《麻省理工科技評論》從2001年開始，每年都會公布“10大突破技術”，即TR10（Technology Review 10），并預測其大規模商業化的潛力，以及對人類生活和社會的重大影響。

　　這些技術代表了當前世界科技的發展前沿和未來發展方向，集中反映了近年來世界科技發展的新特點和新趨勢，將引領面向未來的研究方向。其中許多技術已經走向市場，主導著產業技術的發展，極大地推動了經濟社會發展和科技創新。

　　正如《麻省理工科技評論》主編JasonPontin所說，突破性技術的定義非常簡單，那就是能夠給人們帶來高質量運用科技的解決方案。有些技術是工程師們天才創意的結晶；而有的則是科學家們對長期困擾他們的問題所采取的諸多嘗試的集大成者（比如深度學習）。評選“10大突破技術”的目的不僅僅是向人們展示新創新成果，同時也是為了強調是人類的聰明才智促生了這些創新技術。

　　因此動脈網將為你篩選從2012年~2016年的醫學領域的科技突破。由于技術更迭快，因此只梳理最近5年之內的。鑒于文章篇幅太長，將分為上下兩篇，在《麻省理工科技評論評選的14大醫療領域突破科技（上）》中我們已經介紹七種近五年醫學領域的科技突破，本文為下篇。這些技術是為解決問題而生，將會極大地擴展人類的潛能，也有可能改變世界的面貌，值得在未來給予特別關注。

　　8.神經形態芯片（2014）

　　神經形態芯片可以直接模擬大腦的行為

　　配置了微處理器的芯片比傳統芯片更像大腦，它模擬了人腦工作的狀態

　　成熟期：還未有重大突破

　　突破點：電腦芯片的一種替代設計，能夠實時模擬大腦處理信息的過程，有助于科學家們制造出能同周圍環境實時交互的認知系統，促進人工智能技術發展

　　重要性：傳統芯片已經達到性能極限。

　　該領域主要參與者：高通（Qualcomm），IBM，HRL實驗室（HRL Laboratories），人類腦計劃（Human Brain Project）

　　神經形態芯片的概念，要回溯到幾十年前。1990 年，加州理工學院名譽教授 Carver Mead 在一篇論文中給出了它的定義。不過，自從高通開發了一個叫做“先鋒”的機器人開始，才被熟知。先鋒機器人使用的只是一個智能手機芯片，它模擬了人腦工作的狀態，運行了特制的軟件而已，它能識別此前未見過的物體，根據相關物體的相似性來分類，將不同的物品放在房間的正確位置。

　　人腦有幾十億神經元、幾千億個突觸，可以同步處理視覺、音頻等信號，神經形態芯片在芯片中模擬人腦同步處理多種數據的能力。根據圖像、聲音或其他信號的變化，神經元可以改變與其他神經元之間的聯系。所以說，這些神經形態芯片模擬的是人腦的神經網絡，可以實現人腦的部分功能。它們實現了人工智能領域需要幾十年才能完成的任務，讓機器可以像人一樣理解世界、與世界互動。

　　一些大學和研究機構也在試圖實現這些功能，比如說 IBM 實驗室和 HRL 實驗室。這兩家已經花了 1 億美元來為美國國防部高級研究項目局研發神經形態芯片。此外，歐洲人腦項目聯合海德堡大學和曼徹斯特大學的研究者也花了 1 億歐元來研究神經形態項目。根據 IBM 實驗室的研究員 Dharmendra Modha 的描述，這種芯片可以讓盲人通過視覺和音頻傳感器來識別物體，提供音頻提示；健康監測系統可以檢測生命體征，及早發現潛在的風險，為病人提供個性化的治療手段。醫療傳感器和設備可以追蹤病人的生命體征，根據時間采取醫療對策，學會調整藥量，甚至可以及早發現病情。

　　在成本上，高通公司希望產品設計實用性大于性能表現。這也就意味著高通的神經形態芯片依舊是在數字芯片上開發的，這樣做比研發模擬芯片更簡單，生產更容易。模擬芯片要完成的模擬大腦，而高通的芯片模擬的是大腦的行為。比如，神經形態芯片編程、傳輸數據的方式模擬大腦處理感官數據處理時的電子脈沖。多年來，科學家們一直在嘗試進一步探究神經形態的電路架構，其中的難點就在于如何處理神經元和硅之間的重疊部分——突觸以及邏輯門，甚至采用石墨烯等特殊材料來解決這一問題，產品離完全商用還需要時日。

　　9.微型3D打印（2014）

　　微型3D打印的目標是打印出生物組織

　　用不同類型材料打印生物零件，大大擴展了打印范圍

　　成熟期：尚不成熟

　　突破點： 使用多種材料來打印東西，例如用生物組織打印血管

　　重要性：促進人造器官和新穎的半機器零件產生

　　該領域主要參與者：Jennifer Lewis（哈佛大學），Michael McAlpine（普林斯頓大學），Keith Martin（劍橋大學）

　　3D 打印概念現在看來已經很普通，而且打印的材料也僅限于塑料或者合成金屬等常見材料，但是如果能夠打印細胞、半導體或者其他生物組織，應用寬度又不一樣了。

　　哈佛大學的材料科學家 Jennifer Lewis 是這個行業的領頭羊，研究微型3D打印的機制和方法，將物體的功能和形狀有效結合在一起。Lewis 和她的學生向外界展示了他們的技術可以打印極小的電極以及微小鋰離子電池需要的組件，還可以打印運動員用的塑料貼片，上面包含了多種傳感器，可以檢測腦震蕩，測量其危害程度。令人震撼的是，她的團隊打印出了包含復雜血管的生物組織。為了完成這一目標，需要研制出多種類型的細胞“墨水”，以及支撐組織矩陣的基質材料。該技術成功解決了制造用于藥物臨床測試或人體器官移植的人工組織的一大難題：如何讓血管系統中的細胞存活下來。

　　普林斯頓大學的研究團隊成功地打印出了仿生耳朵，結合了生物組織和電子部件；劍橋大學的研究者也打印出了用視網膜細胞組成的復雜眼球組織。那么，到底能夠打印多么微小的生物組織呢？Lewis 團隊安裝了一臺配有顯微鏡的3-D打印機，可以精確打印尺寸小至1微米的結構（人體紅細胞約10 微米），這對材料要求也提出挑戰，比如細胞在被迫通過印刷噴嘴時是脆弱的并且容易被破壞。 她創造的秘密在于具有允許它們在相同的制造過程中都能被“墨水”打印，每種“墨水”都是不同的材料，但是它們都可以在室溫下印刷，而且在壓力下從噴嘴噴出時，始終能保持一定形狀，有點類似擠牙膏。

　　在還沒有加入哈佛大學之前，Lewis 在伊利諾伊大學研究 3D 打印技術就已經超過 10 年了，她曾經用過陶瓷、金屬納米顆粒、聚合物以及其他非生物材料。能在 3D 打印的人體組織中加入血管是制造人造器官的重要一步。不過很顯然，跟細胞打交道真的很復雜，我們離3D打印出功能正常的肝臟或者腎臟，還相距甚遠。

　　10.液體活檢（2015）

　　液體活檢測可以幫助某些癌癥的早期篩選

　　快速的DNA測序，應用于癌癥的簡單血液測試

　　成熟期：廣泛應用

　　突破點：血液測試發現早期癌癥

　　重要性：癌癥每年在世界各地殺死大約800萬人

　　該領域主要參與者：香港中文大學盧煜明、Illumina、約翰·霍普金斯伯特·沃格爾斯坦（Bert Vogelstein）

　　盧煜明教授是與無創產前診斷聯系在一起的，早在1997年，他的研究小組發現孕婦血漿中存在游離的胎兒DNA，后來直接產生了簡單的唐氏綜合癥檢測方法。不僅如此，盧教授正在與世界各地的實驗室以及醫療機構競爭，比如約翰·霍普金斯大學，開發基于簡單血液檢測的癌癥（比如患病最多的肺癌，40％的中國肺癌患者在一個基因突變EGFR，這將使他們有機會獲得新的靶向藥物）篩查技術，即液體活檢。

　　雖然目前通過DNA檢測預測患癌的風險成本依然很高，但隨著測序技術的不斷發展，能夠快速解碼數百萬在血液中松散的DNA短片段，通過與人類基因組的參考圖譜進行比較，癌癥早期篩查將會變得更加簡單、便宜、應用范圍更加廣泛。液體活檢的商業利益最近也呈爆炸式的增長。測序巨頭Illumina的CEO Jay Flatley表示，液體活檢的市場規模至少達400億美元。他說這項技術可能是癌癥診斷領域最激動人心的突破，并表示Illumina將開始向研究人員提供液體活檢試劑盒，幫助尋找癌癥的早期癥狀。

　　此外，除了用于癌癥篩查（目前并不通用于任何癌癥），液體活檢還可用于幫助人們對抗疾病。醫生可以根據驅動癌癥發展的特定DNA突變選擇對應的藥物和治療方案。癌癥病因相當復雜，研究人員必須系統性的了解他們的病例，這樣液體活檢才能真正的拯救生命。液體活檢現在已經被廣泛地運用了，尤其是癌癥檢測之中，但它們對于提高檢測質量和療效的作用目前尚不明確。