛选来论证心脏微室

的临床相关应用。” 康克林说道。“每一年，多达 280000 名怀孕妇女都暴露在

具有潜在胎儿风险的药物下。最常见的先天缺陷涉及心脏，产生心脏缺陷的潜在

可能性是决定孕期药物安全的最重要的问题。”

研究人员表示虽然这项研究关注于心脏组织，但将这项技术应用于其它器官

发育具有非常大的潜力。“我们的关注点在于早期心脏发育，但人类多能干细胞

的样式的基本原则，以及随后分化是可以扩展到更大范围的组织类型里，用于理

解胚胎形成和组织形态发生。” 希利说道。

70 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

这一里程碑发生在希利和其它伯克利研究人员公开发布了一个芯片上的搏

动人体心脏细胞系统后四个月，这个系统可以用于检查药物毒性。在这项新研究

里，科学家们模仿了人类组织形成，首先使用了从成年人皮肤组织里提取的基因

重新编码的干细胞，形成能够搏动的人类心脏细胞的小室。康克林的实验室提供

了研究所用的这些人体诱发多能干细胞。

这些未分化的干细胞随后被放置在一个圆形表面，后者调节了细胞分化和发

展。在两周后，生长在二维表面环境的细胞开始形成三维结构，成为一个搏动的

微室。此外，这些细胞会根据是否位于细胞群的周界还是中央而自我组织。与中

央的细胞相比，边界的细胞具有更大的机械压力和张力，因此看起来更像纤维母

细胞，后者形成了结缔组织的胶原蛋白。而相比之下中央细胞形成了心脏肌肉细

胞。

“在生物学里这种空间分化是自然发生的，但我们首次在试管里实现了，”

研究首席作者、美国加州大学伯克利分校生物工程博士后研究员马镇（Zhen Ma）

这样说道。“这种受限的几何学样式提供了生物化学和生物物理学线索，直接引

导了心脏分化和一个搏动微室的形成。”

在有盖培养皿和细胞培养板里建模早期心脏发育是非常困难的。这一研究领

域一般涉及在不同的发育阶段对动物进行解剖，从而研究器官的形成以及这个过

程可能会出什么差错。“我们在研究中使用了从病人身上采集的多能干细胞这一

事实代表了这个领域的突变。” 希利说道。“之前的心脏微组织研究主要是使

用老鼠心肌细胞，然而它是人类疾病的一个并不完美的模型。”（编译/严炎刘

星）[责任编辑：马晓宁]

3. 日本研究制成人工肝脏 功能相当于人体肝脏

2015 年 01 月 26 日 中国新闻网

71 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

据日本媒体 23 日报道，日本横滨国立大学副教授福田淳二等研究人员将血

管细胞与 iPS 细胞一起培养，开发出具备血管状微小结构的人工肝脏。

据称，这一人工肝脏可以生成肝脏特有的蛋白质，也具备代谢功能。进行肝

功能检查发现，其功能相当于人体肝脏的十分之一左右。研究者希望让等待肝脏

移植手术的患者使用该人工肝脏，计划以今后 10 年为目标投入实际应用。

手掌大小的装置中注入了材料，里面血管细胞聚合成了几块，形成 9 条类似

血管的构造；在其周围围绕着毛细血管状的组织。

研究人员利用人类 iPS 细胞（诱导性多功能干细胞）培养出肝脏细胞。将血

管细胞与肝脏细胞共同培养，产生可以像肝脏一样工作的人工肝脏。

据悉，将该装置作为人工肝脏进行肝功能检查发现，该装置可以像正常肝脏

一样分泌蛋白质，并具备减少氨等功能。

类似血管的构造是将载有血管细胞的容器插入材料，在插孔内侧会沾上血管

细胞。然后加入人工肝脏的主干部分——由人类 iPS 细胞培养的细胞块，一起培

养，最终制成了人工肝脏。[责任编辑：马晓宁]

4. 世界首例移植仿生假肢 由大脑控制假肢运动

2015 年 02 月 26 日 凤凰科技

凤凰科技讯 北京时间 2 月 26 日消息，据英国每日邮报报道，三名失去手功

能的病人接受了由大脑信号激活的仿生假肢的移植。这一世界领先的外科技术能

够修复因爬山和车祸失去作用的肢体的功能。这一技术也为其它遭受严重损伤或

者先天缺陷的病人带来了希望。接受生物移植的这三名病人的颈部神经严重受

损，而颈部神经控制着手臂的运动和感知。

72 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

尽管接受了常规手术，这三名病人的仍没有恢复正常的手功能，因此成为接

受这一新技术的候选者。首先，通过向手臂移植少量肌肉和神经组织——一般来

自腿部——来恢复前臂的感受功能。这将极大地促进大脑向手臂发出的电信号。

接着，受感染的手臂被截肢，目的是为仿生智能假肢腾出移植空间。仿生假

肢的传感器会对来自大脑的电脉冲做出回应，使得病人可以进行日常活动。根据

发表在《柳叶刀医学杂志》上的报告，在病人全面康复后，假肢将恢复较高水平

的手功能。

世界著名的整形外科手术专家、奥地利维也纳医科大学的奥斯卡•阿斯曼

（Oskar Aszmann）在过去的三年间对这三名奥地利病人进行了移植手术。去年

11 月，阿斯曼教授给一名具有先天缺陷的 21 岁的病人移植了仿生手臂。“在未

来，手和脚的整形将出现更多新的方法来取代失去的四肢并修复功能，” 阿斯

曼说道。阿斯曼教授与德国哥廷根大学医学中心的工程师们保持密切合作。

“生物学和技术的发展将提供过去无法想象的治疗方案。” 阿斯曼教授表

示这三名病人遭受的臂丛神经损伤其实是一种内截肢，将手与大脑分离。这种损

伤常发生于高速碰撞产生的创伤，尤其是摩托车事故，以及碰撞式运动，例如英

式橄榄球和美式足球。“针对这类损伤现有的外科手术非常残忍且效果甚微，往

往导致手部功能残缺，” 阿斯曼教授补充解释道。

阿斯曼教授表示，突破性进展便是通过神经和肌肉移植获得大脑神经信号，

而这些移植可以通过仿生手臂的编码并转化为功能。手术后三个月，病人的功能

运动获得了极大的改善并能够完成日常活动，例如捡一个球，倒掉水杯里的水或

者使用钥匙。

进行英国第一例手移植的西蒙•凯（Simon Kay）教授以及利兹教学医院的丹

尼尔•希克斯(Daniel Hicks)发表评论称神经和肌肉移植具有极大的潜力。但他

们同时也警告称：“最后的裁定取决于长期效果，这应该包括对病人佩戴和使用

假肢的环境和每日时间段的评估。” （编译/严炎刘星）[责任编辑：马晓宁]

73 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016 5. 专家研发首个有感觉假腿 使用者：感觉又有脚了

2015 年 06 月 09 日 中国新闻网

中新网 6 月 9 日电据外媒 9 日报道，奥地利科学家研发出全球第一个有感觉

的假腿，可模拟真腿的感觉，同时能消除截肢者的幻痛问题。

这是奥地利北部林茨大学埃格教授(Hubert Egger)的科研成果。该义肢在安

装时涉及两个步骤。

医生首先把患者残肢所剩的足部神经末梢，同大腿的健康组织衔接起来，并

置于靠近皮肤表层。科研人员接着为一个轻型假肢的脚底安装六个传感器，并把

它们同残肢骨干内的模拟器衔接在一起。

安装了这一假腿的前教师朗格说：“我感觉自己又有脚了。我不再在冰上滑

倒，我知道自己是在碎石路、水泥路、草地或沙地上行走。我甚至能够感觉到小

石块。”

54 岁的朗格脑中风后被截肢，他试用新义肢的六个月期间，除了跑步、骑

脚踏车还爬山。当他走动时，人们根本不会注意到他装了假腿。埃格说，朗格每

走一步或施压时，传感器就会向大脑传送讯息。“在健康的足部，皮肤感传器负

责此一任务，但截肢者没有这东西。可是负责传送讯息的神经还存在，只是没有

被激活。传感器会告诉大脑假腿的存在，使用者行走时就能感觉到地面。”

新义肢除了能协助截肢者平衡和加强安全之外，也起到了消除幻痛的显著效

果。朗格说：“使用传统义肢时我根本难以行走，每晚睡不到两个小时，每天都

要吃止痛药。”但去年 10 月接受安装新义肢的手术后，他的疼痛感就消失了。

6. 美国科罗拉多州一女子安装人造眼球成功

2015 年 12 月 13 日 威锋网

74 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

接受手术的女子名叫 Carley ，她患有色素性视网膜炎的疾病，这种疾病使

她的视网膜细胞渐渐死亡，最终导致彻底失明。

相信很多小伙伴近几年在电视或网络上应该都看到过不少类似的新闻：某地

一位小朋友因生命终结而献出自己的眼角膜等器官，使两位患者重见光明。对于

这样的事情，不得不说，首先要做的一定是为这些愿意在生命的最后时刻贡献自

己价值的人们送去祝福，愿他们在另一个世界没有病痛。

而对于还活着的很多人来说，他们或许还将承受感受不到光明的痛苦。毕竟，

即使你掏得起足够的钱去做手术，但是如果没有合适的眼角膜供使用的话，任何

努力都是白费力气。而现在，或许很多失去光明的人都有改变这一现状的机会，

因为就在近期，美国科罗拉多州的一位女子就接受了人造仿生眼球的移植手术。

根据外媒 12 月 11 日的消息称，这名女子是在科罗拉多大学医院的

UCHealth 眼科中心接受的手术，整个手术的时间长达 5 个小时。接受手术的女

子名叫 Carley ，她患有色素性视网膜炎的疾病，这种疾病使她的视网膜细胞渐

渐死亡，最终导致彻底失明。

这个仿生眼球是由一个内置微芯片和小型摄像头组成的，由摄像头拍摄当前

所处情况的视频，并将这一视频上传给芯片，再由芯片发出命令，通过刺激神经

和发送视觉信息给她的大脑，从而可以让她重获光明。

负责这项手术的眼科博士 Naresh Mandava 表示：这种技术尚不是十分完善，

除了需要耗费大量的时间之外，它所上传的图像也是相对模糊的，只能够帮助患

者大致看到东西，而不是十分清晰。同时，它目前的样子看上去也不是特别的美

观。当然，这些存在的问题也都将成为他们未来工作的重点。他们将努力让更多

的人重新获得光明。 [责任编辑：马晓宁]

7. 美科学家研发人造皮肤：可感知压力轻重

2015 年 10 月 18 日 参考消息网

75 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

参考消息网 10 月 17 日报道 外媒称，美国科学家开发出有感觉的人造皮肤，

不仅可以区分握手的轻与重，还能把这种感觉传递给大脑。对使用义肢的人来说，

这种皮肤也许有一天会让他们的义肢有真实的触感。

据新加坡《联合早报》网站 10 月 17 日报道，这项成果 15 日发表在新一期

美国《科学》杂志上。美国斯坦福大学的华人学者鲍哲南领导的团队开发出一种

塑料制成的人造皮肤。

鲍哲南说，这是第一种能够感知压力并与大脑沟通的柔性人造皮肤。这种人

造皮肤像“一页纸那么薄”，分为两层，外层是可以感知压力的传感器，由塑料

加上碳纳米管制成；内层是柔性电子电路，可以把压力信号改变成电子信号，并

传递给大脑。

鲍哲南也说，他们开发的人造皮肤连一粒大麦、一小粒食盐、一只蝴蝶造成

的压力都可以感知。研究人员下一步将研制可以感知温度、痛觉等感觉的传感器。

8. 美研究人员在实验室制作出第一块能收缩的人类肌肉

2015 年 01 月 15 日 中国科技网

美国杜克大学研究人员第一次在实验室制作出能收缩并对外界刺激产生反

应的人类骨骼肌，就像自然人体组织对外界电脉冲、生化信号和药品等刺激做出

的反应一样。

这种实验室生长的组织，不久将可供研究人员在人体之外的人类基础肌肉上

测试新型药物和研究疾病。该项研究由杜克大学生物制药工程系副教授尼纳

德·伯塞克和伯塞克实验室博士后研究人员劳伦·麦顿共同领导。相关成果发布

在 1 月 14 日（北京时间）出版的开源杂志《eLife》上。

“这项工作的美妙之处在于，能在不伤害患者健康前提下，安全地测试药

物有效性，还能为罕见和肌肉活检困难的疾病再现基础性生化信号。”伯塞克说。

76 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

伯塞克和麦顿从一小块人体细胞标本开始，虽然已经超越了干细胞阶段，但

并没有成为肌肉组织，接着把这种“肌前体”放大 1000 倍，然后将之置于一个

三维立体的、充满营养凝胶的脚手支撑架中，这样能让肌肉纤维对其进而产生功

能。

“我们用动物细胞在实验室制造人工肌肉的经验已经很丰富了，但是，我

们还是用了一年的时间，为制造人类肌肉调整相关细胞、凝胶密度，以及优化培

养环境和介质。”麦顿说。

麦顿让这种新型肌肉接受一连串的测试。她发现，在电刺激下肌肉收缩强烈，

这意味着在实验室诞生了第一块人类肌肉。她还证明了能让神经肌肉刺激到肌肉

的信号通路很完整地起作用。

为了观察这种肌肉能否被用作医疗实验的替代品，伯塞克和麦顿研究了其对

多种药物的反应，包括药物用来降低胆固醇等的他汀类药物等。药物效果与在人

类患者身上的效果相匹配。

“我们的目的之一，就是用这种方法为患者提供个性化的药物。”伯塞克

说，“我们可以从每个病人身上采样进行活检，为每个病人培养新型肌肉，以观

察哪种药物更能起到更好的作用。”

这个目标实现起来不会太遥远了。伯塞克已经与临床医生开展了相关研究，

其团队正在尝试用多功能诱导干细胞而非活检细胞来培养和生长人类的收缩肌

肉。[责任编辑：马晓宁]

9. 新技术可加速牙齿自然修复 牙医或告别用钻的日子

2015 年 08 月 28 日 中国新闻网

77 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

据美国媒体 27 日报道，很多人害怕看牙医，因为他们害怕牙医的电钻。现

在不必担心了！由一家英国公司开发出一种新技术，有望通过加速牙齿的自然修

复过程，取代机械清洗牙腔。

一百多年以来，牙医修复蛀牙都是通过钻孔清除病坏的牙组织，然后用金属

或塑料填充物补牙。依蛀牙腔洞的深度不同，这个方法有可能给患者带来不愉快

甚至是痛苦，并且这种痛苦必须周期性地重复。国王学院高级讲师瑞贝卡·莫阿

泽说：“你真的是在牙齿的余生中陷于修补和更换的循环。”

损坏的牙齿珐琅质可以自然更换，但这一过程过于缓慢，不能阻止细菌在牙

齿细缝处的侵蚀作用。一家名为雷米诺娃(Reminova)的英国公司开发了一种方

法，加速了这种早期蛀牙的自然再矿化过程。雷米诺娃公司首席执行官杰夫·莱

特说：“我们刚刚找到一种方法使这个过程大大加快。将健康钙与磷酸盐矿物质

输入你的珐琅质，并通过一个自然的过程，结合和补充现有的珐琅质。”

在用一个不需牙钻的方法清洗早期蛀牙后，牙医用矿物盐溶液覆盖牙腔并施

加电流，电流很弱，患者并不会有感觉。沉积的矿物质迅速变硬，完全充满牙腔。

研究人员说，这种方法可能对儿童尤其有效。

国王学院顾问巴里·奎因医生说：“如果孩子在看牙医时有更好的体验，没

必要钻孔和注射填充物，那么他们在以后的生活中就会更加积极，更有可能定期

就诊。”牙医指出，新方法对早期蛀牙最有效，这也使得定期的牙齿检查必不可

少。整个疗程持续时间跟传统的钻孔补牙方式大致相同。

研究人员说，他们相信新方法可以进一步发展，以用于治疗晚期蛀牙。他们

提醒人们，经常用含氟牙膏刷牙有助于从一开始就杜绝蛀牙。[责任编辑：马晓

宁]

78 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016 （二）智能仿生人

10. 谷歌要打造一个“机器人军团”

2015-04-17 腾讯科技

腾讯科技讯 4 月 17 日，谷歌已经成功申请一项新的专利，这套“计算机系

统”通过云技术帮助，允许用户同时为多个机器人分配任务。许多人据此推测，

谷歌正打造机器人军团。

谷歌已经在美国专利与商标局注册这项专利，他们在专利文件中描述了“计

算机组件”（比如 PC 或智能手机）如何通过网络与机器人进行沟通，并分配任

务和接收信息。专利中没有特别指出用户可同时控制多少个机器人，但称可根据

机器人的能力为它们分配不同的任务。

谷歌举例称，这套系统可根据机器人的“健康水平”确定机器人执行任务的

能力，比如机器人需要维护之前的剩余时间，并据此分配任务。如果有 2 个机器

人要求执行 2 项任务，其中一项任务的精确度要求更高，那么“健康水平”更高

的机器人将被分配去执行精确度要求更高的任务，而另一个机器人则去执行精确

度要求较低的任务。

同时向多个机器人分配任务的能力具有巨大应用潜力，比如可指挥一队机器

人真空吸尘器清理酒店套房，帮助无人驾驶车队指示路径等，或主人外出时继续

指挥机器人做家务和做晚餐等。另一面，这套系统还可被用于向类人机器人和动

物机器人分配任务，比如谷歌旗下 Boston Dynamics 公司研发的机器人。

技术专家预测，人们最终将可以使用谷歌的 Android 操作系统，去指挥一队

机器人在世界任何地方执行任务。谷歌在专利文件中称，他们希望能够将大批量

的机器人联系起来，允许用户通过网络遥控它们。从理论上说，谷歌可以利用这

种技术提供可令人类生活更轻松的服务。

79 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

可是这种技术可能被用于军事目的，打造所谓的“机器人军团”。许多怀疑

人士认为，威尔·史密斯（Will Smith）主演的《机械公敌》中的场景将会重演。

那些被设计为人类服务的机器人，最终却接管了世界。

上个月，谷歌还获得了一项基于云技术的系统专利，即将人格下载到机器人

身上。这种人格既可以由用户选择，也可以由机器人根据它们在移动设备上储存

的个人信息自动选择。机器人的人格甚至可被传输到其他机器人身上，或是一个

机器人储存多个人格以便与不同的人互动，就像每个家庭成员在家用电脑上都有

不同的帐号一样。

据这项专利的说明文件称：“机器人的个性在基本的人格结构（即默认角色）

内也可以修改，可呈现各种短暂性的情绪变化，比如快乐、恐惧、惊讶以及困惑

等。而且这些情绪可通过暗示或指令再次触发。”

谷歌表示，有些专利创意以后可被转化为真正的产品或服务，但有些可能不

会。目前，谷歌还没有将这两项专利转化为产品的计划。3 月份，谷歌宣布与美

国医疗保健巨头强生建立合作，联手开发可实行锁孔手术的新式机器人技术。

许多科技界大亨，包括史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和特斯拉电动汽

车创始人伊隆·马斯克（Elon Musk）都已经发出警告，他们认为机器人将终结

人类。马斯克在今年年初时曾说，人工智能的崛起是人类生存最大威胁，那些正

研发这些机器人的公司正在“召唤恶魔”。但谷歌总裁埃里克·施密特（Eric

Schmidt）表示，这些与机器人的不安预测都具有误导性。（风帆）

11. 机器人“变身”骨科主刀医生 医生只需动动鼠标

2015 年 04 月 25 日 新京报

它没有庞大的躯干，却有着一对可多维度转动的灵活机器臂；它没装 GPS，

却能凭借影像导航，将螺钉精准置入患者的身体中，为骨伤患者带来快速治愈疾

80 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

病的希望。日前，北京积水潭医院携手多家单位基于影像导航和机器人技术创立

的智能骨科手术项目获得 2014 年度北京市科学技术奖一等奖，该技术被认为开

创了骨外科治疗智能化和微创化新时代。

项目名称

骨科疾病是临床常见病和多发病，骨科手术治疗的核心瓶颈问题是术者视野

和操作的局限性。针对上述问题，由北京积水潭医院田伟院长牵头成立的项目组

历经 12 年，医工企紧密结合，在 38 项国家和省部级课题支持下，明确了智能骨

科手术操作规范，突破了影像导航、手术机器人、远程遥操作等关键技术群，形

成了一套符合我国临床实际、拥有完全自主知识产权的智能骨科手术体系，实现

了复杂手术标准化、常规手术微创化、关键操作智能化，极大地改善了手术效果。

□揭秘

医生动鼠标 机器人“操刀”

面对传统骨科手术损伤大、并发症多、主要依赖医生经验等诸多问题，北京

积水潭医院田伟院长在十几年前就开始着手构建智能骨科体系。现在的智能骨科

机器人就是由北京积水潭医院与北京航空航天大学、中国科学院深圳先进技术研

究院、北京天智航公司等单位共同发明的。

骨科机器人是如何做手术的呢？在医疗机器人北京市工程实验室里，技术人

员向记者介绍了机器人手术过程。以骨折为例，手术中，医生首先利用牵引床进

行骨折的闭合复位，然后将透视机采集的 X 线影像传输到机器人导航系统工作

站。计算机操作界面中，通过简单点击鼠标就可完成螺钉置入位置、方向及长度

的手术规划，从而指挥机器人的机械臂自动完成空心钉置入的精确定位，医生仅

需按照机器人的导航定向完成螺钉置入即顺利完成手术。

技术人员称，骨科机器人主要由控制系统和执行系统两部分构成，控制系统

是包含手术规划功能的计算机系统，相当于机器人的“大脑”，执行系统是一双

可多维度移动的机械臂，相当于机器人的“手臂”，手术过程中“大脑”和“手

臂”通过互相配合来辅助医生完成手术。对于比较复杂的脊柱手术，病人最担心

81 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

的就是螺钉打入椎管内，有可能造成瘫痪等严重并发症。现在，这种手术也可以

在机器人灵巧稳定的手臂操作下，微创进行了。

准度超医生手术不打颤

在人们的印象中，做手术要找经验丰富的医生手术效果才有保障，不过有的

时候，经验丰富的医生也比不上机器人的精准。“人的手都会疲劳，有时候稍微

哆嗦一下，手术的效果就会大打折扣，而机器人辅助就可以很大地提高手术的稳

定性，使骨科医生打出的钉子更加精准”，积水潭医院脊柱外科副主任医师刘亚

军表示。

刘亚军称，机器人辅助骨科手术应用计算机，把患者的影像资料如 X 光片、

CT、核磁等进行叠加的分析处理，然后根据分析结果，控制机器臂完成一些医生

不能完成或完成得不好的动作和步骤，很好地解决了传统手术中遇到的难题。

导航定位精患者辐射少

目前，骨病患者接受传统骨科手术要先借助 X 线诊断设备，经反复透视，然

后依靠医生的空间想象和徒手操作确定螺钉置入路径。这种方法一方面会使患者

和医生长时间暴露于 X 射线，接受大量的辐射，另一方面，由于徒手操作无法实

现精确的定位，螺钉置入的位置往往不能达到预期效果，从而出现骨折移位、骨

折不愈合、神经血管损伤等并发症而导致手术失败。

据刘亚军介绍，骨科机器人导航定位系统用 X 光机从正面和侧面对患者的伤

骨拍摄图像，或者利用患者的术前或术中三维图像，经过计算机的精密计算，确

定内固定螺钉的位置，引导医生完成螺钉的体内植入。“骨科机器人导航定位系

统最大的优点就是能明显减少 X 射线照射次数，有效提高螺钉置入的准确性，从

而缩短手术时间，减少创伤和出血，避免并发症的发生，真正实现骨折的微创内

固定治疗。”

异地可操控及时救病患

我国幅员辽阔，但优势医疗资源主要集中在发达地区，很多边远地区的骨伤

患者无法得到最为及时、有效的治疗，很多患者因此致残，留下终身遗憾。随着

82 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

互联网的发展，积水潭医院开发出基于窄带的遥规划技术，实现了机器人辅助骨

科远程手术。

手术可在两所异地医院之间进行，就好比医生的脑子在北京，医生的手通过

网络和外地的机器人手臂连接起来。外地的机器人通过摄像机、话筒、电脑将手

术现场所有的影像、声音通过网络传回北京，由北京骨科专家进行手术规划，并

将规划指令迅速返回手术现场，现场的机器人在专家的指挥下执行手术动作。

远程手术如果出现信号中断怎么办？对此，院方也有应急预案，“为保证手

术安全，我们将提前设计的手术规划输入机器人程序，这样，在地震等自然灾害

的情况下，即使网络条件比较差或者中断，也可以完成手术。”刘亚军说。

□对话

骨科机器人手术完成近 2000 例

京华时报：目前机器人骨科手术已经完成了多少例？手术成功率如何？

刘亚军：2004 年，我国首台完全自主知识产权的骨科机器人，在积水潭医

院成功完成了我国第一台机器人辅助骨科手术——胫骨骨折髓内钉内固定手术。

截至目前，全国共完成近 2000 例骨科机器人手术临床应用。

北京积水潭医院在长期的临床实践中，开发了多种新的手术技术，明显地提

高了手术的安全性和精确性。比如在高风险的上颈椎内固定手术，螺钉准确率由

79%提升至 93%；骨盆骨折经皮螺钉内固定准确率由 76%提高到 100%。

机器人手术减轻患者经济负担

京华时报：机器人手术费用是不是略高于非机器人手术？

刘亚军：由于属于高新技术，目前对于骨科机器人还没有明确的收费标准。

从整体的社会效益来看，机器人手术除了精准、微创、患者恢复快，同时也可以

减轻患者和家庭的负担。与传统手术相比，骨科机器人手术中减少透视 73%，显

著降低医患双方辐射伤，减少了手术并发症带来的额外经济负担和患者痛苦。以

髋臼骨折智能化微创手术为例，原来需要昂贵的钛板内固定手术的病人现在只需

83 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

几枚螺钉就可以完成，费用大大降低，内置物花费较传统切开复位手术降低

91.6%。

不断创新开创智能骨科新时代

京华时报：目前骨科机器人技术上和应用上还存在哪些问题？未来骨科机器

人应该朝什么方向发展？

刘亚军：首先，导航和机器人技术本身有很多关键点还需要时间去突破。导

航技术临床应用时间比较早，目前面对的最大问题就是医生的操作问题，医生需

要熟练地掌握导航使用方法，避免临床应用中出现误差。

而机器人技术目前临床应用范围还比较窄，现在主要用于骨折手术，一些过

于复杂和危险的手术暂时还不能做，未来随着技术的不断完善，骨科机器人可以

进行更多类型的骨科手术。

未来智能骨科系统的应用想要更好地发展，需要业界共同朝这个方向努力。

我们建立了一个体系，大家都可以学习，希望业内其他医院或机构可以提出更多

的想法和观点，做一些创新的事情，在吸收他人先进知识的基础上做到更好。 [责

任编辑：韩迪]

12. 机器人设计师开发出有表情有眼神的机器人

2015.04.21 新浪科技

本周，在香港电子展上，这种名为哈姆(Ham)的类人机器人以其丰富的系列

表情吸引了人们的目光。

这颗脑袋由美国机器人设计师大卫·汉森(David Hanson)设计, 他能回答一

些基本的问题，可以运用在医疗仿真场景下。

哈姆出现在环球资源(Global Sources)公司春季电子展的亚洲世界展区—

—这是世界上最大的电子展，超过 4，000 个展位展示各自最新的电子设备。这

84 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

颗脑袋采用柔软的 Frubber 材料，利用软体机械工程学和纳米技术制作而成。他

的脸上有逼真的毛孔，直径约为 4 纳米到 40 纳米(1 厘米有 1 千万个纳米)。

使用一种特定软件，机器人可以识别人们的脸部表情，并用一种自然的方式

进行回应。据汉森机器人网站介绍，这种类人机器人实际上能看到人们的脸，跟

人们进行眼神交流，听懂人们说的话并用“诙谐的语言”进行对话。汉森机器人

总裁兼创立者、首席设计师汉森说，机器人能做出这些反应是工程学的重大进步。

这个机器人不是该公司设计的第一个类人机器人。之前的哈姆机器人版本被

塑造成爱因斯坦的形象而成为了各大媒体的头条，他有着浓密的胡子和一头白

发。爱因斯坦类人机器人使用多个元件制造出表情——多元件控制动作并细微调

整嘴巴和棕色眼睛周围的多个关节。汉森先生把机器人研发视为己任，并一直亲

力亲为，参与面部雕塑到人工智能开发。

为进一步推动生产机器人进入娱乐，卫生保健和教育领域，汉森决定带着妻

子儿子搬到香港。这座城市有着发达的机器人产业，有着大量这方面的专家和设

计部门，而且在这儿研发新技术的成本远低于美国。

13. 女机器人出演日本核灾难电影《再见》女主角

2015.11.04 环球网

【环球网综合报道】Geminoid F 在日本电影《再见》中担任女主角，该影片将

于 11 月 21 日在日本公映，海外上映时间待定。Geminoid F 由日本大阪大学著

名机器人设计师石黑浩制作，其外形以 20 多岁的日俄混血女孩为模本，有一头

乌黑的长发，皮肤由柔软的硅胶研制。

Geminoid F 配有以空气压力为动力的电动执行器，可通过视觉系统捕捉人

类面部表情并成功复制，她可以微笑、皱眉、动嘴，还可以说话和唱歌，主要借

85 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

用真人录音。机器人售价大多高达 77.6 万英镑，但 Geminoid F 与之相比却便宜

很多，只需 7.2 万英镑。

影片《再见》中为 Geminoid F 设置了主演一角，该片以日本核电站核反应

堆“堆芯熔毁”为背景展开，影片中 Geminoid F 作为机器人护理人员悉心照顾

主人忠心不二，但 Geminoid F 不能独立行走，只能用轮椅代步。影片中，她执

行的动作皆由笔记本电脑远程控制。

14. 日本东芝研发艺伎机器人：可陪客户交谈唱歌

新浪科技讯 北京时间 1 月 20 日消息，据国外媒体报道，日本艺伎数量从

19 世纪以来可能减少许多，但如果东芝公司研发的逼真的 ChihiraAico 机器人

流行起来，更多人可能享受到这种舞女的陪伴和音乐技巧。

这种名为 ChihiraAico 的舞女机器人和艺伎一样，被设计成用来和客户交谈

又能给客户唱歌的陪伴工具。

将来有朝一日，这种机器人可能演奏古典音乐或照顾人类。东芝公司设想，

将来有一天，这样的机器人可以照顾老年人，像护士或女服务员一样工作。

日本东芝公司介绍说：“我们的目标是研发出一种可与消费者进行真实感人

的交流同时又具有人类一样面部表情的人形机器人。它不仅逼真，还穿着得体。

我们现在研发出的 ChihiraAico 的面部表情真实度超过其他任何人形机器人。”

科学家用 43 个气动装置制造出 ChihiraAico 流畅又无声的肢体动作。双肩、

双臂和双手有 24 个这样的气动装置，而面部有 15 个。ChihiraAico 是东芝公司

“人类智能社区”的最新成员。这家公司之所以研发这些机器人，是为了打造更

智能的生活。

ChihiraAico 不是唯一可能取代人类的人形机器人。在日本，冷淡得栩栩如

生的机器人正引发一场风暴。它们的制造者想要将其用作女演员、全尺寸流行偶

86 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

像替代者和挚爱逝者的复制品等。甚至有人说，在不久的将来，自然的“她”机

器人可能被男人用作伴侣。

今年 11 月，机器人 Asuna 成为东京设计师周展会的闪亮明星，吸引众多人

的眼球。它是“双子机器人”系列的成员之一。制造者同时又是机器人学教授的

石黑浩说，将它们商业化的时机已经成熟。

Asuna 机器人非常有说服力，以至于许多人恭敬地弯下腰，然后有礼貌地请

求与“她”拍照。尽管这个机器人目前只有依靠一部隐藏的相机和一个人类操作

者才能获得“生命”，但一个完全独立的版本预计 10 年内面世。它不仅使用人

工智能，还具有面部和声音识别功能。

Asuna 的电子肌肉上覆盖着硅胶皮肤。通过这些肌肉，它可转动眼球甚至作

出表情。它已登台表演，将来可能成为一名歌星。除了可以阅读新闻的机器人以

外，逼真的性玩偶现在也已投放市场。它们售价 6000 英镑，有可以转动的眼睛、

灵活的手指和手感逼真的皮肤。(孝文)

15. 新加坡研发新型社交机器人：有自己性格和情绪

新浪科技讯 北京时间 12 月 31 日消息，新加坡的一所大学中，一位名叫娜

丁的“接待人员”引起了一些骚动。

她留着一头暗灰褐色的披肩发，整整齐齐地用发卡别在一边。她总能记得上

次见到你时你说了些什么，并报以友好的问候。但娜丁身上有些特别之处——她

是所谓的“社交机器人”系列中的最新产品，有着自己的个性和情绪。她可以与

人交谈，根据对方的反应做出相应的调整，还能记住之前的对话内容。这款先进

的机器人是新加坡南洋理工大学媒体创新学院主任娜迪亚·塔尔曼教授（Nadia

Thalmann）的杰作。

据塔尔曼教授称，这款类人型机器人有着自己的性格，能够表现出积极或消

极的情绪。在一则视频中，娜丁操着一口电脑合成的苏格兰腔，回答发明者提出

87 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

的问题。 “你是一位美丽迷人的社交机器人。”塔尔曼教授说。娜丁则回应道：

“谢谢，你看上去也很迷人。”在消极的情感面前，娜丁也能做出适当的反应。

例如，当塔尔曼教授说“我恨你”时，娜丁兴高采烈地答道：“我洗耳恭听。”

新一代社交机器人最终将投入商业化使用，担任办公场所的私人定制助手，

甚至可以充当儿童和老人的伴侣。通过在屏幕或监视器上进行展示，这项技术的

推广成本也将大大降低。

“在过去几十年中，机器人技术已经取得了突飞猛进的发展，并在制造业和

物流业中得到了应用。”塔尔曼教授说道。“如今，全世界的国家都面临着老龄

化的挑战，社交机器人可以用来填补短缺的劳动力，担任儿童和老人在家中的个

人伴侣，甚至能成为医疗服务的平台。”

除了看上去栩栩如生的娜丁之外，南洋理工大学还在研究几款能够进行远程

监控的机器人。埃德加就是该团队的另一创作。虽然埃德加不像娜丁那样具有人

类般的面部特征，但它也在将来的工作场合中也能有用武之地。

无论使用者身处何地，都能对这一类型的远程操控机器人进行操控。使用者

只需要站在特制的网络摄像机前，机器人就能模拟他们的上肢动作。此外，他们

的面部表情也能实时显示在机器人的脸上。

这些下一代机器人将引领我们走入科幻的世界，如在电影《未来战警》中，

布鲁斯·威利斯（Bruce Willis）和罗莎蒙德·派克（Rosumand Pike）每天以

机器人的状态活着，自己则坐在安全的家中，对机器人版本的自己进行操控。

塔尔曼教授补充道：“在过去的四年中，我们南洋理工大学的团队在社交机

器人技术领域展开了跨学科研究，包括机械、计算机科学、语言学、心理学和其

它学科，将虚拟人类从计算机转化成活生生的‘人’，能够进行观察，并和其他

人类互动。”她补充道：“这种机器人就像一个真正的伴侣，永远陪在你身边，

并能感知身边发生的一切。”“所以在将来，这些具有社交能力的机器人将会像

电影《星球大战》中的 C-3PO 机器人一样，懂得语言和礼仪。”（叶子）

88 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016 16. 最像人的机器人，没有之一

2015-5-31 百度百家 作者：陈荣 责编：远洋 评论：

是的，或许军方还有些秘密项目更牛，但就我所了解，今天要介绍的这个机

器人，就是迄今为止，最像人的机器人。

不久前我在外媒上看到时被震撼过，昨天亲眼所见，再一次被震撼。这是

HansonRobotics 昨天在中国全球首发的女机器人索菲亚（Sophie 真是个好名

字）。如果不是透明脑壳和身体里那一堆电子和机械部件，正脸第一眼看过去，

我绝对看不出来她是个机器人。

公司创始人及 CEO 大卫·汉森介绍，Sophie 是第一款准备量产的低价机器

人，脸部皮肤使用了仿生皮肤材料制成，连毛孔都严格按照人类的规格制作出来

了。对了，皮肤我试着捏了捏，真的不是硅胶，摸上去的感觉就像婴儿皮肤一样

嫩滑。最厉害的当然不是皮肤仿真，而是五连拍展示的那样——表情仿真。

Sophie 的脸皮下面设置了 33 个仿真器，能够组合模拟成人类脸上所有表情

所需要的肌肉动作。而且，除了可以通过软件控制模拟人的表情，她的两个眼睛

以及胸前都装有摄像头，能够捕捉周围人的动作和表情，并做出相应的互动。比

如，如果“发现”你正盯着她，Sophie 会转过头，对着你莞尔一笑。

除了面部表情互动，你还能和她进行语言交流，当然，目前她只会讲英语，

不过据说正在和国内的小 i 机器人学说中文，应该快学会了。

汉森说 Sophie 这种仿真机器人现在主要的应用场景是医疗护理和科学研

究，因为情感的交流除了语言，面对面的表情也是传达情绪的重要途径，所以能

够帮助医生和护士培训和练习治疗。

当然，未来，他们的愿景是进一步研发，融合人工智能和深度学习技术之后，

将她升级成为人人可用的家用个人机器人。我问汉森如果太智能化太像人，那么

会不会有比尔·盖茨、埃隆·马斯克他们所担心的毁灭人类的问题。

89 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

汉森的观点是，不否认这个担忧，但我们在一开始就应该让它们学会理解在

这个星球上，什么是人，什么是动物，什么是植物，让它们思考什么东西将会走

向好，什么东西将会走向坏的方面，让它们关心人类的未来，像对待人类而不是

对待机器那样教给它这样一些人性的东西，让它和我们共同建设未来。

17. 以假乱真：日本 3DCG 完美虚拟少女亮相

2015.10.19

3DCG 角色取代现实偶像的日子或许真的不远了，一位日本 3DCG 师将他们正

在进行的虚拟少女项目在推特上放出了效果几张图，在宅男论坛 2ch 引起了热

议。

对于他们团队制作的新角色“Saya”，日本网友纷纷表示基本已经达到以假

乱真的地步，而且造型部分确实做出了日本少女柔软乖巧的特质，兼具湿度柔软

触感的肌肤质感，看了就让人补满 HP。2ch 宅男们惊叹完美的虚拟偶像时代或许

不远了，没有绯闻、不会衰老。

据报道，这个 3DCG 形象是为了一部自制电影的角色需要制作的。

18. 单身福音？性爱机器人不久之后有望推出

2015 年 05 月 26 日 凤凰科技

随着机器人的智能化和人类化，性爱机器人似乎离现实越来越近，甚至有科

学家认为，它们可以用来代孕和治疗性疾病。

对于性爱机器人，科学家们开始越发关注它们得以存在后将起到的作用。临

床专家伊恩•肯纳博士(Dr.IanKerner)谈到，性爱机器人可以用作代孕，为性功

能障碍和创伤人群提供帮助。同时，他也认为性爱机器人适用于那些有诸如恋童

90 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

癖这样非社会主流性爱喜好的人群。正如机器人研究所主管罗恩•阿尔金所说的，

孩童型性爱机器人的制造是必然的。

但同时，也有科学家对性爱机器人的研制持反对态度，他们担忧性爱机器人

会带来预料之外的问题。有科学家认为，25 年内人工智能就会超过人类的智慧，

如何防止人类世界反被机器人统治？这仍需要人们深入思考。 [责任编辑：杨旭]

19. 像人一样进化：科学家为机器人设计自然选择

2015 年 03 月 05 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 5 日消息，据国外媒体报道，达尔文的进化论认为，

生命能够通过一个叫“自然选择”的过程发生进化。在进化的过程中，根据其对

动物的利害关系，特定的特征会在动物中变得越来越普遍或者越来越稀少。

研究人员现在正在机器人中对进化过程进行仿真研究，希望使机器人能够学

习如何完成复杂的任务。

这项研究所涉及的选择过程和自然选择类似，但选择的尺度比自然选择更

大，速度也更快。这使得人工大脑能够选择出多数有益的特征并不断进化。领导

这项研究的是密西根州立大学的计算生物学家克里斯·阿达米博士，研究使用遗

传学的算法对一大群执行某项任务的机器“大脑”进行数学建模。

举个例子，这个任务可以是找出一个迷宫的出口。建模实验的结果显示，任

务完成最出色的机器“大脑”会产生出数量最多的虚拟“后代”，这一结果意味

着最聪明的机器人能够进行“繁殖”。

研究人员让这种对机器“大脑”进行选择的遗传学算法运行了数千代，有时

甚至数十万代，并把“存活”下来的“大脑”下载到机器人上，然后让这些机器

人执行现实世界中的各种任务。

91 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

在这些机器人执行的各种任务中，有一项最为复杂。这项任务要求多个机器

人搞清楚并记住它们走出一个房间的先后顺序。随后科学家命令这些机器人按照

上述顺序，或者是与此相反的顺序，重新进入这个房间。

“这项任务之所以复杂，是因为这些机器人必须要能够识别彼此的身份”，

阿达米博士介绍说。

在运行了这个进行选择的遗传学算法之后，这些机器人似乎解决了这个难

题，它们学会了利用某些动作来告诉其它机器人自己的身份。阿达米博士相信通

过让机器人“大脑”在复杂的世界中进行进化，迫使它们进行互动，是产生出有

自我意识的人工智能的最好方法。

“当机器人需要建模了解其它机器人的‘大脑’时，它们就开始思考‘思考’

这个问题了”，阿达米博士说。

“我们相信这就是意识的肇始。”阿达米博士认为会思考的机器人非常有用，

并且认为人类没有理由害怕机器的崛起。

“当我们的机器人‘出生’的时候，它们的‘大脑’拥有学习的能力，但那

时的‘大脑’中只存储了本能”，他介绍道，“需要花费十年或是二十年自己进

行探索以及训练，这些机器人才能够达到人的智能水平。这和我们人的情况是一

样的。”

他又说道：“此前设计像人一样的人工智能的尝试都失败了，因为我们不知

道我们自己的大脑是如何运行的。”

“但我们知道进化是如何进行的，并且能够加速电脑的进化。”

科学家利用油滴模拟进化过程

2014 年 12 月，科学家第一次在实验室使用油滴成功模拟了进化过程。这项

研究的科学家宣称他们的研究证明了，即使是由化学物质组成的非生物系统，人

类也能让其进行进化。这项发现标志着向创造人工生命又跨出了重要的一步。这

一研究成果也许还能帮助科学家解释在超过 36 亿年前的地球上，第一批生物细

胞是如何诞生的。

92 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

长久以来的观点认为只有生物体才能进行进化，但最近致力于创造人工生命

的研究已经开始对这种观点提出了质疑。

这项油滴进化研究的领导者是李·克罗宁，格拉斯哥大学的皇家化学教授。

他的研究团队让一个机器人把四种化学物质混合，形成微小的油滴。机器人随后

把每个油滴都滴到一个装有水的培养皿里，利用摄像机记录并分析落入培养皿中

一分钟内油滴的三种“健康度”。

机器人接下来会选出“健康度”最高的油滴，对其化学物质的组成比例做极

小的修改，然后重复上述实验。在经过 21 代实验之后，油滴在水相中变得比此

前更加的稳定。

按照克罗宁教授的说法，他们的研究成果成功的模拟出了自然选择，这一达

尔文用于解释进化的过程。(陈彬)

（三）人工智能 20. 2015 年人工智能领域十大事件

2015-12-29 机器之心原创

编者按：过去的 2015 年，人类在前沿科技各个领域取得多个突破。人工智

能的软硬件开源热潮、机器学习技术的进一步发展、无人机市场的逐步成熟、虚

拟现实/增强现实的持续火热、谷歌量子计算机的重大进展等等，下面就来看看

2015 前沿科技的十大标志事件。

1. 人工智能开源热潮

2015 年 11 月，谷歌开源了第二代机器学习平台 Tensor Flow，为用户们提

供一种利用大量数据直接训练计算机完成任务的途径。软件可以和不同方法相结

93 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

合，在不同计算机硬件基础上有效建立并训练模拟「深度学习」神经网络。谷歌

此举旨在将多种神经网络机器学习应用到产品和服务当中。如今，使用该平台的

项目已经超过 600 个。

早在今年一月，Facebook 也公布了一个机器学习的开源项目，他们将一些

基于机器神经网络的产品免费放在了 Torch（一个关注深度学习的开源软件项目）

上，可以用来处理数据，分析信息的共同特征。此后，Facebook 了开源人工智

能硬件服务器 Big Sur。其他巨头在人工智能方面也越发开放，微软将分布式机

器学习工具包(DMTK)通过 Github 开源；IBM 旗下机器学习平台 SystemML 正式开

源，成为 Apache 孵化器下面的一个开源项目。

2. DeepMind 论文震惊世界

当 2013 年 12 月 DeepMind 的团队首次展现他们靠不断试错学习最后成为击

败人类专业玩家的游戏人工智能时，很多专家都感到不可思议。而在 2015 年，

DeepMind 团队现在已经在《自然》杂志上公布了自己的研究成果：Human-level control through deep reinforcement learning—通过深度神经网络与强化学

习等方法的的结合，展现出在一系列复杂任务当中与人类表现相当的算法。

以下视频就是 Demis Hassabis 在 Google Zeitgeistminds 的演讲，其中演

示了他们训练人工智能成为游戏高手。（字幕由机器之心翻译出品。听译：微胖。

时间轴：汪汪。）

3. 人工智能伦理之争加剧

剑桥大学、马斯克先后成立人工智能研究所。12 月初英国剑桥大学新建了

一个研究中心，致力于人工智能未来并旨在影响其道德伦理发展。据了解，一家

名为 Leverhulme 的信托公司将为其提供十年约 1000 万英镑的资助。而到 12 月

中旬，特斯拉和 SpaceX 的 CEO 伊隆·马斯克、Y Combinator 董事长 Sam Altman

等人宣布出资 10 亿美元成立非盈利性人工智能（AI）研究机构 OpenAI。

94 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

DeepMind CEO Hassabis 也透露，霍金曾和他讨论人工智能的情况。而下月，

纽约大学将举行人工智能伦理研讨会，众多互联网巨头及创业公司的人将参与本

次会议。

4. Magic Leap 再融资

神秘的 Magic Leap 在过去一年不断抢占媒体版面。「这是一家野心勃勃的

公司，虽然还没有任何成形的产品，虽然其展示给投资者的只是一堆代码和

Demo」，但一年内完成共计 18 亿美元的融资后。不妨再来看看他们的演示视频：

为了让用户看到现实中不存在的物体和现实世界融合在一起的图像并与其

交互。 Magic Leap 需要实现感知现实似乎节并通过头戴式显示器以呈现虚拟的

影像 (Display) 。不过 Magic Leap 还是留下了太多疑问，比如要计算 4 维光场，

计算量惊人，如何解决芯片问题？又比如如果没有操作系统支持 Magic Leap，

怎样实现「世界就是你的新桌面」的愿景？以及除了最最最严重的电池问题。

Magic Leap 在 2015 年留给世界太多的问号，我们真心希望能在新的一年找

到答案。

5. 《科学》杂志论文展示机器学习新方法

「仅从一个例子就形成概念」的能力对人来说很容易。然而，尽管人工智能

近年来取得了长足的进步，但要让机器做到这一点，却难于上青天，因为目前的

人工智能通常需要从大量的数据中进行学习，你得让它看成千上万张菠萝的图片

才行。不过，这个事实或许从今年开始改变了。一篇人工智能论文今年登上了《科

学》杂志的封面，为人们带来了人工智能领域的一个重大突破：三名分别来自麻

省理工学院、纽约大学和多伦多大学的研究者开发了一个「只看一眼就会写字」

的计算机系统。

三位研究者采用的方法是「贝叶斯程序学习」（BPL，Bayesian Program

Learning），能让计算机系统对人类认知进行很好的模拟。传统的机器学习方法

95 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

需要大量的数据来训练，而这种方法只需要一个粗略的模型，然后使用推理算法

来分析案例，补充模型的细节。

剑桥大学的信息工程教授 Zoubin Ghahramani 说：「我认为这对人工智能、

认知科学和机器学习是一个重大的贡献。」多伦多大学和谷歌的人工智能先驱

Geoffrey Hinton 说这个研究「令人印象非常深刻」。

6. 无人机逐渐成熟

在 2014 年媒体一直都在宣传无人机在各行各业无所不能的能力，从在野外

为车辆导航到解决地球上的饥荒，无人机的身影无处不在。事实上，如今我们只

是刚刚看到美国联邦航空局开始为无人机的商业行为网开一面，开始着手制定法

规。目前已经有超过 2500 架商用无人机获取了美国联邦航空局的准飞许可，与

去年的宣传形成鲜明对比的是在媒体口中无人机从「很酷的玩意儿」变成了「头

疼的玩意儿」。

2015 年的无人机市场正进入爆发的前期：创业公司不断涌现、市场领跑者

不断攻城略地、包括亚马逊、谷歌在内的互联网巨头从不同维度进入市场、大量

消费级无人机上架售卖以及美国联邦航空管理局启动的无人机注册规定.....从

政府、企业再到消费者，无人机的影响越来越大，我们也有理由相信接下来的一

年会有更多突破。

7. 沃森的职业发展规划

IBM 的沃森正在快速成长中，过去一年「他」先后在五星级酒店的后厨、律

师事务所及大型医院服役，能够自己创作菜谱，分析法律文本，以及诊断肿瘤等。

此外，沃森还变身体育教练、仿生学家、反恐专家等。

与此同时，依托其强大的认知计算能力，沃森还成为诸多创业公司的好「基

友」。IBM 推出了一个基于云端的平台 Bluemix 给开发者使用沃森创造新的「智

能」应用的机会。去年 1 月份，IBM 投入了 10 亿美元资金用于进一步研发沃森

包括 1 亿美元用于迅速启动认知应用生态系统。目前，沃森生态系统包括 350 家

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公司，77000 名开发人员，他们正在设计并构建 IBM 所谓的「基于云计算的认知

计算应用」，范围从医疗工业到金融服务和零售业。12 月份，沃森物联网全球

总部在慕尼黑开张，同时开放一些强大的包括语音识别、机器学习、预测和分析

服务、视频和图像识别服务以及非结构化文本数据分析服务在内的 API，通过开

放化的人工智能技术进军物联网。

8. NIPS2015 召开

今年的参会人数接近 4000，创下了 NIPS 举办以来的注册人数之最。其中，

注册大会基调报告的人数为 2584 人，比去年激增 100%。大会总共收录了 403 篇

论文，其中深度学习课题约占 11%。

本次大会也体现出了深度学习的几大发展趋势，例如，神经网络框架变得越

来越复杂而精密，且逐渐从单一框架变成基于多种神经科学技术的混合和匹配；

大部分最先进的系统都将 LSTMs；注意力模型越来越成为研究的主流；在深度学

习的帮助下，计算机视觉和自然语言处理之间不再割裂，变得更加融合；神经网

络模型压缩的展示则令人看到在移动设备上进行神经网络模型训练的可能性；深

度学习和强化学习的交叉将产生更多令人兴奋的成果。

9. 谷歌量子计算机的「重大进步」

人工智能的发展离不开高性能计算尤其是量子计算机研究突破，谷歌在量子

计算机研究领域取得重要进展。谷歌在一篇论文中指出：「在一个特定的、精心

设计的概念证明问题上，我们比传统计算机的运行速度快 1 亿倍。」

据了解，2013 年，谷歌从加拿大本拿比的 D-Wave 公司购买了一台量子计算

机。D-Wave 是唯一一家销售此类设备的公司，他们的产品在学术界饱受争议。

此前他们曾声称自己的计算速度更快，但遭到了质疑。现在，谷歌发布了 D-Wave

迄今为止最强大的结果，显示出 1 亿倍的速度提升。

不过，该论文的结果受到诸多质疑。瑞士苏黎世联邦理工学院的 Matthias

Troyer 说:「你需要仔细读一读文章，」「它只是在某些特定的问题上比某些特

97 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

定的传统算法快 108 倍，而这些问题的设计初衷就是对普通算法很难，对 D-Wave

很简单。」Matthias Troyer 进一步指出，对模拟退火算法进行一下改进，就能

把 D-Wave 的优势降到 100 倍，而另一些更加复杂的算法在普通 PC 上运行时甚至

能比 D-Wave 更快。麻省理工学院的 Scott Aaronson 说：「这肯定是迄今为止对

D-Wave 的能力最令人印象深刻的证明。但是，D-Wave 是否真能取得我所认为的

『真正的量子提速』，目前还完全不清楚。」

10. 微软亚洲研究院的 152 层「深度残差网络」获得 2015ImageNet 冠军

过去几年，神经网络的复兴让图像和语音识别等技术的精度实现了大幅度飞

跃。而在 2015 ImageNet 计算机视觉识别挑战赛上，微软亚洲研究院以 152 层「深

层残差网络（deep residual networks）」系统，获得图像分类、图像定位以及

图像检测全部三个主要项目的冠军，其视觉计算组的系统错误率已经低至 3.57%，

远远低于去年的 6.6%。

残差学习最重要的突破在于重构了学习的过程，并重新定向了深层神经网络

中的信息流。它很好地解决了此前深层神经网络层级与准确度之间的矛盾。孙剑

表示，从我们极深的深层神经网络中可以看出，「深层残差网络」力量强大且极

为通用，可以预见它还能极大地改善其它计算机视觉问题。

21. 2015 人工智能重大突破

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今年在人工智能和机器学习领域取得的进展令人印象深刻。这些领域中受到

认可的进展一年比一年多，但我们仍然能够赶上这速度。如今这些工作的大部分

都建立在年初其他团队的成果之上，大多数其他领域与此不同，它们之间的引用

跨越了几十年。

98 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

要写一篇这个领域广泛发展的总结，几乎不可避免地会导致大量的拟人描

述，这篇总结确实如此。使用这些比喻仅仅是为了方便为谈论这些功能。要记住

的一点是，即使许多这些功能听起来可以思考样，但是它们通常与人类认知工作

原理不尽相同。目前的系统只能完成功能性的、机械式的任务，系统不具有思考

的能力，尽管这种情况在逐步减少，但由于不能独立思考，系统能做的事情仍旧

很有限。敬告：在阅读这篇文章时，这些功能可能会从天方夜谭到平淡无奇。

2015 年人工智能重大的突破分为 5 类：跨环境抽象（abstracting across environments），直觉概念理解（intuitive concept understanding），创造

性抽象思维（creative abstract thought），虚构画面（dreaming up visions），

和灵巧精细动作技能（dexterous fine motor skills）。我会突出讲述一些重

要的事件，它们推动了今年人工智能的发展。

跨环境抽象（Abstracting Across Environments）

人工智能领域的一个长期目标是实现人工通用智能，一个单一的学习程序可

以同时在完全不同的领域进行学习和行动，可以转换一些学习到的技巧和知识，

比如学会做饼干，并将这种技巧用在做布朗尼蛋糕上，甚至比以前做的更出色。

在这种通用领域取得显著进展的是 Parisotto、Ba 和 Salakhutdinov。他们在

DeepMind 上建立了开创性的 DQN，论文发表在今年的早些时候的《自然》杂志上，

它可以学习玩很多不同的雅达利游戏，并且玩的还不错。

这个团队并没有在每个游戏上使用全新的网络，而是将深度多任务强化学习

与深度迁移学习结合，这样可以在不同类型的游戏上使用同样的深度神经网络。

这不仅仅会使得单个实例可以成功地在多个不同游戏中使用，而且还能更好更快

地学习新游戏，因为它记得其他游戏的一些模式。比如，它可以更快地学习新的

网球游戏，因为它在玩乒乓球的时候已经形成了这样的概念——用球拍击球是有

意义的抽象。这还不算是通用智能，但是它是达到通用智能的一块垫脚石。

不同模式推理是今年的又一大亮点。艾伦人工智能研究所和华盛顿大学一直

致力于研究测试对话 AI，经过多年的研究，已经从四年级水平测试提升到了八

99 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

年级水平测试，今年他们宣布已经开发出一套系统可以解决美国高考中的几何学

部分的问题。这些几何测试包括图表组合（combinations of diagrams），补充

信息（supplemental information）和词语问题（word problems）。在更小范

围的 AI 中，这些不同的形式将典型地分别分析，基本上根据不同的环境。这套

系统结合了计算机视觉和自然语言处理，将它们内嵌在同样的结构化形式体系

中，然后应用集合推理来回答选择题，它的表现可以与美国高二年级学生平均水

平媲美。

直觉概念理解（Intuitive Concept Understanding）

在过去的几年里，深度学习产生了一种更为通用的多模式概念方法：亚符号

知识（Subsymbolic knowledge ）和推理（reasoning）可以隐式地被系统理解，

而不需要明确的编程甚至明确的表示。今年，对于我们人类可以涉及到的概念的

亚符号理解的研究已经取得了相当好的进展。这一进展有助于研究古老符号的来

源——这些符号或文字的意思如何形成。这种日益流行用来解决这一问题的方式

使用了联合嵌入方法（joint embeddings ）——深度分布式表示，同一概念上

的不同形式或看法，非常紧凑地放置在一个高维度的向量空间中。

去年，这项技术被运用到了例如自动撰写图片标题这些功能上，而今年，来

自斯坦福大学和特拉维夫大学的团队将这一基本思想沿用到了联合嵌入图像和

三维形状上，以桥接计算机视觉和图形。Rajendran 等人则使用联合嵌入，以不

同方式和不同语言，一次性支持多种有意义相关映射的聚集。随着这些嵌入变得

更加复杂和详细，它们就可以成为更多复杂人工智能广为使用的技术。

Ramanathan 等人已经利用它们创建了一个系统，可以从一组相片和字典的不同

行为类型中学习有意义的关系模式。

随着单一系统做的事情越来越多，以及将深度学习作为基础，数据特征和所

学概念之间的界限将会消失。这种深度特征实现的另一个例子是，来自康奈尔和

WUStL 的团队，使用一种降维的深度网络权重形成卷积特征表面，可以简单地在

100 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

该表面滑动，从而自动地、真实地对照片的某一方面做有意义的改动，例如，改

变人物的面部表情或者年龄或者为照片着色。

深度学习技术的一个障碍是，它们需要大量的训练数据来产生良好的结果。

相反，人类往往能够从单个例子学习。Salakhutdinov、Tenenbaum 和 Lake 已经

克服了这个困难，他们使用了一项技术叫做从单实例中使用贝叶斯程序归纳法进

行人类层次的概念学习（human-level concept learning through Bayesian program induction from a single example）。该系统然后能够绘制符号的变

化形式，而且与人类绘制出来的难以区分。

创造性抽象思维（Creative Abstract Thought）

除了了解简单的概念，深度学习还要把握因果结构的各个方面——理解想法

是如何相互配合来引导事件发生或是以时间为主线讲述一个故事——并能够基

于这些理解创建事物。基于来自于 DeepMind 神经图灵机和 Facebook 记忆网络的

基本思想，深度学习和新记忆架构的结合在这个方向会大有前途。这些结构为深

度神经网络中的每个节点提供了记忆的简单接口。

Kumar 和 Socher 的动态记忆网络改进了原有的记忆网络，能够更好地支持

关注（attention）和序列理解。与原来的网络一样，该系统可以阅读故事，并

回答关于故事的问题，隐式地学习 20 种推理，比如演绎，归纳，时间推理，以

及路径寻找。从来没有对任何这种推理进行编程。Weston 等人最近开发的端到

101 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

端记忆网络加入了每个输出符号多计算跳跃的能力，扩展了建模能力和表达能

力，可以捕获乱序的，长依赖性，以及无序集的事物，进一步提高了这种任务的

精确性。

程序本身当然也是数据，它们当然会使用复杂的因果关系，结构，语法，类

序列化性质，所以编程在这种方式上已经成熟。去年，神经图灵机使得深度学习

编程成为可能。今年，Grefenstette 等人展示了程序如何被转换或者从样本输

出中获得产出，比神经图灵机的效率高了许多，它使用的是一种新类型的基于记

忆的递归神经网络（RNNs），节点只需访问不同的数据结构，比如堆栈和队列。

DeepMind 的 Read 和 de Freitas 最近也展示了他们的神经程序员解释器如何表

示可以控制高层次和特定领域功能的低层次程序。

另一个精通理解上下文时间，并用此创建新产品的例子是，今年开发的一个

尚未成熟但具有创意的视频摘要功能。首尔国立大学的 Park 和 Kim 开发了一种

新架构，称为连贯递归卷积网络（coherent recurrent convolutional network），

将它用来从图像序列中生成新的流动的文本故事。

另一个包括抽象思维中因果关系理解，假设和创造性的重要形式是科学假

设。塔夫茨大学的一个团队将遗传算法和遗传途径模拟结合开发了一套系统，它

是第一个发现科学理论的人工智能系统，它发现为什么扁形虫身体能够如此容易

地再生。在短短几天内它就发现了科学家一个世纪都没能发现的理论。这给那些

询问“我们为什么想要让 AI 首先要有求知欲”的人一个响亮的回答。

虚构画面（Dreaming Up Visions）

102 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

今年 AI 并不止停留在编写程序，游记，科学理论上。现在有些 AI 已经能够

进行想象了，或者使用技术术语，产生幻觉（hallucinate），同时也是意义深

远的比喻。深度学习不仅擅长模式识别，而且还擅长模式理解，因此创建新模式

也很在行。

来自麻省理工和微软研究院的一支团队开发了一套深度卷积反图像网络

（deep convolution inverse graphic network），它有一种特殊训练的技术，

可以让图形代码层的神经元分化成图像中有意义的转变。这么做，他们用深度学

习构建一个图形引擎，可以用新二维图像来理解三维图像，可以以真实照片的角

度想象，如果改变拍摄角度或光照诸如此类的因素，图像会是什么样。

来自纽约大学和 Facebook 的一支团队设计了一种方法从其他图像中它看过

的有意义的合理的元素来生成逼真的新图像。使用金字塔形对抗网络——其中一

些试图产生逼真的图像，而其他的来评判这些图像的逼真度——他们的系统在想

象新图像方面做的越来越好。虽然网上的例子清晰度相当低，但是在离线的时候

我看到了十分相关的高清晰度的结构。

此外，2015 年这方面重大的事件还有，基于简短英文描述的图像进行深度

想象全新影像的能力。虽然场景渲染有象征意义，一些反对的声音存在很久了，

今年已经见证了纯神经网络系统使用非确切编程的方式来做这些。多伦多大学的

团队将关注机制（attention mechanisms ）运用于图像生成，基于描述的各个

成分的意思，处理每次请求的 attention 不同。所以，机器人现在可以梦到电动

羊了。

今年，甚至在新动画短片中的计算机想象力方面也取得了令人印象深刻的进

展。美国密歇根大学的团队创建了一个深度类推系统（deep analogy system），

可以识别范例中复杂的隐含关系，并且能够将这种关系当成查询案例的可生性转

变。他们在许多合成应用上用到了这个系统，但是最令人印象深刻的要属这个案

例（下面视频中 10:10-11:00 的时间段），基于一张从未见过目标角色的单个静

103 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

止的图像，和不同角度的不同角色的对比视频短片，生成了一个全新的动画角色

视频短片。

这里使用图像生成是为了便于演示，他们开发的计算想象技术可以运用于各

种领域和模式。比如用于声音或音乐方面。

敏捷和灵巧精细动作技能（Agile and Dexterous Fine Motor Skills）

今年 AI 进展并不局限于电脑屏幕。

今年的早些时候，一支德国的灵长类学团队记录下了灵长类手部动作与对应

的神经活动情况，然后他们可以基于脑部活动来预测会做出什么细微动作。他们

同样可以教机器手臂这些细微动作技能，旨在设计神经增强的假肢。

在今年年中，一支来自加州大学伯克利分校的团队宣布了一种更为通用简便

的教机器人细微动作技巧的方法。他们采用了基于深度强化学习的引导策略搜

索，让机器人能够开瓶盖，用锤子背部去除木材上的钉子，以及其他日常行为。

这种行为对人类来说微不足道，但对于机器来说非常困难，这支团队的系统执行

这类任务的灵巧度和速度可以与人类媲美。它实际上是通过手眼协调，经过几次

尝试后通过练习，改善手法来完成这些任务。

回顾 2015

这绝不是今年 AI 和机器学习（ML）领域卓著功勋的完整列表。今年也有许

多更基础的发现和发展，包括我认为比上面所列更有革命性的发展。但这些还处

于发展初期，所以不在此文所选范围内。

今年无疑产生了一些令人印象深刻的进展。但是我们希望在 2016 年能够看

到更多。来年，我希望看到更根本的深度架构，符号和亚符号更好地整合，一些

很棒的对话系统，最终称霸围棋游戏的 AI，深度学习被用于更精细机器人规划

和电机控制，高品质视频摘要，和更富有创造性和更高分辨率的虚构图像，这都

是其中一瞥。更让人兴奋的还将会是我们意料之外的发展。

104 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016 22. 人工智能的崛起：智商测试得分超过四岁儿童

2015 年 10 月 31 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 10 月 31 日消息，如果你本来就担心自己的工作有一

天会被机器人取而代之，那么下面这则来自麻省理工学院的最新消息可能会让你

更加惶恐。

研究人员最近对一个名叫 ConceptNet 的人工智能系统进行了测评。在一项

为检测儿童智商而设计的测试中，ConceptNet 的得分超过了一名智商正常的四

岁儿童。

该测试共包含五项与词语推理和词汇有关的测验，ConceptNet 的总得分为

69 分，与之进行对比的学龄前儿童得分则为 50 分。并且专家认为，该系统的智

能程度还会进一步加强。

ConceptNet 是一项由麻省理工学院常识计算计划团队(MIT Common Sense

Computing Initiative)管理的开源项目。该团队研发的 ConceptNet 4 运用了所

谓的“关系”这一概念。例如，当让该系统解释什么是“小鹿”时，它会明白“小

鹿是一种鹿”，而不是”鹿是一种小鹿“。也就是说，它能够理解这种动物的概

念，以及“小鹿”和“鹿”这两个词汇和概念之间的关系。同时，该系统还可以

使用所谓的“对立标记”表示负相关关系，比如“企鹅不会飞”等。

研究人员让 ConceptNet 4 参与了“韦克斯勒学龄前儿童智力量表”测试

(WPPSI-III)，并将研究结果发表在论文《Measuring an Artificial

Intelligence System's Performance on a Verbal IQ Test For Young Children》

上。WPPSI-III 测试包含 14 项测验项目，以及一份针对操作智商和言语智商的

完整评估表。

操作智商测验通常会要求受测人完成绘画、解谜、记忆等任务。言语智商测

验则会考察儿童的词语推理、词汇及理解能力。每种智商得分的平均分都为 100

分。本次研究则主要针对言语智商进行测试。

105 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

在测试过程中，试题会通过语言处理工具转换成 ConceptNet 4 能够理解的

语言，如“我们为什么要握手？”、“我们为什么要在夏天戴太阳镜？”和“为

什么将刀子放入嘴中是不好的行为？”等等。

该研究由芝加哥大学的斯特兰?奥尔森(Stellan Ohlsson)带领。在对单项测

试计分时，研究人员先使用每道题目得分最高的答案计分，然后再使用每道题目

得分最高的前五个答案中最好的答案计分。他们将前者称为“严格计分”，后者

称为“放松计分”。

在“信息”测试中，ConceptNet 得到了 20 分，而同时参加测试的四岁儿童

通过转换后的得分为 10 分。这名儿童在词语推理和理解上得分更高，均为 7 分，

而 ConceptNet 在这两项上的得分分别为 2 和 3 分。此外，ConceptNet 表现出了

更丰富的词汇量，词汇得分为 20 分，而儿童得分为 13 分。

“ConceptNet 系统的得分与四岁儿童相仿，但低于五至七岁儿童的平均得

分，”研究人员解释道，“该系统在每个单项中得分差异很大，说明还有改进的

空间。在所有测试中，‘理解’是最关乎人类常识的测试项目。得分差异大、常

识方面表现一般，这说明 ConceptNet 尚不具有四岁儿童的语言能力。但本次研

究说明，儿童智商测试可以为人工智能系统的评估和比较提供一种客观的度量手

段。”

“此外，许多由 ConceptNet 给出的错误答案和儿童给出的错误答案不仅相

去甚远，而且违反常识。”

例如，在关于“狮子”的词语推理测验中，该 AI 系统和首测儿童被给予三

条线索——“雄性长着鬃毛”，“该动物生活在非洲”，以及“它是一种体型很

大的棕黄色猫科动物”。

由 ConceptNet 给出的排名前五的答案按顺序排列为：狗，农场，生物，家

庭，猫。

研究团队解释道，“生物”和“猫”尚且还能与“狮子”沾边，但其它的答

案就明显有悖于常识了。

106 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

“按照常识，受测者应该至少能将答案限制在动物的范围内，同时能做出简

单的推理：“既然线索说它是猫科动物，那只有猫科动物能够被列入考虑范围。”

该论文被发表在期刊《arXiv》上，共同作者包括罗伯特?斯隆(Robert

Sloan)、捷尔吉?图兰(Gy?rgy Turán)和阿隆?尤拉斯基(Aaron Urasky)。

测试方法

研究人员让 ConceptNet 4 参与了“韦克斯勒学龄前儿童智力量表”测试

(WPPSI-III)，并将研究结果发表在论文《Measuring an Artificial

Intelligence System's Performance on a Verbal IQ Test For Young Children》

上。WPPSI-III 测试包含 14 项测验项目，以及一份针对操作智商和言语智商的

完整评估表。

操作智商测验通常会要求受测人完成绘画、解谜、记忆等任务。言语智商测

验则会考察儿童的词语推理、词汇及理解能力。每种智商得分的平均分都为 100

分。本次研究则主要针对言语智商进行测试。

在测试过程中，试题会通过语言处理工具转换成 ConceptNet 4 能够理解的

语言，如“我们为什么要握手？”、“我们为什么要在夏天戴太阳镜？”和“为

什么将刀子放入嘴中是不好的行为？”等等。

该研究由芝加哥大学的斯特兰?奥尔森(Stellan Ohlsson)带领。在对单项测

试计分时，研究人员先使用每道题目得分最高的答案计分，然后再使用每道题目

得分最高的前五个答案中最好的答案计分。他们将前者称为“严格计分”，后者

称为“放松计分”。

什么是 ConceptNet

ConceptNet 是一项由麻省理工学院常识计算计划团队(MIT Common Sense

Computing Initiative)管理的开源项目。该团队研发的 ConceptNet 4 运用了所

谓的“关系”这一概念。

107 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

例如，当让该系统解释什么是“小鹿”时，它会明白“小鹿是一种鹿”，而

不是”鹿是一种小鹿“。也就是说，它能够理解这种动物的概念，以及“小鹿”

和“鹿”这两个词汇和概念之间的关系。

同时，该系统还可以使用所谓的“对立标记”表示负相关关系，比如“企鹅

不会飞”等。(叶子)

23. 人工智能或将取代人类直觉：数据背后隐藏规律

2015 年 10 月 20 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 10 月 20 日消息，据国外媒体报道，研究人员认为，

电脑不久便会在很多领域取代人类直觉。麻省理工学院研发了一项新系统，而该

系统在几次竞赛中表现得比最聪明的人还要出色。

麻省理工学院的研究人员设计了一款大数据分析系统。该系统的目的是，在

寻找数据背后隐藏的规律时，可以起到替代人类直觉的作用。

该系统名为“数据科学机”(Data Science Machine)，和人类选手一起参加

了三次数据科学竞赛，并且在三次竞赛中都获得了出色的成绩。在这三次竞赛中，

数据科学机的预测准确率分别为最终获胜者的 94%、96%和 87%，在共 906 支参赛

队伍中，这一成绩超过了 615 支队伍。

“我们将数据科学机视作对人类智慧的天然补充，”麦克斯·坎特(Max Kanter)

说道。正是他的硕士论文为该机器提供了理论基础。

“有太多太多的数据需要进行分析，但目前并没有得到我们的充分利用。因

此，我们或许应当找出某种解决方案，就算实际解决不了什么问题，至少也能让

我们行动起来。

108 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

数据科学机能够以“非人”的速度完成其预测计算，每次提交答案所需时间

仅为 2 小时到 12 小时之间，而人类参赛队伍则需要工作数月时间，才能完成相

应的计算。

卡尔安·维拉马沙纳尼(Kalyan Veeramachaneni)是坎特的论文导师及麻省

理工学院计算机科学与人工智能实验室的一名研究科学家，他和坎特共同参与了

这项研究。

在选择具有某种特征的数据进行分析时，往往要用到人类的直觉。而这两名

研究人员的研究结果便是，让机器来做这个决定，即扮演起人类直觉的角色。“在

为工业解决了大量数据科学问题之后，我们从自身经验中观察发现，这其中有着

至关重要的一步，叫做特征工程。”

数据科学机运用多种指标，寻找数据库中、数据结构关系间的相关性，该机

器可以利用这些指标在数据库中进行部署工作，并找到这些数字的平均数。在这

一过程中，该机器还会寻找分类数据，即处在某一范围之内的数据，例如一周之

中的某几天等。

通过与麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的其他研究人员

的合作，维拉马沙纳尼成功地将机器学习技术运用于解决实际问题之中，例如，

预测有哪些学生会翘掉在线课程。

他表示，制造数据特征是该过程中极其重要的一步。“首先你得确定需要从

数据库中提取出哪些变量，而为此你可能会有许多不同的想法。”

“数据科学机本身就是一项令人难以置信的伟大项目，因为它成功地将尖端

研究成功运用到解决实际问题中去，提供了一种全新的看待该问题的方式。”哈

佛大学的一名计算机科学教授马戈·塞尔策(Margo Seltzer)说道。

“我认为，他们所做的一切很快就会变成行业标准。”(叶子)

109 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016 24. 人工智能终于能像人类一样学习

2015 年 12 月 12 日 新浪科技 作者：汪汪

今天，《科学》杂志封面刊登了一篇重磅研究：人工智能终于能像人类一样

学习，并通过了图灵测试。

这个人工智能像你一样学习写字

假设你从来没有见过菠萝。有一天，有人送了你一个菠萝。尽管你这辈子只

见过这一个菠萝，但你只用一眼就看出了菠萝的特征。第二天，你去水果店，很

快就能从一堆苹果、葡萄、柚子中认出菠萝来。你甚至还能在纸上画出菠萝的简

笔画。

这种‘仅从一个例子就形成概念’的能力对人来说很容易。然而，尽管人工

智能近年来取得了长足的进步，但要让机器做到这一点，却难于上青天，因为目

前的人工智能通常需要从大量的数据中进行学习，你得让它看成千上万张菠萝的

图片才行。

不过，这个事实或许从今天开始改变了。今天，一篇人工智能论文登上了《科

学》杂志的封面，为人们带来了人工智能领域的一个重大突破：三名分别来自麻

省理工学院、纽约大学和多伦多大学的研究者开发了一个‘只看一眼就会写字’

的计算机系统。（论文 Human-level concept learning through probabilistic program induction 见文末，或回复 12 可下载 pdf 格式。）

110 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

《科学》杂志封面

只需向这个系统展示一个来自陌生文字系统的字符，它就能很快学到精髓，

像人一样写出来，甚至还能写出其他类似的文字——更有甚者，它还通过了图灵

测试。下面就是机器和人写出的字符。你猜哪些是机器写出来的？傻傻分不清了

吧？

机器的作品是 1，2；2，1；1，1

这三名研究者分别是纽约大学数据科学中心的 Brenden Lake，多伦多大学

计算机科学与统计学系的 Ruslan Salakhutdinov 和麻省理工学院大脑与认知科

学系的 Joshua Tenenbaum。他们创造的 AI 系统能够迅速学会写陌生的文字，从

某种意义上说明它领悟到了字符的本质特征（也就是字符的整体结构），同时还

能识别出非本质特征（也就是那些因书写造成的轻微变异）。

111 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

三名研究者从左到右分别是：Ruslan Salakhutdinov， Brenden Lake 和

Joshua B。 Tenenbaum。图/Alain Decarie/The New York Times

人类的概念具有极大的弹性，因此，尽管许多概念的边界十分模糊，但我们

依然能进行明确的分类。这三位研究者声称，他们的系统就抓住了这种弹性。该

系统能模仿人类的一个特殊天赋——从少量案例中学习新概念。它所根植的计算

结构叫做概率程序（probabilistic program），还可能有助于对人类获得复杂

概念的过程进行建模。

Joshua B。 Tenenbaum 是麻省理工学院大脑与认知科学系的教授，他说：

‘目前的人工智能领域大都聚焦在对模式进行分类。但是，这种类型的智能所缺

少的不是分类或识别的能力，而是思考。所以，尽管我们研究的只是手写字符，

但依然大言不惭地使用“概念”这种词。因为我们能用字符来研究更加丰富和复

杂的概念。我们能理解字符的来历和构件，也能理解如何用不同的方式来使用字

符，并造出新的字符来。’

通过‘图灵测试’

112 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

这篇论文的第一作者 Brenden Lake 曾在 Tenenbaum 的团队中获得认知科学

博士学位，如今他是纽约大学的博士后。根据 Lake 的介绍，他们在论文中分析

了三个核心原则。这些原则都很通用，既可以用在字符上，也可以用在其他的概

念上：

组合性（compositionality）：表征是由更简单的基元构建而成。

因果性（causality）：模型表征了字符生成的抽象因果结构。

学会学习（learning to learn）：过去的概念知识有助于学习新的概念。

研究者对这个 AI 系统进行了几项测试。

测试 1：研究者向它展示了它从未见过的书写系统（例如藏文）中的一个字

符例子，并让它写出同样的字符。这里并不是让它复制出完全相同的字符，而是

让它写出 9 个不同的变体，就像人每次手写的笔迹都不相同一样。例如，在看了

一个藏文字符之后，算法挑选出该字符用不同的笔迹写出来的例子，识别出组成

字符的笔画，并重画出来。

测试 2：研究者向系统展示了一个陌生书写系统中的几个不同的字符，并让

它创造出一些相似的字符。

测试 3：研究者让它在一个假定的书写系统中创造出全新的字符。

与此同时，人类被试也被要求做同样的事情。最后，研究者要求一组人类裁

判（来自亚马逊土耳其机器人，Amazon Mechanical Turk）分辨出哪些字符是机

器写的，哪些是人类写的。结果，裁判的正确率仅为 52%，和随机的结果差不多。

于是，机器通过了所谓的视觉图灵测试。

113 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

红圈标出的是机器的作品

传统的机器学习系统（比如手机上的语音识别算法）在某些分类任务上的表

现很好，但它们首先需要大量的数据集来进行训练。相比之下，人类只需要少量

的例子就能抓住某个概念的精髓。这种‘一次性学习’正是研究者希望他们的系

统能模拟的能力。

学会如何学习

三位研究者采用的方法是‘贝叶斯程序学习’（BPL，Bayesian Program

Learning），能让计算机系统对人类认知进行很好的模拟。传统的机器学习方法

需要大量的数据来训练，而这种方法只需要一个粗略的模型，然后使用推理算法

来分析案例，补充模型的细节。

114 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

在这篇论文中，研究者的模型只规定了字符由笔画组成，笔画由抬高笔触来

区分，而笔画又由更小的子笔画组成，子笔画用笔尖速度为零的点来区分。

有了这个初始模型之后，研究者向 AI 展现了人类手写文字的方式，包括笔

画顺序等，让系统学习连续的笔画和子笔画之间的统计关系，以及单个笔画所能

容忍的变异程度。这个系统从未在它所分析的书写系统上进行过任何训练，它只

是推理出了人类写字的一般规律。

Tenenbaum 说：‘每个星期，我们似乎都能读到机器在人脸识别、语音识别

方面与人类旗鼓相当的新闻。但是，对我这种研究心智的科学家来说，机器学习

和人类学习之间的鸿沟是巨大的。我们希望弥合这个鸿沟，这是我们的长期目

标。’

各方评价

剑桥大学的信息工程教授 Zoubin Ghahramani 说：‘我认为这对人工智能、

认知科学和机器学习是一个重大的贡献。深度学习目前已取得了重要的成功，这

篇论文非常清醒地表明了深度学习的局限性，因为深度学习需要大量的数据，并

115 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

且在这篇论文所描述的任务上表现很差。这篇论文也展现了实现类人机器学习的

重要方法。’

也有一些人对‘人工智能超越人脑’这种说法持谨慎态度。艾伦人工智能研

究所的 Oren Etzioni 说：‘我对“超人的表现”这种说法非常谨慎。当然，这

个算法确实超过一般人的表现，除了达斯汀•霍夫曼。’（指霍夫曼主演的《雨

人》电影。）

与深度学习优势互补

多伦多大学和谷歌的人工智能先驱 Geoffrey Hinton 说这个研究‘令人印象

非常深刻’。他说，这个模型能通过视觉图灵测试，这很重要，‘是一个不错的

成就。’Hinton 是深度学习的奠基者。深度学习近年来取得了举世瞩目的成就，

被广泛应用在许多领域，例如语音翻译、图像识别等，还用在谷歌的图像搜索和

Facebook 的人脸识别上，获得了巨量的数据以供学习。

然而，这篇新论文说‘贝叶斯程序学习’在某些方面比深度学习的表现更好。

三位作者和 Hinton 都礼貌地表明，这两种方法在不同的任务上各领风骚，假如

能彼此借鉴，一定能互相弥补。如果能建出一个混血系统，说不定能有更大的提

升。在数据量巨大但较混乱的情况下，深度学习能发挥优势；而在数据量少而清

晰的情况下，贝叶斯学习占领上风。

Hinton 说，这篇论文最令人兴奋的成果或许是能让那些宣称智能计算机系

统的学习方式与人类完全不同的批评者闭嘴，因为他们的主要论据正是计算机不

能从单个例子中形成概念。

未来

在未来，这种机器学习的技术能够完成很多任务，例如读懂手语、提升语音

识别软件的性能等。运用这种方法，或许只用向计算机展示一张人脸照片，它就

能从任何角度识别出这个人。它甚至有可能用来制定军事行动计划。

116 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

当然，尽管这个成果很重要，但它对人工智能领域来说只是一个小小的起点，

不代表未来的机器学习都必须采用这种方法。正如它颠覆了‘计算机如何理解概

念’这个课题一样，在这个日新月异的领域中，极有可能下个月就出现一种新方

法，将它甩在后面飞扬的尘土中。

25. 日本将投巨资扶持人工智能研究 或代替人类工作

2015 年 08 月 28 日 中国新闻网

据日媒报道，日本文部科学省将积极推进使电脑像人类一样思考学习的“人

工智能”(AI)研究，为广泛支援研究机构和大学的人工智能研究，将在 2016 年

度日本政府预算要求中计入 100 亿日元(约合人民币 5.4 亿元)相关预算。

日媒称，随着 IT 技术的急速发展及被称为“大数据”的大量信息处理能力

的提升等，近年来人工智能有着长足进步。催生新兴产业的全球竞争趋于白热化，

计入预算旨在扩大研究基础。

目前，日本以埼玉县和光市的理化学研究所作为人工智能研究的基地，将向

国内外研究人员征集研究课题。除基础研究外，还有看护理型机器人、农业应用

及防盗监控系统提升等旨在成果转化的研究计划。日本欲长期提供研究支援，带

动人才培养。

据悉，相关研究项目包括为护理型机器人安装人工智能程序，观察独居老人

的健康状态实现更为舒适的看护。另有在农地上通过图像识别自动判断需要进行

耕作的地点及可能收获的农作物，力争设计出以此为基础的农用器械。能自动行

驶的汽车也在设想范围之列。

此外，若能开发出可通过设在机场和车站的监控探头自动分辨有可疑行为人

物的系统，预计将有高需求，甚至可远销国外。

117 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

据了解，在人工智能方面，美国 IT 巨头谷歌、社交网站“脸谱”(Facebook)、

IBM 及微软等公司正投入大量资金加紧研发。有分析认为，随着学习大数据、提

升判断能力的机器“深度学习”技术的发展，未来有望替代人类的工作。[责任

编辑：马晓宁]

26. 人工智能不是造人脑

2015 年 04 月 08 日 中国青年报

“任何一个电视台播放完了的电视剧，两分钟之内爱奇艺上线，为什么可以

做到？是靠智能化的视频内容和分析。”爱奇艺公司 CTO 汤兴的这个介绍，让在

场的听众有了兴致。

在日前举行的“新智能时代论坛”中，汤兴在题为“视频进化”的演讲中提

及：现在爱奇艺的视频生产、上线、审核等流程完全智能化了。

“一段视频从电视台录制信号进来之后，机器自动进行片断分割，以及广告

的自动识别、自动分段。原来需要编辑输入标题和介绍，现在百分之八九十以上

工作自动完成，字幕、语音也是自动识别的。”汤兴介绍，因为每个视频的截图

不同会对点击率有非常大的影响，尤其是对于用户上传的视频，因此，机器会自

动挑选出能够吸引观众的几张，推荐给上传用户做决定。

此外，大量的视频是盗版和黄色的，以前需要编辑在成千上万的视频里面找

到并且删掉，工作量非常大，可以说靠人力无法解决，现在智能化处理准确率超

过了 99.9%，远超过人的操作。

在新智能时代论坛上，除了谈到人工智能的实际应用，更多的是在讨论人工

智能的发展及面临的问题。

让机器思维归学术，机器智能归应用

118 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

近几年，无论是谷歌大脑、欧洲大脑、IBM 的沃森还是“百度大脑”的提出，

都让公众感觉到人工智能的蓬勃发展。在今年全国两会上，百度 CEO 李彦宏又提

出建立“中国大脑”计划，让“大脑”热度增高。同时，也有许多人心存疑虑，

机器智能什么时候会超越人类，甚至威胁人类？

香港科技大学计算机系主任杨强教授是 2015 年国际人工智能大会主席。他

在论坛上先对人工智能发展演进的几个历史阶段进行了归纳。

他认为，上世纪 60 年代人工智能的概念出现，这一时期机器智能主要来自

逻辑推理。到了上世纪 80 年代，智能来自专家，人们试图让计算机成为某个领

域的专家，当时 IBM 提出了一个新的理念，即“智能来自计算能力”，IBM 和 CMU

的研究者通过“深蓝”计算机击败了当时的国际象棋世界冠军。但是，这个做法

遇到了一个严重的瓶颈：如何准确和全面地描述专家头脑里的知识？这个瓶颈使

得许多的专家系统并不能实现社会对人工智能的预期。这导致了人工智能进入了

寒冬，很多研究被停，市场应用也大打折扣。

杨强教授认为：进入 21 世纪，大家有了一个新的共识，即“智能”不仅来

自高性能计算，而且要基于“大数据”。

对于“智能”的不同理念，他试图从图灵测试来解释。

图灵测试的目的主要是，人的大脑所展现的那些“智能”的特性是不是可以

用计算机的编程来实现？杨强认为，迄今为止的很多人工智能的研究，包括很多

对于机器学习系统的研究，是在探索智能的“工具”。就是说，这些研究人员并

没有直接去探索“机器可以思维吗”这个问题，而是在制造一个更强悍、更好用

的“工具”。

所以，杨强认为，“机器可以思维吗”是一个适于科学研究的问题，而“机

器的某个行为智能吗”这个问题应该是一个工程研究的问题，是两个发展维度，

不能混淆，“如果沿着科学研究的路径走，回答‘机器可以思维吗’这样的问题，

人类就会像物理学家一样探索人的思维奥妙，发现人类大脑的功能，并证明通过

编程的方法是否能复制出和大脑一样功能的机器；如果沿着工程研究的方向走下

119 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

去，发展人工智能的工具，应该会得到越来越好的工具，而人类也不应该惧怕这

些人工智能的工具。 ”

对于机器智能的评价，杨强的观点是要分别对待：“目前，我们已经看到，

通过深度学习，计算机可以很好地识别图像、语音、语言。当我们用计算机来进

行别的工作时，比如文学创作或者终身学习，我们会发现计算机还不够智能。”

“智能机器”不是智慧机器人

最近一两年，百度研究院副院长余凯在各种论坛上的演讲，几乎都围绕着“百

度大脑”的进化、图像识别的准确度等内容，而在新智能时代论坛上，余凯很温

情地用浓厚文学味儿语言讲解了“有温度的人工智能”，“只有做有温度的人工

智能，才能够取得商业成功。产品要跟社会的大环境产生共振效应，伟大的创新

企业，其科技产品一定是有体温的。”

他了解到目前公众对于人工智能存在两种心态，一种是过度失望，认为进展

太慢了，与科幻电影呈现的相差太远；还有一种是过度乐观而产生的焦虑：人工

智能有朝一日会做得非常强大，甚至可以自我复制，能力指数级增长，人类受到

了生存的挑战怎么办？

余凯梳理了人工智能的发展。上世纪 80 年代，人工智能从发展的寒冬开始

“春回大地”，那个时候各种神经网络被研发出来。

20 世纪 90 年代，可以说是“草长莺飞”学术研究大发展时期，当时学界提

出了各种理论、模型和算法。

2000 年到 2009 年是“润物细无声”时期，人工智能在一些领域产生了巨大

的价值，但是这些价值是无声无息的，用户并不一定能直观感受到。人工智能产

生了搜索、广告、推荐三大应用。比如搜索以及电商的发展，差不多是千亿美元

的产业规模。如果没有这些技术，互联网服务的点击率和成交率肯定不会是现在

的规模。

从 2010 年到 2020 年，他形容人工智能是“于无声处听惊雷”，语音识别、

图像识别都在大踏步式进步。

120 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

余凯预测，从 2020 年到 2029 年人工智能会是“万鼓雷殷地，千旗火生风”。

可以从三个方面来预测：第一是需求趋势。交互无处不在，穿戴设备、智能家居、

物联网等应用快速发展，简单重复性的工作需要被解放。第二是产业趋势。万物

互联到万物智能，会在医疗、自动驾驶、农业、教育等领域引起翻天覆地的变化。

第三是技术趋势。很多的智能应用会在云端上处理。

不过，余凯相信：“即使到 2029 年，人工智能的进展也不会对人类产生威

胁。因为那时的机器还没有好奇心，没有情感，没有自我意识。它们是智能的机

器人，但不是智慧的机器人。智能是偏工具性的，而智慧会创造。”

他解释，智能的机器，可以从事人类不愿意做的简单重复性的工作，比如说

扫地，洗衣，甚至是驾驶，常规性的医疗诊断。人类则更希望做创造性的工作，

比如科学研究，拓展知识的边界，或艺术创作。

以后不接种“芯片”就像不接种牛痘

新智能时代论坛是由“静沙龙”举办的，这是一个在微信平台上发展起来的

专业化社群，汇集了国内在人工智能领域的顶尖研究者和业内人士。

中科院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室主任王飞跃教授，曾于

2004 年在国际上首次提出“平行系统”理论，通俗解释就是，在已知条件下，

利用算法，借助人工系统对复杂系统的行为进行实验，进而对其行为进行分析，

实虚互动，得出比现实更优的运行系统，可以用于社会管理、企业运行、交通运

输等等方面。

王飞跃认为人工智能将会是“平行智能”：“我说人一生下来，就注定了将

来会在网络空间发展，所以人生下来必须放置两个芯片，一个是扩展你的内存的，

另一个是扩展你的计算能力的，然后就是联网。将来人一生下来，会有好几个‘人’

陪着你生长。”

有人对此质疑：如果人被放置芯片会是什么结果？王飞跃回答：“今后有人

不要这两个芯片，就像现在选择不种牛痘一样的，不种芯片就是智力上的残废，

将来不管你种不种这个芯片，不管是什么形式，整体上人类的成长一定是伴随着

121 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

机器人的生长，最主要的是知识机器人。机器人可以弥补人的智力不对称，这就

是将来的世界。”

不过，王飞跃也认为：“目前机器人技术距离‘智能’和‘类人’还差得很

远，已有的所谓‘类人机器人’几乎全部都是表面性的，以科普和娱乐为主要功

能。”

“今天的机器人其实还沒有完全‘站’起来，有用的差不多只有生产线上的

机械手和家里爬行的吸尘器，想革命根本没有本钱，‘即将到来的机器人革命’

还仅仅停留为一种可能性。”不过，王飞跃教授还是希望更多人有激情和想象，

以人类的智力开发智能机器人，使明天的机器人成为真正造福于人类的智能化类

人机器人，使人类的生活充满更加丰富的美好想象。

27. 人工智能，路向何方？

2015 年 1 月 25 日

随着现代科技的不断发展，人工智能（AI）正逐步融入人们的生活。不论是

各类功能繁多的实体机器人还是微软推出的虚拟机器人“小娜”、“小冰”，人

工智能的发展让不少人对其前景颇为看好，甚至被视为科技行业最新的下一个

“大热门”。然而，科学界却说法不一——借助人工智能而得以“发声”的霍金

预言，若不加控制，人工智能会超过甚至灭亡人类。人工智能，未来发展究竟路

向何方？

人工智能：下一个“大热门”

被简称为 AI 的人工智能（Artificial Intelligence），一直是科幻电影和

小说中的常客。现在，随着模式识别、大数据、云计算等技术的发展，这种幻想

中的未来角色，正在逐步走入人们的现实生活。我们已经在使用较低水平的人工

智能技术来诊断疾病、提供教育，并开发新的技术。《哈佛商业评论》就报道说，

122 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

2015 年全球数字媒体与新兴科技将会再次改变和影响人们的生活，其中居首位

的是人工智能技术。 一般而言，有热潮，就会有泼冷水的。英国理论物理学家

霍金近日就给 AI 泼了一瓢冷水，他预言人工智能科技如果不加控制地发展，将

超越人类智能，并控制或灭绝人类。AI，是有爱还是有害？将最终取决于人类自

己的选择。

航班有了首个人工智能机器人“空姐”

微软小冰是微软（亚洲）互联网工程院开发出来的一款人工智能机器人，可

以在微博、米聊、京东、触宝等社交平台上与人对话。1 月 13 日 16：00，“微

软小冰”这个 16 岁的“萌妹子”首次登上东方航空公司飞往北京的飞机，展开

试用。乘客登机前，通过新浪微博等社交平台与自己“领养”的“小冰”展开互

动，获取实时航班信息。在飞行途中，乘客也能通过 Surface Pro3 的平板电脑

登陆机上无线网络，通过小冰向其他乘客与机上空乘团队“传纸条”，展开机舱

内的私信互动。此外，小冰还具有呼叫空姐、空地交流、接机提醒、自定义餐饮

等技能。

智能机器人吸尘器走俏 内外资品牌集体抢食

智能机器人吸尘器凭借着高度智能和无需人工操作等优势，迅速抢占吸尘器

市场。据了解，智能机器人吸尘器能够自动调节清扫路线，自动侦测地面情况，

自动调转速度以及吸力，以更好地清扫房间，清扫任务完成后会自动回到充电座

充电。数据显示，2012 年智能机器人吸尘器零售额占比仅有 12.2%，2013 年上

升至 15.4%,2014 年一季度继续攀升,零售额占比达到 16.1%。智能机器人吸尘器

如此走俏，引来内外资品牌集体抢食。

发展前景受期待

10 年内我们的身边多个机器人？

《星际穿越》中机器人 Tars 是人气最高的角色。主角们来到第一个星球，

海啸到来时，是 Tars 救了安妮·海瑟薇；当主角们要解开黑洞之谜时，Tars 主

动请缨；最后也是 Tars 将解开引力之谜的办法通过摩斯码告诉了男主角。这个

123 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

看着像冰箱门，又像四根不锈钢筷子的机器人可以酷酷地拯救世界——这种会思

考、会说话的人工智能机器人也许未必是我们短期内能够接受的，然而在我们的

身边，“机器人工人”、“机器人厨师”、“机器人服务员”已经出现，且大有

“取代人工”的趋势。专家预计，未来 10 年左右或是机器换人的快速增长期。

人工智能机器人重塑未来生活

“‘日出日落一天天，人去人生几十年。山水一声情不断，水天一色韵相

连’。输入图片，机器人根据诗词韵律，自动生成了一首这样的诗歌。”百度技

术副总裁王海峰向观众解释，随着机器理解语言技术的快速发展，机器人的智能

不断提高，对语言的理解更加深刻。“目前机器人的机械、控制技术已经取得很

好的成果，如何才能让机器人更像人？实际上这需要机器人具备人类的能力，尤

其是思考，因为思考是人特有的能力。”王海峰在演讲中表示，“在具备对语言

的理解、对知识的掌握和运用以及对人的理解等条件后，机器人将像人一样思

考。”人工智能的发展将重塑人类未来生活。

警惕人工智能引发“身份危机”

进入文明时代以来，人类就一直担心有朝一日会遭遇“灭顶之灾”，比如说

变异病毒、核灾难等。随着机器人技术的不断演进，人类的“噩梦清单”上恐怕

又多了一项：人工智能可能发展出自己的思想，进而引发人类的“身份危机”。

近来两位顶尖科学家发出类似警告。一位是理论物理学家斯蒂芬·霍金，他认为

当人工智能发展完全，就是人类的末日；另一位是牛津大学教授马斯克，他曾公

开表示：“我们要十分小心人工智能，它可能比核武器更危险。”

人工智能会危及人类吗 目前无机器通过图灵测试

近日，英国理论物理学家霍金语出惊人，预言人工智能科技如果不加控制地

发展，将超越人类智能，并控制或灭绝人类。无独有偶，牛津大学哲学教授、人

类未来研究所创建者博斯特罗姆也指出，超级人工智能是人类未来最大的存在风

险，其风险性高于自然灾害、环境恶化、流行疾病。值得“庆幸”的是，目前，

124 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

人工智能的全球领先水平与超级人工智能相去甚远。学术界普遍认为，世界上还

没有机器能通过图灵测试。

28. 类脑：人工智能的终极目标？

2015 年 07 月 16 日 经济日报

机器人正在走入我们的生活，但它们的“智商”似乎并不尽如人意。我们能

开发出像人类大脑一样聪明而具有学习能力的机器人吗？近日在天津召开的“类

脑智能创新论坛”上，国内外脑科学和智能技术领域专家学者对此各抒己见。与

会专家指出，脑科学与智能技术的深度融合，将极大地推动类脑智能研究的突破

和发展，引领未来世界人工智能发展，重塑国家的工业、军事、服务业等行业格

局，成为国家核心竞争力的重要体现。

“智能+”时代需要类脑智能

“当前的人工智能系统有智能没智慧、有智商没情商、会计算不会‘算计’、

有专能无全能。”中科院院士、中科院副秘书长、中科院自动化研究所研究员谭

铁牛用四个短句表达了目前通用人工智能与人类智能水平的巨大差距。

会扫地的机器人不会擦桌子；服务机器人很难准确理解客户的情感、意识和

需求；人工智能可以在国际象棋比赛中打败人类冠军，但是在对智能水平要求更

高的围棋项目中，只相当于业余五段水平；日本福岛核电站事故处理过程中机器

人没有顺利完成任务，大量高风险的工作仍然需要由人力来完成；无人驾驶的概

念车只是在某些测试路段（例如高速公路）能做到高度自动驾驶，要在人口密集

的城市街道实现完全自动驾驶还需长期攻关……

传统人工智能已经给经济社会带来巨大变化，而它所存在的这些发展瓶颈，

与机器学习本身的缺陷相关：机器学习不灵活，需要较多人工干预或大量标记样

125 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

本；人工智能的不同模态和认知功能之间交互与协同较少；机器的综合智能水平

与人脑相差较大……

要突破这些瓶颈，就需要新一代的智能技术革命，科学家们把期待投入到类

脑智能上，认定智能技术可以从脑科学和神经科学获得启发。

“类脑智能是人工智能的一种形态，是人工智能的终极目标，也是人工智

能重要的研究手段。”谭铁牛说，人工智能技术的发展将对传统行业产生重大颠

覆性影响，重塑产业格局，“智能+X”将成为创新时尚。“人工智能将在国防、

医疗、工业、农业、金融、商业、教育、公共安全等领域获得广泛应用，催生新

的业态和商业模式，引发产业结构的深刻变革。”

脑科学对类脑人工网络有什么启发？与现有人工智能技术相比，类脑智能将

有哪些特别的进步呢？

“从宏观看，大脑不同区域主管不同功能。从微观看，大脑有非常复杂的

突触结构。越复杂越可调控，复杂带来可塑性，也就是大脑的结构与功能可依据

使用的历史而改变。”中科院外籍院士、中科院上海神经科学研究所所长蒲慕明

认为，神经系统与其他生物系统最大的差别在于其可塑性，“可塑性是大脑认知

功能的基础，也是类脑智能系统最可借鉴的特性。”

“目前我们使用的人工智能网络的结构还是太简单，缺乏人类大脑那样的

反馈机制和长远反向连接等功能。”蒲慕明表示，作为一名脑科学研究专家，他

很期待未来脑科学研究可以和智能化网络研究互相促进、同步发展。

类脑研究能否走上“高速路”

近年来，脑科学与类脑智能已经成为世界各国研究和角逐的热点，美国、欧

盟都相继启动相关研究计划，我国政府也高度重视脑科学的研究，正在论证并启

动“中国脑计划”。

这一方面反映出大家对类脑智能的高度期待，另一方面也引发了一些科学家

的担忧。因为数十年前，人类曾经有过一次类似的人工智能研究热潮，只是最后

以失败告终。

126 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

中国工程院院士郑南宁就经历过那一波热潮。上世纪 80 年代，郑南宁曾赴

日本留学，当时日本提出了为期 10 年的“第五代计算机”计划，试图突破电脑

的冯诺依曼瓶颈，也就是现有经典计算机体系的速度和性能极限，以实现人工智

能。知识工程奠基人费根鲍姆曾认为，这个惊人的开发计划，将引起第二次计算

机革命。

然而，第五代计算机运气不佳，虽然在技术上取得了部分突破，但并未实现

自然语言人机对话、程序自动生成等关键目标，最终导致该计划流产。

现在，我们重提类脑计算，与 30 年前比，有什么不一样的背景呢？

“神经科学、计算机科学、神经网络理论近 20 年来的长足进步，以及大数

据时代对智能计算的需求，使我们今天再次聚焦类脑计算。”郑南宁分析说，随

着脑与认知科学的研究发展和观测大脑微观结构技术手段日益丰富，人们已经可

以在微观水平观测到神经元的结构、不同脑区的形态，以及神经元放电、不同神

经元如何构成神经网络等信息处理过程。结合这些实验观察，智能科学及计算模

拟已可以在计算机上部分模拟脑信息处理过程。

谭铁牛也认为，对人脑层次化信息处理机制的初步借鉴、基于大样本数据的

训练、实现端对端的映射深度学习算法，这些进步促进了人工神经网络的复苏，

并已在语音识别、大规模图像分类、人脸识别中大幅提高了现有的人工智能识别

精度。

但这些进步只是提供了突破的可能，我们现有的技术基础距类脑智能的实现

还有很长距离。

我们尚未搞清楚大脑的工作机理：睡眠状态下，大脑记忆得到了强化，它的

内在机理是什么？大脑用来处理外界激励的能量消耗只占很小比例，那些与刺激

无关的能量消耗到底做了什么？

我们也很难用现有的冯诺依曼结构电脑来构建大尺度的神经形态计算系统。

类脑计算本身需要打破冯诺依曼结构、把类似大脑的突触做到芯片上，但目前的

神经突触芯片还在实验室阶段，不能走向实用。而如果用超级计算机平台来模拟

127 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

整个大脑的计算能力，需要 10 的 18 次方浮点运算能力，这样的超级计算机，预

计到 2019 年至 2023 年才能出现。

“类脑计算是一场令人兴奋又望而生畏的艰难挑战，需要组织多学科交叉

的大团队研究。”郑南宁建议大家保持冷静思考，避免期望值过高带来的失望。

“期望值过高，又没有达到预期，随之带来的可能是学科发展的低落甚至灾难，

使最初的目标成为皇帝的新衣。”

模拟神秘大脑从哪里“入手”

那么，要完成当前类脑智能的艰难挑战，我们需要冲破哪些关口呢？

郑南宁认为，与现有的冯诺依曼结构计算机相比，类脑计算的技术路线，需

要从组件到系统的网络规模、计算能力上渐次逼近大脑。冯诺依曼结构采用系统

同步时钟，类脑计算需要采用事件驱动模式；冯诺依曼结构运算和存储分离，类

脑计算运算和存储要达到深度耦合；冯诺依曼结构可以高效执行预定的精确数值

运算，类脑计算要具备学习能力、擅长发现复杂数据中的规律和模式；冯诺依曼

结构只有有限的容错性能，类脑计算需要低能耗高容错……

当前，IBM 等利用超级计算机模拟与人脑相似的大规模神经网络，但结果并

不理想。郑南宁认为其原因在于：“人脑不同脑区具有不同结构和功能，用相同

结构的大规模神经网络模拟整个人脑并不合理。我们应该针对不同脑区的不同功

能，设计不同结构的神经网络，模拟其学习与认知功能。”

此外，神经生理学的大量实验告诉我们，人类大脑皮层各功能区域之间的关

系极为复杂。因此，在实现类脑计算机的体系结构时，解决各层次和各处理模块

之间的关联，也是一个巨大的挑战。

类脑智能需要模拟神秘的大脑，但又不能只模拟神秘的大脑。

“从计算科学和工程学观点看，类脑计算是一门以仿生学为基础的，但又

超越仿生学的工程研究。研究类脑智能计算并非复制人的大脑，而是模拟人类大

脑的功能。”郑南宁表示，仅研究人的思维活动或记录脑中所有神经元不可能研

128 第三部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Three Science & Modernization No.1, 2016

制出真正的智能机器。“对鸟的详细研究不可能对如何制造飞机提供更多启示，

对飞机的真正理解是来自飞行的研究。”

当前，世界各国在类脑智能方向的研究都刚刚启动，我国在这方面的研究也

蓄势待发，这也许将成为我国人工智能发展的一个重要机会。

据悉，作为本次论坛主要承办单位的中科院自动化所就已率先启动了类脑智

能研究，成立了类脑智能研究中心，并已取得部分阶段性成果，比如研究并初步

实现了具有自主学习能力的类脑计算系统，并围绕环境感知与交互、类脑自动推

理、类人机器人等开展了应用验证。

谭铁牛说，我国人工智能整体发展水平与发达国家相比仍然存在较大差距，

在基础理论和整体应用水平等方面与发达国家相比差距较大。“人工智能经过近

60 年的发展开始进入爆发增长期，类脑智能将成为弱人工智能通往强人工智能

的途径。目前类脑智能取得的进展只是对脑工作原理初步的借鉴，未来的机器智

能研究需要与脑神经科学、认知科学、心理学深度交叉融合，这是我们的机会。”

[责任编辑：马晓宁]

129 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

第四部分 与再生人相关的科技进展

1. 俄建立灭绝动物克隆实验室：望使猛犸象再生

2015 年 09 月 01 日 环球网

猛犸象（资料图）

[环球科技综合报道]据俄罗斯“卫星”新闻网 9 月 1 日消息，俄罗斯猛犸

象博物馆馆长谢苗·格利高里耶夫表示，俄罗斯第一家灭绝动物实验室在雅库茨

克开始工作。

该实验室的主要任务是找到用于此后克隆所需要的活细胞。研究员们首要的

任务是使猛犸象能够再生。为实施该项目，汇集了来自俄罗斯、中国及韩国的学

者的共同努力。为得到这一细胞，对于专家们而言，不仅要在永久冻土的动物遗

骸里找到保存完好的细胞，还要找到能够使其正常解冻的方法。

此前有消息称，在涅涅茨自治区发现“红猛犸象”长牙，这种象生活在距今

几千年前。专家确认，这具遗骸属于史前生物，且已经得到了官方命名。（实习

编译：戴滋仪 审稿：翟潞曼）

130 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016 2. 法国人造精子获得专利：卵细胞买账吗？

2015 年 09 月 25 日 新浪科技

培养皿真的能培育精子吗？

早在这项技术公诸于众之前，就已经有法国的研究人员这么做了，他们为此

项技术申请了专利，尽管研发细节和同业审查结果还尚未公布。

法国里昂 Kallistem 生物技术公司的菲利普·杜兰德和玛丽海伦·皮拉德声

称，他们的方法是实验中诱导人体、大鼠或是猴子的曲细精管产生成熟的精细胞。

来自日本的研究团队早在 2011 年就成功地在实验室造出了小鼠精细胞，但

法国研究者强调说他们是世界上第一个进行人体实验的国家。经过 20 年的技术

沉淀，他们已经能够将曲细精管中的原始生精细胞（也叫精原细胞）转变成成熟

精子细胞。如果真能做到，这将是完成人造精子最后一步的第一个方法，而其他

的实验室还在设法推动其中的早期过程。“整个工程就剩最关键的一部分了，”

杜兰德说。

精子的 72 天旅程

研究者们希望能够冷冻青春期前患癌男孩的精曲小管的上皮组织，这样他们

还有机会在将来某一天当上孩子他爹。因为化疗和放疗过程中能够杀死精原细

胞，并且未发育到青春期的男生，是没有精子样本可冻结来供成年后利用的。

研究团队希望能够在 2017 年着手临床试验，但是卵细胞要是不愿意，那人

造精子可真是没有卵用了。“我们必须保证实验的安全性，要合乎伦理，保证病

人可以接受，而且有监管机构监督，”皮拉德说。

期间，该小组计划完善技术来提高精子产量。此方法涉及到提取曲细精小管

内的悬液，是一种叫壳多糖的胶状物。把提取液置于富含营养素、 维生素、 激

素和生长因子的培养皿中，把培养皿放置在生物反应器内。研究人员告诉我们这

131 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

个过程在人体内完成需要 72 天时间，直到脱离曲细精小管，胶状物溶解，精子

发育成熟。

干细胞研究专家们则拒绝对此项专利作出任何评论，并称他们将在技术评价

上保留意见，直到团队已在业界点评杂志上发表研究成果。皮拉德很有信心地说：

“我们会不遗余力地将这项技术昭告天下的。”（王垚/编译）

3. 科技大佬痴迷长生不老术：投巨资研究死亡治愈

2015 年 04 月 08 日 新浪科技

新浪科技讯 北京时间 4 月 8 日消息，据国外媒体报道，从古至今，人类一直梦

想着能够永葆青春，长生不老，尤其是拥有巨大财富和权势的达官显贵。现在，

科技大佬纷纷投入巨资研究“长生不老术”，俨然成为一种潮流。在这股潮流中，

财大气粗的谷歌扮演了领导者角色。谷歌联合创始人塞奇-布林希望有朝一日能

够“治愈死亡”。谷歌旗下风险投资机构 掌门人比尔-马里斯相信人可以活到

500 岁。俄罗斯亿万富翁和媒体大亨德米特里-伊茨科夫启动了所谓的“2045 行

动”研究项目，试图通过将大脑——连同大脑的意识——植入机器化身的方式实

现永生。

达官显贵的梦想

古人相信这个世上存在神奇的长生不老药，能够实现人类最渴望做到的事

情，那就是永生。在中国古代，很多皇帝都追求永生，将永生的希望寄托在玉石

和黄金等贵重 物质身上。可怕的是，这些物质经常造成致命后果。16 世纪，特

兰西瓦尼亚女伯爵伊丽莎白-巴瑟将对抗死亡的努力做到极致，用少女的血沐浴，

也因此被称之为 “吸血女伯爵”。此外，还有一位声名狼藉的科学家将含有狗

精液、睾丸和血液的混合物注入自己体内。相比之下，他还是庆幸的，毕竟不是

将所谓的长生不老药喝到肚里。牙买加人则不然，他们的长寿秘方是龟阴囊汤。

132 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

现在，延长寿命仍旧是很多达官显贵追求的梦想。谷歌风投掌门人比尔-马

里斯便认为人类的寿命可以达到 500 岁。他说：“我们拥有一系列生命科学工具，

能够做到你所能想到的任何事情。我只是希望能够活得足够长，不想早早离开人

世。”

在科技产业，马里斯并不是唯一一个坚信科技进步能够在不久的将来大幅延

长人类寿命的人。现在，美国的科技巨头投身抗衰老研究已经成为一种现象，财

大气粗的谷 歌扮演了领导者角色。谷歌联合创始人塞奇-布林希望有朝一日能够

“治愈死亡”。据悉，科技巨头们已投入数十亿美元，研究如何抗击衰老过程。

他们的目标虽然 一致，但原因不尽相同，有的希望帮助人类，有的因为家人或

好友去世带来的心理震撼，有的则因为对死亡的恐惧。此外，金钱也是一个重要

促进因素。如果有人能 够研发出一项技术，让人类的寿命可以达到数百年之久，

这项技术必将带来巨大财富，让他/她成为一个超级富有的人。

引发伦理问题

对于科技巨头们追求长生不老的做法，你可能报以嘲笑。他们认为自己能够

解决衰老问题，就像解决一个运算问题一样。软件巨头拉里-埃里森“无法理解”

人们为何 认为死亡不可避免，抱着这种想法的人似乎深陷中年危机而无法自拔。

英国老年医学理论家奥布里-德格雷认为第一个能够活到 1000 岁的人已经降生。

在他看 来，我们可以借助基因工程学手段改造我们的细胞以避免衰老过程，进

而让寿命达到 1000 岁。他的观点并非空穴来风，因为科学家已经借助这种手段

大幅提高蠕虫、苍蝇，甚至于老鼠的寿命。德格雷表示我们需要摒弃“衰老不可

避免”的想法，应该将身体当成一辆老爷车，只要维护得当便可继续使用。

网络支付服务 PayPal 联 合创始人彼得-泰尔投入 350 万美元研究长寿技术。

一些科学家认为这是一种疯狂的做法，是在浪费宝贵的研究经费。与其将这笔资

金用于研究抗衰老，不如投向 其他更靠谱的研究。英国医学研究委员会前首席

执行官科林-布莱克默坚信人类的寿命存在一个上限。他给出的上限是 120 岁，

任何人的寿命都很难超过这一上限。

133 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

不过，世界上一些最优秀的科学家都致力于长寿研究。他们将目光投向一系

列引人注目的技术，例如基因工程学改造，利用微型机器人处理出现问题的细胞，

用机器或者克隆版器官取代人体器官。在当前的所有长生不老法中，最令人感到

吃惊的莫过于将人类的意识“上传”给机器。

任何一种惊人或疯狂的长生不老法都不可避免地引发一系列伦理问题。这种

研究需要投入多少资金？对永生的追求是否“掠夺”本用于日常病痛和重大疾病

的研究经 费？寻找长生不老法对已经拥挤不堪的地球有何意义？如果机器人技

术可让我们实现永生，此时的我们应该被称之为人类还是机器？一些亿万富翁不

愿意看到自己的 精彩人生走向终结，其他人难道也抱着同样的想法吗？很多影

片和著作都围绕可以永生的吸血鬼展开，但吸血鬼也时常抱怨永生给他们带来的

孤独和乏味。

加拿大亿万富翁彼得-尼加德坚信干细胞能够帮助我们实现长寿的梦想。他把自

己的大部分财富都用于研究干细胞的用途，甚至在皮氏培养皿中培育自己的干细

胞。干细胞能够发育成很多不同的人体组织，也就是说，它们可以作为人体的“备

用零件”，修复受损的细胞或者器官

盘点延寿技术

重写 DNA

加利福尼亚生命公司是谷歌旗下的一家秘密延寿研究机构，招募的科学家包

括辛西娅-凯尼恩。凯尼恩曾成功对蛔虫进行基因工程学改造，让它们的寿命达

到普通蛔虫的 10 倍。研究中，她让蛔虫的 daf-2 基因部分瘫痪。有趣的是，活

到 100 岁的人的 daf-2 基因更有可能发生变异。凯尼恩认为传说中的青春之泉并

非一个不可实现的梦想，而是能够在将来的某一天成为现实。据信，谷歌的研究

团队正在研发一种药物，能够模拟一种不仅能够限制人类的身高，同时还与长寿

有关的基因。

134 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

在寻找长寿的秘诀时，科学家不仅将目光聚焦蛔虫，一种长相丑陋的动物也

成为他们的优先研究对象。这种动物就是裸鼹鼠。科学家希望破解裸鼹鼠的基因

秘密，进而 揭开人类衰老的谜团。裸鼹鼠没有毛发，长得一点也不可爱。不过，

它们对癌症免疫，寿命超过 30 岁，是普通鼹鼠的 10 倍。专家们认为裸鼹鼠的长

寿与它们在地 道内只能呼吸到少量氧气这一事实有关。呼吸到少量氧气意味着

它们的新陈代谢速度很慢，大幅延缓细胞衰老速度，进而获得长寿。

微型机器人

根据谷歌工程总监雷-库兹韦尔的预测，到了 21 世纪 30 年代，我们会将数

百万微型机器人——纳米机器人——送入体内，增强我们的免疫系统，从分子层

面保持健 康的体魄。这种医学装置的尺寸仅相当于人体血细胞，可以以药丸的

形式吞下，而后随着血液进入身体各处，运送激素和修补损伤。

纳米机器人的优势在于不会像化疗等疗法那样产生有害的副作用。副作用通

常因药物进入体内后无法进行“精确打击”所致。相比之下，纳米机器人则能精

确锁定特定 的细胞，甚至细胞的特定 DNA 片段。动物实验已经取得成功，纳米

机器人成功治愈老鼠的糖尿病。10 年前，库兹韦尔在一部著作中首次提到这种

带有科幻色彩的 想法，当时遭到很多科学家的嘲笑。随着动物实验的成功，怀

疑者最终闭上嘴巴。

干细胞

另一种对抗衰老的方式是利用干细胞。干细胞是人体的微观构件。加拿大亿

万富翁彼得-尼加德坚信干细胞能够帮助我们实现长寿的梦想。他把自己的大部

分财富都用 于研究干细胞的用途。干细胞能够发育成很多不同的人体组织，也

就是说，它们可以作为人体的“备用零件”，修复受损的细胞或者器官。现在，

科学家已成功从血 液、牙齿、骨髓和体脂肪中提取干细胞。

尼加德 70 多岁，是一个服装帝国的创始人。他在皮氏培养皿中培育自己的

干细胞，而后将其注入体内，一年注射 4 次。尼加德认为干细胞不仅能够延长自

135 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

己的寿命， 同时还能让自己变得更年轻。他在一段宣传视频中说：“干细胞能

够颠覆游戏规则，能够消除所有疾病，甚至有可能让我们永生。”视频中，他将

自己的开拓性研究 与达芬奇取得的成就相提并论。

一些科学家表示尼加德对逆转衰老过程的痴迷让干细胞研究背负恶名，因为

他的这种做法与干细胞研究的真正目标“拯救生命”背道而驰。但纽约医生莱昂

内尔-比森赞同尼加德的做法。他说：“如果你是一个非常富有的人但并没有保

存自己的干细胞，那你就是一个十足的笨蛋。”

注入年轻血液

一些人认为用年轻血液替换衰老的血液能够延长寿命。教皇英诺森八世 1492

年去世，据说死前喝了 3 名男孩的血，试图吸收他们的元气。虽然这项输血室验

最终以悲剧告终，但他的想法并不荒唐可笑。老鼠实验结果显示年轻老鼠的血浆

能够修复老年老鼠的精神能力。

这种修复通过所谓的“异种共生”过程实现，听起来好似出自弗兰肯斯泰因

博士的笔记。实验中，年老体弱的老鼠与年轻健康的老鼠的侧腹缝合在一起，让

它们的血液供应合为一体。实验结果表明虽然老年老鼠变得更年轻更健康，但年

轻老鼠却出现早衰。

目前，加利福尼亚州斯坦福大学正在进行一项人体实验，使用静脉滴注法将

年轻人的血液注入老年痴呆症患者的体内，看看能否产生类似的效果。与老鼠相

比，参与这 项实验的人无疑是幸运的，因为他们并没有像老鼠一样缝合在一起。

项目负责人托尼-维斯-科莱表示如果实验取得成功，他们希望能够从年轻血液中

提取到促成这 种结果的物质，而后将其转化成药物，治疗疾病。这项研究的目

的是研发药物，但富豪们却看到了其他用途。科莱表示在老鼠实验结果公布之后，

很多身体健康的富 豪纷纷与他联系，询问这种方法能否延长他们的寿命。

克隆和机器器官

136 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

一些科学家认为我们可以利用克隆器官或者机器器官替换损伤的人体器官，

进而实现长寿的梦想。石黑一雄的反乌托邦小说《别让我走》为我们描绘了这样

一个可怕的 未来：一群年轻人逐渐发现自己居然是富人们的克隆，他们的健康

器官不过是主人的“备用零件”，需要的时候便将他们杀死，取下“备用零件”

而后给主人安上。 实际上，替换损伤器官无需这么残忍血腥。

科学家已成功利用 3D 打印机打印出活肾脏和活肝脏。打印过程中，人体器

官细胞样本与水凝胶混合在一起。水凝胶是水和富含营养的物质的混合物。即使

一个人已经 濒于死亡，也可通过所谓的“冷盐复活”过程为他移植器官。在此

过程中，患者的血液被冰冷的盐水取代，用于降低体温，让患者进入假死状态。

在此之后，医生便 可实施器官移植手术。

半人半机器

俄罗斯亿万富翁和媒体大亨德米特里-伊茨科夫投资数百万美元展开一项研

究，被称之为“2045 行动”，试图通过将大脑——连同大脑的意识——植入机

器化身的 方式实现永生。这个机器化身是另一个自我，一个身体更为先进的自

我。伊茨科夫表示他有无数兴趣爱好，希望“2045 行动”能够让他拥有万年“不

死之身”， 永远陶醉在自己的兴趣爱好中。

谷歌未来学家库兹韦尔相信永生并非不可能。根据他的预测，到了 2045 年，

电脑的智商将超越人类，人类可以通过与技术融合超越生物学限制，将自己的意

识上传 给电脑。他已经下定决心，一定要让自己活到 2045 年，那时的他将 97

岁高龄，成为他认为的人类进化新纪元“奇点”的受益者。库兹韦尔所说的“奇

点”是指 电脑智能与人脑智能的融合。为了实现这个夙愿，他正对身体的生物

化学进行“再编程”，每天摄入 150 种膳食补充剂，从维生素 D 到辅酶 Q10。Q10

在将糖变成细胞所需能量过程中扮演重要角色。(孝文)

137 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016 4. 科学家利用 DNA 折纸术创造动态纳米机器工具箱

2015 年 04 月 03 日 凤凰探索

北京时间 4 月 3 日消息，据科学日报报道，慕尼黑工业大学创造的最新 DNA 纳米

设备，包括一个具有可移动手臂的机器人，一本可以开合的书，一个可由开关控

制的装置和一个致动器。这一创造是将 DNA 作为纳米级别的结构和机器的可编程

建造材料的突破性科学进展。这项发表在期刊《科学》上的研究结果展示了一种

结合以及重新排列模块化 3D 建造单元的新方法，后者主要是通过拼接互补形状，

而非结合碱基对的链来实现。它不仅开启了建造具有可移动部件的实用纳米机器

的新方法，还提供了方便对自我装配进行编程的工具箱。

DNA 折纸术

这一领域被称为 DNA 折纸术(DNA origami)——它借喻了日本传统折纸技术

——它正朝实际应用快速发展，慕尼黑工业大学的亨德里克·迪茨(Hendrik

Dietz)教授在本月初这样表示。迪茨因在这一进步中所起的作用而被授予德国科

研最重要奖项戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)奖。

近些年，迪茨和他的研究小组在实际应用方向取得了重大进展，其中包括实

验性设备，例如由 DNA 制成的合成膜通道；还有一些重大发现，后者将自我装配

过程所需时间从一周极大的减少到数小时，并实现产量接近 100%；此外他们还

证明了极端复杂的结构也可以依照设计精确装配，并达到亚纳米的精确度。

虽然所有的发展都使用了碱基对来确定单个链以及 DNA 组件是如何结合，但

真正的创新在于结合的“胶水”。“一旦你利用碱基对建造了一个单元，”

迪茨解释道，“它就很难分离，因此利用这种方法制造的动态结构往往结构

简单。”为了促进产生具有可移动部件的更多 DNA 纳米机器并潜在的获得更有用

的性能，研究小组从自然的生物分子工具箱里借用了两种技术：蛋白质使用形状

138 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

互补以简化与其他分子对接的方式，以及它们倾向于形成较弱的结合键，这种键

可以随时打破。

生物启发的灵活性

在这项研究里，迪茨和研究合作作者作者博士研究生托马斯·格宁（Thomas

Gerling）和克劳斯·瓦根鲍尔（Klaus Wagenbauer），以及慕尼黑工业大学慕

尼黑工程学院本科生安德里亚·纽内尔（Andrea Neuner）从核酸分子通过比碱

基对还要弱的相互作用相结合的机制中得到启发。在自然界，当基于 RNA 的酶核

糖核酸酶 P(Ribonuclease P，简写 RNase P)“识别”所谓的转运 RNA，就会形

成弱键；分子被它们互补的形状引导进入足够近的范围，就像太空飞船的对接一

样。

迪茨实验室研发的最新技术模仿了这一方式。为了创造动态的 DNA 纳米机

器，研究人员对形状互补的 3D 建造单元的自我装配进行了编程。这就激活了一

种名为碱基堆叠的微弱、短距离的结合机制。三种不同的方法都可以控制这种方

式创造的设备的形状和行为。

“这为我们提供了一个根据相互作用强度分层的层级，以及位于稳定区域—

—也就是我们需要它所处的精确位置——从而识别并与结合部分相互作用的能

力。”

迪茨说道。研究小组产生了一系列 DNA 设备，从或可能预示着科技“鞭毛”

的千分尺大小的细丝到具有移动部件的纳米级别的机器——这展示了这一技术

的无限可能性，同时测试了它的极限。

例如，三维纳米大小的人形机器人的透射电镜结果证实了零部件可以精确的

按照设计拼接在一起。此外，它们还展示了一个简单的控制方法——改变溶液里

正离子的浓度——可以在不同配置中积极的相互切换：装配或者拆卸，“机械手

臂”张开或者处于休息状态。

实现 DNA 纳米设备在不同结构状态之间切换的另一种方法——也就是简单

的升温或者降温——被证明尤为可靠。对于这一设备的早期版本，实现结构状态

139 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

间的切换要求分离和重新结合 DNA 碱基对，因此系统很可能在几次切换后因稀释

或者副反应而“疲乏”。而这个设备里的一个类似剪刀的致动器在经历了四天上

千次的温度切换循环后仍未表现出任何退化的迹象。

“温度循环是向系统添加能量的方法。”

迪茨补充说道。“所以如果任何可逆的构象转变可以耦合成某种持续进化的

过程，那么我们就不仅获得了建造纳米机器的方法，还获得了驱动它们的方法。”

在 DNA 纳米技术工具箱里添加形状互补的组件以及弱键结合还增加了灵活

性。通过碱基对进行自我装配编程就像利用机器语言编写计算机代码。研究人员

希望这一最新方式可以实现 DNA 折纸术更实际的应用，这就类似更高级的计算机

编程语言会促进软件工程的发展。

迪茨将这一技术比作儿童的乐高玩具：“你只需要将这些组件设计为互补的，

而不再需要浪费时间摆弄碱基对序列以连接组件。”(编译/严炎刘星)

5. 中国修改人类胚胎 DNA 引热议：婴儿可被设计

2015 年 06 月 28 日 大洋网-广州日报

在科幻电影中，“蜘蛛侠”被放射性蜘蛛咬了一口后，DNA 改变，运动能力

突破人类极限，拥有了超强的力量与敏捷性。现实生活中，对基因的优化和改造

同样是科学家致力研究的方向。今年四月，中山大学生命科学院黄军就副教授修

改了人类胚胎中导致β型地中海贫血的基因，作为世界首例人类胚胎基因修改，

这项实验成果引发了极大争论——既然可以对基因进行选择和编辑，那未来我们

能否完全摆脱遗传疾病，甚至从根源上“设计”婴儿？这一系列干预生殖背后，

伦理问题又该如何解决？

修改“地贫”基因 科研成果引争议

140 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

近日，国际著名科学杂志《自然》的网站称，中山大学生物科学院的黄军就

副教授及其团队完成了全球第一次在人类胚胎进行的基因修改实验，他们从医院

获得了 86 个无法发育成婴儿的问题胚胎，并对当中与地中海贫血症有关的基因

细胞进行基因编辑实验，利用一种叫做 CRISPR/Cas9 的工具成功修改了 28 个胚

胎的基因。也就是说，如果此次基因改造技术成功，人类则有望从预防阶段彻底

解决地中海贫血症。这一消息旋即引发了国内外媒体和科学界的广泛关注。

大部分科学家支持的观点是，从理论上说，基因改造技术可以用来帮助遗传

病患者，让他们及其后代都摆脱家族性疾病的梦魇；但是从本质上说，这种实验

是对人类生殖过程进行基因操纵。在英、德等欧洲国家，类似的研究是被法律禁

止的，在美国，只能在严格的管制下用非联邦的经费进行。

对此，复旦大学生命科学院的赵世明教授也表达了他的担忧：“编辑基因有

其限制和风险，虽然基因编辑实验是定向的，但改变基因序列可能会导致意外问

题，这种问题也许会从上一代传到下一代，引发其他缺陷或疾病。”黄军就副教

授的研究报告也提到，在实验后期的处理环节中，他们发现胚胎中有一些变异。

此外，基因实验还涉及成功率的问题，黄军就的团队用了 86 个废弃胚胎做

实验，最后，DNA 编辑只在其中 28 个胚胎中成功，成功率只有大约 30%。“如果

要对正常人类胚胎进行临床实验，成功率必须接近 100%，可见这项研究还不够

成熟。”黄军就副教授说。

地中海贫血症

在我国南方，地中海贫血症（简称“地贫”）是儿童中最常见、但可能致命

的血液异常疾病。地贫以β和α型较为常见，输血治疗是常见疗法，但仅适用于

中间型β和α地贫。对于重型β地贫，造血干细胞移植是目前可行的根治方法，

如果手术成功，可以消除患者对输血的依赖，消除进一步铁过剩的影响，但不会

逆转已存在的铁毒性，也不能防止将地贫遗传给下一代。所以，无论是输血还是

造血干细胞移植，都不能一劳永逸地解决地中海贫血症。

141 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

“设计婴儿”：胚胎植入前诊断

既然基因修改技术尚不能用于临床，在对抗疾病、优生优育方面，目前现代

医学采取了基因选择技术。1988 年，伦敦哈姆斯密医院的医生首创了植入前遗

传学诊断技术（简称“PGD”，又名“第三代试管婴儿”）。利用这种诊断技术，

医生可以“设计”出一个不带遗传性疾病基因的婴儿，从根源上规避遗传性疾病。

PGD 的第一步是进行试管受精，然后医生可以测试胚胎，选择健康的、不携

带缺陷基因的胚胎植入母体。全球第一个“无癌宝宝”出生，应用的就是 PGD 技

术：在母亲服用排卵药物后，一共有 11 个卵细胞在她体外受精，接着它们在试

管里开始发育，等到成长至有 8 个细胞那么大的时候，基因选择就开始了——医

生们小心地从它们体内抽取一个完整的细胞，进行基因测试。

结果，有 6 个胚胎遗传了父亲癌变基因，它们的人生还没有开始，就被宣告

结束了。医生从剩余的 5 个胚胎中挑选获胜者。其中的两个幸运地进入了母亲的

子宫，有一个顺利存活下来。而遵从父母的意愿，还有两个胚胎被冷冻起来，以

备今后能为自己的孩子再添个弟弟或者妹妹。

PGD 技术：预防出生缺陷，避免性别筛选

我国大陆首例试管婴儿在北京大学第三医院诞生，如今，北医三院生殖中心

在试管婴儿方面处于国内领先和国际先进行列。院长乔杰介绍道：“所谓的 PGD

与传统的产前诊断技术不同的是：通过胚胎植入前的基因检测，能提高试管婴儿

成功率；而且由于是在胚胎植入母体前进行遗传学诊断，在胚胎阶段就接受基因

筛检，剔除携带高风险致病基因的胚胎，筛选出没有遗传病的‘合格胚胎’植入

子宫，这样可避免选择性流产，并减轻终止异常胎儿妊娠给妇女带来的心理压力，

帮助不孕夫妇及携带地中海贫血、血友病、染色体异常等遗传致病基因的夫妇生

出健康的宝宝。”自第一例 PGD 婴儿诞生以来，全球已有超过 12000 个婴儿通过

这项技术出生。这项技术将会像羊膜穿刺术一样普遍，成为另一项检测胎儿畸形

的常规孕前检查。

142 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

与此同时，挑选具有特定基因的胚胎，也使得父母对于子女基因组成拥有前

所未有的强大决定权。不久，除了避免疾病外，父母是否会选择利用 PGD 技术，

使孩子拥有某些特定的性状——例如出众的外貌和运动能力？

乔杰院长认为这种想法并不科学：“PGD 主要是针对出生缺陷的预防。我国

现在每年出生缺陷的新生儿多达 90 万，与发达国家相比，还是有比较高的出生

缺陷率。在临床上， PGD 首先是要掌握相应的适应症，对适当的病人去进行检

查，再一个要避免的就是胚胎的性别选择，避免产生未来人口的不平衡性。至于

运动能力或样貌优化，单从技术层面看，并不是由单一基因决定的，很难通过

PGD 实现。”

反思：干预生殖是好是坏？

就在黄军就副教授发表修改“地贫”基因的实验报告后，一些世界顶尖的基

因科学家在《自然》上发表了一篇评论，呼吁暂停对人类胚胎细胞进行基因改造

研究。其实无论是 PGD 还是修改胚胎基因，它们都属于生殖干预的手段。人类究

竟有没有权力决定一个胚胎的生存权？胚胎植入前诊断实际上就是一种筛选，人

工受精卵中的一个将会被选中，而其他的则被遗弃，可以算是某种程度上的生殖

试验。基因改造研究的反对者们认为，即便是试管中尚未植入子宫的胚胎，也应

享有生命的基本权利。

立法方面，在西欧 15 个国家里，12 国允许医学界进行植入前遗传学诊断技

术：其中西班牙、英国和法国在 20 多年前就开此先河，德国则是最后迈出这一

步的国家，在德国，对于胚胎进行疾病诊断直至 2011 年才得以合法化。

从长远来看，部分科学家还担心优生技术将失去医疗前提，反而被滥用。随

着技术的发展，我们可以想象，未来人们不仅可以选择子女的性别，甚至还可以

选择他们眼睛和头发的颜色。但仍有不少人支持改造人类基因组的想法。2014

年，一项针对 1000 个美国人的调查显示，有 26%的受访者认为，“准父母可以

改变他们孩子的 DNA，以得到更聪明、健康，甚至健美的后代。”

143 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

黄军就副教授的研究成果是国际上首次成功使用基因编辑对人类胚胎细胞

进行的基因修改，这一研究无疑具有里程碑意义，也推动了道德伦理方面的讨论，

但从目前来说，人类还远未能将这种技术应用于人类疾病治疗。

6. 基因的“游戏”：科学家实现人类胚胎基因改造

2015 年 04 月 27 日 新浪科技

中国科学家承认，他们已经成功实现了首次人类胚胎基因改造。生殖细胞的

基因改造可以改变精子和卵细胞的 DNA，这就意味着这种基因改变可以遗传。有

的科学家对此表示担忧，因为这项技术有可能被父母错误使用，以人为选择他们

希望传给后代的基因。

新浪科技讯 北京时间 4 月 27 日消息，据国外媒体报道，中国中山大学的科

学家承认，他们已经成功实现了首次人类胚胎基因改造。

不过，对于这项成就，科学界存在很大的争议。有的科学家对此表示担忧，

因为这项技术有可能被父母错误使用，以人为选择他们希望传给后代的基因。有

的科学家则认为这项技术可以消除致命家族遗传病，比如囊胞性纤维症和某些癌

症。

据英国《自然》杂志的报道，中山大学的科学家已经在《蛋白质与细胞》杂

志上发表了相关论文。根据发表的论文，研究的领导人黄军就副教授为了降低人

们的担忧，实验使用的都是无法孕育婴儿的废弃胚胎。

研究使用了一种叫做 CRISPR/Cas9 的基因编辑技术。不同于基因沉默工具和

自然状态（比如长期的阳光照射）下的基因突变，CRISPR 可以直接在 DNA 水平

上永久的“封存”某些基因片段，它可以改造确切位置的基因。

虽然参与研究的科学家表示在人类胚胎应用 CRISPR 有极大困难。但黄军就

和他的团队还是借此成功编辑了引起地中海贫血症的 HBB 基因。地中海贫血症将

144 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

导致可能致命的血液异常。实验总共使用了 86 个胚胎，但只有 28 个胚胎的 DNA

编辑是成功的。因此，黄军就这样告诉《自然》杂志：“如果要在正常胚胎上做

这些实验，就需要接近 100%的成功率。这也是我们没有将这项技术应用在正常

胚胎的原因，我们认为它还不够成熟。”

目前，基因编辑技术主要应用在体细胞（非生殖细胞），比如皮肤、肌肉、

神经、骨头和肝脏的细胞，以帮助科学家研究疾病。应用这种技术改造人类胚胎

的基因将改变精子和卵细胞的 DNA，意味着这种基因变异可以遗传。

虽然包括英国在内的很多国家已经立法禁止了类似黄军就教授所进行的研

究，但美国和中国没有禁止。实际上，全球有很多科研团队在从事人类胚胎基因

改造技术的研究。

比如上海科技大学的黄行许教授，他在成功使用 CRISPR 改造猴子胚胎并培

育出活体猴子后，就希望能够用废弃人类胚胎来研究基因改造。

此外，哈佛医学院的遗传学家 George Church 教授也被认为在研究人类胚胎

改造技术。Church 团队中的杨璐菡博士，在《技术评论》的一次近期采访中就

提出了编辑人类生殖细胞的想法。她的希望可以改造卵巢癌妇女未成熟的卵细

胞：先采用 CPISPR 技术修正引发卵巢癌的基因错误，然后诱导卵细胞发育分裂。

但是，她的这一想法现在还未得到实施，目前也不清楚这一想法是否得到了许可。

不过，有报道认为杨璐菡博士已经参与了一个类似项目，只不过是在中国。

上个月，正当关于中国科学家正在进行人类胚胎基因改造的流言不绝于耳的

时候，很多国际知名生物学家联合起来，号召在全球范围内暂停对生殖细胞编辑

的研究。

美国再生医学联盟的主席 Edward Lanphier 就联合了四名同事在《自然》杂

志撰文，认为这种研究会引发公众的强烈抗议，从而伤害其它科学领域。

他们的文章这样写到：“很快，使用基因修改工具改造人类胚胎 DNA 的研究

就会发表。但在我们看来，使用当前技术进行人类胚胎基因改造将对人类未来子

孙产生不可预知的影响。

145 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

这项技术不仅危险，在伦理上也无法接受。

这种研究应该被用来做非治疗性的基因编辑。

我们担心对这种存在伦理问题的研究，公众将提出强烈抗议，从而影响不能

遗传的基因编辑技术的美好前景。

当前我们还处在基因编辑技术的初始阶段，科学家应当达成共识：不修改人

类生殖细胞的 DNA。”

此外，他们还担忧这种技术将用来产生人工选择基因的“定制家庭”。不过

实际上，这种人工选择非常困难。因为通常情况下，不仅一个基因不能提供一种

特征，而且很多基因都有多种功能。（愿愿）

7. 英国通过立法：首个三父母婴儿或明年诞生

2015 年 02 月 05 日 参考消息网

参考消息网 2 月 5 日报道 外媒称，英国议会下院今天投票通过一项历史性

的法案，同意以医学方法创造携带三人 DNA 的婴儿。

据英国广播公司网站 2 月 3 日报道，根据这项医学技术，医生会使用另一名

妇女的 DNA 来弥补婴儿母亲的 DNA 缺陷，以阻止基因疾病从母亲传给婴儿。

在今天的投票中，382 名议员投票支持，128 人反对。这项法案还需要得到

英国议会上院通过。如果一切顺利，英国将成为世界上第一个通过立法允许制造

“三亲婴儿”的国家，而第一个“三亲婴儿”可能会在明年诞生。

法案的支持者表示，通过这项法案是先进医学的喜讯。英国官员说，这项技

术对那些希望得到健康婴儿的家庭来说是“黑暗隧道尽头的一缕阳光”。

线粒体存在于人体的几乎每一个细胞里。它的功能是将人体摄入的食物转换

成能量。有缺陷的线粒体通过母亲传给婴儿，使得人体细胞缺乏能量，会导致肌

肉乏力、失明、心脏病、残疾，甚至死亡。

146 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

所谓“三亲育子”技术，就是利用类似人工受孕的手段，将来自父母的基因

与一位女性捐献者的健康线粒体结合在一起。从女性捐献者引入的基因只占婴儿

总基因的 0.1%，而且线粒体有自己的基因，不会影响婴儿的相貌等特征。但是，

这个校正基因不同于移植的器官，将会一代一代传下去，这也是引发伦理争论的

重要原因。包括获诺贝尔奖的英国科学家和来自世界 14 个国家的 40 位著名科学

家支持通过立法允许使用这项技术。

英国教会等许多其他组织则表示反对，他们担心这会为制造“转基因婴儿”

敞开大门。所谓“转基因婴儿”，是指为了容貌、智商或消除所有病患而改变基

因专门设计制造的婴儿。

据美国“石英”财经网站 2 月 4 日报道，英国议会刚刚通过一项有争议的法

案，允许用三人基因培育婴儿。如果临床试验获得成功，这一疗法——很多人称

之为“三亲”试管婴儿疗法——将能使患有某些致命性遗传疾病的妇女在不把疾

病遗传给子女的情况下生育。

尽管该法案涉及的英国妇女的实际人数很少——目前估计有近 2500 人——

但这一决定可能对英国以外的地区意义更为重大。首先，在美国，这一疗法的支

持者将要求食品和药物管理局向这一技术倾斜。

美国大西洋理事会技术安全资深研究员杰米·梅茨尔说，由于向基因工程合

法化打开了大门，这一决定的意义还超过了该疗法带来的有限好处。梅茨尔说：

“此次表决意义重大。这是一国首次通过议会表决的形式批准人类基因工程。”

这 一疗法将用另一名女性的卵子线粒体取代婴儿母亲的线粒体。尽管这一

疗法仅控制婴儿总基因的 0.1%，但这些线粒体 DNA 非常重要：从细胞层面而言，

它们负 责提供人体细胞 90%的能量。线粒体 DNA 突变会导致一系列严重疾病，

而线粒体功能问题与一些退化性疾病有关，如糖尿病、帕金森症和亨廷顿氏舞蹈

症，很可 能还包括严重的孤独症。

147 第四部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Four Science & Modernization No.1, 2016

目前还没有根治上述疾病的方法。每 4000 人中就有一人患有严重的线粒体

疾病，而线粒体突变的比例更高——每 200 人中就会有一人出现先天线粒体突

变。不同于遗传了父母基因的细胞核，线粒体 DNA 只能由母亲遗传给婴儿。

早前，每个家庭避免生下患有线粒体疾病的婴儿的最佳方法是检测早期胚胎

细胞，以评估线粒体突变的几率，培植患病几率最小的胚胎。但这一被称为“植

入前基因诊断”的方法不够准确。

148 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016 第五部分 综合报道

1. 2015 年十大科学突破

2015-12-20 光明网

据新华社华盛顿 12 月 17 日电美国《科学》杂志 17 日公布了其评选的 2015

年十大科学突破，被业内誉为“基因剪刀”的 crispr 基因组编辑技术当选今年

头号突破。

crispr 全名为“成簇的、规律间隔的短回文重复序列”，是细菌防御病毒入

侵的一种机制，2012 年才被科学家发现并加以利用，成为生物医学史上第一种

可高效、精确、程序化地修改细胞基因组包括人类基因组的工具。

《科学》杂志说，由于 crispr 有着精确、成本低及操作简便等特点，许多

科研机构都开始开发利用这项技术，它“将会给许多领域带来持久的兴奋和乐

观”，势必“对研究产生革命性影响”。

其他 9 项突破性科学成就包括：

“新视野”探测器与冥王星“约会”：美国“新视野”号探测器于 2006 年 1

月发射升空，长达 9 年多的追逐后，它于美国东部时间 7 月 14 日近距离飞过冥

王星，成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。

脑内也有淋巴管：今年，科学家在实验鼠的脑内发现连接免疫系统的淋巴管，

颠覆几十年来教科书中“脑内没有淋巴管”的旧观念。

用酵母合成阿片类止痛药：阿片类药物是止痛效果最好的一种药物，但其唯

一来源是罂粟。美国科学家通过基因工程技术改造酵母，可把糖转化成蒂巴因，

后者可用来生产阿片类止痛药。

量子纠缠状态获证实：爱因斯坦拒绝接受这种“幽灵般的远程效应”，因为

这与他提出的没有任何物质的运动速度可超过光速的理论产生冲突。但今年科学

149 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

家通过实验证实了量子纠缠状态。

地幔柱存在证据被找到：科学家利用改进的地震波成像技术绘制出迄今精度

最高的地球内部模拟图，发现了 28 个地幔柱存在的证据。这些地幔柱宽达 800

公里，是此前预测的 3 倍多，因此地核冷却模型可能需要修正。

研制埃博拉疫苗：由加拿大公共卫生局等机构研发的 vsv-ebov 埃博拉疫苗

保护效果介于 75%至 100%之间。

改善心理学研究：提出“预注册”方法，即在做实验前就公布实验方案，最

终无论结果如何都会公布结果与统计分析，从而保证实验的透明性。

新古人种化石：一个国际团队在南非某岩洞深处发掘出 1500 多块骨骼化石，

这些化石混合了原始人类和现代人类的特征。科学家将这个新人种命名为“纳莱

迪人”，是目前发现的最早人种之一。

早期美洲人来自亚洲：科研人员对一个被称为肯纳威克人的骨骼进行了基因

组测序，这一骨骼距今有 8500 年。测序结果表明，早期美洲人从亚洲迁移而来。

2. 2015 年十大科技成就出炉

2015 年 12 月 18 日 中国科技网 房琳琳

又是一年将尽，到了盘点的时候，且看《科学美国人》评选出的 2015 年十

大科技成就。

眼控机器：运动受损人士的福音

今年早些时候，当艾瑞克•索拓用思维直接指挥机器手臂将一杯啤酒送入口

中，媒体疯狂了。这是一个令人印象深刻的壮举，但背后的技术，是在他大脑中

植入的一种电极芯片，这种芯片既昂贵又具有侵入性，而且还需要几个月时间来

训练使用。更糟糕的是，只有极少数瘫痪人士能够适应这些心理和生理上的技术

要求。

150 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

一种较好的办法随后诞生――创建大脑电波活动和机器之间的直接连接。英

国伦敦帝国理工学院神经技术科学副教授阿尔多•法赛尔想要用眼球移动来控制

轮椅、计算机和视频游戏。利用现成的视频游戏摄像机，法赛尔和他的同事建造

了一种护目镜，能够记录用户的眼球移动过程，并传输数据给计算机，软件将数

据翻译成机器指令。几乎所有运动受损人士都能应用这项技术，包括截肢者、四

肢麻痹症患者、帕金森病患者、多发性硬化症和肌营养不良症患者。

这套系统的成本只需要 50 美元。在一个科技展览会上，志愿者不需要更多

的指导，在 15 秒后就很好地掌握了玩游戏的技巧。

长期以来，科学家就知道眼睛可以透露人们的目的――他们要去哪里，想要

做什么，以及想和谁交流。自从上世纪 70 年代开始研究眼球运动的神经科学，

法赛尔和同事们就撰写了能够将“惊鸿一瞥”转化为指挥轮椅行动、敲击鼠标或

者开展瞳孔游戏的算法。为了预测受试者的真实意图，算法的设计基于志愿者用

操纵杆操纵轮椅或者机器手臂时眼球运动的真实数据。渐渐地，软件学会了区别

不同的眼神，比如当人们看向一个杯子时，软件能够猜测出他们是在猜测里面的

饮料为何物，还是想要端起来一饮而尽。

法赛尔在将这个技术商业化成医疗器械之前，必须为临床试验筹得资金。从

欧盟获得的 400 万欧元将继续支持他开发机器人的外骨骼，以便能够更好地让残

障人士使用眼球追踪系统。

“我想看到我们的努力可以帮助人们再次行动自如，这就是我的目的。”

法赛尔说。

微波火箭：低成本访问太空的范式

人类乘火箭遨游太空已 50 余年，在这么长的时间里，到达轨道的成本一直

都是个天文数字――根据火箭种类不同，每公斤载重上天要花费 5000 美元到

50000 美元不等。

151 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

问题是，没有哪个火箭是非常有效率的，火箭 90%的重量都是燃料和推进剂，

只为装载物资留下很小的空间。如果能甩掉一些重量，火箭不仅可以将更多的货

物送往太空，亦能降低成本。

1924 年，俄罗斯科学家康斯坦丁•特斯洛克夫斯基提出一种方案，建议由地

基微波发射器提供火箭上升的动力。他建议，利用反射镜将“一束平行电磁短波

射线激光束”瞄准火箭的腹部，加热推进剂产生推力，从而替代大量燃料的装载。

这一方法或许是获得宇宙速度的最有吸引力的方法。但直到最近，这个想法

才被重新提起。微波激光虽然在上世纪 50 年代就发明了出来，但始终没有达到

可以发射所要求的兆瓦级功率水平。电池和能源存储系统的最新进展让能源可以

足够强大，以至于不需要固定电网来约束电能。

今天，来自世界各地的研究人员正在实践这个概念，包括在 2012 年美国加

州技术研究所的凯文•帕金领导的一项工程研究。基于他们的工作，一家名为“逃

脱动力学”的私人公司正在测试这种微波动力卫星发射系统，美国国家航空航天

局（NASA）正在密切关注此事，今年 7 月，NASA 已经将微波动力火箭加入了未

来技术发展的路线图中。

病毒捕获平台：精确识别病毒的新方法

当医生想要识别感染背后捣乱的病毒，通常需要求助于聚合酶链式反应

（PCR），这种方法只有将 DNA 片段“放大”到足够大才能进行。使用 PCR 方法

的时候，医生还必须对要寻找的病毒做到心中有数，这就难免带有了猜测的成分。

今年 9 月，哥伦比亚大学的研究团队描述了一种能够消除猜测带来的盲目性

的新方法，该技术被命名为“脊髓动物病毒捕获测序平台（VirCapSeqVERT）”，

能在给定的唾液、组织或脊髓液样本中几乎完美地找到每种病毒。这种方法可以

在 48 小时内同时分析 21 个样本，且每个样本的分析成本只有 200 美元。它还能

检测新型病毒或突变病毒。

152 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

哥伦比亚大学流行病学公共卫生系教授 W•伊恩•李普金说：“当一个人被送

进急诊室，单是检测费就要成千上万了。这种方法非常便宜，而且能让医生对症

下药。”

为了开发这种技术，李普金和他的同事创建了一个超过 1000 种脊椎动物病

毒的数据库。然后他们用基因探针对每一株病毒进行匹配，当探头遇到匹配的病

毒时，就会自动与之绑定。为了检测这些病毒，实验室工作人员增加了磁珠来测

量直径仅 1 至 3 微米的混合物，化学连接器将基因探测器与磁珠以及捕获的病毒

相连。然后，研究人员插入包含了混合磁铁支架的细管，将探针拉向管壁。他们

隔离并清洗探针―磁珠―病毒组合后，对病毒进行基因测序，以消除误报风险。

李普金和他的同事现正在寻找商业支持，希望将这项技术应用到全世界的医

院和诊所；他们还计划增加专门探测感染性细菌和真菌的探针。

导电聚合物网络：软性的大脑电子探针

为了破解大脑之谜，科学家需要精确地检测活动状态下的神经元。大脑探针

的“蛮力介入”已经被诟病很久了。哈佛大学化学家查尔斯•尼尔博率领的团队

希望植入丝般柔滑的聚合物网络，从而改变这个窘境。

到目前为止，尼尔博团队测试了活鼠体内植入的这种聚合物，它拥有嵌入式

电子感应器。一旦证明安全可靠，它可能被用于人体，进而研究意识如何从单独

神经元的活动中产生，以及治疗帕金森症等疾病。

微型核聚变反应堆：压力下改变战术的选择

你可以指责核聚变拥护者太过于乐观。核聚变只会发生在两种元素结合或相

融合进而形成第三种元素的时候，将物质转化成能量。太阳就是典型的核聚变过

程。

总部设在法国的国际核聚变反应堆（ITER）集合了七个国家的力量，正在紧

锣密鼓筹建中。这个 210 亿美元的托克马克反应堆将利用超导磁体产生足够热、

密度足够大的等离子体来发生核聚变。一旦完成，ITER 的总重量将达到 23000

153 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

吨，是埃菲尔铁塔的 3 倍。美国国家点火装置（NIF）是其主要的竞争对手，也

同样复杂，需要同时将 192 束激光打在一个燃料球上直到其温度达到 5000 万摄

氏度，压力达到 1500 亿大气压。

理想很丰满，但现实很骨感。基于 ITER 和 NIF 的核聚变工作已经进行了数

十年，一批新的研究人员正在寻求不同的策略――让核聚变反应器变小。

今年，美国国防部高级研究计划局在 9 个小型项目上投资了 3000 万美元，

旨在通过名为“低成本等离子体加热和集成”（ALPHA）的项目，建设可负担得

起的核反应设备。一个比较典型的项目是加利福尼亚州次惯性核聚变技术公司的

塔斯廷执行的，该项目设计路线是用电流“捏合”等离子体，直到压缩至产生核

聚变。

这一方法不是没有先例，1958 年洛斯阿拉莫斯国家实验室曾用这种“捏合”

技术实现了第一次可持续的核聚变反应。

隶属 ALPHA 项目的其他公司也正在寻找可替代的核聚变方案。不列颠哥伦比

亚省的通用核聚变公司已经建成了一个设备，能够用激波穿透液态金属进而引发

聚变反应。“3 阿尔法能源公司”正在建设一种带电粒子束核反应堆，能够一个

接一个点燃带电粒子。

美国国防工业巨头洛克希德•马丁公司则宣称，其正致力于建造一种磁约束

核反应堆，用一辆卡车就可以运走，希望在 10 年内实现商用。

追求核聚变的坎坷历史表明，这些小项目都应该受到质疑。但是，不论哪一

个方式，只要能够成功输送清洁无限量的核聚变能源，都将解决从能源匮乏到气

候变化的系列问题。

杀死转基因开关：阻断 DNA 逃逸的闸门

转基因埃希氏大肠杆菌无处不在，医用胰岛素、塑料高分子聚合物以及食品

添加剂等都有它的踪影，它还可以成为工业废料或者改变化肥的用途。这些安排

目前几乎没什么风险，因为在转基因模式下该菌群对于环境的适应能力较弱，不

154 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

能在实验室外长期生存。但是，经过编辑漏洞缺陷的菌群可能会对本来平衡的生

态系统造成影响，例如抗生素产生耐药性等。

2009 年，美国加州大学生物工程学家布里安•凯利安多开始致力于研究一种

确保基因修改生物的编辑 DNA 在逃逸或者被盗之前被摧毁的技术。近年来，他正

在借助基因编辑工具 CRISPR，剪除并摧毁入侵病毒中的 DNA。他还意识到，可以

用该技术内置一个杀死转基因细菌的开关。

现工作于麻省理工学院技术研究院的凯利安多发明了 DNAi，这是一种基于

CRISPR 的系统，能够迫使细菌剪除自行修改过的 DNA。利用 CRISPR，凯利安多

成功将经过编辑形成了杀死开关的酶插入到转基因大肠杆菌中。相关研究发表在

《自然•通讯》上。

辐射冷却材料：未来地球建筑的防热外衣

空调耗能占到了美国建筑物能源消耗的 15%左右；创纪录的高温日数还会在

未来几十年继续上升。这两个事实指向一个难题：在逐渐变暖的世界，我们如何

在减少能源消耗的同时还能冷却工作和生活环境？

美国斯坦福大学的研究人员认为，部分解决方案是让吸热建筑材料能吸收阳

光并将热能发散到外层空间。这一辐射冷却概念起源于上世纪 80 年代，工程师

发现拥有金属涂层的材料可以从建筑物上吸热，并畅通无阻地将热量辐射至地球

大气层外。

但辐射冷却从来没有真正应用过，没有人能制造出这样一种材料。为了解决

这个问题，斯坦福大学研究团队创建了一种非常有效的“镜面”。这种材料由二

氧化铪和二氧化硅以及一层银、钛和硅构成的基层组成，能够反射 97%的太阳光。

二氧化硅原子表现得像个小天线，在帆板一侧吸收空气中的热，另一侧则释放出

热量。这种材料的辐射波长在 8 纳米到 13 纳米之间。对这些波长来说，地球大

气层简直就是透明的，所以热量可以耗散到太空中，而非加热建筑物周围的空气。

即使阳光直射，直径 20 厘米的硅片冷却器也能将温度降低到比周围空气低 5 摄

氏度。

155 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

范珊辉（音译）是斯坦福大学的电气工程师，他想用这种材料覆盖建筑物的

屋顶，这样可以让建筑空调系统稍作休整，同时又减少了能源消耗。

范珊辉认为：“利用太阳这个巨大热源，并将地球看做宇宙中巨大散热器的

想法非常有趣，而这只是探索可再生能源的开始。”

机器自学：高级智能快速发展的助力

谷歌、脸书等公司正在推进能让机器自学的技术，这很大程度上依赖于一种

名为深度学习技术的进步。

源于几十年之久的旧观念――计算机如果能像人脑那样操作包含了多层电

脑程序单元人工神经网络的深度学习网络的话，它将更加聪明。传统的神经网络

和深度学习神经网络之间的区别在于，后者有更多的层次。网络越深，层次越多，

学习和操作的事物就越抽象。

深度学习技术研究领域在本世纪初有 3 个代表人物――多伦多大学的杰弗

里•辛顿、蒙特利尔大学的•硕•本杰奥以及纽约大学的闫乐存（音译）。而直到

最近，这一技术才开始商业化之路。

最典型的代表是今年 5 月才面世的谷歌照片 APP。这款软件能够从你的 iPhone 上下载所有的图片，正确识别你的妻子、儿子和孙子等不同家人，然后

分别放入不同的电子文件夹中并做好标记。

它之所以如此“聪明”，是因为它已经从数百万张照片中学会了如何识别脸

孔。当通过每个网络层次扫描一张图片的时候，软件会以更抽象的水平识别图片

中的元素，直到最终能够指认图片中的整张脸孔。一旦经过足够的训练，看过足

够多的脸孔，它就能成功定位从未见过的人的鼻子和嘴巴。

深度学习能够做的当然不仅是识别图片的工作。实际上，通向人工智能之路

的标志性一步，就是展示其区别于人类掌控者的智能行为。今年 2 月，伦敦一家

被谷歌以 6.17 亿美元收购的公司 DeepMind 的人工智能专家宣称，已经利用深度

学习生产了一个能够自学玩很多视频游戏的计算机。实践证明，这款软件能够在

游戏进行到一半的时候，就击败多数专业玩家。

156 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

红外光谱+计算机模拟：捕捉化学反应慢动作的摄像机

在细胞液内，氢键能维系分子 DNA 基本配对形式。很多药物就是在溶剂中合

成的。然而，化学家一般只能在气态阶段研究化学反应的绑定机制，因为在这种

状态下的分子相对稀疏，容易追踪。

在液体中，分子数量更多，碰撞也更频繁，所以化学反应发生得也更快且更

复杂。如果想看清这个过程，需要几百亿分之一秒的快照才能实现。

英国布里斯托尔大学的化学家安德鲁•尤文利用激光来研究化学反应。他知

道，可以用红外光谱观察到液体催化热反应中的振动。在 2012 年到 2014 年进行

的实验中，他将超快紫外激光束打在乙腈溶剂中的氘氟化分子上，激光束如同手

术刀一样，雕刻出了高活性的氟原子，反过来从溶剂分子中“偷”走了氘原子，

形成了氟化氘。

观察使用的是一种标准的被称作红外光谱的技术，揭示了原子之间如何绑定

以及反应达到平衡有多快。这个实验观察到了液体中反应的皮秒级细节。大多数

化学家希望使用计算机模拟替代昂贵的激光和探测器来观测化学反应。尤文等编

写了模拟软件，能够非常精确地预测光谱实验的结果。

“我们能用这些模拟来深入探讨究竟发生了什么。”尤文说，“因为模拟

会提供比实验更精确的信息。”

实验和模拟信息结合，能提供迄今为止最佳的液体中真实化学反应的信息。

研究人员已经开始将这种方法纳入到计算机模拟产业应用中，让疾病研究、药物

开发和生态研究人员大受裨益。

弹跳光子记录仪：可看到隐秘角落的照相机

如果照相机能看到角落另一边，就能警告司机在危险处停下、帮助消防员搜

寻燃烧的建筑物，以及让外科医生看到身体内部难以直视的区域。

几年前，麻省理工学院媒体实验室的研究人员就在探讨，如何创造这样一个

照相机。它的原型非常昂贵。这个设备利用激光束来发射光线，光线从墙壁或者

157 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

地板弹跳到另一个房间的物体上。一个价值 50 万美元的照相机能记录弹射回来

的光线，软件记录了单独光子到达时间、计算距离并重新构建看不见的物体。

此后，该团队一直在尽力改进这个技术。现在，他们已经能够记录移动物体

的反射光线，而在价格上，便宜的 LED 灯和价值仅 100 美元的微软传感器就可以

达到同样的效果。

3. 2015 年人工智能取得的重大突破

凤凰科技

彭博社 9 日撰文指出，过去几年间，无论是 Preferred Networks 这样的创

业公司，还是谷歌、微软等科技巨头，都在加大对人工智能技术的投入。在这种

大背景下，计算机的智能化程度和认知速度均达到一个前所未有的水平，而 2015

年更是成为人工智能技术取得重大突破的一个年份。

过去 5 年间，人工智能在悄然间取得了一个个突破，而 2015 年已成为这项

技术发展的重要里程碑。现如今，计算机的智能化程度已达到有史以来的最高水

平，而认知速度也达到一个前所未有的水平。

人工智能研究取得前所未有的发展

谷歌高管杰夫·迪恩(Jeff Dean)表示，人工智能“的确正在加速发展”。

为了庆祝过去取得的成就，制定未来一年的发展规划，迪恩和人工智能领域的众

多顶尖人才本周齐聚加拿大蒙特利尔市，出席了“神经信息处理系统”(以下简

称“NIPS”)大会。NIPS 大会从 1987 年开始举办，随着人工智能技术的快速发

展，它在过去几年已成为众多硅谷公司必须要参加的会议。

2013 年，Facebook CEO 马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)正是在 NIPS 大

会上宣布了建立人工智能实验室的计划，而一家名为 DeepMind 的创业公司也在

158 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

被谷歌收购之前，在 NIPS 大会上展示了一种能学会玩计算机游戏的人工智能系

统。

本周，人工智能技术注定会成为一个焦点。在今年，人工智能研究取得了前

所未有的发展，这主要归功于以下几个方面。首先，云计算基础设施得到了极大

地改善，成本也出现大幅下降，技术人员可以处理更为复杂的信息。其次，还出

现了大量数据集和免费或价格低廉的软件开发工具，供研究人员使用。得益于这

种趋势，一种被称为“神经网络”(neural network)的重要认知技术，如今也变

得相对便宜许多，而以前其成本高的让人望而兴叹。

科技巨头与创业公司齐发力

这最终导致一些科技行业巨头也想从人工智能市场分一杯羹，比如谷歌、

Facebook 和微软。这三家科技公司每家都有自己的人工智能实验室，实施一系

列重要研究，发布了研究成果供学术界讨论。举例说，谷歌研究人员的一项研究

成果就登上了科学杂志《自然》的封面，介绍了一种可自动学会玩 Atari 游戏的

系统;Facebook 也开发出了一种技术，能让计算机向盲人描述图像;微软则对外

展示了全新的 Skype 系统，该系统能自动将一种语言翻译成另一种语言;IBM 也

暗示人工智能技术是其最重要的潜在增长领域之一。

与此同时，创业公司也对人工智能的发展作出了重大贡献。Preferred

Networks 的人工智能系统将被整合到日本知名机器人公司发那科(Fanuc)制造的

工业机器人中，而 Indico Data Labs 也携手 Facebook 研究人员，教计算机如何

利用自己的想象力为面孔涂颜料。

159 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

自多伦多大学研究小组的深度学习系统在 2012 年的一项大赛中获胜以来，这种

技术在热门图像识别比赛中的出错率急剧下滑

计算机越来越善于识别图像中的具体内容，而且出错率近年来逐年下滑

计算机目前越来越善于识别照片中的内容。2012 年，在全球最富盛名的一

个图像识别技术大赛中，多伦多大学的一个研究小组笑到了最后。这个小组最终

被谷歌招进了自己的公司，其技术方法也在短时间内被谷歌和其他科技公司采

160 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

用。2015 年，根据这个团队深度学习技术开发的人工智能系统变得越来越准确。

在测试中，这种系统的出错率已降至大约 5%，几乎与人类的表现不相上下。

上图是近年来谷歌公司内部使用重要人工智能技术的软件项目的具体数字

未来应用潜力广阔

大量公司正投入人工智能技术的怀抱，但在这个方面，没有一家能比得过谷

歌。2012 年，谷歌只是在少数一些项目中应用了深度学习技术，而今年这种技

术已经广泛应用于数千个项目中。

161 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

2012 年，科技创业公司 CrowdFlower 向客户售出了 200 万份数据，帮助他们学

习使用人工智能系统。今年，CrowdFlower 的数据销量已经接近 1 亿份

另一家创业公司 DifffBot 则在使用人工智能技术提升其数据抓取工具的准确性

创业公司也在广泛采用人工智能技术。例如，向企业客户提供结构化数据的

创业公司 CrowdFlower 就表示，为了实施人工智能研究，企业需要获得的相关数

据急剧增长。另一家创业公司 DifffBot 也在使用人工智能来改善其自动化数据

抓取工具。

162 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

谷歌研究人员过去两年一直在努力帮助其人工智能系统学习玩 Atari 游戏，

这套系统已经变得越来越先进

人工智能研究专注于教会计算机如何自主思考，如何找到解决常见问题的办

法。为此，研究人员向计算机提供了真实世界的简化版本，例如在视频游戏中出

现的经过简化的环境，然后要求计算机探索这一环境并记录结果。不过，人工智

能技术的市场潜力并不仅仅限于游戏行业：类似软件可以被用于教会人工智能计

算机掌握相关技能，帮助它们更快地学习新鲜事物，例如医学诊断手段、环境科

学，或是经过改进的个性化推荐。

迪恩将人工智能近来所取得的进步比作是生物进化。“在现阶段，我们正在

经历真正的进化。以前动物没有眼睛，但现在有了。”他说，“这将改变许多东

西。计算机以前的视觉能力并不怎么样，但现在它们正开始睁开自己的眼睛。”

4. 2015 年世界科技发展回顾

2016 年 01 月 03 日 科技日报国际部

生物医药

美 国

人脑研究取得新成果，医学与疾病防治取得多项重大突破，合成生物学成果

纷呈。

田学科（本报驻美国记者）2015 年，美国科学家在人脑研究领域取得重大

突破：8 月，俄亥俄州立大学在实验室中培育出近乎完全成型的人类大脑，尽管

它只有铅笔上橡皮擦那么大，发育程度与一个 5 周大胎儿的大脑相当，尚没有任

何意识，但具备人脑绝大多数细胞类型和功能，且能像人脑一样进行基因表达，

163 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

用它可以帮助科学家测试新药及更多认识脑部疾病机理；9 月，华盛顿大学研究

团队完成目前最复杂的人脑直连实验，他们使用一种脑—脑直连方式，让 5 对受

试者通过互联网传递大脑信号来玩问答游戏。这一试验首次证明两个大脑可以直

接连接，且无需发声，一方就能准确猜出另一方的想法。此外，美国科学家还绘

制出了超精细的老鼠大脑 3D 图谱，该图谱由一系列高清图像拼接而成，单个神

经细胞在纳米尺度下前所未有的清晰可见。

疫苗研究与设计领域:多家研究机构和企业参与研制的埃博拉疫苗已完成一

期或二期人体临床试验。伊利诺斯大学厄本纳-香槟分校通过“基因组挖掘”技

术搜寻了 1 万种细菌，用 4 年时间就发现了 19 种前所未知的天然磷酸盐新产品，

每种都有望成为有潜力的新药，其中之一已确认可作为抗生素。

癌症研究领域：美国食品和药物管理局（FDA）批准了首个治疗黑色素瘤等

癌症的病毒类药物，其核心是利用一种经过修改的工程疱疹病毒，在不伤及健康

细胞的情况下杀灭癌细胞，并在人体内部引发抗癌免疫反应；德州大学西南医学

中心发现，全基因组测序可识别癌症家族背景人群的患癌风险，提高了诊断有癌

变倾向的基因变异的能力；哈佛大学利用受激拉曼散射(SRS)显微镜技术，无需

荧光标记即观察到活体皮肤癌细胞分裂过程中 DNA 分子机理，可在不干扰细胞正

常发育的情况了解细胞癌变程度。

艾滋病研究方面：一种基于基因疗法的“强力”新药 eCD4-Ig 可阻止艾滋病

病毒各种已知毒株的感染，恒河猴试验表明其有效性远高于现有效果最好的广谱

抗艾药。这种新药通过伪装把病毒“拒之门外”——令人体产生 CD4 和 CCR5 两

种受体的“山寨”品，“欺骗”艾滋病病毒与之结合，从而让病毒失去进入人体

的机会。美研究人员还研制出被称为“分子显微镜”的探针，能够准确检测到艾

滋病病毒在细胞内外的隐藏之地，最终能帮助弄清艾滋病病毒长时间存留的谜

底，从而将其从体内彻底清除。

基础医学研究领域：美研究人员发现一种与抑郁症相关的关键成分——成纤

维细胞生长因子 9（FGF9）蛋白，其在抑郁症患者大脑中的含量远高于非抑郁症

164 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

患者；西北大学研究人员通过研究线虫发现，当动物到达生殖成熟期后，一种基

因开关会开启衰老进程，也可保护机体免于衰老；约翰•霍普金斯大学发现一种

包含磁性纳米粒子的磁选柱装置能够加速 T 细胞的生成，其最终目标是在病人的

血液样本中训练 T 细胞并增加它们的数量，最后将它们放回病人的身体，该装置

有助于敲开免疫疗法的大门；加州大学旧金山分校利用基因编辑技术

CRISPR/Cas9 精确修饰了人类 T 细胞；美国哈佛医学院攻克了让猪成为人体器官

捐献者的一个最大难关——断绝猪内源性逆转录病毒在器官移植接受者体内重

新激活的可能性，有望使猪成为人类的器官捐献者。

合成生物学方面：杜克大学研究人员利用活检细胞，首次在实验室制作出能

收缩并对外界刺激产生反应的人类骨骼肌，它能像自然人体组织对外界电脉冲、

生化信号和药品等刺激作出一样的反应；麻省总医院研究人员采用脱细胞技术，

创建了一种构建人工生物肢体的方法，并成功培育出一个具有血管和肌肉组织的

老鼠前肢；伊利诺伊大学芝加哥分校和西北大学研制出一种人工核糖体，它们可

以像自然核糖体一样在细胞内产生蛋白质和酶，为生产新型药物和下一代生物材

料及了解核糖体功能提供了帮助；斯坦福大学制造出一种有弹性、可变色的压力

敏感材料，触摸力度不同，其颜色会随着改变，成为迄今最接近变色龙皮肤的人

造材料；美科学家首次用人体细胞培育出能够发出声音的人工声带组织，动物实

验显示该组织能够正常生长且未引发免疫反应，这为那些失去声带的患者带来了

希望；美研究人员对从人体皮肤提取的多能干细胞进行遗传重组，培育出一颗拥

有人的心脏细胞的微心室，这颗“小心脏”能像完整大小的心脏那样跳动，可用

其替代动物实验，筛查新药或测试药物对婴儿的影响。

英 国

重视针对抗生素耐药性机理的研究，开发出药物“身份证”和可靠的“人工

胰腺”。

郑焕斌（本报驻英国记者）生物医药政策方面：4 月，英研究理事会等多家

负责审批发放政府科研经费的机构联合发布公告，称将修改涉及动物实验的科研

165 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

项目经费申请指引，要求申请的研究人员必须更明确地提供动物实验详细数据，

以便提高相关科研项目的质量；5 月，由政府任命的抗生素耐药性问题评估小组

发布报告，呼吁全球制药业共同投资 20 亿美元建立一个创新基金，以促进抗生

素研发工作；并预测未来 10 年制药界将能开发 15 种新型抗生素。包括纽卡斯尔

大学在内的多所英国高校和研究机构目前已获得政府总计 500 万英镑的资助，对

抗生素耐药性问题展开深入研究；6 月，英国民保健制度血液和移植管理处宣布，

将在 2017 年之前开展首次使用人造血的人体输血临床试验。这种合成血液将在

实验室中制造，其原料主要是成年人的干细胞和婴儿的脐带血。

基因研究方面：6 月，剑桥大学桑格研究所成功完成了对埃博拉病毒的基因

测序，并将数据在网上公布，全球科研人员可免费共享；9 月，伦敦国王大学科

学家从 65 岁健康老人体内选择了共有的 150 个 RNA 基因，开发出判别“健康老

人”的基因标记工具；11 月，英国 UCL 下属的大奥蒙德街医院医生，首次依靠

使用“分子剪刀”修改基因的疗法，将基因修改过的细胞注入一名患白血病的 1

岁女婴体内，数周内成功将其治愈。

疾病研究方面：7 月，剑桥大学研究人员发现，同时有心血管疾病和糖尿病

的患者，寿命会比患其中一种或不患这两种疾病的人平均缩短 15 年；8 月，帝

国理工学院张晓东研究团队发现了致病细菌防御机制的一种“触发器”，其相关

原理可为应对细菌耐药性问题提供新线索；9 月，Sofmat 公司与布拉福德大学研

究人员共同开发出一种新技术，能在药片上刻印肉眼无法看出的微型条码作为药

物“身份证”，让医药行业人员更容易识别假药。剑桥大学研究人员发布了一种

改进型人工胰腺装置，其持续工作时间长达 12 周。这种“人工胰腺”不但在可

靠性和工作时间方面显著提高，而且其血糖调控能力也有很大改善，可有效防止

患者出现低血糖等许多Ⅰ型糖尿病患者易出现的症状；12 月，英国癌症研究会

马兰希研究团队发现了癌细胞扩散到身体其他部位并形成新肿瘤的关键机制，未

来有望据此开发出有针对性的药物，抑制癌细胞扩散。

166 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

脑科学方面：7 月，伦敦大学学院科学家发现，人脑可以通过一个特殊机制

将分布在脑部不同区域的“记忆碎片”组合在一起，形成平时脑海中的完整记忆；

8 月，卡迪夫大学科学家通过小鼠实验证明，即使破坏脑中记忆巩固过程，通过

某些措施仍能恢复相关记忆。

法 国

获得人类核糖体原子水平的结构，首次将加工肉制品列为 1 类致癌物，从居

住在巴黎的儿童肺部发现了碳纳米管。

李宏策（本报驻法国记者）4 月，法国研究人员利用高分辨率单颗粒低温电

子显微镜以及原子模型构建的方法，获得了人类核糖体接近原子水平的结构。核

糖体能够催化蛋白质合成。目前，许多研究已成功解析出多种生物的核糖体原子

水平结构，但获得人核糖体结构一直存在很大挑战，这一问题的解决对于人类疾

病的深入了解以及治疗手段和策略的开发都有重要意义。

8 月，法国国家科研中心首次发现一种存在于早老性痴呆症患者大脑中的活

性肽——伊塔（η）淀粉样蛋白，该蛋白会降低大脑神经元的活跃度。新发现的

肽与早老性痴呆症的病理相关，但仍需通过其他研究进一步确定其如何对认知功

能造成损害。这一发现有助于探索早老性痴呆症的治疗方法。

10 月，位于法国里昂的世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布报告，

首次将火腿、香肠、肉干等加工肉制品列为 1 类致癌物质。法国农业科学院下设

的“食物引发及预防癌症课题组”的研究表明，红肉中的铁元素会氧化食物中脂

类并形成有害的烯醛，这类物质进入人体后可攻击结直肠上皮细胞。

10 月，法国研究人员从居住在巴黎的儿童肺部发现了碳纳米管，这是碳纳

米管首次在人体内被检测出来。目前尚不清楚这些儿童肺部的碳纳米管含量水平

以及它们的来源，虽然该研究小组在巴黎采集的灰尘和汽车尾气样本中也发现了

类似的结构。

德 国

167 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

启动“基因组编辑新方法对社会影响”的研究计划，开发出通过尿样检测乳

腺癌的方法。

顾刚（本报驻德国记者）柏林 NOXXON 制药公司和丹麦奥尔胡斯大学的研究

人员合作研究，发现了一种镜像对称的 DNA 分子 L-核苷酸，L-核苷酸从组成上

与天然的 D-核苷酸没有两样，唯一的区别是前者为后者的对称镜像。这项成果

可为利用基因技术治疗癌症等疑难疾病开辟新的途径。

德国癌症中心和慕尼黑赫尔姆茨中心的科学家找到了一种治疗淋巴癌的新

办法，利用患者癌细胞中的病毒感染体来激发人体免疫系统，产生活性抗癌细胞

来消灭癌细胞。

德国弗莱堡大学医学院研究人员开发出通过尿样检测乳腺癌的方法，通过检

测尿样中微 RNA 分子的浓度，其测定乳腺癌的准确率超过 90%。这一方法未来可

用于乳腺癌治疗和早期诊断。

俄罗斯

继续加大在抗击埃博拉病毒方面的投入，启动建立俄罗斯各民族人口遗传肖

像库工作。

亓科伟（本报驻俄罗斯记者）1 月，“俄罗斯铝业”公司投资 1000 万美元

在几内亚成立微生物研究与流行病学治疗中心。俄三家科研中心研制出四种预防

埃博拉病毒的候选疫苗，其中两种疫苗已在灵长类动物身上进行测试。此外，俄

罗斯卫生部流感科学研究所研制的高效治疗拉沙热病的抗病毒药物 Triazavirin

也在非洲派发并进行现场测试。

遗传学方面，圣彼得堡国立大学启动了一项建立俄罗斯各民族人口遗传肖像

库的工作，计划在 2018 年前描绘出俄国内各种族人口在人类基因组中的变化，

确定影响疾病传播的特性，并建立具有本国人口特征的具有医学意义的基因分

类。这将有助于提高通过使用包括中药在内的各种药物治疗疾病的有效性，并掌

握俄罗斯人口的迁移过程。

168 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

医学方面，俄罗斯新西伯利亚核物理、细胞学与遗传学研究所的科学家在苏

军阿富汗战争期间研究成果基础上开发出一种全新药物 Trombovazim，这种药物

能阻止心血管疾病患者体内的血栓形成，可用于治疗和预防心肌梗塞、中风、肺

动脉栓塞及血栓性静脉炎；俄罗斯科学院理论与应用机械研究所研制出新型人工

心脏原型机，重量仅有 100 到 150 克，每分钟泵血可达 7 升。

合成生物学方面，俄生物物理学家利用一种小型桡足类海虾合成了世界上最

小的发光生物分子荧光素酶分子，其蛋白质具有极高的活性和极端的热稳定性。

该分子可用于医学分析测试，并有望取代放射性标记的诊断方法。

加拿大

投入巨资支持生物医学研究；史上最大自闭症基因组研究项目有新发现；癌

症治疗研究取得多项成果；绘制出人体必需核心基因图谱。

冯卫东（本报驻加拿大记者）1 月，加政府宣布为神经发育网络项目续投 1960

万加元，支持其研发有关神经发育障碍，特别是自闭症、脑瘫及胎儿酒精谱系障

碍的认知和治疗方法。加安省政府宣布向安大略脑研所（OBI）投资 5600 万加元，

支持其在自闭症、抑郁症、阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等疾病的诊断和治疗上

开展突破性研究。6 月，安省政府宣布在未来 5 年投资 2500 万加元支持开发癌

症、多发性硬化症和糖尿病等慢性疾病的新疗法。8 月，多伦多大学获加政府 1.14

亿加元巨额资助，以巩固该校作为全球领先再生医学研究中心的地位，设计和制

造可治疗退行性疾病的细胞、组织和器官。

1 月，由“自闭症之声”资助的史上最大自闭症基因组项目发现，大多数患

有自闭症谱系障碍（ASD）的兄弟姐妹拥有不同的自闭症相关基因。同时该项研

究获取的近 1000 个自闭症基因组数据历史性地首次上传到基于谷歌云平台的

“自闭症之声”MSSNG 门户网站。

2 月，加拿大科研人员通过 RNA 干扰技术培育的不变色苹果，获得美国农业

部动植物卫生检疫署（APHIS）的上市核准。

169 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

6 月，加研究人员发现了一种检测人体血液中癌症生物标记物的新方法：利

用肽核酸钳及纳米微电子芯片检测游离核酸。新方法对检测患者血液中的癌症标

记物具有足够的灵敏度和选择性。与其他方法相比，该方法具有成本低、侵入性

小、几乎不用准备样本等诸多优点。

7 月，加研究人员发现了严重受损 DNA 是如何在细胞内运送及被修复的，此

项发现或可揭开“癌症运作”之谜。

8 月，多伦多大学以结肠癌干细胞为靶标，发现了一种可模拟病毒并触发抗

癌免疫反应的机制，为理解抗肿瘤机制的重大转变指明了方向，同时也确定了对

抗结肠癌干细胞的成药目标。

9 月，多伦多大学最新开发的一种生物兼容性支架，可像“魔术贴”一样将

成片跳动的心脏细胞“扣”在一起，从而使装配功能性心脏组织变得像搭鞋扣般

简单。该项技术最终将用来创制可修复受损心脏的人造组织，其模块化性质可使

为病人定制移植物更容易。

9 月，加研究人员还发现了对胰腺细胞产生胰岛素数量进行管理的一个分子

路径，该“调光开关”可在血糖升高时调节胰岛素分泌量的多寡。此项发现或将

成为糖尿病研究的“游戏规则改变者”，从而开创糖尿病治疗的新思维，延缓甚

至预防糖尿病。

以色列

绘制完成野生二粒小麦基因组图谱，一批有关人类大脑神经疾病、心脏病、

肺病等疑难疾病的研究成果涌现。

冯志文（本报驻以色列记者）特拉维夫大学和 NRGene 基因公司的科技小组

首次绘制完成野生二粒小麦基因组图谱。他们用一个月的时间，破译了被称为“小

麦妈妈”的二粒小麦的基因组序列。这项成果有助于研发高产、抗病小麦新品种，

为缓解全球粮食危机发挥作用。

170 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

魏兹曼科学院的科学家获得小鼠再生心肌细胞，为人类战胜心脏病开辟了一

条新路。心血管疾病是导致人类死亡的主要疾病之一，部分原因是因为心脏细胞

无法再生，新的发现也许会改变这一事实。

在干细胞研究方面，魏兹曼科学院的科学家认为干细胞可能治愈受损肺、肺

气肿、支气管炎、哮喘和囊性纤维化等肺部疾病。他们发现存在于人体肺部的某

些干细胞类似于人体骨髓中的干细胞，这为使用胚胎干细胞修复受损的肺组织提

供了可能。此外，哈达莎医学中心使用干细胞疗法，开展第一例年龄相关性黄斑

变性病例干细胞治疗。

以色列理工学院的科学家首次发现人体暴露于纳米粒子可能威胁心脏健康。

研究表明二氧化硅纳米粒子是导致人类心血管疾病的元凶之一，当人体暴露于这

种纳米粒子时，它会穿越人体组织和细胞屏障，以自己的方式进入人体循环系统

从而引发心血管疾病。

希伯来大学与哈佛大学的科学家公布了导航大脑活动的神经网络“GPS”系

统。希伯来大学、巴依兰大学的科研人员揭示卵巢遗传发育机制，为治疗不孕不

育症提供了新方法。

日 本

发现能与马尔堡病毒和埃博拉病毒相结合的人类抗体，以及导致帕金森病的

致病基因。

葛进（本报驻日本记者）九州大学的研究人员发现了能与致死率很高的马尔

堡病毒和埃博拉病毒相结合的人类抗体。该研究为研制抗病毒药物和疫苗提供了

新的思路。

顺天堂大学的研究人员首次发现了导致帕金森病的致病基因。帕金森病遗传

的原因之一就是这种被称为 CHCHD2 的基因产生了变异。

横滨市立大学的研究人员发现，两种新发现的基因与肾癌的致病基因相协

调，可抑制肾癌的发生与成长。该研究为开发新型肾癌治疗药物开辟了新思路。

171 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

庆应大学的研究人员证实，皮肤表面存在多种细菌，如果其平衡被打破，黄

葡萄球菌异常增多，将引起过敏性皮炎。

另外，元理化学研究所研究员小保方晴子在英国《自然》杂志上发表的论文

涉嫌造假，其所发现的“STAP 细胞”并不能得到明确证实。该事件在日本引起

巨大震撼。

韩 国

研制“多功能大肠内视镜”，10 分钟内诊断大肠癌。

薛严（本报驻韩国记者）12 月，韩国基础科学研究院（IBS）纳米粒子研究

团队研制出一种“多功能大肠内视镜”，通过简单的操作 10 分钟内就可诊断大

肠癌。此前通过内视镜在大肠内发现息肉后，需进一步进行活组织检查以判断有

无癌变，此过程通常需要两天。

巴 西

加大对生物医药领域支持力度，转基因作物种植发展快速。

邓国庆（本报驻巴西记者）2015 年，巴西政府加大了对生物医药领域的支

持力度，把生物制药视作经济发展的一个重要推动力，计划在未来 10 年间投入

58 亿美元，鼓励生物技术在人类健康、食品安全、工业产品和环境质量等领域

的应用。巴西生物制药公司具有很强的创新性意识。目前创新型药物约占巴西整

个生物制药市场的 42%。巴西制药公司与大学和研究机构进行密切合作，同时重

视私人企业在发展生物医药中的作用。

2015 年巴西的转基因作物种植面积达到了 4220 万公顷，仅次于美国，在全

球转基因作物种植国中排名第二。最近五年巴西成为全球转基因作物的增长引

擎，未来有望缩小与美国的差距。快速高效的审批制度使得巴西能够快速进行转

基因品种审批。2015 年巴西连续第三年种植了抗虫、抗除草剂复合性大豆，种

植面积为 520 万公顷。巴西农科院已经获批在 2016 年商业化种植本国产的转基

因抗病毒豆类。

172 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

信息技术

美 国

政府重视研发速度更快的计算机，人机交互技术、神经网络构建、芯片制造、

光纤通信等方面成果迭出，网络安全技术更进一步。

何屹（本报驻美国记者）7 月，美国总统奥巴马签署总统令，要求美国在 2025

年之前，研制出全球最快的计算机，以进行复杂的计算并辅助科研和国家安全项

目研究。

人机交互技术方面：微软推出最新一款全息眼镜“Hololens”，带来看世界

的全新方式；美国国防部高级研究计划局（DARPA）的科学家正进行一个名为“同

计算机交流（CwC）”的新项目，计算机可以像人一样交流；美日科学家合作开

发出一种能模拟大脑进行自然计算的硬件平台，未来电脑将和人类一样聪明；加

州大学圣地亚哥分校科学家利用存储式处理器研制出一种模拟人脑运作方式的

新型电脑样机。佐治亚理工学院等提出了一种柔性生物兼容脑植入装置的设想，

有望帮助那些脊髓损伤和使用义肢的人；杜克大学则在脑脑联接上取得新进展，

利用几只猴子的脑力完成控制虚拟手臂的运动，用 4 只大鼠构建了被称为“脑网”

的脑脑接口，并完成了简单的计算；麻省理工学院用一种在人体肠道中常见的细

菌开发出一系列基本的计算机元件。

神经网络构建方面：田纳西州的数字推理公司建成一个包含 1600 亿参数的

神经网络模型，创神经网络模型规模最新纪录；麻省理工学院神经科学家发现，

最新一代“深度神经网络”在对目标分类识别上能达到猕猴大脑的水平。

芯片制造方面：IBM 公司展示了首个完整集成的单片硅光子芯片，并宣布研

制出首个制程为 7 纳米的测试芯片，计算能力为当前最强芯片的 4 倍，突破了半

导体行业的重要瓶颈。此外，在该领域美国科学家的成就还包括：研制出 3D 碳

纳米管计算机芯片；开发出在室温下可实现自愈的柔性电路；证实了用纤维素纳

米纤维（CNF）作为计算机芯片基底的可行性，这可能是最环保的计算机芯片。

173 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

通讯技术方面：加利福尼亚州立大学创建了一种“频率梳”装置，可让光纤

信号增强 20 倍；普渡大学开发出一种新的等离子氧化材料，有望实现超高速全

光通讯技术。此外，美国 OneWeb 公司准备发射 648 颗小型卫星，抢占“卫星互

联网”高地。

网络安全方面：华盛顿州立大学创造了一种新的、比十进制和二进制系统更

复杂的数字系统，甚至能够经受住来自量子计算机的破译。此外，两位网络安全

研究人员公开展示了如何利用网络“攻击”汽车。

英 国

首次在微芯片上实现量子隐形传态，关注大数据分析和管理技术在脑信息学

中的应用；“技术城计划”巩固了伦敦的欧洲最重要技术中心地位。

郑焕斌（本报驻英国记者）2 月，商业、创新和技能大臣文斯·凯布尔宣布，

为强化英国在大数据和算法研究方面的领先地位，已选定剑桥等 5 所大学来领导

大数据研究机构——图灵研究所。该研究所由英国政府于 2014 年投资 4200 万英

镑建立，总部设在大英图书馆。

4 月，英国和日本两国科学家合作，首次成功将量子隐形传态的核心电路集

成为一块微型光学芯片，将复杂的量子光学系统缩小了 1 万倍，为制造超高速量

子计算机和超安全量子通讯铺平了道路。

8 月底，帝国理工学院举办“2015 脑信息学和健康大会”，首次聚焦大脑研

究的数据挑战。会议集中探讨了脑信息科学在人类健康和福祉的实际应用，重点

探究了目前正在兴起的科研热点——大数据分析和管理技术在脑信息学中，以及

在人类大脑和精神健康领域的应用。

10 月，英国电信提供的世界上规模最大云服务（BT Radianz）已满 15 周年，

成为世界上唯一的、安全的、大型金融服务云。

另外，牛津经济研究院发布报告指出，自 2010 年“技术城计划”启动以来，

伦敦已巩固了其欧洲最重要技术中心的地位。5 年来，伦敦的数字技术公司数量

174 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

增加 46%，目前共有 4 万家，预计 2025 年将增加到 12.5 万家。2015 年，数字技

术为伦敦经济总量增值贡献达 180 亿英镑。

法 国

更加注重网络安全，加强重要企业的网络防范措施，将军用网络安全技术扩

展至民用领域。

李宏策（本报驻法国记者）网络安全方面，法国除加强利用网络对恐怖分子

监控外，还着重加强了针对企业的系列安全措施。法国政府通过法令规定，银行、

电信运营商及连锁零售企业等关乎国家安全的 218 家企业必须采取的一系列网

络安全举措。该法令适用于那些对国家安全具有战略意义的企业。这些企业必须

安装具有一定资质的入侵检测系统（IDS），并需向法国国家信息系统安全局报

告所有入侵事件。此外，法国国家信息系统安全局还发布了针对小微企业的网络

安全培训指南。

与此同时，泰雷兹集团推出新型网络安全解决方案，将此前军用网络安全技

术扩展至民用领域，为重点运营商提供 ELIPS-SD 网络二极管用于保证信息系统

安全，保证网络间的单向数据流动，并允许设置不同的安全性或敏感性等级。

德 国

成立互联网研究所，重点研发大数据应用，启动 IT 安全研究计划，通讯领

域的存储技术成果颇丰。

顾钢（本报驻德国记者）2015 年联邦教研部成立了德国互联网研究所，将

高校和大学以外研究机构的互联网研发力量集中起来，教研部为此将在未来 5 年

投入 5000 万欧元，其中重点研发大数据应用、数据安全、数据自动化和标准化。

此外，教研部还启动了 IT 安全研究计划《在数字化世界中的自主和安全 2015—

2020》，并将投入 1.8 亿欧元。

这一年，德国在信息通讯领域取得不少新成果。例如，德国明斯特大学、卡

尔斯鲁厄工大参与的一个国际研究团队研制出世界首个非易失性光学存储器，采

175 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

用 Ge2Sb2Te5（GST）材料来作为存储介质，通过使用电子或光学脉冲，其存储

数据效果与可擦写的 CD 和 DVD 介质相同。

阻随机存储器（ReRAM）是未来计算机的希望，将给未来计算机技术带来革

命性变化，它比闪存快许多倍，并且耗电更少，当电源关闭时数据还能继续保存，

但这种存储器还是容易出错。德国尤利希研究中心和亚琛大学的研究团队发现了

抗故障的解决办法，一个氧离子的存储层可以使数据丢失过程明显减慢，甚至完

全被抑制，这将极大推动 ReRAM 存储器的应用。

俄罗斯

强化境内信息安全管理，促进本土信息存储商的发展；用户财产和可穿戴智

能设备成黑客目标。

亓科伟（本报驻俄罗斯记者）俄罗斯《信息法》新增的第 242-FZ 号规定，

自 2015 年 9 月起在俄经营的互联网企业必须将用户个人数据存储在俄罗斯境内

的服务器上。从俄罗斯境内访问的网上资源如不符合这一要求，就可能会受限或

被屏蔽。

新的信息安全法规促进了俄本土信息存储商的发展。俄罗斯鄂木斯克市的两

位年轻企业家科波索夫和特普利雅科夫打造的 Bitblaze 信息存储系统，凭借低

廉的成本、高标准的装配及冷却系统和电力系统的能效平衡，迅速抢占俄国内存

储市场。

目前，俄信息安全面临的主要威胁有两方面：一是有组织网络犯罪威胁用户

财产安全；二是可穿戴智能设备成为黑客攻击新目标。俄专家指出，存在设计漏

洞的智能手环、智能手表很容易被黑客入侵，盗取用户的个人数据和位置信息，

黑客还可以远程将设备设为强制震动，用户只有付费才能让黑客关闭震动。

加拿大

投资支持量子技术前沿研究及商业化，打造量子计算机逻辑门。

176 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

冯卫东（本报驻加拿大记者）1 月，加政府宣布将在未来 3 年向滑铁卢大学

量子计算研究所（IQC）投资 1500 万加元，支持其开展量子技术的前沿研究并将

成果商业化，力争打造成首个将医学、资源发现等应用领域的量子研究成果，以

及面向多用途量子计算机信息保护技术的商业化中心。

2 月，加政府宣布将充分挖掘空白电视频谱（TVWS）的潜力，为广大农村地

区提供“超级 WiFi”互联网接入服务。

3 月，加黑莓公司推出了一款针对政府和企业客户的平板电脑，该电脑在允

许用户访问 YouTube 和 WhatsApp 等常用应用程序的同时，可防止与工作相关的

机密信息受到间谍和骗子的侵袭。

8 月，加物理学家在利用纯光打造量子计算机基础元件——逻辑门的研究工

作中取得进展，成功地通过单光子对其他光束施加影响。

10 月，由美日加三国科学家组成的国际团队指出，基于不同协议和底层结

构的混合方案或是量子态隐形传输的最有效方法，改进后的混合体系结构或将最

终形成量子互联网的基础。

韩 国

力推以信息产业与其他产业融合，带动整体经济发展；电子政务转向云计算

技术，领先他国。

薛严（本报驻韩国记者）2015 年，韩国政府继续力推信息通信技术与其他

产业的融合，同时在电子政务领域扩大了领先优势。

3 月，韩国政府发布《K-ICT 战略》，目标是以信息通信技术产业为先导，

带动整体经济发展。其核心内容是在未来 5 年中投资 9 万亿韩元，使信息通信技

术产业年增长率达到 8%，2020 年信息通信技术产业生产值达到 240 万亿韩元，

出口额达到 2100 亿美元。韩国政府还选定交通、能源、观光、城建、教育和医

疗六大领域作为重点，推进信息通信技术产业与其融合。

韩国政府计划到 2016 年年底，有 750 项政府服务采用云计算技术。这一转

变将大大提升该国电子政务的维护和提供水平。韩国正在利用其超快的上网速度

177 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

和高 LTE 渗透率发展电子政务服务，预计到 2017 年前，超过 60%的电子政务将

转向云计算。在电子政务领域，韩国早已领先于全球其他国家。2014 年，在联

合国电子政务发展指数表上，韩国位居第一，紧随其后的是澳大利亚、新加坡和

日本。

巴 西

继续实施“壮大信息业”计划，未来信息产业成最大战略产业。

邓国庆（本报驻巴西记者）近年来，巴西信息产业总收入以每年 10%的速度

增长，正逐步取代钢铁、制造、石油等传统产业，成为未来最大的战略产业。

巴西科技部继续实施“壮大信息业”计划，以加强软件开发，扶持信息服务

企业，推动国家信息产业的发展。为提升本国软件产品国际市场竞争力，巴西政

府制定实施鼓励提高软件质量和企业认证标准措施，并出台软件产业税收减免一

揽子政策，同时放宽软件行业劳动用工制度。

巴西政府通过建立行业协会、孵化器等非赢利组织，整合政府、企业、院校

力量，充分发挥他们对产业发展的纽带作用。

以色列

计划于 2016 年推出“前进 2.0”网络安全产业计划；国际 IT 巨头积极布局

以色列；发现电脑处理器散发的热气可被“黑”。

冯志文（本报驻以色列记者）以色列国家网络局和首席科学家办公室宣布，

将在 2016 年推出升级版“前进 2.0”网络安全产业计划，全力打造网络安全产

业强国。突破性和颠覆性技术研发、优秀网络安全企业产品创新和概念验证、产

业合作这三个领域将获得资助。

英特尔宣布在以色列设立新的加速器项目，这是其匠心合作伙伴计划（IPP）

的一部分，9 家信息技术、大数据和机器人行业的初创企业，将享受英特尔配备

的导师和行业专业指导。

178 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

三星公司启动以色列第一个加速器项目。它将寻求移动通信、信息安全、穿

戴式设备、大数据、云计算、移动医疗、生物识别等以色列初创企业，帮助其加

强与三星的合作，以丰富和延伸三星的产品线。

此外，本古里安大学的科研人员成功从电脑处理器散发的热气中破译信息。

5. 《自然》杂志公布 2015 年度十大人物

2015/12/18 澎湃新闻网

（原标题：《自然》杂志公布 2015 年度十大人物，黄军就上榜）

2015 年版的《自然》年度十大人物本周公布了，这是《自然》选出的在今

年对于科学产生了重大影响的十个人。《自然》的特写主编 Helen Pearson 表示：

“经《自然》记者和编辑大量讨论后选定的这十个人来自全球各地，从气候变化

到基因编辑再到研究可重复性等一系列话题中，起到了重要的作用。”

对于 CRISPR-Cas9 基因编辑兴趣的猛增是今年的一个重要议题，也因为这个

原因，中国中山大学生物学家黄军就（Junjiu Huang）成为了《自然》2015 年

度十大人物之一。今年 4 月份，黄军就第一次发表了进行了基因编辑的人类胚胎

论文，在全球范围内引发了对于此类研究伦理的讨论。

《联合国气候变化框架公约》执行秘书 Christiana Figueres（克里斯蒂安

娜·菲格雷斯）因为她在巴黎的气候谈判中起到的作用成为了今年十大人物之一。

菲格雷斯在过去的五年多中致力于团结各方的支持，让各国聚集在一起，努力达

成一个有意义的协议。

编辑们还选择了 Alan Stern（艾伦·施特恩）, 美国国家航空航天局（NASA）

新视野号项目的负责人作为今年的十大人物。新视野号今年 7 月成功飞掠冥王

星，是行星科学领域近些年的最大事件之一。

化学工程师鲍哲南在一个专注于在人身体上结合电子设备的多学科实验室

179 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

中用碳纳米管制作出了人造皮肤，成为了十大人物之一。

上榜的还有物理学家 Mikhail Eremets，在坚持几十年的高压物理研究后终

于挖到了“金”——他在硫化氢中发现了高温超导性，这是该领域一个非常令人

兴奋的发现。

核工程师 Ali Akbar Salehi（阿里·阿克巴尔·萨利希），也是伊朗原子能

组织负责人，帮助六个世界大国达成了历史性的协议，限制了伊朗的核武器发展。

Christina Smolke（克里斯蒂娜·斯默尔克）上榜的原因是她在合成生物学

达成的一项有争议的业绩：通过拼接起 23 个不同的来自植物，哺乳动物，细菌

和酵母的基因，她制造出了一种能够生产强大的止痛药——阿片类药物的酵母菌

株。

古基因组研究属于今年很火的领域之一，而 David Reich（大卫·瑞奇）率

先通过大规模测序和分析古代基因组来揭示人类的历史，从而也上了榜。

Brian Nosek（布莱恩·诺塞克）也在十人当中，他呼吁人们了解科学研究

可重复性背后的问题，今年高调地试图复制 100 项心理学研究结果。

太阳物理学家 Joan Schmelz 在鼓励女性天文学家说出她们遭受骚扰的经历

背后做出的努力，揭露了一个日益恶化的问题。

“《自然》的年度十大人物揭示了科学和科学家是如何继续在应对重要的全

球挑战方面发挥着重要的作用。”Pearson 总结道。

（《自然》年度十大人物 http://nature.com/articles/doi:10.1038/528459a）

6. 专家预测 8 种行业未来 20 年将被机器人取代

2015 年 05 月 20 日 参考消息网

核心提示：随着如苹果手表之类的装戴式科技和流动支付系统兴起，收费站

或杂货店收银员这类工作将会没落。

180 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

参考消息网 5 月 19 日报道 美国一名数码传媒未来学家兼数码策略顾问集团

创办人预测，八种行业在未来 10 至 20 年将被科技或机器人取代。

据香港《明报》网站 5 月 18 日报道，新世代科技一日千里，愈来愈多工种

被科技取代，但大多数人仍然认为自己被机械人取代的日子最快也要到本世纪末

才出现。不过，数码传媒未来学家兼数码策略顾问集团 Webbmedia 的创办人 Amy

Webb，4 月在洛杉矶举行的国际会议上点名指出，八种职业很快就会由机械人取

代人类，而“很快”是指未来 10 至 20 年内，并明言“你们应该颇担心”。

以下是这八种职业：

1. 收费站操作员和收银员

随着如苹果手表之类的装戴式科技和流动支付系统兴起，收费站或杂货店收

银员这类工作将会没落。

2. 市场推广

未来强力的广告工具可以让品牌塑造发给客户的精准信息。Webb 指出，透

过科技的新实验正在研究消费者行为，以找出何种广告最有效，“这和我们所见

过的完全不同”。她指如果这类工具真的有效，它们可以转化为市场或广告公司

的创意策略小团队，取代市场部人员。

3. 客户服务

目前很多客服工作都已转移到印度和其他人工低廉的国家，新科技如预测式

分析等将会杀掉更多这类工作。

因在电视智力比赛中击败人类的 IBM 超级电脑 Watson，拥有无数粉丝，Webb

警告说，虽然 Watson 目前未赋予这项工作，但取代客服部门任何职员是它的能

力範围之一。

4. 工厂工人

181 第五部分 科学与现代化 2016 年第 1 期 Section Five Science & Modernization No.1, 2016

Webb 预料将有更多生产工作由机器人负责，不单价钱更低，亦不像人类般

工作时要停下来发短讯给朋友。她又估计新一轮的工人淘汰潮将会由感应科技掀

起，这种科技可让人们即使遥控工作，但也能有真实的现场工作感觉。

5. 财经中介人

比特币的电脑程式 Blockchain 可以自动处理交收和建立完全、可靠的数码

纪录，Webb 相信 Blockchain 将令银行、保险公司和按揭部门的中介人或经纪饭

碗不保。美国纳斯达克股市上周才宣布，开始使用 Blockchain 系统处理 pre-IPO

市场的交收纪录，当中可让人们略窥这方面前景之一二。

6. 新闻工作者

互联网早已令无数报章倒下，而新科技会令更多新闻人失业。作为曾在《新

闻周刊》和《华尔街日报》工作的前任新闻工作者，Webb 说，罪魁祸首将是能

让新闻供应商自行创建故事，并将它们放上网而毋须人手参与的电脑演算程式。

事实上，美联社有分社目前已经有机器人记者撰写数以千计的稿件。

7. 律师

Webb 相信，非诉讼律师很快就会被网上司法服务如 LegalZoom 等取代，这

类网站可以处理诸如申请商标、遗嘱甚至离婚等简单任务。基于各类纪录愈趋公

开，很多法律事务都变得较以前容易处理，人们可以减少聘请高昂收费的律师。

8. 电话公司职员

千禧世代很多人已不再使用固网电话，这趋势只会令数码通讯更加壮大。这

亦同时代表大型电讯公司如 AT&T 等可以裁减固网业务的收费、运作和其他相关

部门。

以上八种行业的从业员会不会忧虑被时代淘汰呢？不过 Webb 对未来并不悲

观。她说：“我没有把我们的科技未来看成是悲惨世界。我只是把它看成和现在

有所不同。对很多人来说，不同就是悲惨世界，而这就是你要克服的东西。”

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