【23世紀百科精選】人類生物技術的發展及醫療技術的發展—家用健康管控系統，戰地肢體接駁手術，生物積木

簡述：隨著人類科技水平的提高在23世紀整個人類的生物與醫療技術都得到了顯著的更新換代般的大升級。

家用健康管控系統

家用健康管控系統( HHCS)是在23世紀被廣泛使用的一種家用醫療解決方案，也是醫療網路系統的重要組成部分。該系統主要用於處理日常健康健康問題，被稱為醫療網路系統的「神經末梢」。

HHCS由房間內的人體監控感測器群、綜合醫療保障床與和家庭醫療終端(包括前兩者)連接的國家醫療數據中心組成。國家醫療數據中心包括協調和處理來自衛生部全國醫療網路資料庫，以及中央智庫國民健康及醫療分析模組信息的數據系統。

醫療保障床種類繁多，從低到高包括只有醫療顧問檢測以及基礎醫療系統(供葯系統和機械臂)的簡配版，到配備了精密醫療器械和高級生命支持系統的完備醫療終端。不同經濟水平的人群能夠按照自己實際情況選擇自己需要的醫療保障床。政府通過立法強制要求個人在住所中安裝HHCS。同時，政府對公民購買HHCS系統提供補貼（高級HHCS組件不享受補貼，政府補貼只覆蓋到法律規定的基礎組件。)，以保證HHCS覆蓋率能夠滿足大眾基礎的日常醫療需求。

目前，HHCS的生產銷售已經是眾多醫療公司的營收支柱，而HHCS本身也是國家醫療保健制度的重要組成部分。

歷史發展

23世紀的社會生活中，醫院的存在和作用與過去200年相比有了很大變化：一般的疾病(比如感冒，腹瀉，皮外傷甚至闌尾炎、肺炎、肝炎等等)都可以在家中完成治療，而只有遇到一些比較嚴重的疾病和重大的傷害時，人們才會去醫院。這一切的基礎是家庭醫療救治技術技術——來源於從20世紀末期逐漸在發達國家普及的家庭醫生制度，出現於在21世紀中國家庭醫生制度的實踐。

宏觀層面上，在21世紀早期，隨著大數據和人工智慧的發展，AI和大規模數據分析也被引入了家庭醫生的診療中。隨著中國國家健康資料庫的建立，國家可以從宏觀層面上把握居民的醫療情況。針對多發性疾病的對策機制也逐步成熟，國家能更敏銳的了解疫情的相關信息，疾控中心能更有效的指定救治方案。醫院和醫生也能更快的做出反應，儘快治療患者疾病，控制疾病傳播速度。具體到單個家庭來說，遠程醫療診斷系統讓人們在身體不適時可以直接和AI醫療顧問或者對口的家庭醫生取得聯繫。通過與醫療信息系統聯網的身體檢查設備，使用者把自己的身體健康狀況發給家庭醫生進行遠程診斷，再通過發達的物流系統在家中獲得藥品。這兩個舉措為緩解21世紀中國醫療資源緊張，改善居民醫療質量起到了決定性作用，也是家庭醫療監控系統的雛形。

兩百年來，隨著人類醫療技術和人工智慧技術的發展，AI不斷的對醫療案例進行深度學習，提升自身診斷能力。家庭治療中AI顧問的使用量越來越大，診斷準確率越來越高。AI醫療顧問的許可權同樣越來越大，功能逐步完善，反應速度也不斷提高。相比人類醫生，AI醫療顧問獲得了更多的肯定。

經過兩個世紀的發展，六國集團和發達國家實現了以智慧醫療顧問為主體的完善而發達的家庭醫療制度。

日常使用

23世紀家庭醫療系統已經融合在日常的家居之中。房間里的遍布的感測器會監控一個人日常的身體狀況。如果檢測到身體異常，感測器將數據匯總到ai顧問，通過ai顧問與國家醫療數據中心的數據進行聯網比對分析，判斷是否需要到醫院就診。確認在家中治療的可行性之後，與國家醫療數據中心聯網的ai醫療顧問會提醒用戶身體健康問題，並執行救治程序。

每一個人睡覺用的床就是最主要的家庭醫療救治場所——內置了全面醫療檢測系統、安裝各種醫療器械幾個機械臂，溫濕控制器和各種人體狀態調整系統(高級床擁有更多設備，這裡的描述僅適用於大眾版本。高級HHCS詳見高級HHCS詞條)。用戶收到提示以後可以躺在床上，床內置的更加全面的檢查系統會開始運行，精確定位病灶。接著，內置的無痛注射器會將藥物注入用戶體內，或者通過微創手術逐步將疾病治癒。當進行微創手術時，床會提示用戶整理床面雜物，然後運行自清潔系統令床面保持無菌狀態。用戶平躺在床上之後，床與外界隔離，創造一個相對穩定的無菌環境後再開始微創手術。在應對某些精神疾病時，床也可通過調整睡眠狀態提高治療效果。救治過程中，ai顧問會根據國家醫療數據中心提供的疾病報告和治療注意對救治過程進行調整。

用戶每天在床上休息時，床內的檢查系統也會在不影響用戶休息的情況下啟動，確定是否有健康隱患。如果發現健康隱患或者處於潛伏期的疾病，床會在睡眠過程中通過人體狀態調整或者使用無感治療將危害較大疾病防患於未然。為了保持身體健康，醫療顧問會建議大家保持有規律的睡眠，而大多數人也確實養成了健康的作息習慣。因此，23世紀人類疾病發生率和過去相比也有顯著下降。不過，為了保證人體免疫力強度，每周定期進行身體鍛煉仍然非常重要。

現狀

家庭醫療監控系統的出現，有力改善了公民的整體健康狀況，大大減小國家醫療壓力，同時為太陽系殖民主義發展夯實了人口基礎。

但是，由於家庭醫療監控系統相對較高的初期投入和維護成本，只有六國集團和相對發達的國家才有可能使用，其他欠發達地區仍然使用較為原始的門診醫療制度。為了改善這一狀況，聯合地球已經發起了一個名為「國際醫療援助基金會」的組織，致力於協調聯合地球各個成員國資源，推動南方國際醫療事業發展。在南方國家中這個組織正逐漸成為提高更多南方國家人民的醫療保障水平，為南方國家人民的生命安全提供有效保障的希望。

戰地肢體接駁手術

戰地肢體接駁手術是指一系列在前線戰場上對自然軀體進行強化或是重連的應急手術行為。

歷史與發展

無人機作戰體系的實際發展並沒有決定性地改善單個士兵的處境。事實上，隨著軍事技術的進步，交戰雙方的進攻和防護手段都在不斷突破人體承受上限，甚至使用輕型外骨骼時的不當操作都可能造成肢體撕裂。為了應對這一情況，各國在完善戰爭條約的同時也在提高戰場醫護的水平，戰地肢體接駁手術就是其中具有代表性的一例。

早期的戰地肢體接駁手術專指由醫療兵就地或在前線手術室操作的，對於肢體撕裂的士兵進行的應急處理。手術的目的是儘可能降低該類傷口對士兵退役後生活事業的負面影響，在一部分國家的戰爭手冊中，手術也有讓士兵快速回到前線，壓低前線的戰鬥效能損耗率的目的。這一時期的戰地肢體接駁手術通常使用常規外科手術的操作器具和流程，並且利用手術機器人快速執行。

在急救凝膠和腦機I/O介面等技術問世後，戰地肢體接駁手術有了性質上的變化。

分類

傷口緊急處理/I級處理

傷口緊急處理是戰地肢體接駁手術中的一類，旨在使用一定手段將傷員脫離其軀幹的肢體部分在保證活性的情況下快速連接回軀體，以達到減損或是降低前線戰鬥效能下降的目的。

通常來說，該項操作依靠士兵隨身的急救包或是隨軍醫療兵的攜帶工具就能完成。操作流程依照傷殘情況的不同有所區別，但大多需要使用針對性編譯的生物醫療膠覆蓋於截面之間止血消毒，並暫時穩定住肢體間的結構性連接。確保連接後，手術還要求使用肢體外部代理插件或是輔助性外部神經替代裝置繞過被撕裂的神經系統，將腦神經信號經過外部路線輸入肌肉中，使傷員達到恢復應急行動能力的程度。

該項分類操作在不同國家的實行手冊中有不同稱呼。

強化肢體更換處理/II級處理

強化肢體更換處理是戰地肢體接駁手術中的一類，旨在連接或斷開施術對象的人工肢體以更換其他肢體，並確保肢體脫離軀幹且已經壞死的傷員可以通過使用人工肢體短時間內回到前線。

通常來說，在不考慮人工肢體時，該項操作依靠常規前線移動手術平台就能完成。操作流程依照傷殘情況，人工肢體是依靠I/O介面外部繞接，肌肉帶動還是神經信號放大器來控制等因素有所不同。

該項分類操作在不同國家的實行手冊中有不同稱呼。

屍體拼接處理/III級處理

屍體拼接處理是戰地肢體接駁手術中的一類，旨在對生前經過特殊處理的戰死士兵進行強制肢體接駁，是其在喪失獨立判斷能力的情況下依靠AI控制和讀取肌肉記憶及記憶強化組件，在損失一定作戰效能的情況下將個體重新投入戰場。

由於六國主要部隊均沒有採取此項操作手法，因此實現III級處理的手段五花八門。

對於火星及其他殖民地的游擊勢力來說，III級處理是其擴充戰力的重要手段。相對昂貴的量產機器人，植入式運動神經調控器要廉價的多，重心維持演算法也可以從網路上輕易拷貝。因此，各種匪幫或反抗軍廣泛將神經未完全壞死或做過部分防腐處理的屍體改造為無獨立判斷能力的武器平台。有些勢力甚至會對存活個體進行植物人化處理並接駁脫落肢體，將其作為不易腐壞的生物無人武器平台來使用。

對於部分僱傭軍兵團而言，III級處理的重點則是接駁屍體脫落件。他們大多要求僱員接受電子腦化改造，並長期使用外裝I/O輔助件，同時將神經叢協同/轉碼器植入體內。這便於在僱員受到致命打擊，徹底失去獨立判斷能力及恢復可能後，及時接管仍然存活的特定腦皮層，在屍體腐壞前使其重心能夠大致恢復到生前的水平。這將保證AI通過I/O介面繞過中樞直接下達指令時，僱員屍體仍然能保持一定的肌肉記憶和戰術反應能力。例如維索卡的部分僱員就被植入了成體系的神經干涉級別行為邏輯控制組件，他們的生死對維索卡而言只是戰力的輕微波動而已。

生物積木

合成生物學是一個綜合了科學與工程的新興研究領域，生物、醫藥、農業、能源及環保等方面具有巨大的應用潛力。合成生物學旨在應用工程學的研究思路及手段去設計改造基因、生物元件、生物途徑，至整個基因組；而生物積木技術則是實現合成生物學各種目的的關鍵技術，這一技術在21到22世紀的生物學革命中發揮了極為重要的作用。生物學家試圖利用基因的序列信息創造一些人工合成的DNA，從而使細胞的新陳代謝途徑發生改變以獲得全新的功能。那些用來建造新系統的生物部件就被稱為「生物積木」。

每塊生物積木都是一段特殊的DNA，包含特定的信息以及編碼，而這些信息都具有特定功能。這些基因可以是啟動子，核糖體結合位點，編碼蛋白質的序列或者是終止子，當然也有可能是這些部件的組合。生物積木，也就是搭建這些生物元件，以及用生物元件構建可裝配的模塊以及設計相應的工程網路或迴路的技術。

合成生物學的僵局

合成生物學家希望能創造出一種使用脫氧核糖核酸來編寫的語言，這種語言的零部件就是一段段具有特定功能的DNA序列。每個片段都代表這一種「指示」，而將這些指示組合起來，就能指引細胞有條不紊地進行一系列的工作。但是通過傳統的分子克隆技術獲得這種特殊處理的DNA片段需要依靠PCR、酶切以及連接等大量分子生物學手段，每一個零部件都有一種克隆的方法，而且在克隆過程中的中間產物不一定能使用在別的組件上，這會造成效率低下與資源浪費，滿足不了合成生物學批量化研究的需要。於是生物積木技術就應運而生了。

標準化作業

21世紀早期，一名叫做T.Knight的生物學家規定了一整套的克隆策略，使得生物組件之間可以進行標準化裝配。和機械製造一樣，各個組件之間具備相應的標準介面，可以用標準的方式將這些組件進行連接裝配成更大的組件，達到流水線式的作業流程。只要通過傳統的酶切連接反應，就可以將任意一個標準化後的生物積木元件和其他元件按照人們的意願進行組合，並且組合出的元件仍然可以進行進一步的拼裝。最終就可以通過簡單的手段，從簡單的組件開始，構建出龐大複雜的DNA系統。

生物積木的思路就是化整為零，將一根複雜的問題切分為許多相對簡單的、可以獨立處理的問題（如把複雜的「生物系統」拆解成許多套相互獨立的裝置（如標準化的細胞、標準化的核苷酸序列等）），便於用已有的標準化部件來加速開發過程，最終就可以合成具有特定功能的統一整體。

發展

21世紀初，Endy與其他合成生物學家創立了非贏利的生物積塊基金會 (Bio Bricks Foundation)。同時，發動世界各地大學生參加生物積木搭建競賽，發揮青年人的創新思維，創造人造生物器件和迴路。幾年來，他們已經積累了幾千種生物元件，立了元件庫(registry)。與此同時， James Collins 為代表的一批科學家，利用生物元件構建創新迴路方面也獲得了一系列成果。21世紀中葉，首個全人工合成基因大腸桿菌誕生，雖然其分裂沒有自然形成的微生物快，但是這標誌著科學家們第一次能夠製造完整的基因合成微生物的全基因組。21世紀末，電腦計算能力的提高使得電腦模擬和定向進化技術被引入了合成生物學，科學家們選擇利用程序來組裝基因組件或者預測基因網路。22世紀初，古紹聰利用生物積木技術創造了「崔氏豚」，這一新品種的家畜的誕生標誌著人類具有了改良生物基因的能力。

在上個世紀（22世紀）末，基因迴路的研究基本實現了每個生物學元件計算機組件化操作，每個人都可以將 Bio Bricks 和其他標準遺傳單位拼裝在一起，最終實現每個人私人定製的目的。

缺陷

在21世紀中期，關於合成生命是否挑戰了傳統上的生命觀念，否得到倫理上的辯護，是否存在評估和監管手段能應對合成微生物釋放到環境時所引發的生物安全和生物防護問題，合成生物學能否申請專利等問題引發了大量的討論。

在討論中，科學家們總結出了四項最為主要的問題：一是對環境負面影響的風險，過合成創造的有機體可能具有意想不到的副作用；二是污染自然基因庫的風險，成有機體可能將其基因轉移到自然有機體內；三是逃逸風險，成有機體可能無休止地複製自己破壞環境和生態，現類似灰蠱的情況；四是病毒製作，可能會有居心叵測的分子利用生物積木創造新種類的病毒導致人類難以預測的疾病。最終伴隨著相關的法律法規建設逐漸健全，科學家們選擇給任何人造基因靶向基因，使其難以在自然環境中生存，一旦泄露也容易被消滅。我們需要對此進一步加強認識，否則基因的泄露與惡意，帶來的影響可能比人工智慧更為嚴重。

成果

通過在不同層面 ( 酶、代謝途徑和基因組 ) 對微生物合成過程進行設計、調控和優化，生物學家們不僅能夠生產全新的藥物和生物燃料，且能夠使目標產物的產量達到最大化。有科學家利用一種多變數模塊化的代謝途徑工程方法，調整模塊中各種基因元件的表達水平，少中間抑制物吲哚的累積，最終使許多種類的藥物，諸如紫杉醇及萜類天然產物完成了大規模生產。利用細胞工程，室溫環境下的塑膠及紡織製造業的製作不用消耗高溫和有機溶劑，並且不會產生污染物。應用於植物工程學的生物積木，讓科學家設計一系列能帶來更豐碩收成、具抗病能力，及能抵抗極端或惡劣環境的農作植物品種，已經實現的物種包括蘇雲金芽孢桿菌玉米和弗吉尼亞香瓜。可以預見，雖然存在許多問題，但是合成生物學以及生物積木技術還是會繼續發展。

作者：陳昌鏵 、克里塞、李藏謙

編輯：千媚樰

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