第一则：

创造中国自己的生物芯片（回眸十一五　展望十二五）  

生物芯片被称作灵敏的“医学侦察兵”，是指在一块指甲大小的玻片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物探针，然后收集与血液、尿液、痰液等待测样品反应产生的相关信号，再用计算机或其他方法分析数据获得结果。

2006年，被誉为“DNA之父”的美籍诺贝尔奖得主詹姆斯•沃森就曾预言：在今后十年内，对个人进行基因检测将成为诊断疾病的常规手段之一。

让国际同行惊叹的是，在很短的时间里，中国就在生物芯片领域后来居上，孕育了达到世界先进水平的生物技术公司――生物芯片北京国家工程研究中心暨博奥生物有限公司（以下简称博奥生物）。

在生物芯片大潮中 中国不能落后

20世纪90年代末，发达国家率先有计划、大规模地掀起生物芯片研发热潮。1997年春，美国《财富》杂志撰文称，“微处理器改变了我们的生活方式，然而，生物芯片给人类带来的影响可能会更大！”
 
1997年9月，时任美国纳米基因公司芯片实验室项目首席科学家的程京博士，应邀回国参加第八十次北京香山科学会议，坚定了他回国创业的梦想：在微电子芯片技术浪潮中步人后尘的中国，不能再在生物芯片上落后！  

1999年3月，程京成为清华大学“百名人才引进计划”第一人，出任该校生物芯片研究与开发中心主任。次年2月，在中南海举办的“国务院办公厅第十次科技讲座”上，程京做了题为《生物芯片――下个世纪革命性的技术》的主题报告，并建议：中国应尽快建立国家级的生物芯片工程研究中心，以迅速研究开发出一批具有我国自主知识产权的专门技术，积极参与到国际竞争。这一建议引起国务院领导的高度重视。

2000年9月30日，博奥生物正式成立，程京出任工程中心主任、公司技术总监，迎着新世纪的曙光扬帆启航。

瞄准国家重大需求 自主创新为民解忧

自成立以来，博奥生物就瞄准国家重大需求披荆斩棘，自主创新为民解忧。

2006年完成的第二次全国残疾人抽样调查数据显示，我国听力残疾人数超过2780万，约占残疾人总数的33%；每年新增聋儿近4万人，其中半数以上为遗传性耳聋。与聋病相关的基因很多，需要检测的位点更多，传统检测技术价格昂贵、操作复杂。为此，博奥生物与清华大学、解放军总医院和中南大学经过3年努力，研制出世界上第一张遗传性耳聋检测基因芯片。该芯片具有高精度、高效率、高通量、低成本等特点，除了可以检出神经性耳聋和大前庭水管综合征的患者，还可检出药物性耳聋基因携带者。对于许多药物性耳聋基因突变携带者，医生就不会使用链霉素、庆大霉素等氨基糖甙类药物，“一针致聋”的悲剧就可避免。

目前，遗传性耳聋基因检测芯片已为上万名聋病患者做了基因检测，常见可致病突变检出率超过30%；同时，为几百对可能携带致聋基因的听力正常夫妇做了产前筛查，规避了生育聋儿的风险。  

近些年，结核病在全世界范围内卷土重来，耐药性极强的分枝杆菌感染，更是来势凶猛。在我国的西南、西北地区，结核病尤其多发。博奥生物与结核病国家参比实验室合作，在国际上率先研制出分枝杆菌菌种鉴定试剂盒和结核分枝杆菌耐药基因检测试剂盒，均达到世界领先水平。其中前者可快速检测结核等17种临床常见分枝杆菌，后者可快速检测利福平及异烟肼的耐药性，并将常规检测时间从6周缩短到6小时。

中华骨髓库在建设初期，HLA分型所用的设备和试剂均为外国公司所垄断，分型使用的全是技术复杂、价格昂贵的清一色“洋枪洋炮”。2002年，中华骨髓库管理中心洪俊岭主任，向博奥生物提出了对国产“高通量、高精度、低成本”HLA基因分型芯片技术和产品的期待。

为此，博奥生物成立了攻关小组，经过三年的不懈努力，中华骨髓库2006年正式下文，将具有自主创新的博奥生物HLA分型系统列入其HLA分型检测服务体系。以此为主要应用的博奥“系统化生物芯片和相关仪器设备的研制及应用”成果获2007年度国家技术发明奖二等奖。截至目前，博奥生物已经累计为中华骨髓库完成了15万份个人血样的HLA分型。

走开放合作创新之路 专利商业化率达到60% 

走进博奥生物总部的一楼大厅，排满了专利证书的专利墙格外显眼。截至去年底，博奥生物已申请专利135项，其中129项获得国内外专利授权；此外，他们还在《自然―生物技术》等国际权威杂志上发表SCI论文104篇，起草并获批6项临床诊断类生物芯片行业标准和5项国家标准。

然而，程京院士更看重的，是科技成果转化。“发表论文、申请专利不是最终目的，只有把成果应用到实践中去，才能彰显自主创新的社会价值。”为此，博奥生物选择了开放创新之路，通过多种形式的合作，力推专利成果转移转化――专利技术入股，促进成果转化。

在深圳成立微芯生物科学公司，用生物芯片技术筛选创新药物，所研制的抗淋巴肿瘤一类新药，已进入临床三期；在美国注册了Aviva生物科技公司，研制生产主动式芯片，其中细胞膜片钳芯片产品已销售到全球50多家大中型制药企业，用于新药研发。

与医院开展合作，提高诊疗水平。根据国家发改委的要求，博奥生物把自主研发的一级创新平台推广到有重大需求的单位，促进二级创新。从2008年起，先后与新疆医科大学第一附属医院、宁波大学生命科学与生物工程学院、北京大学人民医院、山西省肿瘤医院和宁夏医科大学附属医院等，组建成立了多个合作机构，开展结核病临床检测；推进海洋生物高新技术产业化，向恶性肿瘤等重大疾病发起攻关。

2009年12月，博奥生物在成都新建研发、生产、服务基地和独立医学实验室，为医院提供以分子诊断为主的高端特色医学检测服务。截至目前，博奥成都独立医学实验室已与100多家医院签订了服务合同，送检样品与日俱增。

与世界一流公司合作，拓展国际市场。2005年4月，博奥生物与世界知名基因芯片公司――美国昂飞公司签署全面战略合作协议。昂飞公司对博奥生物自主研制的生物芯片成像系统及基因芯片流体工作站非常满意，并已订购上百套，价值700万美元。

截至目前，公司的专利商业化率已达到60%。程京院士告诉记者：下一个十年，博奥生物将努力成为“生命科学、集成医疗领域开发、提供创新性产品和服务的国际领袖企业”。
新闻来源：《 人民日报 》（2011年02月20日04 版）和 人民网
链接：http://paper.people.com.cn/rmrb/html/2011-02/20/nw.D110000renmrb_20110220_1-04.htm

第二则

当冷天你感到口渴， 眼前立刻出现一杯热饮，当你从室外回来想要上网，电脑立刻自动启动，当你想呼吸窗外的新鲜空气，窗子立刻打开……这一切不用你命令，不用你操控，只要你想，意念就能实现。这是不是很像科幻？但这可能就是未来真正的智能时代。我们的心灵被感应，意念在瞬间被兑现。

但目前，似乎没有人能够靠意念生活。

假如有人说他用意念可以让球动起来，你绝对不相信。而日前美国上市的一款新游戏，就是用意念让球穿越布满障碍的路线。另一端，在实验室“养尊处优”的猴子，闲着双手，却在上演用意念控制假肢给自己喂食香蕉、花生的一幕。

这在早些年代，一定会被认为是巫术，靠不为人知的诡计玩弄“心灵控制”或者“心灵感应”的游戏。

然而，近几年越来越多的科学家投入“心灵感应”的研究，在理想的蓝图中，不用按键、不用说话，仅靠大脑活动就能实现其所想。美国国防高级研究计划局（DARPA）启动的“无声通话”项目，投入400万美元，致力于实现战场上军队内部依靠脑信号达到准确而快速的交流。那么科学研究领域的“脑电感应”是如何实现的呢？人类真能实现科幻世界中描述的“心灵控制”吗？

追究这些问题的关键在于认识神经信号和脑机接口，因此我们采访了清华大学医学院研究神经信息解码和脑机接口的洪波副教授，最近他所带领的团队取得了利用听觉皮层的活动信号识别用户思维的技术突破。这项工作作为封面文章发表在美国《IEEE神经系统与康复工程汇刊》上。

脑电：“心灵感应”的载体

脑电数据承载大脑思维

人的大脑皮层约有1千亿个神经细胞。大脑时刻都在接受着来自外界和自身的刺激，这些刺激使得大脑皮层中一些区域的细胞活动增强，形成几十毫伏的放电脉冲，但这些电脉冲传到头皮表面就只有几十微伏的大小，非常微弱。

科学家利用微弱信号放大装置探测神经细胞的活动，“这是困难的，就像在一个庞大的体育场外试图只靠听觉判断出体育场内每个人的活动。”洪波形象地比喻说。这样得到的脑电是很多细胞活动的总和，直接看似乎没有任何意义，但是科学家通过复杂的统计、挖掘、分类算法，探索出脑电数据中承载的大脑思维。

对照“脑活动图谱”或能读懂意识

洪波告诉记者：“思维活动和脑电之间有直接的联系，实际上可以说脑电是思维活动的物质表现形式，从脑电可以在一定程度上推测出思维活动。”类似于通过基因“标号”得到基因图谱，对脑电的标号，或许将会得到一张人类“脑活动图谱”。

如果能够建立一张完整的脑活动图谱，包含所有的大脑活动的模式，那么对于我们记录到的某个人甲的脑活动，通过和图谱作比较，就可以得知甲此刻的意识。如果需要让第二个人乙知道甲的意识，就需要将甲的脑信号的编码或者其他形式传给乙的大脑皮层。而无论记录发送者甲的脑信号，还是传递给接收者乙，都需要将甲和乙的大脑与外部设备连接起来形成发送或接收的通路，这就是脑机接口。

脑机接口：“心灵感应”的传播通路

在电影《阿凡达》中，化身阿凡达有一条长长的辫子，除了美观这条辫子还起着重要的链接作用。而真实生活中脑机接口暂时还没有这么完美和潇洒，根据脑电信号的采集方式，分为有创伤式和无创伤式。

有创伤式：信号纯净但易感染

关于有创伤式脑机接口，采集神经信号的电极植入到大脑皮层中，这样得到的脑信号更为纯净，解码准确度更高。目前这种方式主要用于高位截瘫病人和动物实验。

洪波强调说，在正常情况下，大脑时刻都在输入和输出信息，与外界存在自然通路，但在某些特殊情况，例如高位截瘫病人，他们与外界正常交流的通路被破坏了，要了解他们、让他们的生活有意义，就必须建立新的交流方式。这正是脑机接口研究的初衷。最近布朗大学经FDA批准将包含仅百个微电极的电极阵列植入一个高位截瘫病人的体内，从而获得单个细胞活动的放电，在临床上取得了明显成效。有创伤式不仅存在手术感染的风险，还容易引发排异反应导致电极被细胞包裹而失去信号采集作用。

无创伤式：信号分辨率较低

无创伤式脑机接口通过实时记录和分析头皮脑电，解读人的控制意愿，实现人脑对计算机、家用电器、机器人等设备的直接控制。神经细胞的放电量从皮层经过颅骨等传到头皮，只剩下几十微伏，因此无创伤式采集到的信号分辨率较低。

在清华脑机接口实验室，志愿者戴上只有四五个电极的电极帽，从若干类似“感觉冷”“想喝水”“要坐下”等简单思维活动中随机选择一个，计算机几乎可以立刻判断出志愿者当前的意愿。如果将计算机的判断作为控制命令传给空调或机器人，就可以让空调根据人的感觉自动调节温度，让机器人根据人的意愿端茶送水，真正开启人机交互的智能时代。如果能够将解读的意愿直接传给其他人的大脑，就能实现“心有灵犀不点自通”，“无声通话”计划也就不再是想象。

脑：“心灵感应”的发送器和接收器

但是，目前脑机接口的研究还处于单向通路阶段，即使反馈信息给大脑，一般也是为了让使用者判断外部设备的操作是否准确体现了其意志。那么能否实现“双向交通”的脑机接口，即读取大脑信息的同时也允许机器向大脑传递信息或者命令呢？在脑机接口中，大脑可以既是“发送器”又是“接收器”吗？

写入信号比读取难得多

“把信号写入大脑，比从大脑读取信号难得多”。尽管困难，生物医学工程学在这方面取得了很多实用性进展。洪波列举了人工耳蜗、帕金森脑起搏器在临床上的应用。 在人工耳蜗中，声音经过处理转换成电脉冲信号，用来刺激大脑听觉通路的最前端――耳蜗，使严重耳聋的人重获听的感觉，甚至修复听力。而帕金森脑起搏器通过脉冲电流刺激大脑中的负责运动稳定性的核团，大幅改善帕金森的症状，如震颤、僵直、异动等，从而改善病人生活状态。

“刺激大脑皮层还不等于向大脑写入信号，不会改变大脑的思维”。洪波解释说，实际上目前对脑信号的认识还非常有限，脑机接口并没有读取人类意识，只是利用分类算法对脑电作分类，试图划分出脑电所代表的简单的思维活动。而把思维写入大脑，还需要建立思维活动与大脑皮层之间的映射关系，尤其是注意、记忆、语言等高级认知活动，但是现阶段人类对高级认知活动的大脑回路所知甚少。另外，假设发现了高级神经活动与大脑皮层之间的映射关系，向大脑准确写入信息还需要极其精细的定位，甚至精确控制单个细胞的活动。

对此，洪波提示说，光遗传学可能提供非常有前景的解决方法。斯坦福大学的研究人员在老鼠的运动神经元中植入光敏感的绿藻基因，利用一束蓝色光缆作开关就可以精确地控制老鼠的运动。显然如果利用光控开关能精细控制每个细胞的活动，向大脑写入信息可能就不再只是科幻世界的故事了。

延伸阅读

“心灵感应”会导致“心灵控制”吗？

科幻是没有边界的， 科学同样永无止境。随着脑机接口的一次次突破，或许DARPA描绘的“无声通话”计划中具有“心灵感应”的超级战队即将诞生。但是从“心灵感应”到“心灵控制”，两字之差，距离将会有多远呢？

洪波说，如果读取大脑思维的科学路程完成了十分之一，那么向大脑写入信息的工作还不到百分之一。而且大脑有很多高级的、富有创造力的思维活动，借助脑机接口“感应”到的只是有限集合的简单思维活动，关于检测和分析大脑新异的活动，还是神经科学领域的一个难题。更关键的是，向大脑传递信息不等于修改其思维活动，例如在大脑与外界联系的自然通路中，大脑接收刺激信号引起的只是皮层的反应，并不等同于思维活动本身。 洪波强调：“人的思维永远是自由的，未来和现在一样没有人可以控制他人的意识。”

显然与其作“心灵控制”的无稽之谈，不如享受脑机接口研究带来的“心灵感应”，无须动手，只要想一下，即可心想事成。

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