科學史上365天——虛擬人研究

2020-10-05 生命的真理

虛擬人的概念

虛擬人並不是人，而只是存儲在計算機裡的一堆數字，它們既不是無序的，也不是任意選取的，而是從真人的組織、器官、系統的結構中提取出來的，因而與人密切相關。這是一個龐大的資料庫，它們是真人的數字表徵，利用它們可復現出原來真人的三維模型，能得到真人的外貌，還能顯示出人體的組織以及如心臟、肺、肝、腎等器官的性能特徵，更能顯示新陳代謝的功能，因而由這群數字所組合的「虛擬人」，也具備了人的某些「生命特徵」。

為什麼研究虛擬人

在過去，做人體醫學或生理學研究時，常用動物做實驗，獲得安全效用後，再用真人受試。現在有了「虛擬人」，它可以成為醫學研究的直接受試者。例如，研究人的生命與水的關係，水對人體各器官的作用，一天飲多少水為宜？維持生命可以多長時間不飲水？飲什麼樣的水會有什麼樣的反應等，就可以用虛擬人充當受試者。人們盡可以大膽地用虛擬人進行實驗，免除真人受試的痛苦與風險，能馬上得出水在人體各部分的反應情況，還可以存儲在計算機裡，隨時把情況調取出來加以研究。如果虛擬人最終在實驗中因缺水「渴」死了，可以從數字中找出最終「渴」死的原因是什麼，各臟器的最終結果如何。當然，虛擬人死了也沒有關係，計算機還可以讓它再度活過來，隨時待命接受其他實驗。

美國科研人員曾經試驗一種糖尿病新藥的療效。他們先操控計算機使「虛擬人」患上糖尿病。讓虛擬人患病很容易，只需輕按滑鼠點擊一下，它的胰臟就被切除了，頃刻間，一個健康的「虛擬人」就變成了糖尿病患者，各種糖尿病的症狀接踵而至。測試人員給它「試吃」糖尿病新藥，注意，所「吃」的新藥也是「虛擬的」，它只是根據新藥成分提取出數字編寫出來的一個文件而已。利用藥品的虛擬文件，可以調節藥量、攝入時間和次數，以觀察療效、病人的反應，從而找出適當的用藥劑量和用藥方法，得出相關結論。這種方法為新藥的研製節省了大量的時間，既可以免除各種風險，還可以反覆測試。虛擬人的用途遠不止這些，在軍事研究上，可以讓虛擬人受試核武器、化學武器的殺傷力，研究各種殺傷力所造成的傷害是如何出現的，又該如何預防和救治等。

數字的虛擬人，以後可能是醫學生學習的唯一依賴


虛擬人的研究階段

虛擬人的研究始於1989年，美國最先提出「可視虛擬人」概念，並於1993年8月5日製作成功第一例「虛擬人」，它來自於死於毒品過量注射的38歲德克薩斯州的男性屍體。1998年，又通過解剖一具女屍，在電腦裡儲存了56GB的數據，從而形成了數位化的女性「虛擬人」。現在正在研究第二代有物理功能的「虛擬人」和第三代有生理功能的「虛擬人」。

我國的虛擬人

2003年2月18日，我國第一例女性「虛擬人」在第一軍醫大學採集成功，成為繼美國、韓國之後世界上第三個擁有本國虛擬人資料庫的國家。世界上一些國家對虛擬人進行圖像分隔時，只能看到骨骼、肌肉和臟器，無法分辨動脈和靜脈的血管，而我國在研製虛擬人時，先給屍體灌註明膠、硃砂和澱粉，使動脈呈現鮮紅色，靜脈呈現絳紅色，不僅血管顯示清楚，還把動靜脈也區分開來，心臟的冠狀動脈可以顯示到3級血管，腎可以顯示到4級血管，頭部還能顯示出微血管。在提取人體數字時，我國又採用了直立切削，與其他國家的臥式切削相比，不致因重力壓迫而變形。這樣提取的數字使電腦更容易「識別」動脈和靜脈以及血管和臟器的關係，還能使數字更符合人體形態的原始情況。

血管顯示越細微越難製作成功


未來的應用

虛擬人技術是一個非常具有開發價值的新領域，特別是在醫學應用上，對血管系統外科和神經系統的研究更具有特殊意義，它已經成為生物醫學研究的前沿。不少人預計，在當前由計算機統領的科學新世紀中，計算機也將統領生物醫學的研究，虛擬人的研究將給醫學帶來巨大的變革。

希望你從知識中獲得能力，做真正的自己。——謝飛博士

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