#问道顶端•元宇宙院士访谈录
顶端新闻“中国元宇宙100人”系列访谈,本期专访中国科学院深圳理工大学计算机科学与控制工程学院院长、中民协元宇宙工委首任会长潘毅院士,这也是“问道顶端•元宇宙院士访谈录”第一期。
顶端新闻记者 王治国
他是全球生物信息学领域专家,清华大学计算机工程硕士、美国匹兹堡计算机科学博士毕业后,长期从事计算机与生物信息交叉学科的研究。
他具有全球视野,是美国医学与生物工程院院士、英国皇家公共卫生学院院士、乌克兰国家工程院院士,入选全球前2%顶尖科学家榜单。
他首倡把“生命”带入元宇宙,并以此为经纬,提出元宇宙发展三阶段论,这是一个独特视角的元宇宙观。
他眼中的医疗元宇宙是什么样的?如何看待元宇宙未来在医疗领域的应用?如何把“生命”带入元宇宙?这个过程需要多长?人类未来如何与有“生命”的数字人打交道?为什么他说当下对脑科学的研究,就像盲人摸象?AI超级医生有何局限?医疗元宇宙的终极目标是什么?元宇宙有中国道路之说吗?
就这些问题,顶端新闻“中国元宇宙100人”系列访谈,本期专访中国科学院深圳理工大学计算机科学与控制工程学院院长、中民协元宇宙工委首任会长潘毅院士,这也是“问道顶端•元宇宙院士访谈录”第一期。
接下来,顶端新闻将邀请不同领域的院士,从哲学、人文、理论、方法、技术、产业、场景、实践等不拘一格的维度,权威解读院士们对元宇宙在中国及不同产业发展的理解、建言,以此科普、把脉、探路未来,为中国乃至世界元宇宙发展提供镜鉴。
数字细胞、数字心脏与数字孪生平台
顶端新闻记者:在你看来,是叫医疗元宇宙,还是叫健康元宇宙,更恰当一点?
潘毅院士:两种说法都有,角度稍微有点不同,医疗更加注重有病以后看病,然后治疗,健康这个范围更广一点,包括了诊断治疗,还有前期怎么使得你有好的营养、准备、防护等。
顶端新闻记者:目前医疗领域有数字细胞、数字器官之说,它们怎么发挥作用? 3D打印心脏未来能在多大程度得到应用?它与数字心脏有什么关系?
潘毅院士:数字细胞,可以无限复制,做试验和教学用,成本比较低,这是个计算问题。
3D打印的心脏还是物理的,还不是真正元宇宙里面的数字心脏。数字心脏是虚拟的,实际上你摸不到,它是在数字世界构建一个数字孪生的心脏,通过分析心脏的生物学、物理学、化学的作用规律,研究心脏如何输血,它的好处就是,所有的反应它都会感受到,用它替代人体做试验已经足够。今后的药物趋于个性化、定制化,可通过数字心脏来判断病人需要的药量,大力推动智慧医药的发展。
当然,我们必须要做成数字心脏,建立一个模型,才能3D打印。假如我们没有用这个数字心脏去3D打印,那叫人工模拟,使得它像个心脏的样子。
顶端新闻记者:这会是未来医学发展的一个方向吗?
潘毅院士:有的3D打印是方向,譬如人到70岁腿部的很多骨头要坏了,那可以3D打印一个腿来做配置。
但心脏能否用3D打印,我觉得比较难。因为里面涉及到太多的血管等部件连接,能打印这么精准还是很难。3D打印一个模型,就是打印一个外表看起来很精准的东西,那里面怎么做得到呢?我也不太了解这方面情况,我觉得这是一个全新的很不容易的课题。
顶端新闻记者:你曾提到细胞数字孪生平台,这是个什么概念?
潘毅院士:数字孪生技术在元宇宙的场景里面可以表达的淋漓尽致一点。元宇宙是包罗万象的技术,能做的也是包罗万象的。数字孪生是元宇宙的一部分,可以借此做一些单一实验。
在国外,法国系统生物学公司Deeplife创建了一个这样的平台,科学家能够在计算机上快速测试细胞对候选药物研发的反应,利用数字孪生技术实现靶点识别和药物定向。
制药无非就是说要去找到一个小分子,使它与靶标有非常高的耦合度。如果我有了数字化的靶标,那么细胞也好,分子也好,蛋白质也好,都可以用数字化的方式表达,我们就可以用数字化的细胞、分子等来做实验。那个时候我们制药试验就可以接近零成本,就可以省钱省时。
看重哪些医疗元宇宙领域?
顶端新闻记者:医疗元宇宙范畴挺广,咱们团队选择做了儿童自闭症的早期筛查的元宇宙项目,这基于什么考虑?
潘毅院士:我原来就做儿童自闭症方面的研究,一开始用脑成像,也叫核磁共振图像,这个判断依据来源相对单一,后来我们逐渐加上行为学、基因学的理论、方法,甚至发现通过声音、步伐等,就能发现自闭症和非自闭症的区别。
这个跟元宇宙有什么关系呢?有很大的关系,特别在行为学里面。每个人对外部环境的刺激感受不同,反应也会有所不同。自闭症孩子没有最好的朋友,比较孤独,他会有一系列的行为反应。现在我们做的越来越多,通过声调、脸部表情、脸部是否对称、眼球的转动及睡觉时的呼吸、肌肉状态等,我们都可以拿出数据来预测。
回到元宇宙是同样的情况,孩子可以戴个3D眼镜,进入虚拟世界。在这里,他可以更自然、真实地把他的一些反应,传递出来。这个诊断也是有用的。
顶端新闻记者:医疗元宇宙还有哪些应用领域?
潘毅院士:一是元宇宙医疗培训,高度逼真的视觉技术,已经可以为身处VR环境中的实习医生、外科医生和医疗器械专家等,再现一个手术室场景,VR遥控装置已经便于医生在虚拟环境锻炼各类手术的实际操作。
二是元宇宙手术,虚拟人的存在会使给现实病人开刀的过程看得更清楚。
三是数字诊治,虚拟世界提供了一种沉浸式的环境,使得人们特别是精神病人,可以淋漓尽致的表达自己的感受,自然流露自己的表情,这样对诊断和治疗都有好处。另外,对于早期药物低成本研发、临床前的实验设计、临床试验、靶点发现等,AI及相关技术都可以派上用场。
首倡把“生命”带入元宇宙
顶端新闻记者:你是清华大学计算机工程硕士、美国匹兹堡计算机科学博士,长期从事计算机与生物信息领域的交叉研究,是全球生物信息学领域专家。相比单纯某种背景出身的人,你看到的世界是不是不尽一样?
潘毅院士:很多人还不懂怎么实现医疗与元宇宙的结合,即便懂一些,也只是个皮毛。那些只是把元宇宙当成一个工具的人,他们只是想着把所有的IT技术连接起来,但假如这个元宇宙没有“生命”,还是一堆死板的东西,那很难说他看的深入。
顶端新闻记者:所以你提出把“生命”带入元宇宙。
潘毅院士:对。什么意思呢?在虚拟世界,你可以创造数字的物,一台电视、一辆车也好,一个走动的人。甚至可以把邓丽君的数字人,做的与她一模一样,形似可以做到,甚至姿态、转动等都没问题,但有没有邓丽君的神,这是一个问题。
顶端新闻记者:怎么才能做到有“神”?
潘毅院士:有“神”一定要从分子、原子出发到细胞出发,把这个人用数字化刻画出来,达到生命体的境界,这就是我提出来的。很多人有局限性,比如搞超算说元宇宙主要靠超算算力,还有人说搞元宇宙需要用VR,还有人说数字孪生就是元宇宙,这都很片面。
你不要说就用你的直接投影就完了,干嘛要扩展呢?未来扩展就是要把所有的技术包容进去。我们现在的技术还不叫技术,就是一个愿景。我们需要6G,速度要快。我们需要把所有的设备连接起来,延迟尽可能短。我们可以与各方紧密合作,才能各个方面做的更好。
元宇宙发展三阶段论
顶端新闻记者:你有元宇宙发展三阶段论,目前算第几阶段?
潘毅院士:我是从数字人的角度来看这三个阶段的。第一阶段是虚拟数字人阶段,这时数字人能回答编设好的既定问题,第二阶段是数字人阶段,它已经具备一定逻辑思维能力,第三阶段是逻辑数字人阶段,数字人身上的原子、细胞、组织、神经、器官都可以用数字来表达,万事万物都用数据来表达。
我觉得当下勉强可以说到了第二阶段。最近AI领域很风靡的ChatGPT,这样一个小小软件,基本上你问的话,它都可以勉强作答。不过,这个AI系统用在任何人身上都可以,邓丽君也好,潘毅也好,你也好,用的都是一个系统,它没有个性化,也没有个体的神。它只能说是一个比较简单的包罗万象的数据库和AI系统。
到第三阶段,数字人更像一个“生命体”,或者说数字人有了“生命”。你说一个笑话,它可能就会会心的微笑。敲它一下,它能感到疼。这时,它的神经已经可以通过数字化方式表达出来。
顶端新闻记者:要达到有“神”的阶段,需要多长时间?这个时长是从哪些维度研判出来的?
潘毅院士:IT技术发展是很快的。现在看到的细胞数字化了,心脏数字化了。不久的将来,我希望有小小的老鼠可以数字化。如果小小的老鼠5-10年可以数字化,我们做实验、做药物的筛选,就不需要生物实验了,在数字老鼠上做就可以。从这个意义上预测,我们假如再过30-50年,也许人就可以数字化了。
但是30-50年还不一定准,因为所谓的模拟、所谓的数字化,还有一个标准的问题。比如我们举个例子,这个邓丽君在虚拟世界里,你做好了,做成功了,也许五年以后就能做好,但是所谓虚实相近的意思,包含眼神相近、眼珠相近、说话相近,它的里面的数字相近,血压的流动相近等。既有生命体症的相近,也有神的相近。
顶端新闻记者:多少才算相近呢?
潘毅:百分之七八十,就好,但也有人说要差不多逼近99%,这就涉及能在多长时间、多大程度上实现,30-50年也有些时间缓冲的意思在里面。
当下对脑科学的研究,就像盲人摸象
顶端新闻记者:要达到您说的逻辑思维能力、神经感知能力,计算机或者生物信息技术要在哪些方面获得突破?您能否简要介绍一下需要达到什么样的技术水平?
潘毅院士:生物技术,这个反而是重要的问题,这也是为什么我要介入生物技术的原因。我们现在的脑科学还太简单,连起来的神经元只有1000个的话,去研究什么规律,还是太少。
我们对脑科学的研究,就像盲人摸象,才摸到了一个脚,摸到了一只鼻子,我们甚至没摸到一个器官,只是摸到了大象一只脚上的一根毛上的毛尖。这么去研究,跟去研究大象差距太大了,所以当务之急,我们还需要继续把人类大脑的反应、脑的功能搞清楚。搞清楚生物技术,算力提升,速度提升,低延时,未来计算机可以做到更多。
顶端新闻记者:就您了解,国内有往这个方向努力的吗?
潘毅院士:努力肯定有的,科学家肯定每个小时都在做,但这个东西实际上太难了,绝大多数公司肯定不会去做的,为什么?刚开始赚不到钱。说实在的,假如按我的想法,这个投资周期太长。一所大学,一个几十号人的团队,不太可能做这么大规模的研究,所以还需要更多成熟的大公司承担这些挑战,主动牵头去做这方面的事情。
谷歌去做一个ALphaGo围棋,做出来干嘛呢?看似没用,但它突破了围棋ALphaGo以后,其它很多方向也就突破了。我也希望比如华为,做一个东西来表达和布局自我对未来的判断,不只是为了赚钱。
未来怎么跟有“神”的数字人打交道?
顶端新闻记者:虚拟世界目前以外形为主,缺少内核,缺少神,但虚拟人有了“神”,既让人憧憬,又感觉有点小恐怖。
潘毅院士:这是一个发展过程。这个神实际上是说要体现一个人主要的文化背景、思想体系。譬如你是山东人,饮食也好,文化的遵循也好,与江苏人总有不同。
如果你我的虚拟人做出来以后,语音、语调都一样,就没意思了。3D打印出来两个人,说话、动作都很逼真,这没问题,口音要特别标注出来,这是差异,但仅仅口音不同是不够的,我们对于一个事物的理解和反应,南北都有差距。我们与中东人、美国人就更有差距,这些怎么体现出来?那当然要用数据支撑的AI体现出来。
最终这个“神”是指什么?就是说要能体现一个人的逻辑、思维、观念,他的文化背景,他的推理能力。有的人就没推理能力,那么怎么把每个不同的人的这种情况融进去,这是一个内在的东西。
顶端新闻记者:你还提到神经感知能力。
潘毅院士:对,神经感知能力就是说你所有的神经怎么搭在一起。不同神经元的连接,造就千变万化的人。现实社会,有人厚脸皮,有人薄脸皮。薄脸皮,你说什么都脸红;厚脸皮,他甚至偷了东西,还嘴硬,还神气。在虚拟世界怎么把这种区别训练出来,就是通往有“神”之路。
顶端新闻记者:未来这些有形有神的数字人,人类怎么跟它们相处?
潘毅院士:这也是我经常思考的问题,其实也是个很难回答的问题。电视关机了,邓丽君就没了。把一个人造在元宇宙世界里,那它就是永存的。不同在于,现实世界的人每天细胞在分裂,在死亡,在慢慢老化。元宇宙世界的它,是否也要这么去数字化,使得它一起老化、衰老,这是个问题。
假如一个人不让数字人老化,当他80岁时,他还有一个60岁的数字人,他可以给数字人很多建议,这是好的一面,但坏的一面是,假设年轻时娶了一个25岁的漂亮老婆,素质能力都很高,他不让老婆的数字人同步长大,希望这个数字人永远都是25岁,他到60岁以后会怎样?他慢慢变老,跟他老婆一模一样的数字人却永葆青春。现在已经有新闻爆出虚拟性侵,跟数字人有性生活,这算不算违法违规?会不会产生问题?这都值得考虑。
这种场景在虚拟世界会很寻常,但这个虚拟世界怎么运作,也是今后人类,甚至下一代人要考虑的问题。这里面涉及很多规则、伦理的设计,还需要法律和规范社会发展的伦理道德来管束这个问题。
AI超级医生的局限
顶端新闻记者:刚才你提到,脑成像需要创造一种场景,让精神病患者置身在这个场景中很放松,以便于把一些潜在的影响病情的因素流露出来,怎样设计才能做到这一点?
潘毅院士:你问的很好。我们在诊断自闭症患者时,要有一个问卷,比如说30个问题,跟病症有关联的,包括心脏疾病长期怎么设计这个问卷,这叫软科学。这就需要相关学科的医生来建议怎么做,为什么问这30个问题,不问别的问题?
ADD就是我们那个attention disorder disease。Attention就是注意力不能集中。中文叫多动症,这个问题在元宇宙里怎么设计?你就可以设计一个比较intensive的游戏。这个游戏可以使他们集中注意力,玩一两个小时不放手,就有可能缓解多动症,以后到了教室,就可能集中注意力一两个小时没问题。
这是一个guide line,就是一个基本想法。那究竟怎么去设计游戏,里面是坐摩托车还是过山车,是跳水还是跳海,这个就要医生慢慢摸索。可能我们一步就做出了规则,但沉浸式的场景如何实现,这里面涉及医生的仪器、试验、设计的过程,就像设计问卷。
当然也可以让懂元宇宙的人参与进来,但首先的是,要告诉他们我们要做什么,能做什么,不能做什么,毕竟问卷设计,只有专业的人才能做。
顶端新闻记者:现在也有AI超级医生的说法,可以把很多老医生的经验都附加到一个数字医生身上,你怎么看AI超级医生?
潘毅院士:还是刚才说的问题,这个虚拟医生,没有神,来自于AR,实际上只是一个脸。这个面孔说话给你感觉好像是个真的,其实还是假的,对吧?你问他我口干舌燥大概得了什么病,它也回答得了,估计能处理一些比较现成的、输入答案的问题,现在也就做到这一步,还是一个简陋的元宇宙。
如果要做一些个性化、差异化处理,需要灵活机动反应的,还不行。某个人是否适合开刀,每个医生的诊断不一样,治疗的开放和保守程度不一样,就涉及个性化的医生推荐问题,现在还做不到。按我说的,这里面要有“神”存在,要做到把精神什么的灌输进去。
顶端新闻记者:你怎么看可穿戴设备,包括脑机接口,未来在医疗领域的应用?
潘毅院士:脑机接口、穿戴式设备,在医疗领域实际上就是IOT,就叫物联网。这些设备的关键就是收集数据。这是元宇宙的一部分,这些技术发展了,元宇宙才能综合发展,但也并非说穿戴设备好了,元宇宙就做成了,这只是元宇宙的衣服而已。如果真有一种设备为大家乐意接受,很普及,随时随地就可以持续对一个人进行测试,当然对病情的诊断有利。
顶端新闻记者:前些年有一个说法:跨界打劫。未来会不会有一些穿戴设备、脑机接口公司,直接跨界到医疗领域,占山为王?
潘毅院士:我们搞元宇宙,基本上还只是个手段,就像刚才说的问卷和沉浸式的场景内容,由谁设计?还是要有医院医生,对吧?医生决定设计100个问题,明年有新的研究文章出来,又要加20个,这个要由谁设计?这个过程有可能成就一个新行业、新公司,但是还是要跟传统行业合作才行,否则还是不能。
医疗元宇宙的终极目标
顶端新闻记者:有人说医疗元宇宙会改变当前医院的连接模式,彻底改变目前的就医逻辑和医患关系,你怎么看?
潘毅院士:这个倒是有可能,你现在在一个县城医院,你可能会觉得不放心,要到省城甚至北京医院,以后在元宇宙里面问诊,你也不用怀疑这个医生的水平,因为元宇宙的医生可以拷贝成千上万的名医的水平,但他可能说错,那也没办法,但你知道这个医生水平还是最高的之一,或许就不会生气。很多变化需要过程。
顶端新闻记者:未来,从就诊、确诊、治疗到康复,可以在元宇宙里实现吗?有什么可畅想的?
潘毅院士:局部可以用元宇宙实现,但我相信还是要有在医院病床上的照顾。康复的问题,也许太遥远一点,我还没有往这个方向多想。
顶端新闻记者:医疗元宇宙的终极目标是什么?你怎么描述其未来的理想场景?
潘毅院士:我们也只能看一步走一步,我认为的终极目标是说,我们能把虚实世界连接的非常好,病人也好,医生也好,可以很自如地在现实与虚拟世界中来回穿梭,可以让医生感受患者内心的物理性质,比如你在物理世界可能跳不了多高,但在虚拟世界,嘭一下跳到山上都有可能,这种感受有了以后,很多基础的反应,就可以体验出来,诊断出来。
再比如,现在锻炼,多大程度上对心脏有好处;我们跑步,怎么算激烈运动?我面向虚拟宇宙,也要跑步,但我人真正没动那么多,这是否可以锻炼我的心脏?在虚拟世界,我跳山上,再跳下来,是不是会加重心脏负担?这个东西还有待研究。
怎么在虚拟世界体验人生,达到诊断、锻炼和康复都更加有效,这是一个方向。如果要描述医疗元宇宙终极方向的一个理想状态,我的想法就是自如,来回自如。
元宇宙有中国道路之说吗?
顶端新闻记者:你具有国际背景,既是美国医学与生物工程院院士、乌克兰国家工程院院士、英国皇家公共卫生学院院士,也是中国科学院深圳理工大学计算机科学与控制工程学院院长、中民协元宇宙工委首任会长。目前医疗元宇宙在国内外处于什么发展态势,你有什么观察?
潘毅院士:元宇宙当下处于初步阶段,医疗也刚刚介入,主要在精神疾病的诊断、数字医疗、沉浸式的感觉方面有所涉及。其它方面言之过早,数字心脏还处在实验阶段,也很早期。国内外竞争也不太明显。
像上海呼吸物联网医学技术研究工程中心主任、复旦大学附属中山医院白春学教授,在医疗元宇宙方面走的比较靠前,他以BRM一体机辅助肺癌早诊为代表,早于2018年已经启动全球多中心AR辅助物联网医学临床研究,今年也出版了专著《未来已来——我们需要的元宇宙医学》。他希望通过全息构建技术-全面感知、全息仿真技术-智能处理等技术,实现直面名家零距离的元宇宙医学惠众愿景。
特别值得一提的,他牵头了元宇宙医学协会暨联盟创立,并邀请亚洲、美国、欧洲的医生和IT专家组成多学科专家组,明确了元宇宙医学的定义,即元宇宙医学是通过AR技术实施的物联网医学。大家达成共识,创立“元宇宙医学”的条件已成熟,可以将之用于教学、科普、会诊、分级诊疗和临床研究。
顶端新闻记者:国内外的优劣势,这些东西能看出一些端倪吗?
潘毅院士:中国的优势很明显,我们人多,数据多,这是一方面。另外,人工智能技术靠数据、算力和算法三驾马车,缺一不可。我们5G网络不错,速度高,低延时,我们AI整体也不错。
不过,元宇宙是集成技术,涉及技术方向多,像芯片等基础性的东西,我们做得不好,容易被釜底抽薪。中国的生物学水平,也还好,现在跟世界也比较接轨,但是我们还是要跟世界各地多交流才能学到别人的好东西,别人也学到我们的好东西。
顶端新闻记者:元宇宙有中国特色的发展道路之说吗?
潘毅院士:元宇宙提供了工具,设想能做什么,不能做什么,具体的内容肯定要有,要有设计。假如设计一个公园元宇宙,如果是中国公园,里面可能是中国的特色园林;如果是美国公园,可能是美国风貌的公园。技术可能是一样的,但国家历史、文化等背景不同,内容也会有所区别,所以发展道路一定会各有特色。