ECI FESTIVAL2024回顧|歐洲自然科學(xué)院院士王喬華&畢思文:生命科學(xué)的前沿變革之路

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舉報(bào) 2025-01-08

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2024ECI國(guó)際數(shù)字創(chuàng)新節(jié)簡(jiǎn)介：在2024 ECI國(guó)際數(shù)字創(chuàng)新節(jié)上，我們匯聚全球智慧，共同瞄準(zhǔn)數(shù)字創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的交匯點(diǎn)。通過(guò)深入挖掘數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，我們致力于展現(xiàn)多方創(chuàng)新力量的核心碰撞與融合。在這里，您將緊跟政策動(dòng)態(tài)，洞悉數(shù)字創(chuàng)新應(yīng)用的新趨勢(shì)，把握其發(fā)展方向，領(lǐng)略前沿技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用如何重塑數(shù)字經(jīng)濟(jì)生態(tài)鏈。

王喬華|歐洲自然科學(xué)院院士

在未來(lái)，我們將步入數(shù)字化時(shí)代，就整個(gè)中醫(yī)領(lǐng)域而言，現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)正為其注入強(qiáng)大的能量，賦予其新的發(fā)展活力。當(dāng)下，經(jīng)典物理學(xué)主要以萬(wàn)有引力定律、物質(zhì)不滅定律、能量守恒定律以及質(zhì)量守恒定律這三大定律為基石，展開(kāi)基礎(chǔ)物理學(xué)的研究。我們的認(rèn)知在很大程度上決定了我們的思維模式，那么，我們能否突破學(xué)科界限，實(shí)現(xiàn)跨界交叉創(chuàng)新呢？這正是今日我們所探討的主題核心。從初級(jí)物理學(xué)的視角來(lái)看，其研究范疇從分子、原子逐步深入到原子核、核外電子、質(zhì)子、中子，直至夸克。愛(ài)因斯坦曾指出，世間萬(wàn)物，無(wú)論是動(dòng)物、植物還是人類(lèi)，皆以細(xì)胞為基本單位，始終處于波動(dòng)狀態(tài)。就拿眼前的講臺(tái)來(lái)說(shuō)，歷經(jīng) 1 億年的時(shí)光，它或許會(huì)變得極為脆弱，輕輕一碰便會(huì)破碎，這正是因?yàn)樗诼L(zhǎng)的歲月里持續(xù)波動(dòng)、不斷衰減，在物理學(xué)中，這一現(xiàn)象被稱(chēng)作 “熵增”，即從有序逐漸趨向無(wú)序。人類(lèi)亦如此，從出生到衰老，整個(gè)生命歷程都處于 “熵增” 的狀態(tài)，而我們所努力追求的則是 “熵減”，實(shí)現(xiàn)從無(wú)序到有序的轉(zhuǎn)變。如今，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)大多聚焦于 “分子遺傳學(xué)”，將研究層面定位在分子水平。從物質(zhì)的構(gòu)成來(lái)講，分子可進(jìn)一步分解為原子和原子核外電子，這屬于初級(jí)物理學(xué)的范疇；而高級(jí)物理學(xué)則深入原子核內(nèi)部，探究質(zhì)子和中子的奧秘；再進(jìn)一步，原子核外帶有電子，原子核又由質(zhì)子和中子組成，其中中子不帶電，質(zhì)子帶電；繼續(xù)深入，質(zhì)子、中子又可細(xì)分到夸克，乃至中微子或等離子。近期，我國(guó)在特定深度下成功捕捉到了中微子，以及渺子到陶子等微觀粒子，至于量子層面，據(jù)畢院士后續(xù)介紹，其已深入到渺子和中微子以下的微觀世界。

當(dāng)以現(xiàn)代物理學(xué)的視角來(lái)審視中醫(yī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)從宏觀到微觀的研究過(guò)程中，更多的是對(duì)自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，而非創(chuàng)造。我們發(fā)現(xiàn)了眾多自然界在微觀領(lǐng)域與生命科學(xué)緊密相連的邏輯關(guān)系，在現(xiàn)代物理學(xué)中，這些關(guān)系主要體現(xiàn)為 Env 和 log 之間的函數(shù)變化，即能量、質(zhì)量、時(shí)間、速度和常變系數(shù)之間的相互作用與邏輯關(guān)聯(lián)。在以太陽(yáng)光譜為主的波動(dòng)范圍內(nèi)，各類(lèi)射線與我們的生活息息相關(guān)，其中可見(jiàn)光僅占極小一部分，而微波卻無(wú)處不在。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不懈探索，我們?cè)谘芯繜艄鈱?duì)人體健康以及DNA序列的影響等方面取得了一系列豐碩的成果。

毋庸置疑，數(shù)字醫(yī)學(xué)將引領(lǐng)未來(lái)生命科學(xué)的發(fā)展潮流。在整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域，通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐探索，我們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)、能量、信息這三個(gè)中醫(yī)概念能夠表征不同的生命狀況，它們共同構(gòu)成了生命科學(xué)體系的重要基石。在此，我想明確表示，我既不排斥西醫(yī)，也不反對(duì)中醫(yī)，因?yàn)闊o(wú)論是西醫(yī)還是中醫(yī)，都只是我們?cè)谡J(rèn)知維度、方法、工具和手段上的不同選擇，而這些因素又進(jìn)一步?jīng)Q定了我們的思維意識(shí)。我們必須勇于突破傳統(tǒng)邊界，因?yàn)檎嬲膭?chuàng)新就意味著突破邊界，創(chuàng)造出獨(dú)一無(wú)二、前所未有的技術(shù)或推動(dòng)人類(lèi)生命科學(xué)發(fā)生根本性變革。當(dāng)前，主流醫(yī)學(xué)無(wú)論采用何種辯證手段，都與數(shù)字密切相關(guān)。例如，核磁共振成像技術(shù)所產(chǎn)生的結(jié)果是數(shù)字，人體工程學(xué)和人體結(jié)構(gòu)學(xué)的研究也離不開(kāi)數(shù)字的支撐。那么，我們能否從傳統(tǒng)的辯證思維過(guò)渡到數(shù)字化思維，利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的預(yù)防和干預(yù)呢？在此，我可以十分肯定地告訴大家，這是完全可行的。

畢思文|國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、歐洲自然科學(xué)院院士

數(shù)字醫(yī)學(xué)必將在未來(lái)生命科學(xué)的舞臺(tái)上大放異彩，認(rèn)知的邊界突破離不開(kāi)先進(jìn)工具的助力。當(dāng)下，我們不難發(fā)現(xiàn)，在一定程度上醫(yī)生似乎是在依靠設(shè)備進(jìn)行診斷，就像核磁共振檢查報(bào)告，其本質(zhì)就是一組組數(shù)字。人類(lèi)借助這些工具去觀察微觀世界中尚未被發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，而未來(lái)生命科學(xué)的發(fā)展方向則指向了量子生物學(xué)這一前沿領(lǐng)域。

量子生物學(xué)，這一前沿領(lǐng)域，巧妙地將量子理論的深邃智慧融入生命科學(xué)的探索之中，開(kāi)創(chuàng)性地提出了“數(shù)字人體”的宏偉構(gòu)想。在這一視角下，人體不僅是生命的載體，更是能量涌動(dòng)、物質(zhì)交織、信息流轉(zhuǎn)的奇妙宇宙。數(shù)字人體的概念，根植于人體這一原型，融合醫(yī)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)、信息科學(xué)的洞察與計(jì)算科學(xué)的精準(zhǔn)，旨在通過(guò)信息化與數(shù)字化的精湛技藝，重構(gòu)并深入探索人體的奧秘，為量子生物學(xué)的研究鋪設(shè)堅(jiān)實(shí)的基石。

跨越從宏觀的經(jīng)典世界至微觀的量子領(lǐng)域，現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)技術(shù)，諸如DR胸透、核磁共振及超聲影像，均植根于經(jīng)典物理學(xué)的土壤。然而，當(dāng)我們深入至10的負(fù)10次方乃至負(fù)15次方尺度的量子世界時(shí)，一個(gè)截然不同的宇宙展現(xiàn)在眼前。這里，量子糾纏、波粒二象性等奇異現(xiàn)象挑戰(zhàn)著我們對(duì)現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知邊界，而這些特性，通過(guò)巧妙的科技手段與操控策略，正逐步被引導(dǎo)至經(jīng)典世界，孕育著革命性的應(yīng)用可能。

回溯至愛(ài)因斯坦等科學(xué)巨匠對(duì)光的波粒二象性的深刻洞察，量子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得以微觀層面展開(kāi)，成為制約成像技術(shù)精度的一大瓶頸。在遙感相機(jī)的探索之旅中，我們揭示了噪聲影響成像分辨率的三重面紗：電路噪聲占比17.4%、探測(cè)器噪聲9.2%，而量子噪聲竟高達(dá)73.4%，這一發(fā)現(xiàn)廣泛影響著醫(yī)學(xué)影像乃至航空航天領(lǐng)域。因此，我們勇闖前沿，將經(jīng)典光場(chǎng)升級(jí)為量子光場(chǎng)，開(kāi)啟成像技術(shù)的新紀(jì)元。

頻譜儀上的那條微妙界限，劃分了兩個(gè)截然不同的世界。其上，相機(jī)、手機(jī)攝影、醫(yī)學(xué)影像等經(jīng)典成像技術(shù)繁花似錦；而其下，量子世界的成像邏輯、技術(shù)與理論煥然一新，展現(xiàn)出無(wú)限潛力。以一項(xiàng)發(fā)表于中科院雙語(yǔ)雜志、惠及全球73國(guó)的畢業(yè)論文為例，量子太赫茲技術(shù)的展現(xiàn)令人矚目。相較于傳統(tǒng)醫(yī)院檢測(cè)手段如X光、胸透及核磁共振的放射性危害，量子太赫茲技術(shù)以其無(wú)損檢測(cè)與超高分辨率成像脫穎而出，甚至能穿透物體，精準(zhǔn)識(shí)別材質(zhì)成分，其樣機(jī)業(yè)已成熟，靜待量產(chǎn)，標(biāo)志著七項(xiàng)創(chuàng)新成果的璀璨綻放。

更進(jìn)一步，我們提出了星載500公里量子遙感主動(dòng)成像的創(chuàng)新方案，自2016年問(wèn)世以來(lái)，歷經(jīng)三年磨礪，已在全球空間分辨率領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭。在500公里高空，它能于夜幕之下辨識(shí)25公分大小的物體，遠(yuǎn)超國(guó)際頂尖遙感技術(shù)的2至3倍，展現(xiàn)了量子技術(shù)在航天、航空、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，預(yù)示著一個(gè)由量子引領(lǐng)的新時(shí)代的到來(lái)。

以下是對(duì)兩位院士問(wèn)答的整理：

Q：我們是如何認(rèn)知世界的，并存在哪些局限性？

A：我們靠感官（眼、耳、鼻、舌、聲、意）去體會(huì)世界，但感官的體會(huì)邊界很短，如眼睛看到的光譜范圍有限，大部分的高頻和低頻部分看不到；同樣，我們能聽(tīng)到的聲音范圍也很窄，大部分的超聲聽(tīng)不到。因此，我們的認(rèn)知維度和局限性受限于我們的感知，需要借助工具來(lái)擴(kuò)展。

Q：畢思文院士，您認(rèn)為當(dāng)前的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)存在什么問(wèn)題？

A:當(dāng)前的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)還是基于經(jīng)典物理學(xué)的，很多弱信息被屏蔽掉了。例如，地震前動(dòng)物能提前感知，因?yàn)樗鼈兊膫鞲衅鞅热祟?lèi)敏感。同樣，量子技術(shù)可以獲得這些弱信息，提前預(yù)測(cè)疾病。

Q:量子技術(shù)如何應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像？

A:量子技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)損的人體成像，如量子太赫茲技術(shù)。同時(shí)，量子測(cè)量處理器可以提高成像的分辨率并提供弱信息。通過(guò)量子軟件對(duì)影像進(jìn)行處理，可以增強(qiáng)辨識(shí)度，提高3-5倍，甚至可以看到肺部的絨毛。

Q:王喬華和畢思文院士，您們合作的未來(lái)醫(yī)學(xué)方向是什么？

A:未來(lái)醫(yī)學(xué)方向是數(shù)字人體全息成像，包括中醫(yī)角度的數(shù)字中醫(yī)量子人體全息成像。他們正在用活體研究，從DNA的蛋白結(jié)構(gòu)到細(xì)胞的能量，到細(xì)胞里面所有的元素，通過(guò)量子偵測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的診斷（3.0版本）。未來(lái)，我們還會(huì)用數(shù)字醫(yī)學(xué)進(jìn)行干預(yù)，對(duì)細(xì)胞基因的序列重新排序（4.0版本）。

以上內(nèi)容根據(jù)ECI國(guó)際數(shù)字創(chuàng)新節(jié)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄進(jìn)行編輯整理

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