除了抽血，我們還能呼吸測病

Emma Bryce

研究人員正試圖在抽血和活檢之外，找到追蹤人體健康細微變化的方法。

2018年11月，舊金山的杜比實驗室里的影院里坐著一群興奮的觀眾，他們正在觀看《徒手攀巖》，影片講述了攀巖者亞歷克斯·霍諾爾德在沒有繩索跟安全防護的情況下，徒手攀爬海拔2300米的花崗巖懸崖登上酋長巖的驚險歷程，酋長巖位于美國加利福尼亞州優勝美地國家公園里。

在影院的地板上，一套微型傳感器正在監測觀眾的呼吸。杜比的首席科學家波比-克拉姆解釋說：“當人們感到緊張、興奮或者情緒高漲時，呼吸里的化學成分會產生變化。諸如肌肉緊張、心跳加速等等，都會影響人們的呼吸方式和成分。”這套傳感器會檢測人體呼出的二氧化碳，它是跟情緒相關的生理過程的生物標志物。

電影放映時克拉姆并不在影院里，但當她拿到呼吸監測結果時，她能明顯看出霍諾爾德攀爬過程中最緊張的點。她說：“你能看到他在哪里決定放棄，又在哪里繼續向上爬。這些都通過二氧化碳的高峰和低谷表現了出來。我也玩攀巖，看起來非常清楚：就好比是身處觀眾席，我們一起和他完成了攀登一樣。”

人體微妙的信號

這個實驗只是克拉姆在杜比實驗室主持的多項實驗里的一個，她把新的感官和數據科學整合，開發新奇的未來科技，以期提升人類的感官體驗。她的團隊一部分工作是了解人體生理是如何跟科技互動及其未來變化，主要途徑是測量人體的生物反饋，從呼出的二氧化碳，到語言模式，到細微的面部表情，瞳孔的大小和特定位置皮膚的溫度等等。

克拉姆堅持認為，挖掘這些生物學數據能夠顯著改善人們對疾病的診斷和治療。盡管現在人們對共享個人數據普遍存在疑慮，她認為檢測和收集這些人體微妙生理信號的信息的能力，可能帶來一場個性化醫療革命：“我相信我們生活在這樣一個前所未有的時代，科學技術將會比很多醫院門診更清楚患者的身心健康狀況。”

越來越多的科學家、公司和投資者也致力于這一領域，他們掌握著個體生物數據的潛在力量，而這些數據我們每個人都在無意識地時刻發送著。我們的語言模式，步態、呼氣里的化合物，都提示著在今后生活中罹患某種疾病的可能性。

我們瞳孔擴張的方式可以顯示出情緒狀態，以及有多努力在理解某樣東西;釋放到皮膚表面的荷爾蒙則能指示壓力水平;甚至我們點擊和滑動智能手機屏幕的方式也能表明認知狀態。

從可穿戴設備到環境里的監控技術，傳感器在我們的生活中無處不在，通過他們收集到的數據能建立我們的個人健康檔案。克拉姆把這個數字發展階段叫做“共情時代”，大量的傳感器及其收集到的生物大數據會讓人更清楚看到個體的差異，不僅體現是情緒或者感知上，還體現在健康上。

克拉姆有著實驗心理學和神經生理學的背景，作為斯坦福大學的兼職教授，她為采用生物反饋來創建個性化虛擬現實（VR）和增強現實（AR）游戲的研究提供建議。這些游戲常常被用作康復治療，比如最近的一項研究里，計算機科學家和一個籃球隊合作，開發了一個針對帕金森患者的VR平衡訓練游戲。在這個項目里，用傳感器測量到的步態和認知負荷等生物信號，再還回到游戲中，從而根據個體需求進行定制。

過去八年半在杜比實驗室的時間里，克拉姆投注了很大的熱情在探索個體如何體驗技術，以及把這些不同的體驗納入新發明里。“目前，技術表現得—刀切。如果你想構建一項成功的技術，事實上你需要把內在的體驗融入設備的運作方式中。”她的研究充分利用了生物數據的深度和廣度。

例如瞳孔測量，研究導致人體瞳孔擴張和收縮的原因，能解釋個體幾組不同的信息。瞳孔有光反射，反映參與程度，顯示認知負荷，當人們對某個信息感到理解吃力的時候瞳孔會放大。很快市場上賣的每一副智能眼鏡都會帶有追蹤瞳孔變化的功能，配上手機和環境里無處不在的麥克風，外加上AI驅動的音頻分析，就能找出引起瞳孔變化的原因，無論那是信息量很大的對話還是充滿壓力的互動。綜合這些豐富的數據流來解讀個體的身心狀態也能運用到疾病診斷上。我們的技術有可能更好地提升認知，在生活、復健、工作等各方面表現得更好。

生物數據檢測健康，還有這些

自拍指甲照片檢測貧血

美國埃默里大學科研人員開發了一套App，能通過分析指甲床照片的顏色和技術元數據，計算血液中的血紅蛋白濃度。一項由100人參與的臨床評估顯示，該App估算血紅蛋白濃度的靈敏度和準確率與現有貧血檢測診斷工具幾乎一樣高。

智能手環監測心理疾病

哈佛大學科研人員發現，通過智能手環及跟其相連的手機App 可以識別心理疾病信號，甚至預測心理健康狀況。有公司也在進行類似研究并嘗試商業化，Mindstrong用數字生物標志物——使用手機時的滑動和點擊模式——能檢測使用者的心理健康狀況，并提前一周預測出患者的抑郁期。去年2月，它與總部位于東京的武田制藥合作，共同開展針對精神分裂癥和治療抵抗性抑郁癥等疾病的數字生物標志物的研發。此外，Alphabet旗下的Verily也在研究使用智能手機和手表檢測創傷后應激障礙。

可吞咽式傳感器檢測腸道氣體

澳大利亞皇家墨爾本理工大學開發出一種可吞咽式小型膠囊，包含氣體傳感器、溫度傳感器、微控制器等。這個膠囊設備能夠檢測到氧氣、氫氣和二氧化碳等腸道中微生物群落在食物發酵過程中產生的氣體，從而監測飲食狀況和定制飲食方案。

語言分析預測壓力應激反應

卡耐基梅隆大學的心理學家通過對143位志愿者的語言和受逆境影響的基因在其白血球中的表達進行分析，發現功能詞匯在預測壓力、抑郁和焦慮比自我報告更準確。研究人員指出，壓力大的人使用情緒加強副詞的頻率更高，比如“真的”、“不可思議的”等詞匯。

技術帶來的醫療保健革命

Owlstone Medical是眾多把傳感器引進醫療保健領域的公司中的一間，它的總部位于英國劍橋，該公司開發了呼吸分析儀，能記錄呼出氣體的生物信息。該項發明包括一個一次性塑料面罩，面罩底部有四根金屬管子，管子內部有吸附劑，能吸附呼出氣體中的有機化合物。這些化合物是機體新陳代謝的副產物，來自腸道微生物菌群的活動，攝入食物和藥物的分解。這些化合物也可能是來自周圍環境的化學物質。這些化合物進入血液，然后進入呼吸道（每分鐘體內所有的血液都會流經一次肺部）。因此，單次一分鐘長的呼吸樣本就能直接讀出機體的運作和健康狀況。

Owlstone Medical的投資者關系負責人克里斯·克拉克斯頓說：“呼吸作為一個表型，實際上能提供很廣泛的個人健康信息概況。”該公司擁有目前世界上唯一的商用人體呼吸活檢實驗室。呼吸活檢設備的便攜性和非侵入性意味著它可以在任何地方使用，不管是在醫生的辦公室、在醫院里，還是在家里。這項診斷聚焦在識別呼吸道疾病的精確生物標志物上。克拉克斯頓說：“我們目前處于這樣一個階段，將特定的化學物質與特定的條件、潛在的疾病或者生物學狀態聯系起來。”

他們正在進行世界上有史以來規模最大的呼吸生物標志物實驗，該實驗由NHS（英國國民醫療服務體系）資助，收入了4000名病患，以確定肺癌早診的生物標志物。他們也在識別能反映體內藥物效果的基于呼吸的生物標志物，用以幫助制藥公司開發更加有效和更有針對性的治療。此外，公司正在構建個性化的呼吸測試，諸如檢測化學品暴露的，未來可用于有危險化學品職業暴露的員工。

“我相信我們生活在這樣一個前所未有的時代，科學技術將會比很多醫院門診更清楚患者的身心健康狀況。”

今年，他們也將實驗室擴展到了海外。2月20日，該公司宣布與上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院合作，開展肺癌早期檢測的呼吸活檢臨床試驗，項目獲得了李嘉誠基金會的支持。他們還計劃在美國開設新的實驗室。克拉克斯頓表示，他們的目標是把呼吸作為跟血液、尿液并列的診斷樣本類型。

其他一些公司也在轉向通過更多非常規的信息來診斷疾病。

有研究表明，聲音能預示著阿爾茨海默氏癥的早期癥狀，語言模式變化是該疾病的先兆，而通過技術手段能檢測到這種變化。IBM跟大學研究人員聯手打造了能分析語音中語法和語義的AI，可以預測病患的精神病發作。以色列公司VoiceSense在開發識別話語節奏、語調和呼吸模式的技術，用來分析個體的情緒狀態，這項技術能預測個體罹患抑郁癥、創傷后應激障礙和藥物濫用的傾向。一些研究人員正在探索特定呼吸暫停和言語中斷跟心臟病風險的關聯，此類微妙信號在常規醫院門診中可能不容易被發現，但是機器能監測出來，技術能幫助人們更早地發現疾病從而進行干預。

從2012年開始，麻省理工學院的計算科學教授迪娜·卡塔比開發了一套遠程睡眠檢測系統，研究人員把傳感器封裝在一個方形的白色盒子里然后掛在墻上，傳感器能跟蹤個人的呼吸、運動、步態、睡眠模式和心跳。這個設備看起來像個Wi-Fi盒子，并不需要你特別做什么，就能持續收集用戶的健康數據。卡塔比通過自己的初創公司Emerald實現了這一設備的商業化，旨在面向阿爾茨海默氏癥和帕金森患者。這套設備的原理是發射低強度電磁波，探測到人們在房間里的活動，然后通過機器學習來提取數據中嵌入的生理信號。通過跟患者的數字檔案進行比對，可以看出步態是退化還是改善了，呼吸心跳和睡眠模式有無變化。這對于發現疾病的早期征兆及新療法的效果都有幫助。

Emerald目前正跟制藥公司和生物技術公司合作開展臨床試驗，測試某些藥物的療效。卡塔比說她希望能提升監控設備來發現更細微的生理信號，像是血壓變化什么。她希望開發這項技術的機器學習，讓它智能地處理監測到的信號，不光是收集信號和數據，而是真正做到理解這些監測結果的意義。最終技術能夠對一個病患的步態和睡眠模式作出反應，比如需要增加或減少用藥的劑量，然后提醒護理人員。卡塔比認為這項技術未來能填補醫院和家庭護理之間的空白，讓更多的老年人和重病患在健康監控到位的情況下能獨自在家生活。

對很多人來說，用各種新技術不斷挖掘人體生物數據的理念本身就是一個錯誤，特別是在數據隱私的重要性凸顯的時候。盡管人們知道這些數據流能帶來的裨益，但他們仍然會很謹慎。克拉姆自認也很謹慎，但她認為無處不在的技術能提升護理和生活質量。

她說幾年前連續有三位近親離世，而技術在他們生命最后扮演了重要角色，也影響了她跟親屬之間的互動。之后她才意識到了這一領域能帶來的好處。她認為，涉及個人數據時無可避免將產生實踐問題和哲學問題，而能為醫療保健帶來革命性變化會促使人們去解決那些問題，這些挑戰都是值得的。

（來源：Wired Health）