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时隔15年,美国为何重提会聚技术?

 本文授权转自:三思派(ID:Science-Pie)

作者:江世亮(文汇报高级编辑)


6月24日出版的Science杂志在技术展望栏目刊登了菲利普·夏普(Phillip Sharp,因为发现断裂基因而获得1993年的诺贝尔生理学或医学奖)的文章,提出要会聚物理学、工程和生物医学等学科、技术解决医学健康的需求(Capitalizing on convergence for health care,摘要翻译见文末)。国内对此作出快速反应的媒体是三思派,时隔一周就发出一篇署名文章对会聚技术的来龙去脉作了介绍。以我作为媒体科技报道者的职业感觉,我感觉时隔十多年“会聚技术”或再度成为话题是一件有意思而且值得重视的事情。 

会聚技术是什么?

会聚技术(Converging Technologies)最早出现于2001年,当年12月,美国商务部技术管理局、国家科学基金会(NSF)、国家科学技术委员会纳米科学工程与技术分委会(NSTC-NSEC)在华盛顿联合发起了一次有科学家、政府官员等参加的圆桌会议,会议就“会聚四大技术,提升人类能力”这一议题进行了研讨,并首次提出了“NBIC会聚技术”的概念。其实那时提出的会聚技术是指彼时四个迅速发展的科学技术领域的协同和融合。这四个领域分别是:纳米科技、生物技术(包括生物制药及基因工程)、信息技术(包括先进计算机与通信)、认知科学(包括认知神经科学)。其简化英文的联式为(Nano-Bio-Info-Cogno),缩写为NBIC。现在来看,会聚科技本身也是与时俱进的,一般是指一个时期内具根本性、渗透性的若干学科或工程技术,但其另一层涵义是应对某项重大需求而集纳一些相关的学科、技术(譬如这次夏普就是为健康需求而提出会聚技术)。会聚科技的本质是会聚,当年提出这个概念的专家认为:以上四个领域的技术每一个都潜力巨大。而其中任何技术的两两融合、三种会聚或者四者集成,都将产生难以估量的效能。

在那次“会聚技术”的诞生会上,这一新概念得到了很高的评价:代表着研究与开发新的前沿领域,其发展将显著改善人类生命质量,提升和扩展人的技能,这四大前沿技术的融合还将缔造全新的研究思路和全新的经济模式,将大大提高整个社会的创新能力和社会生产力水平,从而增强国家的竞争力,也将对国家安全提供更强有力的保障。由此专家们呼吁:美国应尽快确定国家会聚技术研究与开发的优先领域。这次会议中的发言、共识、建议等集中编纂了一份长达400多页的报告集——《提升人类能力的会聚技术》。

国内对“会聚技术”报道传播的第一波

尽管2001年12月“会聚技术”一词就已提出,但是国内比较系统介绍这一概念的时间已经是时隔2年后的2004年初。是由上海科学技术情报研究所专家团队在掌握一手材料并在整合、研判的基础上撰写了有关对会聚技术来龙去脉及核心内容介绍的书面材料。由于上海科技情报所和文汇报有很好的合作机制,所以在第一时间文汇报科技部就得到了这份材料,在作了必要的文字编辑处理后,2004年3月28日文汇报科技文摘专版整版刊出了题为《四大技术会聚世界将会怎样》的专题文章。

为了能使这个话题引起更多关注,文汇报在同日报纸的头版刊登了一篇访问时任中科院副院长白春礼谈会聚技术的文章《中科院副院长白春礼院士接受本报记者采访时认为 技术会聚趋势值得关注》。这是笔者在上述文章见报的前二天正好到北京中科院开会,之前就想好要逮到机会访问当时已经主持中科院工作的白春礼院长。白院长曾从事过纳米材料方面的科研工作,而且在多个场合都提到交叉科学研究的重要性,所以应该是谈这个话题的合适人选。很巧我那次如愿采访到白院长,我是有备而去,带了《科技文摘》刊登会聚技术那一期的版样给他看,白院长边听我介绍大致的情况边看报纸版样,然后就和我交谈了一刻多钟,我的感觉是这个话题是蛮契合他的,故此他说了这样一段话:纳米、生物、信息、认知技术是全球公认、引领21世纪科技发展方向的关键技术,目前出现的把四大技术融合在一起的努力反映了一种新的发展方向,也再次表明学科交叉的重要性,这一动向值得中国科技界高度重视和关注。

就这样,同日文汇报一篇一版报道加上第五版科技文摘专版的整版呈现,“会聚技术”在国内开始为人所知了。

我说此话是有根据的。因为你如果搜索会聚技术,最早的中文材料或不会早于2004年3月28日,而此后陆续有一些了。到了2005年又起了一个小高潮,那一年8月20日中国科协的学术年会上,中科院院士裴钢作了题为《“纳米-生物-信息-认知”会聚技术:中国的新机遇?》的主题报告。裴院士的报告对会聚技术一些基本概念、定义和背景的介绍与科技情报所专家团队的文章是基本一致的。每年的中国科协学术年会媒体还是很关注的,裴钢的这篇文章转播面也很广,以后很快国内就有了谈会聚技术的论坛、讲座、书籍等。

会聚技术的未来更值得期待

三思派上刘立那篇文章对会聚技术发源地美国当前会聚技术的现状用了“非常有限”、会聚科研项目是“被遗忘的角落”等词语,这些在我读来还是蛮震撼的。这或许与2008年后持续至今的经济低迷大局有关,但借此次诺奖得主夏普的文章至少传递了这样一种信息:美国或许不会搞那种大呼隆的会聚技术,但针对某个具体领域、某项具体需求(如临床医学健康),组织不同学科领域攻关这种做法一定是不会过时的,因为会聚技术本质上是不同学科、不同技术、工程的交叉融合,这是符合科技发展趋势的。


今天来看,当年会聚技术提出者们所描绘的前景基于的理由:

1、各种技术的会聚基础是纳米尺度的物质联合和技术综合。以前彼此独立的科技领域的界面上发生的革命性进步已为NBIC技术的融合准备了必要的手段,包括科学仪器、分析方法和全新的材料。

2系统学方法、数学和计算科学的发展与NBIC的研究工作相结合,使我们第一次可以从复杂、分级系统的角度理解自然和意识。

3基于构成物质的微粒对于源于纳米尺度的所有科学而言是最基本的。当年就提出纳米水平上的生命科学技术(RNA、DNA、蛋白、其它生物大分子等及它们的各种复合物);纳米水平上的认知神经科学(基于电学、化学原理的神经突触;学习、记忆、脑疾病等的分子机制;意识、思维、智慧、情感的物质基础);纳米水平上的信息科学技术(材料、硬件、人机界面、超微系统、仿生)来看,这些目标部分已实现,但很多仍然是接下来科技攻关的重点目标和任务,一旦突破一定会带来牵一发动全身的功效。

再从当年会聚技术提出者提出的目标:会聚科技的迅速发展有望提高人类行为和整个国家的生产力水平(包括:促进工作效率和学习;提升个人的感知和认知能力;医疗保健方面的变革;提高个人和群体的效率;高效的通信技术,包括大脑之间的交互作用;完美的人机界面,包括用于工业和个人的神经形态工程学;改善老年人常见的体质和认知能力下降状况等)来看,依然是今天全球科技界在为之奋斗的目标。


对今天的中国而言,追求社会经济的平衡、谐调、可持续发展;希望建成物质文明和精神文明发达的小康社会;追求国民身心健康和素质;对信息化社会、国家安全的需求更为紧迫,这些基本的战略目标和需求一定离不开全新的、综合性的科学、技术、工程等手段的会聚、支撑。正是在这个意义上,今天重提会聚技术无论对世界、对中国都有重要意义。

论文摘要翻译:

让会聚技术为人类健康服务

——菲利普·夏普(Phillip Sharp)

几十年来,科学家们一直呼吁生命科学与物理科学之间进行更多的合作,在过去的5年当中,我们一直在提议一个新的国家级研究战略——我们称其为“会聚”——将工程学、物理学、计算科学以及数学与生命科学进行融合。由于生物学的加速发展,计算能力的不断扩展,以及生物相容材料和纳米技术在工程中的聚焦,“会聚”这一战略对提高人类身体健康的潜力已经比之前任何时候都大。这些新兴技术的潜在影响当然决不仅仅在健康领域,它还包括:创造新的工作;加速产品的市场化;以及提升从农业、生态到国防、经济以及能源产品的方方面面。所有这些都让我们面临着一个空前的好机遇——如果我们选择有意义地投资它的话。可惜到现在我们还没有。这篇文章我们来自全国各地的同事将详细说明“会聚”革命带来的重大利益,以及我们该如何利用它。




延伸阅读:

诺奖得主建议美国启动国家级“会聚科研计划”


撰文 | 刘立:清华大学社会科学学院教授


诺贝尔奖得主,MIT教授Philip Sharp教授在SCIENCE(2016年6月24日)发表文章“让会聚科研为人类健康服务”(capitalizing on convergence for health care),建议

美国启动新的国家级科研计划“会聚科研计划”,建议
国立健康卫生研究院NIH,国家科学基金会NSF,能源部,国防部,食品与药物管理局等成立一个跨部门工作组,由美国科技政策办公室牵头,统筹国家会聚科研计划。

“会聚”(convergence),是一个与“交叉学科”、“跨学科”相关但又有区别的概念。会聚科研范式表达的思想是,来自众多领域的思想、研究进路和技术手段高度融汇,是解决复杂问题、攻克新兴学科中出现的智识难题的关键策略。新兴的会聚范式,是对传统跨学科研究的超越,它将解决阻碍传统跨学科研究所遭遇到的技术上的、组织上的和后勤保障上的各种挑战。

会聚科研就是要将传统上泾渭分明、画地为牢的学科以及多种工程技术整合为一个有机整体,开创出新的科研方向和机会。历史上有许多成功的案例,

比如,物理科学(physical sciences)与工程技术的会聚,带来了很多改变世界的新工具和新器物,
如无线电、电话、汽车、飞机、计算机、核能、人造卫星以及互联网。在21世纪,生命科学与物理科学、工程技术的会聚,将给人类的健康医疗卫生事业带来变革性的工具和技术。

然而,当前的情况是,无论NIH,还是NSF,对会聚科研项目的资助都是非常有限的。比如,美国资助生命医学科学的最大机构NIH,对来自物理学、生物物理、数学、工程等学科的科学家申请项目的资助,只占总资助项目的3%。而资助科学和工程基础研究的最大机构NSF,对科学、工程与生物医学会聚项目的资助,几乎可以说是忽略不计。

另一方面,美国能源部、DARPA,FDA等联邦机构,虽然它们也认识到了会聚科研的重要性,但是没有任何一家机构对生物医学与物理科学、工程技术和数学的会聚项目担负起资助的责任。可以说,会聚科研项目是“被遗忘的角落”。这是对聚科研的发展严重障碍。

不过,人们也看到了些许曙光,出现了若干资助会聚项目的试验田。比如美国的脑计划(BRAIN),精准医学计划(Precision Medicine)。一些大学也启动了会聚科研项目,建立了会聚科研机构,比如加州大学建立了量化生物医学科学研究所,综合运用物理、化学、计算机科学去攻克分子生物学的挑战。哈佛、MIT在会聚科研上取得了可观的成果,衍生出几十家企业,需要新药进入了临床试验阶段。若干企业也适时地进入了会聚科技创新的空间,如苹果、IBM、微软启动了医疗监测诊断方面的会聚项目。MIT撰写并发布了《会聚:创造健康的未来》(Convergence: for the health of future 2016年6月24日)的研究报告,建议增加对会聚科研项目的资助,改进对会聚科研项目的评审机制;NIH应担负起支持会聚医学项目的资助;大学的机构设置、人才培养要突破学科的森严壁垒;要制定国家级会聚科研战略,建立部际工作组,协调全国会聚科研计划。目前,美国NSF已表示,将重视对会聚科研的支持和研究。

关键问题有:

会聚研究范式会遇到哪些挑战?

用哪些标准和计量指标来表征这些挑战?

对会聚研究项目评审,需要怎样的择优评估机制?

会聚研究将有利于解决哪些大挑战或促进哪些新兴科研领域的成长?

如何加强NSF与其他联邦部门的跨部门合作以及与私人部门的合作,以促进会聚科研?(Science, 2015年5月13日)


会聚科研范式对我国国家重点研发计划如“精准医学研究”、国家科学基金的管理和执行,具有重要的参考借鉴价值。

文章为作者独立观点,不代表主办机构立场。

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