第2部分 智能世界如何學習
智能浪潮：增強時代來臨 作者：布雷特·金 投票推薦 加入書簽 留言反饋
<h2>第5章 人類2.0</h2>
亞曆克斯·萊特曼和布雷特·金撰稿
我們飲用了蘇摩，獲得了永生；我們找到了光，發現了眾神。現在，敵人的怨恨能傷害到我們什麽？不朽之神啊，凡人的欺騙又能傷害到我們什麽？
《梨俱吠陀》，8.48.3
《吉爾伽美什史詩》被認為是第一部文學巨作，為古代美索不達米亞詩歌集，記錄了烏魯克國王吉爾伽美什的征程。[1]其征程的核心是吉爾伽美什在他的兄弟恩奇都死後對永生的追尋。它是在烏爾第三王朝（大約公元前2100年）寫成的，是人類最早的求生故事或史詩之一。
在曆史和文學中，對永生的追求一再上演。早在公元前475年，中國的文字中就提到了多種長生不老藥，而且嘉靖皇帝（1521—1567）據說是服用一種這樣的長生不老藥之後死於水銀中毒。根據古老的吠陀時代或印度的詩歌集《梨俱吠陀》，長生不老的仙露是帶來永生的飲品。在印度教和其他傳統中，它也經常被稱為蘇摩。印度教的主神因陀羅和火神阿耆尼喝了長生不老的仙露（或不死的神肴），獲得了永生。在古典希臘神話中，點金術不僅能夠將鉛變成金子，而且給擁有者帶來永生。
增強時代的科技可能首次真正地給人類帶來實實在在的能力，不僅獲得本質上的永生，而且大幅延長壽命並消除折磨人類數百年的疾病。接下來10年中要關注的主要科技是基因工程——像編輯計算機代碼一樣編輯人類dna的能力。生物工程中這些進步的核心是一種比以往任何時候都更加理解我們的生物學機製的能力，得益於更好的測量技術和計算機處理能力，這很有可能實現。
一些人認為這個時代將引發由科技導致的事件或奇點，將給予我們更長久的生命甚至永生的能力。最經常跟基於科技的對永生的搜尋聯係在一起的是被稱為“超人類主義”的運動。與曆史上尋找青春之泉的努力不同，由於與醫療衛生和醫學相關的多個領域中新出現的令人格外興奮的科技進展，接下來幾十年內延長壽命的希望具有某些事實依據。
超人類主義是一項並非很明確的運動，是在過去20年間逐漸產生出來的。它提倡利用跨學科方式理解和評估由科技進步所帶來的提升人類境況和人類生物體的機遇。它關注兩項現有的科技，即基因工程和信息技術，以及未來可預期的科技，例如分子納米科技及人工智能。
尼克·博斯特羅姆，“超人類主義價值”，
《價值探討雜誌》，2003，4(37)：493–506
這種所謂的後人類未來關注兩種廣義範圍的人類增強。第一種是生物工程，第二種是由科技引發的增強，有時稱為人機係統。改變我們作為人類的生活方式及我們總體的健康或狀態是增強時代的一項關鍵成果。在接下來的兩章中，我們將研究這兩條影響人類的路徑。這不再是一些無關緊要的科幻想法了。科技從根本上正在改變著我們對自身生物學的理解以及我們未來如何積極管理自己的健康和壽命。
本章中，我們將考慮科技如何利用基因學、個人化醫療及在量化自我（qs）運動中已經出現的原則幫助我們改善自身。在第6章中，我們將更具體地探討如何利用科技增強人類的能力。
為了理解基因學及基因編輯對人類未來的潛在影響，了解過去幾十年間所取得的巨大進步很有必要。在1984年，第一項人類基因組計劃（hgp）由美國政府提議並提供資助，但是這項計劃是在1990年國際合作後才真正開始實施。在花費了13年的時間並投入總計大約30億美元的公共投資和私有投資之後完成了第一個人類基因組的序列，包含捐贈的dna樣本中所存在的大約20500個基因和150000堿基對。[2]今天，像23andme（一家dna鑒定公司）這樣的公司可以在幾周之內僅收取100美元完成基因分型測序（與其他人類基線比對你的dna）。如果你想要全套的、原始的基因序列，現在仍然需要10000美元，但是基於摩爾定律可以預期在接下來幾年內就能降到1000美元以下。僅僅25年內就從30萬美元降到1000美元，這意味著到2025年完成一套dna原始測序的花費可能低於10美元而且計算處理功能將可以在幾秒鍾之內完成。
為什麽這很重要呢？已經有多種疾病確認是由先天基因引起的，[3]例如自閉症、乳腺癌、前列腺癌、皮膚癌和結腸癌、囊腫性纖維化、血友病、帕金森綜合征、鐮刀紅細胞貧血症等。其他許多由免疫係統或特定蛋白質缺陷所導致的疾病也同樣是由基因決定的，我們將在後文討論基因編輯如何解決這些健康問題。
改變我們管理自身健康方式的不僅僅是基因工程。疾病獲得確診後，治療過程往往需要巨額的費用，通常許多疾病發現越晚，治療費用越高，治療成功的可能性越小。對許多類型的癌症來說，早期診斷使人在確診後存活至少5年的概率提高90%。[4]
最近影像技術和探測技術的進步，以及基於芯片的診斷法，正在快速地顛覆著病理和診斷領域。稍後我們就這些科技中的數項進行探討。
現在，影響醫療衛生和幸福的一種更直接的變化已經通過測量我們的健康和身體機能的科技實現了。這種科技作為整體是量化自我運動的一部分。我們所搜集的關於我們如何利用自己的時間和金錢、如何用餐飲水、走多少步或消耗多少熱量以及我們睡眠情況如何等方麵的數據都可以用於大幅改善個人的健康情況，這已經是顯而易見的事情了。 從量化自我到激活自我
如果你佩戴fitbit的健康手環或者智能手表，你就很可能已經在監測每天的步數或體力運動。雖然量化自我的技術、標準和方法仍然在發展，但是我們已經能夠看到它在眾多領域改善著我們的生活。越來越多的證據支持上述觀點，比如它能追蹤你在運動中及運動後的心跳以及不時地測量你的血壓、腦電波（清醒時和睡眠時）、體脂、體重等。通過追蹤其中一項或全部測量數據，它不僅能讓你逐步改善日常習慣，而且也能讓你的醫療和健康專家獲得更好的數據從而為你提供個人化的建議。
追蹤心跳在傳統上是通過一種昂貴的、門診專用的心電圖儀做到的，需要在你身上安放通過長線連接到桌麵儀器的10種不同的傳感器。如果你需要便於使用的心跳監測，在過去這需要使用者佩戴一種笨重的胸帶，對很多人來說很不舒服。今天，你可以佩戴手環式心跳監視器，例如邁歐（mio）[5]或者蘋果手表。一旦你有了穿戴式監視器，你將能夠開始使用多種利用心跳的應用，大多數情況是用於健康領域，也用於一些非常少見的功能，包括你是否對特定食物過敏[6]或者你對和自己在一起的人們感覺如何——是輕鬆、有壓力還是有情緒[7]。這一切成為可能都是源於我們的心髒對很多不同行為做出的反應。
健康量化
健康應用開始追蹤采集越來越多的數據，成為包含多項測量值的程序的一部分。人們將腳趾（或者腿）浸入自我量化池的一種常見的方式是開始使用跑步機。你在跑步機上開始走起來之後，就可以逐漸地提高速度慢跑然後再跑步（體育館中所使用的一種對跑步的定義是每10分鍾至少一英裏的步速，或每小時6英裏及以上）。一旦你開始跑步，你可以慢慢地提高速度。下麵是亞曆克斯在一次裏程碑似的跑步之後拍攝的跑步機顯示器的照片以及他在facebook上發表的感想。
讓我高興的小裏程碑
我有一次一周沒跑步，中斷後就導致30年沒再跑，當我再次開始跑步的時候，我僅能以每小時5英裏的速度跑3.11英裏。
在連續多年保持每小時6英裏的速度之後，我閱讀了大量關於神經發生（製造新的腦細胞）方麵的內容，然後形成了一種假設，即每次我提高跑步速度的時候，我不僅是在增強自己的肌肉、肺和心髒功能，而且在增強大腦處理學習的那部分智力。
我開始每周提高0.1英裏。
13日周五，我實現了一個裏程碑，以每小時8英裏（每英裏7分30秒）跑完了5千米。我的目標是到6月30日以每小時8英裏的速度跑60分鍾。
我知道我的很多朋友可以用比這更快的速度跑更長的時間，而且為此我也很敬佩他們（你們）。我很高興自己不僅可以跑得更快，而且我也已經教會我的大腦、智力和身體按照有規律的日程提高。
祝你們也取得自己的裏程碑。如果你們想跑步的話，隨時歡迎來看看我的進展。別落後呀！
圖5–1 亞曆克斯慶祝自己的跑步裏程碑
僅僅通過花費大約84美元購買一個vivofit智能手環[8]或其他追蹤步數的設備就可以讓一個人走更多的路或者做更多被記錄下來的有益行為。這裏有一項個人成就的例子。亞曆克斯為了贏取為使用vivofit的人所設的每周步數挑戰比賽而在一天內走了55848步。
亞曆克斯描述了他那一周的經曆：
外麵下著雨，但是為了確保不被落下，我在酒店大廳裏讀著書來回走動。我甚至在同行乘客睡覺的時候在機艙通道上下走動，就為了多走幾千步。看一下當天所消耗的熱量——4065卡路裏……僅僅是通過走路辦到的。這比我在跑步機跑帶上走路和在其他一切可能的地方所燃燒掉的一磅脂肪的熱量（3500卡路裏）還要多。
圖5–2 像vivofit一樣的應用可以使用同伴排名將你的體力活動變成一種比賽
通過同伴群體競賽或對比而實現遊戲化可以成為非常強大的動力，這跟與自己競賽進行提升是一樣的。這是量化自我中的一項核心元素，而現在我們已經認識到量化自我是一種強大的行為需求。
睡眠作用量化
對於睡眠經常中斷的問題，大部分人都會感到震驚。世界各地數千萬人已經通過減肥電視真人秀節目《超級減肥王》知道了這種概念。競爭者在開始的時候都肥胖，經常發現他們會睡眠呼吸暫停（sa），一整夜會多次停止呼吸。這種狀態讓人們一再醒來，有時候一夜醒數百次，讓他們無法獲得最能消除疲勞的睡眠水平和精神上的新活力——比如快動眼睡眠（rem）和深波睡眠（dws）。
實際上，像阻塞性睡眠呼吸暫停這樣的睡眠障礙可能引發高血壓、心髒問題、超重、2型糖尿病、哮喘、胃酸倒流和注意力分散。患有睡眠呼吸暫停綜合征的人們比睡眠正常者發生車禍的概率高5倍。[9]
與深波相關的量化自我已經成了像聖杯一樣的東西，美國西北大學範伯格醫學院神經學家喬凡尼·桑托斯塔希（giovanni santostasi）博士將其研究重點從天體物理學（該研究利用對波形的分析尋找並精確描述外太空中的星體和其他物體）轉到了腦電波（eeg）——具有獨特波形的腦電活動的讀數——的深波睡眠研究。
桑托斯塔希博士說過：
通常的睡眠以及被稱為慢波睡眠（sws）的特定睡眠階段，對認知和身體健康具有首要的作用。慢波睡眠有助於長期記憶存儲，而且已經證明對新陳代謝、心血管健康和免疫係統正常功能具有重要影響。慢波睡眠不足導致肥胖和糖尿病，影響心血管健康並損害免疫係統發揮作用，而且負麵影響認知功能和長期記憶提取。另外，慢波睡眠的質量隨著年齡增加快速降低，這導致出現與年齡相關的嚴重認知缺損。
桑托斯塔希博士和他的同事已經研發出一種係統，利用大腦聲學刺激，提高慢波活動（swa）的周期和強度，進而穩定並改善睡眠質量。這個係統的作用是通過調整負責在慢波睡眠階段提高慢波活動的大腦區域的腦電活動以此達到健康的年輕人在自然狀態下會調整成的水平，從而實現從外部控製慢波睡眠過程中慢波活動的質量（即周期和強度）。
這種形式的量化自我是通過聲音而非電流進行調整，把增強慢波睡眠的能力帶到消費者手中和頭腦中。在此之前，使用電流實現這種調整（即通過經顱直流電刺激），需要訓練有素的技術人員的專長才能安全有效地進行。
新的量化自我係統使用回饋算法，測量慢波睡眠在用戶大腦中自然出現時的周期和強度並按照慢波活動所缺乏的量的比例調整其需要增加的量，這比按照一些不變的基線去提高慢波活動的周期和強度更加有效。此外，這使得係統能夠根據用戶慢波睡眠缺損的程度進行調整。[10]
不久，你將能夠戴上耳機入睡並進入慢波睡眠狀態，進而提升大腦功能、學習能力、記憶力及達到和/或保持健康體重的能力。通過使用這種方法，可能你每個夜晚需要的睡眠變少。想象一下每晚少睡兩三個小時且睡醒後還能比你現在達到更好的狀態，你會利用這段時間做些什麽？
量化攝入的卡路裏
眾籌網站kickstarter最近推出的一項新設備使你能夠掃描眼前的食物然後得到你將吃進嘴的卡路裏數量估值。
這種便攜式掃描儀利用物理學和化學原理幾乎可以檢測一切，從某個蘋果中的糖含量到是否你放在吧台上的飲料在你離開時被投了毒。這種設備稱為“scio”（一種微型的紅外光譜儀），這種科技與幫助航天員分析恒星構成的科技相似。
scio探測食品中的分子“簽名”，然後將詳細信息通過藍牙連接發送到你的智能手機。scio的數據庫將這種簽名翻譯成營養內容，包括常規熱量值、食物特性等。
圖5–3 scio與智能手機聯合起來探測食物的化學構成
圖片來源：scio
雖然這種科技仍然還處於萌芽時期，我們預期在不久的將來會有一部智能手機告訴你在你剛剛通過instagram發給朋友的圖片中的飯菜包含多少卡路裏和碳水化合物。一旦每個人都具備了這種知識，這將對全球範圍內廣泛存在的肥胖病產生什麽影響呢？想象一下，你的智能手機告訴你如果吃掉最後的甜甜圈，你在14.6年內患心髒病的概率將提高7.5%，你會有什麽反應呢？
解密壽命
一項對量化自我信息最有趣的應用是讓你看到你所做或所不做的任何一件事情的後果，以及平均看來將如何在統計意義上影響你的壽命。你可以通過改變圖5–4中所顯示的幾項壞習慣來獲得非常大的收益：
圖5–4 各種日常活動如何延長/縮短壽命
資料來源：男士健康博客
有氧運動剛開始的20分鍾就給你贏回一個小時的生命！哎呀，為什麽在33年前當亞曆克斯決定在接下來28年裏不再繼續跑步的時候沒人告訴他這一點？有氧運動接下來的30分鍾幾乎就是利弊相當？這太劃算了。最劃算的是什麽？早上吃水果喝咖啡，晚上吃蔬菜喝紅酒。一天中通過一小時跑步和那種飲食計劃一共為未來存儲了多少時間呢？為你增加了4.5小時的壽命！
趁著我們說到這個話題，在討論如何激活對線性衰老的抵抗及自我升級之前，我們再深究一下這種為生命添加年頭與給歲月帶來生命力以提高我們大腦能力的概念。
量化自我的產品開始是作為獨立的產品出現的，而且到2013年已經達到年銷量兩億美元，主要以根據用戶鍵入的身高、年齡和體重進行計步和計算卡路裏的設備為主。多種app在ios和安卓係統中已經複製和效仿了這種功能。這種功能在2015年成為ios的組成部分，很大程度上是為了擴大蘋果手表的用途。蘋果公司將這個app稱為“healthkit”。
如你在圖5–5中所看到的healthkit屏幕截圖，其中包含七大類內容（身體測量、健康、我、營養、結果、睡眠和生命體征）及在“全部”這一條目下67個獨立的類別，包括從活躍的卡路裏到鋅含量水平等。
毫無疑問，以後每一個主要操作係統（ios或者安卓）的新版本將添加更多其他的類別。這種數據對未來的治療至關重要，你在不久之後就能看到。
就科技而言，社會上對測量值的熱衷已經創造出了多個價值千億美元的公司，包括英特爾（我們購買其芯片是因為代表其處理能力的兆赫數值不斷增長）、思科（其路由器讓我們在恢複時間上減少了幾毫秒）、facebook（其對朋友、喜歡和評價的測量都以數量顯示以便我們能清楚看到）和穀歌（其搜索功能據說與使用紙質資源進行同一搜索相比能為我們節省20分鍾）。在這麽多工具以及隨時上網獲取大量信息的能力之中，哪些真正有用呢？
圖5–5 蘋果公司的健康套裝healthkit 測量67 種不同的類型
資料來源：蘋果公司
我們生活的年限影響著各個方麵，部分原因是事物的依賴性。大量未來學家或明確或含蓄地使用弗蘭克·費瑟所發明的dstep（人口、社會、科技、經濟、政治的英文首字母縮寫）這樣的模型。人口變化導致社會變化，社會變化導致科技變化，科技變化導致經濟變化，經濟變化導致政治變化。
按照費瑟的方法論，世界上所發生的一切事情之所以發生是因為人口變化。在不久之前的曆史中，最重要的人口變化已經出現了，因為人的壽命經過測量正在變得更長。由於醫療進步和科學，我們的預期壽命平均每天延長大約5個小時。[11]如托馬斯·科克伍德在《科學美國人》的特刊中所解釋的：
人們常說我們的祖先更容易麵對死亡，大概僅僅是因為他們常常看到死亡發生。在100年前，在西方預期壽命大約短25年。這種直觀的生活現實的出現源於眾多的兒童和年輕人由於各種原因而夭折。1/4的兒童在5歲之前死於傳染病，年輕女性經常死於分娩並發症，甚至年輕的園丁在手被樹刺劃到後就可能死於敗血症。
在過去的一個世紀裏，衛生和醫療護理大幅降低了生命早期和中期的死亡率以至現在大部分人都活得更久了，整個人口年齡比以前也更大了。預期壽命在世界範圍內仍然在提高。在世界上比較富裕的國家，預期壽命每天都延長5個小時或更長的時間，而且在許多快速發展的發展中國家，這種速度增長更快。
不過，最終，如果你希望生活得更長久，你將不得不注意自己的健康。你不得不找到適合自己的方式，堅持對自己有益的事情而拒絕對自己有害的事情。
這就是ios的健康應用中67個類別突然變得有用的地方。你可以瀏覽一遍，開始追蹤某個特定測量值，一直在這方麵努力直到達到一個穩定水平。然後選擇另外一項特定測量值，並重複這一過程。或者你可以運用多種方式提高具有協同作用的多個方麵，在一個方麵所投入的時間、金錢和精力也將對多個其他方麵有作用。過去追蹤這種數據非常困難，或者說基本不可能，但是現在完成這件事的費用已經大幅下降了。
激活自我
根據羅伯特·凱爾（robert kail）和約翰·卡瓦那夫（john cavanaugh）所著的《人類發展：生命全程觀點》（human development：a life-span view），雖然一般來說男性比女性肌肉量更多，但是男性和女性都是在27—33歲達到身體素質巔峰。遵循這種觀點，你的身體力量將在你生命中剩餘的時間裏慢慢衰退。感官能力在你20歲出頭的時候達到巔峰。視覺通常是在40—59歲開始變差。然而，聽力在快30歲的時候就開始下降。味覺、嗅覺、平衡感和感知疼痛或溫度變化的能力直到晚年一直保持不變。
在下麵5個領域中，我們在到達巔峰之後就開始以每年大約1%的速度衰退。我們將之稱為“線性衰減因素”，因為它們大致呈線性，不管是在標準坐標紙上還是體現在對數尺度中。我們將盡一切努力中和這些線性衰減因素甚至將其改善，這個過程稱為“激活自我”。這是我們未來理所當然會利用我們正在搜集和分析的這些關於自身健康的數據所要做的事情。
端粒長度
端粒是位於我們染色體兩端頂部的“帽子”結構，由dna緊密纏繞的雙螺旋構成。它們有時候被比作繩花，也就是鞋帶末端的塑料套子。
我們在受精卵階段有15000個端粒。每次我們的細胞分裂的時候，端粒就減少。我們還在子宮中的時候我們的細胞已經分裂了很多次，以至當我們出生的時候，我們隻剩下10000個端粒。因年老自然死亡的人通常有大約5000個端粒。在不進行特殊治療的情況下（像燈塔水母這樣的動物能夠複原它們的細胞），經過一定數量的分裂之後，我們的細胞就達到了海夫利克極限（hayflick limit），無法再分裂。
衰老的原因之一是端粒或dna受損，在細胞分化的時候沒有得到修複。可以將其想象為鞋帶末端磨損的繩花。當繩花脫落後，鞋帶繼續磨損，線頭散開，最終就無法使用或者需要替換掉。
2013年的一項研究證明感到焦慮的人具有更短的端粒。在此項研究中，位於美國舊金山加利福尼亞大學和美國預防醫學研究所的研究人員發現較好的生活管理方式可以逐漸延長端粒，進而可以延長壽命。為開展該研究，研究人員連續追蹤了35位男性，時長超過5年。這些參與者具有初期前列腺癌症。這組人中大約有10個人應要求采取了一種更健康的生活方式，例如使用營養食物，每天鍛煉30分鍾，並進行冥想來降低壓力水平。
結果顯示，改變生活方式的男性具有更長的端粒長度，比其他參與者長出大約10%。相對來說，沒有養成健康行為的男性在研究結束時具有較短的端粒。
壽命研究中一個最有前景的方麵是解放端粒酶（修複端粒的酶）和複原端粒的能力，由此可以幾乎無限期地延長細胞生命。端粒長度被認為是人體內一個重要的老化“時鍾”，但是我們的身體現在不具備在無外力幫助下延長端粒的能力。非常期待聽到更多壽命激活（longevity activation）科學中關於端粒的信息。
最大攝氧量
最大攝氧量（vo2max）是最大通氣量的測量值，即每分鍾（你的）每千克體重對應的氧氣毫升數。我們從28歲開始直到死亡每年最大攝氧量降低0.1—1，而且如果一個人連續坐幾個小時或者超重將平均多降低大約0.4。
人類最大攝氧量的最高記錄是97.5，是2012年由一位自行車手創造的。大多數奧林匹克馬拉鬆選手是74—79。對馴養的動物來說，最高值是賽馬的150，而對野生哺乳動物來說，最高值為獵豹的300，獵豹的速度可以達到每小時60—70英裏，但僅能持續大約2分鍾。
提高最大攝氧量的最好方式是反複以最快的速度跑一英裏。攝氧能力是優秀賽跑選手和自行車手最大的公開秘密。你吸入的氧氣量越多，在其他方麵相同的情況下，你思考得更好更清晰，跑得更遠，保持警覺和精力充沛的時間更長。你的大腦消耗掉氧氣供應的20%—25%，因此最大化為每個細胞換氧的能力是有道理的。以盡可能高、維持時間盡可能長的最大攝氧量為目標是在黃金歲月或者高齡歲月中保持頭腦清醒的關鍵因素之一。
肌肉減少症
肌肉減少症在希臘語中是“sarcopenia”，意為肌肉貧乏或肌肉消耗。從30歲開始，每年我們的肌肉量減少1%。骨骼肌可以分成快縮肌和慢縮肌，快縮肌是白色的肉，慢縮肌是深色的肉。在人體中，快縮肌比慢縮肌衰退快，造成老年人磕絆和無法站穩而摔倒，或者無法從椅子中站起來。
研究人員已經證明當老年人吃飯的時候，他們無法像年輕人一樣讓肌肉快速運動。現在他們已經發現對肌肉分解的抑製隨著年齡增長而變弱。這可能會解釋老年人中肌肉持續減少的現象——當他們吃飯的時候，他們不會長出足夠的肌肉，而且他們的胰島素無法抑製在兩餐之間和夜間出現的肌肉分解。
《美國臨床營養學雜誌》在2009年的一項研究發現連續20周進行每周三次負重訓練可以複原四肢的血流，達到接近30歲時的水平。
骨量減少
骨量減少是拉丁醫學術語，意為骨質減少、缺乏或消耗。自30歲開始，女性和大部分男性大約每年骨量減少1%。然而，從40歲開始，女性骨量減少速度加快，平均看來，她們的脊柱和髖部的骨量減少2.5%甚至更多，經常使她們變矮而且更容易因肌肉減少而在跌倒時出現髖部骨折。髖部骨折對老人來說異常痛苦。近年來，70歲之後因為髖部骨折而導致的死亡率在摔傷後第一年內達到了令人震驚的30%，在摔傷後18個月內達到50%。
抗阻訓練可以抵消這種影響，因為當你給自己的肌肉施加更多的壓力的時候，這種壓力對你的骨骼施加更多的壓力，而骨骼之後就做出反應，不斷產生新的骨骼。此外，隨著你鍛煉出更多肌肉，而且將你本有的肌肉變得更加強壯，你也會給骨骼帶來更多持續的壓力。
神經衰退
在所有線性衰減因素中，大腦貧乏或大腦消耗是最令人恐懼的。自26歲（甚至更早）開始，普通人將每年損失1—2克大腦的質量[12]，而且慢慢增加，以致在15年之內（45歲前），這個人將每年損失至少2—3克。自60歲之後，這個損失增加到每年3—4克，自75周歲之後增加到每年4—5克，自90歲之後每年損失5—6克。
一個來自美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究人員團隊發現，肥胖的老年人比體重正常的老年人的大腦質量少8%。此外，超重的人比苗條的人少4%的大腦質量。另外，憂慮、抑鬱、多疑，遭受創傷、離婚、暴力犯罪或持續情緒困擾將進一步加快大腦質量的損失。失明、耳聾和其他感官損害以及行動不便也能夠造成大腦質量的損失。
丹尼爾·阿門博士自稱已經在他的醫學研究臨床教學中研究了75000張單光子發射計算機斷層顯像（spect）大腦掃描片，他聲稱超重或肥胖將導致大腦質量減少4%—8%。阿門注意到匹茲堡大學的研究也發現超重的人（身體質量指數為25—30）的大腦容量比身體質量指數較低的人的大腦容量少4%。此外，身體超重的調查對象比健康調查對象的大腦早衰老8年。肥胖的人（身體質量指數超過30）的大腦容量少8%，而且他們的大腦比健康人看起來早衰16年。
我們發現改變大腦也改變身體，非常重要的是，我們也發現隨著體重增加，腦力將降低。隨著身體質量指數的提高，大腦的尺寸和功能降低。這一信息應該會讓所有人擔心自己的體重……脂肪可以產生炎症性化學物質，對大腦造成傷害。我們發現人越高大，他們的額葉越小，而這簡直糟糕極了，因為額葉掌管著你的生命！
丹尼爾·阿門，匹茲堡大學
普通人大腦重量為1300—1500克。雖然大腦僅占成年人體重的2%—3%，它卻消耗掉身體內氧氣供應的20%—25%。有趣的是，新生兒60%的氧氣供應由大腦消耗掉，因為大腦在從事類似貝葉斯分析的巨量工作及其他統計的/隨機的比對，並且學習完全應用和理解他們眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、手指、皮膚等所搜集到的數據。
美國國立衛生研究院的亨麗埃塔·範普拉克博士和她的同事所開展的研究通過哈佛大學的教授約翰·瑞迪（john ratey）[13]的著述而廣為人知，告訴我們如果我們以將心跳至少提高到最大值的75%的步速跑45分鍾及以上，我們將產生出新的神經幹細胞，主要是在海馬體中。這些新的細胞將生存大約21天。為了使他們連接到其他神經元並生存得更久，我們將需要學習新的東西。“一塊塊閃光的神經元彼此連接成一片”是神經學家對這種過程的總結。
關於由鍛煉引發的神經發生，更令人興奮的發現之一是大腦的一些區域比另一些區域更快地損失大腦細胞。令人驚奇且非常幸運的是，大腦細胞損失最早最快的區域也是大腦細胞高速生長複原的區域。不止12個獨立的研究人員已經報道發現了這種效應。[14]
通過更有規律地進行特定的鍛煉並堅持嚴格的飲食，你可以大幅改變自己的整體健康情況和壽命。量化自我隻是未來我們用於提高生活質量和壽命的一係列工具中最早出現的。 對診斷重新思考與對醫學進行增強
今天，醫療衛生方麵較具爭議的一個領域是關於治療性質本身。製藥學和醫學的很大一部分精力都投入了對病情或疾病症狀的治療而非用於消除引起許多健康問題的原因。這種現象部分是基於我們不擅長一勞永逸地消除這些病情的事實，部分是由於醫藥公司從長期治療療程中而非從消除對治療的需求的工作中獲得更多利潤的事實。
以癌症為例。在20世紀初的時候，20個人中有一人會患癌症。在20世紀40年代，每16個人中有一人患癌症。在20世紀70年代當尼克鬆總統宣告“抗癌戰爭”的時候，每10個人中有一人患癌症。今天，每兩個或三個人中就有一個人在他們的生命過程中患癌症。[15]是的，你沒有看錯。社會中癌症發病率在過去100年間出現了大爆發。這僅僅是因為更好的診斷嗎？[16]其實不是，看起來越來越多的人開始患癌症。
公平地說，我們已經大幅提高了很多癌症類型的存活率，而且預期還會繼續提高。不過，根據美國人口增長和老化情況，到2020年癌症醫療支出預計至少達到1800億美元，比2010年提高27%。如果新研發出來的癌症診斷工具、治療和複查工具越來越昂貴，癌症醫療支出可能將高達2070億美元。[17]2012年全球估算有1410萬癌症病例；其中740萬例是男性，670萬例是女性。這個數字預期到2035年將達到2400萬，因此我們需要找到治愈癌症的方法。怎樣辦到呢？
微流體與芯片實驗室診斷
如本章上文所述，早期診斷很可能是其他短期手段之外我們能夠影響癌症存活率的最主要方法。在這方麵，科技發揮著重要作用。一名哈佛大學學生剛剛研發出了一種技術，是這種可能的未來趨勢中一個重要的例子。
2015年11月，18歲的尼爾·戴維獲得了美國發明家名人堂大學生發明家競賽本科賽區的銀獎，他的獲獎研究項目是“利用滴式微流體通過檢測循環過程中的癌細胞進行早期癌症診斷”。這種無創癌症檢測方法代表了一係列隨著計算機能力的增強、基於芯片的診斷以及傳感器科技的提升而出現的新科技。
圖5–6 微流體設備
這名哈佛大學的學生利用了一種新型的技術，通過將微量的血液注射到流媒體設備中從而將單個的細胞封裝成獨立的滴狀。這樣的設備中有一些可以使用小至100納米的樣本。然後戴維使用分子生物學中的常用技術聚合酶鏈式反應（pcr）瞄準並放大微流體滴中癌症dna的片段。通過把一束激光打到滴狀物中，他就能夠檢測並量化樣本的亮度，進而判斷在循環腫瘤細胞中是否存在癌症dna。
這種科技的優點是它格外敏感，所以我可以在血液中10億個正常細胞中檢測出哪怕數量少到隻有一個的癌細胞……這個技術同時也非常具體。使用這種dna放大技術可以按獨特的方式探測很多種癌症。
尼爾·戴維，約翰·a.保爾森工程與應用科學學院[18]本科生
在此之前，對腫瘤進行活組織切片檢查是恰當而精確地診斷腫瘤類型的唯一方式，而且這帶來非常大的創傷，經常需要外科手術。微流體更加安全、快速，而且費用隻是現在已有常用檢測程序費用的一小部分。
微流體將徹底改變我們對醫療衛生和診斷的認知方式。想想現在你需要進行檢查的幾乎任何一種疾病——高膽固醇、糖尿病、腎髒或肝髒問題、鐵缺乏、心髒問題、性傳染病、貧血、肝炎、hiv（人類免疫缺陷病毒）及各種病毒，這些都常常需要通過抽血或者驗尿檢測。在驗血時，通常會抽取大量血液以獲得精確的檢測結果。科技進步在這方麵將徹底改變這些檢查項目。
雖然近來出現了一些爭議，矽穀初創企業theranos（一家血液檢測公司）是首家真正應對這種問題的公司之一。theranos開發出了可以依靠一兩滴用針孔從手指取到的血液就幫助探測數十種醫療疾病的血液檢測技術。在全美沃爾格林藥店中，你隻要出示給藥劑師你的身份證以及醫生的說明就可以在那兒抽血。從抽取的一個血液樣本中，可以進行數項檢測，費用常常比常見病理檢查費用低很多。例如，典型的膽固醇實驗室檢查在美國費用為50美元或更多。在沃爾格林藥店進行的同一種theranos檢查費用大約為3美元。
但是，我們為什麽還需要去某個地方，比如藥房或者醫生診療室？由彼得·戴曼迪斯創辦、諾基亞和高通等主辦的2014年三錄儀xprize[23]競賽的獲得者是一家成立8年、獲得美國國家航空航天局、美國國立衛生研究院、比爾及梅琳達·蓋茨基金會和許多其他機構的資金支持的公司。dmi（dna醫學研究所）是名為“rhealth”（機器人醫療或遠程醫療的英文縮寫）的設備的發明者。
圖5–7 桌麵三錄儀rhealth
圖片來源：dmi和xprize
rhealth診斷時隻需要病人提供一滴血液。將這滴血液滴到一個小的容器中，納米帶和試劑與血液內容物發生反應。所有的混合物經過一個螺旋式微型混合器處理後在激光中流過，這些激光利用光強度變化和散射生成診斷結果。然後你就可以通過藍牙將結果傳送到自己的智能手機上。
圖5–8 rhealth診斷的微流體樣本
rhealth現在隻能放置到桌麵上，但是dmi正在努力將其縮小到可以放置在手掌中的大小。
對其他基礎性生物檢測技術來說，《星際迷航》中三錄儀的主題不斷地出現在科技發展之中。scanadu scout（一款醫用三錄儀設備）可以連接到智能手機，能夠提供比健康心率檢測器更綜合的“直播”信息。
圖5–9 scanadu scout
圖片來源：美國醫療技術公司scanadu
scanadu scout是一種無創生物監測係統，測量體溫、心跳、脈搏血氧飽和度及血壓等生理參數。完成監測隻需要將這種小型的可移動設備放置到額頭上，它會將數據傳給其應用進行分析。
scanadu的宣言完全表達出了科技如何應對個人化診斷挑戰的所有方麵：
成為對自身健康所知甚少的最後一代人。
今天，已經出現了像illumina miseqdx（桌麵dna測序儀）這樣的設備。最終，在未來20年內，每個人都將能夠獲取即時地對自己的dna測序並將其與已知疾病比對的設備，而且可以診斷他們現在因病毒或其他疾病而出現的任何健康問題。如果患有癌症，這種手持設備將不僅能夠比今天的醫生更好地診斷癌症類型而且也能夠實時地對所患特定癌症的細胞進行測序，並將數據傳給遠在世界另一端的某個實驗室以製造出特定的、靶向性的、個人化的藥物。 個人化、精準化醫學
位於美國聖路易斯的華盛頓大學最近使用基因測序[19]對三位晚期黑素瘤病人的健康組織與患病組織進行了比對。通過精準找到每個病人獨特的蛋白質變異，研究人員能夠製造出提高病人抗癌t細胞強度的疫苗。
圖5–10 常見前列腺癌的7種不同的基因序列
圖片來源：《自然》，2011，470(7332)
現在個人化醫療方麵的研究聚焦於分析病人的基因組，不過也額外關注環境、社會、生物測量、生物統計和宗教影響，然後基於這些數據為每個人量身定製治療方案。這門科學從根本上推動由“一刀切”的方法轉向根據個人dna、身體化學及個人對不同的化學物質或治療水平的可能反應而設計針對性藥物。
一種可能性是為患有抑鬱症的病人研製出劑量和強度適當的藥品。現在，治療方法有點靠運氣，並且需要醫生試用不同劑量的不同藥品，對病人進行長達數天或數周的監測，然後還要繼續調整劑量直到找到合適的水平。
基因信息將幫助醫生按照dna測序確定更有效、更精確的劑量。因此，個人化醫療不會使用一種像ssri（選擇性血清素再吸收抑製劑）的藥物——這種藥物的作用是控製身體使用血清素的方式——而是刺激身體產生或降低血清素（及其他神經傳遞素）含量以符合個人的基因型基準。我們期待在止痛藥、傳染病治療和神經紊亂治療（例如抗癲癇藥物）方麵也出現類似的進步。
隨著基因測序能力的提升，我們認識到對癌症類型（例如前列腺癌）的識別並不足以精確地確定治療形式。近期的研究已經證實，患有同一癌症類型的不同病人在其惡性腫瘤中具有非常不同的基因特征。因此，個人化醫療將成為未來有效治療的必然。
然而，基因組學僅是製造出起作用的個人化醫療或精準醫療能力的一小部分。個人龐大的健康數據，例如量化自我數據、前期醫療史、家族史和譜係、曾生活過的區域、個人經常接觸的環境影響因素、前期血液測試、前期不同藥物反應及其他類似信息都將對利用靶向性的、精準的醫療治療特定疾病或病痛的能力起到至關重要的作用。事實上，個人化醫療的成功將可能取決於對電子健康記錄更好的、集中的獲取能力。
如果你對披露自己的健康史、曾住址、前期治療等數據懷有顧慮，請注意這將嚴重限製你在未來獲取治療的能力——醫療衛生的未來關注基因、傳感器和數據。 生物強化
如果你想弄懂基因治療及自身的生物增強，可以將我們的基因密碼大致想象成軟件。在我們的dna之中包含著特定的指令，產生屬於我們自己的基本人類特性。如果我們的父母或祖先的dna編碼中具有某個特定蛋白質缺陷，比如包含特定病情的基因或者缺少防止其他病情出現的基因，則這種編碼產生某種特定變異或者導致你感染某種疾病的可能性很高。如果我們能夠學會編輯這種編碼並將其按照正確的順序插入我們的dna中，我們就可以彌補缺陷或者直接刪掉錯誤之處。
基因編輯
1987年，生物學家注意到細菌具有一種天然自衛機製，可以識別入侵的病毒。2000—2002年，科學家們發現細菌不僅對入侵病毒dna做出反應，而且將其加以處理並偽裝起來。他們將此過程稱為crispr（規律成簇間隔短回文重複序列）。
2009—2012年，crispr技術被用於優化候選病毒中dna的切割，其方法是檢測細菌細胞在其免疫防衛係統中的蛋白質。一種蛋白質——被稱為與crispr相關的蛋白質（cas9），被人們發現了。cas9不是一般的蛋白質，它是一種核酸酶，一種專門用於切開dna鏈的酶。它有兩個活性的切割位（hnh和ruvc），每個對應dna的一條鏈。到2012年為止，cas9可以在人類細胞培養中用作基因組編輯或工程學工具，有可能甄別並消滅引發帕金森綜合征、阿爾茨海默症、糖尿病、像乳腺癌這樣的遺傳癌症、免疫缺陷等病症的基因。現在，基因療法主要用於治療單基因病或者涉及單個基因的疾病。
crispr/cas9不僅僅在dna中進行切割而且還可以讓新基因序列插入進去。科學家可以添加進去一種具有所需dna序列的工程病毒或dna質粒。由美國舊金山加利福尼亞大學的研究人員領銜開展的一項計劃使用crispr/cas9從人類t細胞中刪除了hiv（人類免疫缺陷病毒）。當hiv感染到身體中的時候，它就通過改變t細胞的dna而修改身體自身的免疫係統。通過cas9工藝的創新，研究人員能夠成功編輯t細胞中受感染的基因cxcr4和pd-1，利用健康的細胞代替它們。在美國費城，研究人員通過基因療法從白細胞中移除r-5蛋白質，成功使得hiv病人對這種病毒產生抵抗能力。
2015年3月，中國的科學家宣布他們成功地使用crispr技術修正了不能存活的人類胚胎中導致具有致命危險的血液紊亂症β–地中海貧血的基因。這支中國團隊注射了86個胚胎，然後等候了48個小時。這為crispr/cas9係統和替代缺失的dna的分子發生作用，以及讓每個胚胎發育成8個細胞提供了足夠的時間。在71個存活的胚胎中，他們對54個進行了基因檢測。檢測結果顯示隻有28個得到成功的接合，而且其中隻有少量包含替代基因材料。
這不僅引發了根本的道德問題，而且體現了對crispr技術最嚴重的批判——它仍然還是一種不精確的科學。要使基因療法取得成功，它需要高度的靶向性，而且也要避免出現任何基因汙染。這種成果慢慢成為可能，因為研究人員最近發明了一種減少一類基因編輯蛋白質——類轉錄活化因子核酸酶（簡稱talen）——的非定向dna結合的方式。這種方法使科學家可以自由地轉變蛋白質，這就能讓它們經過一段時間後變得更加具體，更有靶向性。
不管是哪種技術最終產生科學家們所努力實現的突破，基因編輯可能將在未來10年出現巨大的提升，成為治療任何一種遺傳疾病或病情的標準方法。我們將不再試圖治療疾病的症狀，而是直接完全消除掉疾病。
短期內基因療法的應用（2020—2030年）
基因療法的應用非同小可，完全是革命性的。這個領域正在加速發展，每周都有新的研究成果公布出來。在本書付梓出版的時候，使用基因療法治療甚至治愈疾病方麵（僅舉數例）已經取得了重要進步：
1.聽覺：耳聾、聽力衰退、耳鳴、梅尼埃爾氏病。
2.視覺：先天性和退行性失明，例如先天性黑蒙症、視網膜基因治療、無脈絡膜症。
3.遺傳性疾病、基因疾病和自身免疫疾病：神經肌肉紊亂，例如肌肉萎縮症、肌萎縮性側索硬化症（als）、肢帶型肌無力（由dok7基因缺陷導致）、埃德二氏肌營養不良症、脊髓肌肉萎縮症及肌小管肌病；帕金森綜合征（通過修複穀氨酸脫羧酶傳送）、阿爾茨海默症及弗立特裏希氏共濟失調等疾病；甚至抑鬱也可以通過修複p11（一種腦蛋白）而得以治療。
4.癌症和血液紊亂：白血病、急性髓細胞性白血病、神經膠質瘤、胰腺癌、肝癌、血友病、鐮刀形紅細胞貧血。
5.艾滋病：有研究證明在清除白細胞中的受體蛋白r-5後病人對艾滋病病毒產生抵抗能力。
6.心髒和肺部疾病：心衰、鈣上調、充血性心力衰竭及外周動脈疾病、囊腫性纖維化、α抗胰蛋白酶缺乏症、哮喘、急性呼吸窘迫綜合征、肺水腫。
利用基因療法，我們將能夠修改dna中的錯誤，並消除疾病、缺陷和遺傳病症。這種可能性令人震驚，而且肯定是科學能力範圍之內的事情。如果將未來可以實現的基因療法、幹細胞療法、傳感器監測及其他增強技術聯合起來，事實上我們將對疾病和疾病治療比以前都更具有掌控能力。實際上，可能我們在治療疾病方麵的進步在未來20年比最近100年內醫療科學上的進步還要大。到2030年，高級醫療技術及基因療法將可能為生活在發達國家的人們提高額外的20年到30年的預期壽命。
轉基因與替代器官（2025—2040年）
一旦基因編輯得到完善，下一個可能考慮的方麵就是通過為我們的dna植入改善內容強化我們的生物性。轉基因領域中人類和動物的雜交基因研究已經得到了一些有前景的發展。顯而易見將動物dna植入人體有違倫理，但是現今將人類dna應用到動物中不用麵臨這些限製。
首個成功轉基因的動物是一隻老鼠。這隻老鼠生於1982年，通過將人類生長激素基因植入受精老鼠胚胎培育而成。轉基因的兔子、豬、山羊、綿羊、魚、牛以及新近的靈長動物隨之出現。轉基因動物產生背後的原則是將一種或多種外源基因引入一種動物中。外源基因“必須沿著種係植入，這樣這種動物體中每個細胞（包括生長細胞）都包含經過相同修改的基因材料”。[20]
舉例如下。轉基因魚類包括因生長激素而比正常的魚生長速度快10—11倍的鮭魚，以及攜帶來自水母的熒光蛋白質基因而可以發光的轉基因淡水斑馬魚。轉基因老鼠包括攜帶澱粉樣前體蛋白基因而產生與阿爾茨海默症同樣的大腦症狀的老鼠，以及經過生物工程處理以至它們的突觸通路中具有過量表達的nr2b受體從而使它們終生都快速學習的老鼠。現在經過生物工程攜帶至少5種不同人類基因的豬能夠長出用於人類移植的低排斥率器官，包括心髒、肺、腎等。所產牛奶中包含人類乳鐵傳遞蛋白和幹擾素的轉基因奶牛實際上成了牛/人奶雜種，而不含朊病毒的奶牛已經通過生物工程生產出來了，具有抗瘋牛病的能力。人們已經利用生物工程讓轉基因山羊產生蜘蛛絲。
轉基因在農作物中的利用預期將對食品安全帶來巨大好處，因為轉基因作物產量增高、對疾病具有很強的抵抗力而且解決了由氣候變化而導致的食物短缺。
轉基因技術——可以將基因從一種植物物種轉移到另一種中產生出一種具有新的或者改善的特征的植物——為未來15—20年實現食品安全提供了最大的希望。
美國國家情報委員會，“2030年全球趨勢”， 《另類世界》，2012年
轉基因技術實現了人類與動物特征通過基因的混合，最終幾乎可能導致出現一係列各種各樣的人類與動物的混合體。對我們的非人類朋友，我們有很多羨慕的地方。犬類的聽覺和嗅覺比我們好很多，貓類在黑暗中可以看到物體，一些靈長類具有比我們更好的記憶技巧，[21]而鳥類具有令人驚異的視力。想象有一天當我們可以將轉基因應用於對自身的修訂之時，許多可能的轉人類很可能會擁有比如鷹的眼睛、蜥蜴的鱗片、像海豚一樣的遊泳能力或者像鱷魚一樣屏息的能力。
在金·斯坦利·羅賓遜所著的《火星三部曲》中，他提出作為獲取壽命治療——其本身作為矯正性基因療法編輯遺傳密碼的複製錯誤及修複端粒——常規過程的一部分，可將動物基因植入火星移民的dna。其中一個角色為自身生物性加入了一種與貓相似的咕嚕咕嚕聲。另外一種理論上的趨勢是添加鱷魚血紅蛋白以獲得更高的二氧化碳抵抗力，從而適應氧氣仍然缺乏、局部經過改造後的紅色星球。
合成生物學方麵的進步將可能使生產新式療法及診斷劑的設備成為現實。再生醫學方麵的進步幾乎可以在診斷和治療方法上產生與這些進步齊頭並進的發展，例如，到2030年可能製造出腎和肝髒的替代器官。
3d生物打印
如第2章中所探討過的一樣，未來3d打印機在我們製造產品的方式上具有令人難以置信的一些應用前景，甚至在家裏也可以使用它。然而，3d打印在醫學領域中潛力巨大的一種特定應用是生物打印。生物打印最簡單的形式是利用3d打印機獲得一種器官、骨骼或肌肉組織以代替身體中受傷的部位。一項更令人興奮的應用存在於再生醫學領域，以此滿足對適合移植的組織和器官的需求。3d打印已經廣泛用於麵部重建手術。
圖5–11 3d打印的骨骼常用於麵部重建手術
與非生物打印相比，3d生物打印更加複雜，例如材料的選擇、細胞類型、生長和分化因素以及與活細胞和組織敏感性及脈管係統創建相關的技術挑戰。
解決這些複雜問題需要融合工程學、生物材料學、細胞生物學、物理學及醫學等領域的科技。3d生物打印已經用於生成和移植數種組織，包括多層皮膚、骨骼、脈管嫁接、氣管夾板、心髒組織及軟骨結構。其他方麵的應用包括建立高處理量3d生物打印組織模型以便用於藥物研發及毒物學研究。
3d打印已經用在了大量醫療流程中。例如，2012年，美國密歇根大學成功使用3d打印為患有複發性氣管塌陷的卡伊巴·瓊弗裏多（3個月大）構建出了一種合成氣管。[22]其他成功案例包括“打印”骨骼替換一名病人的下巴及另一位病人的部分頭蓋骨。作為一個發展中的行業，3d生物打印在2014年為全球的企業產生了超過5億美元的收入，而這預計將在2016年翻一番。
2006年，美國維克森林大學的安東尼·阿塔拉博士成功使用噴墨打印機“種植”出了替代膀胱。種植病人器官的過程首先是通過活組織檢查獲得肌肉細胞及圍繞膀胱壁的細胞的樣品。這些細胞在實驗室培養液中生長直到一定的數量並足夠放入一種外形像膀胱的特製的生物可降解模型或支架中。這種支架在設計上會隨著膀胱組織與身體融合而降解。測試顯示工程製造的膀胱在功能上與使用腸組織修複的膀胱一樣好，而且不會產生副作用。今天，那些病人仍然健康地生活著。
再生醫學和3d打印替代器官的其他可能用途是甲狀腺、腎和肝髒等器官的再造。阿塔拉博士通過將人類皮膚細胞“改編”為心髒細胞，使其在細胞培養液裏長成簇，從而成功製造出了迷你型心髒（直徑約0.25毫米），然後利用3d打印機使它們達到預期的形狀和尺寸。此外，2015年3月，俄羅斯生物打印公司斯科爾科沃（skolkovo）成功利用3d打印獲得了鼠類甲狀腺並進行了移植。該公司聲稱預期在2018年前“打印”人類腎髒。
這些有潛力的生物增強手段將能夠在未來30—40年直接通過工程手段製造出幾乎完美的人類標本。許多人可能在基因方麵不會再有缺陷，擁有更長久的壽命，同時醫學界將能夠基於個體基因組治療癌症或疾病，同時可通過按照你自身特定型號製造出的器官修正退化細胞或獲得器官健康。這一切聽起來像科幻小說，但是其中許多科技已經觸手可及。
[1]烏魯克遺址位於現在的伊拉克境內。
[2]人類基因組計劃有多個捐贈者，既有男性也有女性。由人類基因組計劃檢測出來的參照基因組序列中的大部分（>70%）來自美國紐約州布法羅市的匿名男性捐贈者（代號rp11）。
[3]參閱美國國家人類基因組研究中心的數據庫，裏麵列出了現有的基因遺傳病。
[4]參見http://.cancerresearchuk.org/。
[5]參見http://.mioglobal/。
[6]參見http://itunes.apple/us/app/sweetbeat/id492588712?mt=8。
[7]參見http://pplkpr。
[8]參見http://.amazon/garmin-vivofit-fitness-band-blue/dp/b00hfpox9w/ref=sr_1_7?ie=utf8&qid=1415520287&sr=8-7&key words=garmin%20vivofit。
[9]參看美國醫療健康服務網站webmd。
[10]作者對喬凡尼·桑托斯塔希博士的采訪內容。
[11]thomas kirkwood,“why can’t we live forever?”scientific american,sept2010,p.14,http://.scientificamerican/magazine/special-editions/2015/03-01/.
[12]1克等於0.028盎司。1/8盎司通常被認為是3.5克，而6克按英製單位度量大約是半勺。
[13]參見http://.amazon/spark-revolutionary-science-exercise-brain/dp/0316113514。
[14]參看肖恩·克拉克（shaun rk）的相關研究可獲得更多信息。
[15]數據來源：英國癌症研究院。
[16]在奧巴馬總統最後一次國情谘文中，他宣布開展治療癌症的“探月計劃”並任命副總統拜登帶頭衝鋒。
[17]數據來源：美國國立衛生研究院。
[18]美國哈佛大學約翰·a.保爾森工程與應用科學學院。
[19]beatriz m.carreno et al.,“a dendritic cell vine increases the breadth and persity of mnoma neoantigen-specific tcells,”science348,no.6236(15may2015):803–808.
[20]加拿大動物保護協會（canadian council on animal care）的轉基因動物。
[21]參見http://.baxterbulletin/viewart/20120625/news01/306250010/apes-monkeys-more-social-smarter-than-previously-thought。
[22]david a.zopf et al.,“bioresorbable airway splint created with athree-dimensional printer,”new ennd journal of medicine 368,no.21(2013):2043–2045.
[23]xprize，美國一家非公益性的基金會，目的在於通過讚助和組織公共競賽推動技術創新。——編者注
亞曆克斯·萊特曼和布雷特·金撰稿
我們飲用了蘇摩，獲得了永生；我們找到了光，發現了眾神。現在，敵人的怨恨能傷害到我們什麽？不朽之神啊，凡人的欺騙又能傷害到我們什麽？
《梨俱吠陀》，8.48.3
《吉爾伽美什史詩》被認為是第一部文學巨作，為古代美索不達米亞詩歌集，記錄了烏魯克國王吉爾伽美什的征程。[1]其征程的核心是吉爾伽美什在他的兄弟恩奇都死後對永生的追尋。它是在烏爾第三王朝（大約公元前2100年）寫成的，是人類最早的求生故事或史詩之一。
在曆史和文學中，對永生的追求一再上演。早在公元前475年，中國的文字中就提到了多種長生不老藥，而且嘉靖皇帝（1521—1567）據說是服用一種這樣的長生不老藥之後死於水銀中毒。根據古老的吠陀時代或印度的詩歌集《梨俱吠陀》，長生不老的仙露是帶來永生的飲品。在印度教和其他傳統中，它也經常被稱為蘇摩。印度教的主神因陀羅和火神阿耆尼喝了長生不老的仙露（或不死的神肴），獲得了永生。在古典希臘神話中，點金術不僅能夠將鉛變成金子，而且給擁有者帶來永生。
增強時代的科技可能首次真正地給人類帶來實實在在的能力，不僅獲得本質上的永生，而且大幅延長壽命並消除折磨人類數百年的疾病。接下來10年中要關注的主要科技是基因工程——像編輯計算機代碼一樣編輯人類dna的能力。生物工程中這些進步的核心是一種比以往任何時候都更加理解我們的生物學機製的能力，得益於更好的測量技術和計算機處理能力，這很有可能實現。
一些人認為這個時代將引發由科技導致的事件或奇點，將給予我們更長久的生命甚至永生的能力。最經常跟基於科技的對永生的搜尋聯係在一起的是被稱為“超人類主義”的運動。與曆史上尋找青春之泉的努力不同，由於與醫療衛生和醫學相關的多個領域中新出現的令人格外興奮的科技進展，接下來幾十年內延長壽命的希望具有某些事實依據。
超人類主義是一項並非很明確的運動，是在過去20年間逐漸產生出來的。它提倡利用跨學科方式理解和評估由科技進步所帶來的提升人類境況和人類生物體的機遇。它關注兩項現有的科技，即基因工程和信息技術，以及未來可預期的科技，例如分子納米科技及人工智能。
尼克·博斯特羅姆，“超人類主義價值”，
《價值探討雜誌》，2003，4(37)：493–506
這種所謂的後人類未來關注兩種廣義範圍的人類增強。第一種是生物工程，第二種是由科技引發的增強，有時稱為人機係統。改變我們作為人類的生活方式及我們總體的健康或狀態是增強時代的一項關鍵成果。在接下來的兩章中，我們將研究這兩條影響人類的路徑。這不再是一些無關緊要的科幻想法了。科技從根本上正在改變著我們對自身生物學的理解以及我們未來如何積極管理自己的健康和壽命。
本章中，我們將考慮科技如何利用基因學、個人化醫療及在量化自我（qs）運動中已經出現的原則幫助我們改善自身。在第6章中，我們將更具體地探討如何利用科技增強人類的能力。
為了理解基因學及基因編輯對人類未來的潛在影響，了解過去幾十年間所取得的巨大進步很有必要。在1984年，第一項人類基因組計劃（hgp）由美國政府提議並提供資助，但是這項計劃是在1990年國際合作後才真正開始實施。在花費了13年的時間並投入總計大約30億美元的公共投資和私有投資之後完成了第一個人類基因組的序列，包含捐贈的dna樣本中所存在的大約20500個基因和150000堿基對。[2]今天，像23andme（一家dna鑒定公司）這樣的公司可以在幾周之內僅收取100美元完成基因分型測序（與其他人類基線比對你的dna）。如果你想要全套的、原始的基因序列，現在仍然需要10000美元，但是基於摩爾定律可以預期在接下來幾年內就能降到1000美元以下。僅僅25年內就從30萬美元降到1000美元，這意味著到2025年完成一套dna原始測序的花費可能低於10美元而且計算處理功能將可以在幾秒鍾之內完成。
為什麽這很重要呢？已經有多種疾病確認是由先天基因引起的，[3]例如自閉症、乳腺癌、前列腺癌、皮膚癌和結腸癌、囊腫性纖維化、血友病、帕金森綜合征、鐮刀紅細胞貧血症等。其他許多由免疫係統或特定蛋白質缺陷所導致的疾病也同樣是由基因決定的，我們將在後文討論基因編輯如何解決這些健康問題。
改變我們管理自身健康方式的不僅僅是基因工程。疾病獲得確診後，治療過程往往需要巨額的費用，通常許多疾病發現越晚，治療費用越高，治療成功的可能性越小。對許多類型的癌症來說，早期診斷使人在確診後存活至少5年的概率提高90%。[4]
最近影像技術和探測技術的進步，以及基於芯片的診斷法，正在快速地顛覆著病理和診斷領域。稍後我們就這些科技中的數項進行探討。
現在，影響醫療衛生和幸福的一種更直接的變化已經通過測量我們的健康和身體機能的科技實現了。這種科技作為整體是量化自我運動的一部分。我們所搜集的關於我們如何利用自己的時間和金錢、如何用餐飲水、走多少步或消耗多少熱量以及我們睡眠情況如何等方麵的數據都可以用於大幅改善個人的健康情況，這已經是顯而易見的事情了。 從量化自我到激活自我
如果你佩戴fitbit的健康手環或者智能手表，你就很可能已經在監測每天的步數或體力運動。雖然量化自我的技術、標準和方法仍然在發展，但是我們已經能夠看到它在眾多領域改善著我們的生活。越來越多的證據支持上述觀點，比如它能追蹤你在運動中及運動後的心跳以及不時地測量你的血壓、腦電波（清醒時和睡眠時）、體脂、體重等。通過追蹤其中一項或全部測量數據，它不僅能讓你逐步改善日常習慣，而且也能讓你的醫療和健康專家獲得更好的數據從而為你提供個人化的建議。
追蹤心跳在傳統上是通過一種昂貴的、門診專用的心電圖儀做到的，需要在你身上安放通過長線連接到桌麵儀器的10種不同的傳感器。如果你需要便於使用的心跳監測，在過去這需要使用者佩戴一種笨重的胸帶，對很多人來說很不舒服。今天，你可以佩戴手環式心跳監視器，例如邁歐（mio）[5]或者蘋果手表。一旦你有了穿戴式監視器，你將能夠開始使用多種利用心跳的應用，大多數情況是用於健康領域，也用於一些非常少見的功能，包括你是否對特定食物過敏[6]或者你對和自己在一起的人們感覺如何——是輕鬆、有壓力還是有情緒[7]。這一切成為可能都是源於我們的心髒對很多不同行為做出的反應。
健康量化
健康應用開始追蹤采集越來越多的數據，成為包含多項測量值的程序的一部分。人們將腳趾（或者腿）浸入自我量化池的一種常見的方式是開始使用跑步機。你在跑步機上開始走起來之後，就可以逐漸地提高速度慢跑然後再跑步（體育館中所使用的一種對跑步的定義是每10分鍾至少一英裏的步速，或每小時6英裏及以上）。一旦你開始跑步，你可以慢慢地提高速度。下麵是亞曆克斯在一次裏程碑似的跑步之後拍攝的跑步機顯示器的照片以及他在facebook上發表的感想。
讓我高興的小裏程碑
我有一次一周沒跑步，中斷後就導致30年沒再跑，當我再次開始跑步的時候，我僅能以每小時5英裏的速度跑3.11英裏。
在連續多年保持每小時6英裏的速度之後，我閱讀了大量關於神經發生（製造新的腦細胞）方麵的內容，然後形成了一種假設，即每次我提高跑步速度的時候，我不僅是在增強自己的肌肉、肺和心髒功能，而且在增強大腦處理學習的那部分智力。
我開始每周提高0.1英裏。
13日周五，我實現了一個裏程碑，以每小時8英裏（每英裏7分30秒）跑完了5千米。我的目標是到6月30日以每小時8英裏的速度跑60分鍾。
我知道我的很多朋友可以用比這更快的速度跑更長的時間，而且為此我也很敬佩他們（你們）。我很高興自己不僅可以跑得更快，而且我也已經教會我的大腦、智力和身體按照有規律的日程提高。
祝你們也取得自己的裏程碑。如果你們想跑步的話，隨時歡迎來看看我的進展。別落後呀！
圖5–1 亞曆克斯慶祝自己的跑步裏程碑
僅僅通過花費大約84美元購買一個vivofit智能手環[8]或其他追蹤步數的設備就可以讓一個人走更多的路或者做更多被記錄下來的有益行為。這裏有一項個人成就的例子。亞曆克斯為了贏取為使用vivofit的人所設的每周步數挑戰比賽而在一天內走了55848步。
亞曆克斯描述了他那一周的經曆：
外麵下著雨，但是為了確保不被落下，我在酒店大廳裏讀著書來回走動。我甚至在同行乘客睡覺的時候在機艙通道上下走動，就為了多走幾千步。看一下當天所消耗的熱量——4065卡路裏……僅僅是通過走路辦到的。這比我在跑步機跑帶上走路和在其他一切可能的地方所燃燒掉的一磅脂肪的熱量（3500卡路裏）還要多。
圖5–2 像vivofit一樣的應用可以使用同伴排名將你的體力活動變成一種比賽
通過同伴群體競賽或對比而實現遊戲化可以成為非常強大的動力，這跟與自己競賽進行提升是一樣的。這是量化自我中的一項核心元素，而現在我們已經認識到量化自我是一種強大的行為需求。
睡眠作用量化
對於睡眠經常中斷的問題，大部分人都會感到震驚。世界各地數千萬人已經通過減肥電視真人秀節目《超級減肥王》知道了這種概念。競爭者在開始的時候都肥胖，經常發現他們會睡眠呼吸暫停（sa），一整夜會多次停止呼吸。這種狀態讓人們一再醒來，有時候一夜醒數百次，讓他們無法獲得最能消除疲勞的睡眠水平和精神上的新活力——比如快動眼睡眠（rem）和深波睡眠（dws）。
實際上，像阻塞性睡眠呼吸暫停這樣的睡眠障礙可能引發高血壓、心髒問題、超重、2型糖尿病、哮喘、胃酸倒流和注意力分散。患有睡眠呼吸暫停綜合征的人們比睡眠正常者發生車禍的概率高5倍。[9]
與深波相關的量化自我已經成了像聖杯一樣的東西，美國西北大學範伯格醫學院神經學家喬凡尼·桑托斯塔希（giovanni santostasi）博士將其研究重點從天體物理學（該研究利用對波形的分析尋找並精確描述外太空中的星體和其他物體）轉到了腦電波（eeg）——具有獨特波形的腦電活動的讀數——的深波睡眠研究。
桑托斯塔希博士說過：
通常的睡眠以及被稱為慢波睡眠（sws）的特定睡眠階段，對認知和身體健康具有首要的作用。慢波睡眠有助於長期記憶存儲，而且已經證明對新陳代謝、心血管健康和免疫係統正常功能具有重要影響。慢波睡眠不足導致肥胖和糖尿病，影響心血管健康並損害免疫係統發揮作用，而且負麵影響認知功能和長期記憶提取。另外，慢波睡眠的質量隨著年齡增加快速降低，這導致出現與年齡相關的嚴重認知缺損。
桑托斯塔希博士和他的同事已經研發出一種係統，利用大腦聲學刺激，提高慢波活動（swa）的周期和強度，進而穩定並改善睡眠質量。這個係統的作用是通過調整負責在慢波睡眠階段提高慢波活動的大腦區域的腦電活動以此達到健康的年輕人在自然狀態下會調整成的水平，從而實現從外部控製慢波睡眠過程中慢波活動的質量（即周期和強度）。
這種形式的量化自我是通過聲音而非電流進行調整，把增強慢波睡眠的能力帶到消費者手中和頭腦中。在此之前，使用電流實現這種調整（即通過經顱直流電刺激），需要訓練有素的技術人員的專長才能安全有效地進行。
新的量化自我係統使用回饋算法，測量慢波睡眠在用戶大腦中自然出現時的周期和強度並按照慢波活動所缺乏的量的比例調整其需要增加的量，這比按照一些不變的基線去提高慢波活動的周期和強度更加有效。此外，這使得係統能夠根據用戶慢波睡眠缺損的程度進行調整。[10]
不久，你將能夠戴上耳機入睡並進入慢波睡眠狀態，進而提升大腦功能、學習能力、記憶力及達到和/或保持健康體重的能力。通過使用這種方法，可能你每個夜晚需要的睡眠變少。想象一下每晚少睡兩三個小時且睡醒後還能比你現在達到更好的狀態，你會利用這段時間做些什麽？
量化攝入的卡路裏
眾籌網站kickstarter最近推出的一項新設備使你能夠掃描眼前的食物然後得到你將吃進嘴的卡路裏數量估值。
這種便攜式掃描儀利用物理學和化學原理幾乎可以檢測一切，從某個蘋果中的糖含量到是否你放在吧台上的飲料在你離開時被投了毒。這種設備稱為“scio”（一種微型的紅外光譜儀），這種科技與幫助航天員分析恒星構成的科技相似。
scio探測食品中的分子“簽名”，然後將詳細信息通過藍牙連接發送到你的智能手機。scio的數據庫將這種簽名翻譯成營養內容，包括常規熱量值、食物特性等。
圖5–3 scio與智能手機聯合起來探測食物的化學構成
圖片來源：scio
雖然這種科技仍然還處於萌芽時期，我們預期在不久的將來會有一部智能手機告訴你在你剛剛通過instagram發給朋友的圖片中的飯菜包含多少卡路裏和碳水化合物。一旦每個人都具備了這種知識，這將對全球範圍內廣泛存在的肥胖病產生什麽影響呢？想象一下，你的智能手機告訴你如果吃掉最後的甜甜圈，你在14.6年內患心髒病的概率將提高7.5%，你會有什麽反應呢？
解密壽命
一項對量化自我信息最有趣的應用是讓你看到你所做或所不做的任何一件事情的後果，以及平均看來將如何在統計意義上影響你的壽命。你可以通過改變圖5–4中所顯示的幾項壞習慣來獲得非常大的收益：
圖5–4 各種日常活動如何延長/縮短壽命
資料來源：男士健康博客
有氧運動剛開始的20分鍾就給你贏回一個小時的生命！哎呀，為什麽在33年前當亞曆克斯決定在接下來28年裏不再繼續跑步的時候沒人告訴他這一點？有氧運動接下來的30分鍾幾乎就是利弊相當？這太劃算了。最劃算的是什麽？早上吃水果喝咖啡，晚上吃蔬菜喝紅酒。一天中通過一小時跑步和那種飲食計劃一共為未來存儲了多少時間呢？為你增加了4.5小時的壽命！
趁著我們說到這個話題，在討論如何激活對線性衰老的抵抗及自我升級之前，我們再深究一下這種為生命添加年頭與給歲月帶來生命力以提高我們大腦能力的概念。
量化自我的產品開始是作為獨立的產品出現的，而且到2013年已經達到年銷量兩億美元，主要以根據用戶鍵入的身高、年齡和體重進行計步和計算卡路裏的設備為主。多種app在ios和安卓係統中已經複製和效仿了這種功能。這種功能在2015年成為ios的組成部分，很大程度上是為了擴大蘋果手表的用途。蘋果公司將這個app稱為“healthkit”。
如你在圖5–5中所看到的healthkit屏幕截圖，其中包含七大類內容（身體測量、健康、我、營養、結果、睡眠和生命體征）及在“全部”這一條目下67個獨立的類別，包括從活躍的卡路裏到鋅含量水平等。
毫無疑問，以後每一個主要操作係統（ios或者安卓）的新版本將添加更多其他的類別。這種數據對未來的治療至關重要，你在不久之後就能看到。
就科技而言，社會上對測量值的熱衷已經創造出了多個價值千億美元的公司，包括英特爾（我們購買其芯片是因為代表其處理能力的兆赫數值不斷增長）、思科（其路由器讓我們在恢複時間上減少了幾毫秒）、facebook（其對朋友、喜歡和評價的測量都以數量顯示以便我們能清楚看到）和穀歌（其搜索功能據說與使用紙質資源進行同一搜索相比能為我們節省20分鍾）。在這麽多工具以及隨時上網獲取大量信息的能力之中，哪些真正有用呢？
圖5–5 蘋果公司的健康套裝healthkit 測量67 種不同的類型
資料來源：蘋果公司
我們生活的年限影響著各個方麵，部分原因是事物的依賴性。大量未來學家或明確或含蓄地使用弗蘭克·費瑟所發明的dstep（人口、社會、科技、經濟、政治的英文首字母縮寫）這樣的模型。人口變化導致社會變化，社會變化導致科技變化，科技變化導致經濟變化，經濟變化導致政治變化。
按照費瑟的方法論，世界上所發生的一切事情之所以發生是因為人口變化。在不久之前的曆史中，最重要的人口變化已經出現了，因為人的壽命經過測量正在變得更長。由於醫療進步和科學，我們的預期壽命平均每天延長大約5個小時。[11]如托馬斯·科克伍德在《科學美國人》的特刊中所解釋的：
人們常說我們的祖先更容易麵對死亡，大概僅僅是因為他們常常看到死亡發生。在100年前，在西方預期壽命大約短25年。這種直觀的生活現實的出現源於眾多的兒童和年輕人由於各種原因而夭折。1/4的兒童在5歲之前死於傳染病，年輕女性經常死於分娩並發症，甚至年輕的園丁在手被樹刺劃到後就可能死於敗血症。
在過去的一個世紀裏，衛生和醫療護理大幅降低了生命早期和中期的死亡率以至現在大部分人都活得更久了，整個人口年齡比以前也更大了。預期壽命在世界範圍內仍然在提高。在世界上比較富裕的國家，預期壽命每天都延長5個小時或更長的時間，而且在許多快速發展的發展中國家，這種速度增長更快。
不過，最終，如果你希望生活得更長久，你將不得不注意自己的健康。你不得不找到適合自己的方式，堅持對自己有益的事情而拒絕對自己有害的事情。
這就是ios的健康應用中67個類別突然變得有用的地方。你可以瀏覽一遍，開始追蹤某個特定測量值，一直在這方麵努力直到達到一個穩定水平。然後選擇另外一項特定測量值，並重複這一過程。或者你可以運用多種方式提高具有協同作用的多個方麵，在一個方麵所投入的時間、金錢和精力也將對多個其他方麵有作用。過去追蹤這種數據非常困難，或者說基本不可能，但是現在完成這件事的費用已經大幅下降了。
激活自我
根據羅伯特·凱爾（robert kail）和約翰·卡瓦那夫（john cavanaugh）所著的《人類發展：生命全程觀點》（human development：a life-span view），雖然一般來說男性比女性肌肉量更多，但是男性和女性都是在27—33歲達到身體素質巔峰。遵循這種觀點，你的身體力量將在你生命中剩餘的時間裏慢慢衰退。感官能力在你20歲出頭的時候達到巔峰。視覺通常是在40—59歲開始變差。然而，聽力在快30歲的時候就開始下降。味覺、嗅覺、平衡感和感知疼痛或溫度變化的能力直到晚年一直保持不變。
在下麵5個領域中，我們在到達巔峰之後就開始以每年大約1%的速度衰退。我們將之稱為“線性衰減因素”，因為它們大致呈線性，不管是在標準坐標紙上還是體現在對數尺度中。我們將盡一切努力中和這些線性衰減因素甚至將其改善，這個過程稱為“激活自我”。這是我們未來理所當然會利用我們正在搜集和分析的這些關於自身健康的數據所要做的事情。
端粒長度
端粒是位於我們染色體兩端頂部的“帽子”結構，由dna緊密纏繞的雙螺旋構成。它們有時候被比作繩花，也就是鞋帶末端的塑料套子。
我們在受精卵階段有15000個端粒。每次我們的細胞分裂的時候，端粒就減少。我們還在子宮中的時候我們的細胞已經分裂了很多次，以至當我們出生的時候，我們隻剩下10000個端粒。因年老自然死亡的人通常有大約5000個端粒。在不進行特殊治療的情況下（像燈塔水母這樣的動物能夠複原它們的細胞），經過一定數量的分裂之後，我們的細胞就達到了海夫利克極限（hayflick limit），無法再分裂。
衰老的原因之一是端粒或dna受損，在細胞分化的時候沒有得到修複。可以將其想象為鞋帶末端磨損的繩花。當繩花脫落後，鞋帶繼續磨損，線頭散開，最終就無法使用或者需要替換掉。
2013年的一項研究證明感到焦慮的人具有更短的端粒。在此項研究中，位於美國舊金山加利福尼亞大學和美國預防醫學研究所的研究人員發現較好的生活管理方式可以逐漸延長端粒，進而可以延長壽命。為開展該研究，研究人員連續追蹤了35位男性，時長超過5年。這些參與者具有初期前列腺癌症。這組人中大約有10個人應要求采取了一種更健康的生活方式，例如使用營養食物，每天鍛煉30分鍾，並進行冥想來降低壓力水平。
結果顯示，改變生活方式的男性具有更長的端粒長度，比其他參與者長出大約10%。相對來說，沒有養成健康行為的男性在研究結束時具有較短的端粒。
壽命研究中一個最有前景的方麵是解放端粒酶（修複端粒的酶）和複原端粒的能力，由此可以幾乎無限期地延長細胞生命。端粒長度被認為是人體內一個重要的老化“時鍾”，但是我們的身體現在不具備在無外力幫助下延長端粒的能力。非常期待聽到更多壽命激活（longevity activation）科學中關於端粒的信息。
最大攝氧量
最大攝氧量（vo2max）是最大通氣量的測量值，即每分鍾（你的）每千克體重對應的氧氣毫升數。我們從28歲開始直到死亡每年最大攝氧量降低0.1—1，而且如果一個人連續坐幾個小時或者超重將平均多降低大約0.4。
人類最大攝氧量的最高記錄是97.5，是2012年由一位自行車手創造的。大多數奧林匹克馬拉鬆選手是74—79。對馴養的動物來說，最高值是賽馬的150，而對野生哺乳動物來說，最高值為獵豹的300，獵豹的速度可以達到每小時60—70英裏，但僅能持續大約2分鍾。
提高最大攝氧量的最好方式是反複以最快的速度跑一英裏。攝氧能力是優秀賽跑選手和自行車手最大的公開秘密。你吸入的氧氣量越多，在其他方麵相同的情況下，你思考得更好更清晰，跑得更遠，保持警覺和精力充沛的時間更長。你的大腦消耗掉氧氣供應的20%—25%，因此最大化為每個細胞換氧的能力是有道理的。以盡可能高、維持時間盡可能長的最大攝氧量為目標是在黃金歲月或者高齡歲月中保持頭腦清醒的關鍵因素之一。
肌肉減少症
肌肉減少症在希臘語中是“sarcopenia”，意為肌肉貧乏或肌肉消耗。從30歲開始，每年我們的肌肉量減少1%。骨骼肌可以分成快縮肌和慢縮肌，快縮肌是白色的肉，慢縮肌是深色的肉。在人體中，快縮肌比慢縮肌衰退快，造成老年人磕絆和無法站穩而摔倒，或者無法從椅子中站起來。
研究人員已經證明當老年人吃飯的時候，他們無法像年輕人一樣讓肌肉快速運動。現在他們已經發現對肌肉分解的抑製隨著年齡增長而變弱。這可能會解釋老年人中肌肉持續減少的現象——當他們吃飯的時候，他們不會長出足夠的肌肉，而且他們的胰島素無法抑製在兩餐之間和夜間出現的肌肉分解。
《美國臨床營養學雜誌》在2009年的一項研究發現連續20周進行每周三次負重訓練可以複原四肢的血流，達到接近30歲時的水平。
骨量減少
骨量減少是拉丁醫學術語，意為骨質減少、缺乏或消耗。自30歲開始，女性和大部分男性大約每年骨量減少1%。然而，從40歲開始，女性骨量減少速度加快，平均看來，她們的脊柱和髖部的骨量減少2.5%甚至更多，經常使她們變矮而且更容易因肌肉減少而在跌倒時出現髖部骨折。髖部骨折對老人來說異常痛苦。近年來，70歲之後因為髖部骨折而導致的死亡率在摔傷後第一年內達到了令人震驚的30%，在摔傷後18個月內達到50%。
抗阻訓練可以抵消這種影響，因為當你給自己的肌肉施加更多的壓力的時候，這種壓力對你的骨骼施加更多的壓力，而骨骼之後就做出反應，不斷產生新的骨骼。此外，隨著你鍛煉出更多肌肉，而且將你本有的肌肉變得更加強壯，你也會給骨骼帶來更多持續的壓力。
神經衰退
在所有線性衰減因素中，大腦貧乏或大腦消耗是最令人恐懼的。自26歲（甚至更早）開始，普通人將每年損失1—2克大腦的質量[12]，而且慢慢增加，以致在15年之內（45歲前），這個人將每年損失至少2—3克。自60歲之後，這個損失增加到每年3—4克，自75周歲之後增加到每年4—5克，自90歲之後每年損失5—6克。
一個來自美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究人員團隊發現，肥胖的老年人比體重正常的老年人的大腦質量少8%。此外，超重的人比苗條的人少4%的大腦質量。另外，憂慮、抑鬱、多疑，遭受創傷、離婚、暴力犯罪或持續情緒困擾將進一步加快大腦質量的損失。失明、耳聾和其他感官損害以及行動不便也能夠造成大腦質量的損失。
丹尼爾·阿門博士自稱已經在他的醫學研究臨床教學中研究了75000張單光子發射計算機斷層顯像（spect）大腦掃描片，他聲稱超重或肥胖將導致大腦質量減少4%—8%。阿門注意到匹茲堡大學的研究也發現超重的人（身體質量指數為25—30）的大腦容量比身體質量指數較低的人的大腦容量少4%。此外，身體超重的調查對象比健康調查對象的大腦早衰老8年。肥胖的人（身體質量指數超過30）的大腦容量少8%，而且他們的大腦比健康人看起來早衰16年。
我們發現改變大腦也改變身體，非常重要的是，我們也發現隨著體重增加，腦力將降低。隨著身體質量指數的提高，大腦的尺寸和功能降低。這一信息應該會讓所有人擔心自己的體重……脂肪可以產生炎症性化學物質，對大腦造成傷害。我們發現人越高大，他們的額葉越小，而這簡直糟糕極了，因為額葉掌管著你的生命！
丹尼爾·阿門，匹茲堡大學
普通人大腦重量為1300—1500克。雖然大腦僅占成年人體重的2%—3%，它卻消耗掉身體內氧氣供應的20%—25%。有趣的是，新生兒60%的氧氣供應由大腦消耗掉，因為大腦在從事類似貝葉斯分析的巨量工作及其他統計的/隨機的比對，並且學習完全應用和理解他們眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、手指、皮膚等所搜集到的數據。
美國國立衛生研究院的亨麗埃塔·範普拉克博士和她的同事所開展的研究通過哈佛大學的教授約翰·瑞迪（john ratey）[13]的著述而廣為人知，告訴我們如果我們以將心跳至少提高到最大值的75%的步速跑45分鍾及以上，我們將產生出新的神經幹細胞，主要是在海馬體中。這些新的細胞將生存大約21天。為了使他們連接到其他神經元並生存得更久，我們將需要學習新的東西。“一塊塊閃光的神經元彼此連接成一片”是神經學家對這種過程的總結。
關於由鍛煉引發的神經發生，更令人興奮的發現之一是大腦的一些區域比另一些區域更快地損失大腦細胞。令人驚奇且非常幸運的是，大腦細胞損失最早最快的區域也是大腦細胞高速生長複原的區域。不止12個獨立的研究人員已經報道發現了這種效應。[14]
通過更有規律地進行特定的鍛煉並堅持嚴格的飲食，你可以大幅改變自己的整體健康情況和壽命。量化自我隻是未來我們用於提高生活質量和壽命的一係列工具中最早出現的。 對診斷重新思考與對醫學進行增強
今天，醫療衛生方麵較具爭議的一個領域是關於治療性質本身。製藥學和醫學的很大一部分精力都投入了對病情或疾病症狀的治療而非用於消除引起許多健康問題的原因。這種現象部分是基於我們不擅長一勞永逸地消除這些病情的事實，部分是由於醫藥公司從長期治療療程中而非從消除對治療的需求的工作中獲得更多利潤的事實。
以癌症為例。在20世紀初的時候，20個人中有一人會患癌症。在20世紀40年代，每16個人中有一人患癌症。在20世紀70年代當尼克鬆總統宣告“抗癌戰爭”的時候，每10個人中有一人患癌症。今天，每兩個或三個人中就有一個人在他們的生命過程中患癌症。[15]是的，你沒有看錯。社會中癌症發病率在過去100年間出現了大爆發。這僅僅是因為更好的診斷嗎？[16]其實不是，看起來越來越多的人開始患癌症。
公平地說，我們已經大幅提高了很多癌症類型的存活率，而且預期還會繼續提高。不過，根據美國人口增長和老化情況，到2020年癌症醫療支出預計至少達到1800億美元，比2010年提高27%。如果新研發出來的癌症診斷工具、治療和複查工具越來越昂貴，癌症醫療支出可能將高達2070億美元。[17]2012年全球估算有1410萬癌症病例；其中740萬例是男性，670萬例是女性。這個數字預期到2035年將達到2400萬，因此我們需要找到治愈癌症的方法。怎樣辦到呢？
微流體與芯片實驗室診斷
如本章上文所述，早期診斷很可能是其他短期手段之外我們能夠影響癌症存活率的最主要方法。在這方麵，科技發揮著重要作用。一名哈佛大學學生剛剛研發出了一種技術，是這種可能的未來趨勢中一個重要的例子。
2015年11月，18歲的尼爾·戴維獲得了美國發明家名人堂大學生發明家競賽本科賽區的銀獎，他的獲獎研究項目是“利用滴式微流體通過檢測循環過程中的癌細胞進行早期癌症診斷”。這種無創癌症檢測方法代表了一係列隨著計算機能力的增強、基於芯片的診斷以及傳感器科技的提升而出現的新科技。
圖5–6 微流體設備
這名哈佛大學的學生利用了一種新型的技術，通過將微量的血液注射到流媒體設備中從而將單個的細胞封裝成獨立的滴狀。這樣的設備中有一些可以使用小至100納米的樣本。然後戴維使用分子生物學中的常用技術聚合酶鏈式反應（pcr）瞄準並放大微流體滴中癌症dna的片段。通過把一束激光打到滴狀物中，他就能夠檢測並量化樣本的亮度，進而判斷在循環腫瘤細胞中是否存在癌症dna。
這種科技的優點是它格外敏感，所以我可以在血液中10億個正常細胞中檢測出哪怕數量少到隻有一個的癌細胞……這個技術同時也非常具體。使用這種dna放大技術可以按獨特的方式探測很多種癌症。
尼爾·戴維，約翰·a.保爾森工程與應用科學學院[18]本科生
在此之前，對腫瘤進行活組織切片檢查是恰當而精確地診斷腫瘤類型的唯一方式，而且這帶來非常大的創傷，經常需要外科手術。微流體更加安全、快速，而且費用隻是現在已有常用檢測程序費用的一小部分。
微流體將徹底改變我們對醫療衛生和診斷的認知方式。想想現在你需要進行檢查的幾乎任何一種疾病——高膽固醇、糖尿病、腎髒或肝髒問題、鐵缺乏、心髒問題、性傳染病、貧血、肝炎、hiv（人類免疫缺陷病毒）及各種病毒，這些都常常需要通過抽血或者驗尿檢測。在驗血時，通常會抽取大量血液以獲得精確的檢測結果。科技進步在這方麵將徹底改變這些檢查項目。
雖然近來出現了一些爭議，矽穀初創企業theranos（一家血液檢測公司）是首家真正應對這種問題的公司之一。theranos開發出了可以依靠一兩滴用針孔從手指取到的血液就幫助探測數十種醫療疾病的血液檢測技術。在全美沃爾格林藥店中，你隻要出示給藥劑師你的身份證以及醫生的說明就可以在那兒抽血。從抽取的一個血液樣本中，可以進行數項檢測，費用常常比常見病理檢查費用低很多。例如，典型的膽固醇實驗室檢查在美國費用為50美元或更多。在沃爾格林藥店進行的同一種theranos檢查費用大約為3美元。
但是，我們為什麽還需要去某個地方，比如藥房或者醫生診療室？由彼得·戴曼迪斯創辦、諾基亞和高通等主辦的2014年三錄儀xprize[23]競賽的獲得者是一家成立8年、獲得美國國家航空航天局、美國國立衛生研究院、比爾及梅琳達·蓋茨基金會和許多其他機構的資金支持的公司。dmi（dna醫學研究所）是名為“rhealth”（機器人醫療或遠程醫療的英文縮寫）的設備的發明者。
圖5–7 桌麵三錄儀rhealth
圖片來源：dmi和xprize
rhealth診斷時隻需要病人提供一滴血液。將這滴血液滴到一個小的容器中，納米帶和試劑與血液內容物發生反應。所有的混合物經過一個螺旋式微型混合器處理後在激光中流過，這些激光利用光強度變化和散射生成診斷結果。然後你就可以通過藍牙將結果傳送到自己的智能手機上。
圖5–8 rhealth診斷的微流體樣本
rhealth現在隻能放置到桌麵上，但是dmi正在努力將其縮小到可以放置在手掌中的大小。
對其他基礎性生物檢測技術來說，《星際迷航》中三錄儀的主題不斷地出現在科技發展之中。scanadu scout（一款醫用三錄儀設備）可以連接到智能手機，能夠提供比健康心率檢測器更綜合的“直播”信息。
圖5–9 scanadu scout
圖片來源：美國醫療技術公司scanadu
scanadu scout是一種無創生物監測係統，測量體溫、心跳、脈搏血氧飽和度及血壓等生理參數。完成監測隻需要將這種小型的可移動設備放置到額頭上，它會將數據傳給其應用進行分析。
scanadu的宣言完全表達出了科技如何應對個人化診斷挑戰的所有方麵：
成為對自身健康所知甚少的最後一代人。
今天，已經出現了像illumina miseqdx（桌麵dna測序儀）這樣的設備。最終，在未來20年內，每個人都將能夠獲取即時地對自己的dna測序並將其與已知疾病比對的設備，而且可以診斷他們現在因病毒或其他疾病而出現的任何健康問題。如果患有癌症，這種手持設備將不僅能夠比今天的醫生更好地診斷癌症類型而且也能夠實時地對所患特定癌症的細胞進行測序，並將數據傳給遠在世界另一端的某個實驗室以製造出特定的、靶向性的、個人化的藥物。 個人化、精準化醫學
位於美國聖路易斯的華盛頓大學最近使用基因測序[19]對三位晚期黑素瘤病人的健康組織與患病組織進行了比對。通過精準找到每個病人獨特的蛋白質變異，研究人員能夠製造出提高病人抗癌t細胞強度的疫苗。
圖5–10 常見前列腺癌的7種不同的基因序列
圖片來源：《自然》，2011，470(7332)
現在個人化醫療方麵的研究聚焦於分析病人的基因組，不過也額外關注環境、社會、生物測量、生物統計和宗教影響，然後基於這些數據為每個人量身定製治療方案。這門科學從根本上推動由“一刀切”的方法轉向根據個人dna、身體化學及個人對不同的化學物質或治療水平的可能反應而設計針對性藥物。
一種可能性是為患有抑鬱症的病人研製出劑量和強度適當的藥品。現在，治療方法有點靠運氣，並且需要醫生試用不同劑量的不同藥品，對病人進行長達數天或數周的監測，然後還要繼續調整劑量直到找到合適的水平。
基因信息將幫助醫生按照dna測序確定更有效、更精確的劑量。因此，個人化醫療不會使用一種像ssri（選擇性血清素再吸收抑製劑）的藥物——這種藥物的作用是控製身體使用血清素的方式——而是刺激身體產生或降低血清素（及其他神經傳遞素）含量以符合個人的基因型基準。我們期待在止痛藥、傳染病治療和神經紊亂治療（例如抗癲癇藥物）方麵也出現類似的進步。
隨著基因測序能力的提升，我們認識到對癌症類型（例如前列腺癌）的識別並不足以精確地確定治療形式。近期的研究已經證實，患有同一癌症類型的不同病人在其惡性腫瘤中具有非常不同的基因特征。因此，個人化醫療將成為未來有效治療的必然。
然而，基因組學僅是製造出起作用的個人化醫療或精準醫療能力的一小部分。個人龐大的健康數據，例如量化自我數據、前期醫療史、家族史和譜係、曾生活過的區域、個人經常接觸的環境影響因素、前期血液測試、前期不同藥物反應及其他類似信息都將對利用靶向性的、精準的醫療治療特定疾病或病痛的能力起到至關重要的作用。事實上，個人化醫療的成功將可能取決於對電子健康記錄更好的、集中的獲取能力。
如果你對披露自己的健康史、曾住址、前期治療等數據懷有顧慮，請注意這將嚴重限製你在未來獲取治療的能力——醫療衛生的未來關注基因、傳感器和數據。 生物強化
如果你想弄懂基因治療及自身的生物增強，可以將我們的基因密碼大致想象成軟件。在我們的dna之中包含著特定的指令，產生屬於我們自己的基本人類特性。如果我們的父母或祖先的dna編碼中具有某個特定蛋白質缺陷，比如包含特定病情的基因或者缺少防止其他病情出現的基因，則這種編碼產生某種特定變異或者導致你感染某種疾病的可能性很高。如果我們能夠學會編輯這種編碼並將其按照正確的順序插入我們的dna中，我們就可以彌補缺陷或者直接刪掉錯誤之處。
基因編輯
1987年，生物學家注意到細菌具有一種天然自衛機製，可以識別入侵的病毒。2000—2002年，科學家們發現細菌不僅對入侵病毒dna做出反應，而且將其加以處理並偽裝起來。他們將此過程稱為crispr（規律成簇間隔短回文重複序列）。
2009—2012年，crispr技術被用於優化候選病毒中dna的切割，其方法是檢測細菌細胞在其免疫防衛係統中的蛋白質。一種蛋白質——被稱為與crispr相關的蛋白質（cas9），被人們發現了。cas9不是一般的蛋白質，它是一種核酸酶，一種專門用於切開dna鏈的酶。它有兩個活性的切割位（hnh和ruvc），每個對應dna的一條鏈。到2012年為止，cas9可以在人類細胞培養中用作基因組編輯或工程學工具，有可能甄別並消滅引發帕金森綜合征、阿爾茨海默症、糖尿病、像乳腺癌這樣的遺傳癌症、免疫缺陷等病症的基因。現在，基因療法主要用於治療單基因病或者涉及單個基因的疾病。
crispr/cas9不僅僅在dna中進行切割而且還可以讓新基因序列插入進去。科學家可以添加進去一種具有所需dna序列的工程病毒或dna質粒。由美國舊金山加利福尼亞大學的研究人員領銜開展的一項計劃使用crispr/cas9從人類t細胞中刪除了hiv（人類免疫缺陷病毒）。當hiv感染到身體中的時候，它就通過改變t細胞的dna而修改身體自身的免疫係統。通過cas9工藝的創新，研究人員能夠成功編輯t細胞中受感染的基因cxcr4和pd-1，利用健康的細胞代替它們。在美國費城，研究人員通過基因療法從白細胞中移除r-5蛋白質，成功使得hiv病人對這種病毒產生抵抗能力。
2015年3月，中國的科學家宣布他們成功地使用crispr技術修正了不能存活的人類胚胎中導致具有致命危險的血液紊亂症β–地中海貧血的基因。這支中國團隊注射了86個胚胎，然後等候了48個小時。這為crispr/cas9係統和替代缺失的dna的分子發生作用，以及讓每個胚胎發育成8個細胞提供了足夠的時間。在71個存活的胚胎中，他們對54個進行了基因檢測。檢測結果顯示隻有28個得到成功的接合，而且其中隻有少量包含替代基因材料。
這不僅引發了根本的道德問題，而且體現了對crispr技術最嚴重的批判——它仍然還是一種不精確的科學。要使基因療法取得成功，它需要高度的靶向性，而且也要避免出現任何基因汙染。這種成果慢慢成為可能，因為研究人員最近發明了一種減少一類基因編輯蛋白質——類轉錄活化因子核酸酶（簡稱talen）——的非定向dna結合的方式。這種方法使科學家可以自由地轉變蛋白質，這就能讓它們經過一段時間後變得更加具體，更有靶向性。
不管是哪種技術最終產生科學家們所努力實現的突破，基因編輯可能將在未來10年出現巨大的提升，成為治療任何一種遺傳疾病或病情的標準方法。我們將不再試圖治療疾病的症狀，而是直接完全消除掉疾病。
短期內基因療法的應用（2020—2030年）
基因療法的應用非同小可，完全是革命性的。這個領域正在加速發展，每周都有新的研究成果公布出來。在本書付梓出版的時候，使用基因療法治療甚至治愈疾病方麵（僅舉數例）已經取得了重要進步：
1.聽覺：耳聾、聽力衰退、耳鳴、梅尼埃爾氏病。
2.視覺：先天性和退行性失明，例如先天性黑蒙症、視網膜基因治療、無脈絡膜症。
3.遺傳性疾病、基因疾病和自身免疫疾病：神經肌肉紊亂，例如肌肉萎縮症、肌萎縮性側索硬化症（als）、肢帶型肌無力（由dok7基因缺陷導致）、埃德二氏肌營養不良症、脊髓肌肉萎縮症及肌小管肌病；帕金森綜合征（通過修複穀氨酸脫羧酶傳送）、阿爾茨海默症及弗立特裏希氏共濟失調等疾病；甚至抑鬱也可以通過修複p11（一種腦蛋白）而得以治療。
4.癌症和血液紊亂：白血病、急性髓細胞性白血病、神經膠質瘤、胰腺癌、肝癌、血友病、鐮刀形紅細胞貧血。
5.艾滋病：有研究證明在清除白細胞中的受體蛋白r-5後病人對艾滋病病毒產生抵抗能力。
6.心髒和肺部疾病：心衰、鈣上調、充血性心力衰竭及外周動脈疾病、囊腫性纖維化、α抗胰蛋白酶缺乏症、哮喘、急性呼吸窘迫綜合征、肺水腫。
利用基因療法，我們將能夠修改dna中的錯誤，並消除疾病、缺陷和遺傳病症。這種可能性令人震驚，而且肯定是科學能力範圍之內的事情。如果將未來可以實現的基因療法、幹細胞療法、傳感器監測及其他增強技術聯合起來，事實上我們將對疾病和疾病治療比以前都更具有掌控能力。實際上，可能我們在治療疾病方麵的進步在未來20年比最近100年內醫療科學上的進步還要大。到2030年，高級醫療技術及基因療法將可能為生活在發達國家的人們提高額外的20年到30年的預期壽命。
轉基因與替代器官（2025—2040年）
一旦基因編輯得到完善，下一個可能考慮的方麵就是通過為我們的dna植入改善內容強化我們的生物性。轉基因領域中人類和動物的雜交基因研究已經得到了一些有前景的發展。顯而易見將動物dna植入人體有違倫理，但是現今將人類dna應用到動物中不用麵臨這些限製。
首個成功轉基因的動物是一隻老鼠。這隻老鼠生於1982年，通過將人類生長激素基因植入受精老鼠胚胎培育而成。轉基因的兔子、豬、山羊、綿羊、魚、牛以及新近的靈長動物隨之出現。轉基因動物產生背後的原則是將一種或多種外源基因引入一種動物中。外源基因“必須沿著種係植入，這樣這種動物體中每個細胞（包括生長細胞）都包含經過相同修改的基因材料”。[20]
舉例如下。轉基因魚類包括因生長激素而比正常的魚生長速度快10—11倍的鮭魚，以及攜帶來自水母的熒光蛋白質基因而可以發光的轉基因淡水斑馬魚。轉基因老鼠包括攜帶澱粉樣前體蛋白基因而產生與阿爾茨海默症同樣的大腦症狀的老鼠，以及經過生物工程處理以至它們的突觸通路中具有過量表達的nr2b受體從而使它們終生都快速學習的老鼠。現在經過生物工程攜帶至少5種不同人類基因的豬能夠長出用於人類移植的低排斥率器官，包括心髒、肺、腎等。所產牛奶中包含人類乳鐵傳遞蛋白和幹擾素的轉基因奶牛實際上成了牛/人奶雜種，而不含朊病毒的奶牛已經通過生物工程生產出來了，具有抗瘋牛病的能力。人們已經利用生物工程讓轉基因山羊產生蜘蛛絲。
轉基因在農作物中的利用預期將對食品安全帶來巨大好處，因為轉基因作物產量增高、對疾病具有很強的抵抗力而且解決了由氣候變化而導致的食物短缺。
轉基因技術——可以將基因從一種植物物種轉移到另一種中產生出一種具有新的或者改善的特征的植物——為未來15—20年實現食品安全提供了最大的希望。
美國國家情報委員會，“2030年全球趨勢”， 《另類世界》，2012年
轉基因技術實現了人類與動物特征通過基因的混合，最終幾乎可能導致出現一係列各種各樣的人類與動物的混合體。對我們的非人類朋友，我們有很多羨慕的地方。犬類的聽覺和嗅覺比我們好很多，貓類在黑暗中可以看到物體，一些靈長類具有比我們更好的記憶技巧，[21]而鳥類具有令人驚異的視力。想象有一天當我們可以將轉基因應用於對自身的修訂之時，許多可能的轉人類很可能會擁有比如鷹的眼睛、蜥蜴的鱗片、像海豚一樣的遊泳能力或者像鱷魚一樣屏息的能力。
在金·斯坦利·羅賓遜所著的《火星三部曲》中，他提出作為獲取壽命治療——其本身作為矯正性基因療法編輯遺傳密碼的複製錯誤及修複端粒——常規過程的一部分，可將動物基因植入火星移民的dna。其中一個角色為自身生物性加入了一種與貓相似的咕嚕咕嚕聲。另外一種理論上的趨勢是添加鱷魚血紅蛋白以獲得更高的二氧化碳抵抗力，從而適應氧氣仍然缺乏、局部經過改造後的紅色星球。
合成生物學方麵的進步將可能使生產新式療法及診斷劑的設備成為現實。再生醫學方麵的進步幾乎可以在診斷和治療方法上產生與這些進步齊頭並進的發展，例如，到2030年可能製造出腎和肝髒的替代器官。
3d生物打印
如第2章中所探討過的一樣，未來3d打印機在我們製造產品的方式上具有令人難以置信的一些應用前景，甚至在家裏也可以使用它。然而，3d打印在醫學領域中潛力巨大的一種特定應用是生物打印。生物打印最簡單的形式是利用3d打印機獲得一種器官、骨骼或肌肉組織以代替身體中受傷的部位。一項更令人興奮的應用存在於再生醫學領域，以此滿足對適合移植的組織和器官的需求。3d打印已經廣泛用於麵部重建手術。
圖5–11 3d打印的骨骼常用於麵部重建手術
與非生物打印相比，3d生物打印更加複雜，例如材料的選擇、細胞類型、生長和分化因素以及與活細胞和組織敏感性及脈管係統創建相關的技術挑戰。
解決這些複雜問題需要融合工程學、生物材料學、細胞生物學、物理學及醫學等領域的科技。3d生物打印已經用於生成和移植數種組織，包括多層皮膚、骨骼、脈管嫁接、氣管夾板、心髒組織及軟骨結構。其他方麵的應用包括建立高處理量3d生物打印組織模型以便用於藥物研發及毒物學研究。
3d打印已經用在了大量醫療流程中。例如，2012年，美國密歇根大學成功使用3d打印為患有複發性氣管塌陷的卡伊巴·瓊弗裏多（3個月大）構建出了一種合成氣管。[22]其他成功案例包括“打印”骨骼替換一名病人的下巴及另一位病人的部分頭蓋骨。作為一個發展中的行業，3d生物打印在2014年為全球的企業產生了超過5億美元的收入，而這預計將在2016年翻一番。
2006年，美國維克森林大學的安東尼·阿塔拉博士成功使用噴墨打印機“種植”出了替代膀胱。種植病人器官的過程首先是通過活組織檢查獲得肌肉細胞及圍繞膀胱壁的細胞的樣品。這些細胞在實驗室培養液中生長直到一定的數量並足夠放入一種外形像膀胱的特製的生物可降解模型或支架中。這種支架在設計上會隨著膀胱組織與身體融合而降解。測試顯示工程製造的膀胱在功能上與使用腸組織修複的膀胱一樣好，而且不會產生副作用。今天，那些病人仍然健康地生活著。
再生醫學和3d打印替代器官的其他可能用途是甲狀腺、腎和肝髒等器官的再造。阿塔拉博士通過將人類皮膚細胞“改編”為心髒細胞，使其在細胞培養液裏長成簇，從而成功製造出了迷你型心髒（直徑約0.25毫米），然後利用3d打印機使它們達到預期的形狀和尺寸。此外，2015年3月，俄羅斯生物打印公司斯科爾科沃（skolkovo）成功利用3d打印獲得了鼠類甲狀腺並進行了移植。該公司聲稱預期在2018年前“打印”人類腎髒。
這些有潛力的生物增強手段將能夠在未來30—40年直接通過工程手段製造出幾乎完美的人類標本。許多人可能在基因方麵不會再有缺陷，擁有更長久的壽命，同時醫學界將能夠基於個體基因組治療癌症或疾病，同時可通過按照你自身特定型號製造出的器官修正退化細胞或獲得器官健康。這一切聽起來像科幻小說，但是其中許多科技已經觸手可及。
[1]烏魯克遺址位於現在的伊拉克境內。
[2]人類基因組計劃有多個捐贈者，既有男性也有女性。由人類基因組計劃檢測出來的參照基因組序列中的大部分（>70%）來自美國紐約州布法羅市的匿名男性捐贈者（代號rp11）。
[3]參閱美國國家人類基因組研究中心的數據庫，裏麵列出了現有的基因遺傳病。
[4]參見http://.cancerresearchuk.org/。
[5]參見http://.mioglobal/。
[6]參見http://itunes.apple/us/app/sweetbeat/id492588712?mt=8。
[7]參見http://pplkpr。
[8]參見http://.amazon/garmin-vivofit-fitness-band-blue/dp/b00hfpox9w/ref=sr_1_7?ie=utf8&qid=1415520287&sr=8-7&key words=garmin%20vivofit。
[9]參看美國醫療健康服務網站webmd。
[10]作者對喬凡尼·桑托斯塔希博士的采訪內容。
[11]thomas kirkwood,“why can’t we live forever?”scientific american,sept2010,p.14,http://.scientificamerican/magazine/special-editions/2015/03-01/.
[12]1克等於0.028盎司。1/8盎司通常被認為是3.5克，而6克按英製單位度量大約是半勺。
[13]參見http://.amazon/spark-revolutionary-science-exercise-brain/dp/0316113514。
[14]參看肖恩·克拉克（shaun rk）的相關研究可獲得更多信息。
[15]數據來源：英國癌症研究院。
[16]在奧巴馬總統最後一次國情谘文中，他宣布開展治療癌症的“探月計劃”並任命副總統拜登帶頭衝鋒。
[17]數據來源：美國國立衛生研究院。
[18]美國哈佛大學約翰·a.保爾森工程與應用科學學院。
[19]beatriz m.carreno et al.,“a dendritic cell vine increases the breadth and persity of mnoma neoantigen-specific tcells,”science348,no.6236(15may2015):803–808.
[20]加拿大動物保護協會（canadian council on animal care）的轉基因動物。
[21]參見http://.baxterbulletin/viewart/20120625/news01/306250010/apes-monkeys-more-social-smarter-than-previously-thought。
[22]david a.zopf et al.,“bioresorbable airway splint created with athree-dimensional printer,”new ennd journal of medicine 368,no.21(2013):2043–2045.
[23]xprize，美國一家非公益性的基金會，目的在於通過讚助和組織公共競賽推動技術創新。——編者注