五角大楼的研发部门DARPA（互联网和GPS背后的创造力量）三年前对其自身进行了调整，设立了一个专门的办公室，致力于破解生物学的工程秘密。新的生物技术办公室（BTO）的任务是“利用生物系统的力量”并设计新的国防技术。在过去的一年里，该办公室的预算约为2.96亿美元，一直在探索包括记忆力改善、人机共生以及加速疾病检测和反应等挑战。
DARPA，即国防高级研究计划局，希望获得一些巨大的回报。其BTO主任、神经假肢研究员贾斯汀·桑切斯最近接受了《大众科学》的采访，谈到了他对2017年该办公室的期望，包括利用神经植入物来帮助健康人进行日常生活以及其他他所说的将“改变医学游戏规则”的进展。
[以下是经过编辑的采访文字记录。]
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在您的办公室于2014年4月成立之前，DARPA已经开展了一些生物项目，包括对抗抗生素耐药性和精神健康干预的研究。您办公室的成立发生了什么变化？
多年来，我们一直在生物学和工程学的交叉领域进行生物工作，但这些工作分散在各个办公室。随着我们办公室的成立，我们认识到生物技术不仅将在塑造我们国家的发展方向方面发挥至关重要的作用，而且对我们国家构成的威胁也将发挥重要作用，我们需要一项有重点的综合性努力向前推进。
我对BTO希望开发可编程微生物以按需生产所需药物特别感兴趣，这旨在规避对储备正确药物或担心复杂的运输物流的担忧。这听起来很棒。这项工作现在进展到什么程度了？
这是一个名为“活体铸造厂”的项目，就像一个我们可以制造活物的铸造厂。传统上，我们使用化学方法来制造新化合物或新药物。但最近我们意识到，像酵母和细菌这样的微生物也可以产生化合物，我们可以通过首先了解它们使用的化学途径来编程它们以制造这些化合物。以酵母为例。酵母利用糖进行各种途径来产生酒精。但是，如果您重新编程这些途径，则可能会让酵母构建各种不同的化合物，这些化合物最初不是它们被设计用来制造的，并且我们仍然使用相同的原料，如糖。
我们的团队设计了重新编程酵母所需的遗传密码。这是关于如何彻底改变我们构建化合物的方式的一种非常不同的想法。该项目旨在在该项目期间（还剩三年）生产1000种新分子，并且团队正在顺利进行。我相信他们已经使用酵母中的这些新途径生产了近100种新化合物。这关乎思考生物学并将其与工程工具相结合，然后利用这两个组成部分来设计某些东西。
那么，您正处于按规格构建化合物的早期阶段吗？
是的。他们正在生产毫克级的这些新化合物，但最终，在该项目的整个过程中，他们将扩大到千克级。
如果我们能为构建这些化合物设计完全不同的铸造厂，我们认为它可能会彻底改变我们对药物开发的思考方式，以及非医疗方法，因为这是一种平台技术。根据您感兴趣的化合物，无论是用于医疗用途还是用于制造新材料（如比元素更坚固的材料），都存在很多可能性。
新当选的总统和共和党占主导地位的国会将会如何影响您的工作？
我们通常不会介入这些事情。我一直想强调的是，无论政治气候如何，我们在DARPA的使命仍然相同。我们的使命是为国家安全提供突破性技术。我们的工作和职责是充分思考世界上其他人正在思考的科学技术。我认为这项使命超越了广阔的政治格局。我们有一个非常明确的任务，我们正在努力确保我们国家的安全……，因此，无论发生什么情况，我们都会坚持这一使命，不仅在这个选举周期，而且在未来的选举周期也是如此。
您对BTO在2017年最兴奋的项目是什么？
这就像您的孩子一样，您不能只有一个最喜欢的。我有多个最喜欢的。让我分享一些在2017年将非常重要的项目。第一个是我们称之为“超越传染病”的领域。我们目前的方法是，每当一种新的病原体袭击我们的海岸时，每个人都会手忙脚乱。我们希望在我们海岸的任何病原体之前采取行动，并尽可能雄心勃勃地将大流行病排除在外。我们在DNA和RNA免疫方法方面开创了新工作。具体而言，我们正在考虑核酸免疫方法。其想法是，您可以告诉产生抗体的细胞，产生对病原体有效的抗体的正确代码是什么。因此，您会得到一针注射，但这针注射会包含一个代码，告诉您的细胞如何对该病原体做出反应，这将导致对该病原体的近乎即时的免疫力以及真正对抗它的能力。
如果您将其与我们传统上思考传染病的方式进行对比，那么不仅需要几个月甚至几年的时间来识别病原体，而且还需要经过漫长的生产过程才能使用大型生物反应器等生产疫苗，[当前]过程对于最终威胁我们国家的各种威胁来说太慢了。这就是为什么我们采取这种截然不同的方法来开发这项基础技术，以利用基于DNA和RNA的方法来对抗传染病。我希望我们能在2017年对此发布一些重大公告。
什么样的公告？
我们已经在小鼠模型中获得了一些非常好的结果，表明核酸方法效果良好。我们正在开始在人体中进行一些安全工作。这些是早期的研究步骤。我们计划在来年建立针对这个端到端平台的新项目。我们期待在2017年宣布我们在这个领域的工作方式，这表明这不仅仅是一个愿望，这是我们BTO正在追求的目标。如果我们在这里获得成功，我认为它将改变我们对传染病的思考方式。
在过去的几年中，围绕脑控假肢和外骨骼也出现了很多热议。DARPA的BTO如何融入这个领域？
我们在这个领域投入了大量资金。我们最近在沃尔特里德举行了一个小型仪式，我们交付了首批两个市售的“卢克”假肢手臂，这是世界上最先进的假肢。我们在[研究]方面付出了巨大的努力，但看到它被送到退伍军人手中，真是太棒了。虽然这是脑控假肢方面的一个进步，但我们不会就此止步。
我认为在未来，可以通过神经活动控制各种各样的设备，不仅包括辅助类型的设备，还包括身体健全的个人最终可以在日常生活中使用的设备。我们在2017年渴望做的另一件事是思考日常生活中使用的神经技术。
真的吗？您正在考虑在日常应用中为健康、未受伤的人使用哪种应用？
我真的对使用神经技术来改变我们彼此互动的方式、彼此交流的方式，甚至可能做出决策的方式很感兴趣。我正在考虑认知辅助。关于它如何帮助各种各样的人，有很多想法。甚至开始考虑这些概念以及今天使用技术来走上这条道路的大门才刚刚打开。
DARPA的运作通常没有太多关于其项目的公众曝光，至少在工作完成之前是这样。您如何看待这种模式与现实情况相适应？现实情况是，您的办公室所做的许多医疗工作可能会影响或有益于广大的美国公民。
在DARPA，我们喜欢与世界分享[我们的]愿景，我们喜欢在幕后非常努力和勤奋地工作，以确保我们兑现承诺，并在时机成熟时与世界分享。我们在媒体上广泛宣传的领域之一是我们关于大脑计划的工作。那是奥巴马总统为我们国家设定的挑战领域。在过去的几年里，我们不仅致力于证明[在脑计划内]的技术，还与其他联邦机构（如美国国立卫生研究院（NIH）和国家科学基金会（NSF））合作，并在国际上分享我们的成果，以便其他科学家和医疗专业人员可以使用这些信息来最终加速他们正在做的事情。我们公开宣传的另一个领域是我们关于传染病的工作。每次测试DNA或RNA方法的重大里程碑时，我们都会发布公告，如果我们资助的人之一从外部来源获得额外资金，我们也会发布公告。
最近，一项由DARPA资助的研究发表在Neuron杂志上，结论是深部脑刺激未能改善记忆力，实际上反而恶化了记忆力。但是，几年前，先前的一项研究得出了相反的结论：刺激有助于记忆力。那么，这对您办公室在这方面的工作意味着什么？
神经技术是我们办公室的一个非常大的领域。我们在医疗方面取得了长足的进步，表明直接的神经接口[大脑与神经刺激器、计算机或假肢等设备之间的连接]可以恢复运动、感觉和患有神经精神障碍的人的健康。关于刚刚发表的研究，有趣的是，很多人认为您可以定位大脑的重要区域并进行刺激，然后神奇地获得响应！事实并非如此。当您绘制出大脑中发生的情况时，我们发现，如果您不向大脑发送正确的代码，您将不会促进记忆力，甚至会损害记忆力。另一方面，如果您确实发送了正确的代码，那么您可以在陈述性记忆方面获得巨大的进步。该项目也看到了这方面的工作有所进展。因此，当我从看到所有这些并对其进行评估时，我们拥有硬币的两面。我们了解会损害记忆和促进记忆的代码。我认为它会促使对下一代大脑探索进行更深入的调查。
简单来说，您能否澄清一下您所说的“代码”是什么意思？
这段代码涉及几个方面。它是指单个神经元的精确放电。假设你有 100 个神经元，它们在不同的时间和地点放电——当试图回忆“南希”或“树”这两个词时，它会解释所有这些开启和关闭的动作——我们可以理解这些放电模式的含义以及它们与外部世界的关系。所有这些神经放电模式共同产生脑电波或节律，我们也在那个层面上研究大脑。理解大脑的所有这些不同方面非常重要，因为这就是大脑的运作方式。如果没有能力进行这些测量，我们就永远不会有这种理解。这就是为什么像 DARPA 这样的组织能够向前发展并开发神经技术来做到这一点如此重要的原因。我们项目中的一些团队在使用正确的代码时，在人类记忆力方面看到了巨大的进步。
您的办公室还有一个“生物节律性”项目，该项目探索时间在生物功能中的作用，并试图管理时间对人类生理的影响。
由于我们对生物学缺乏了解，我们把很多事情都留给了偶然。我认为我们对生物学的理解正在迅速增长。我们利用工程技术与生物学互动能力将改变我们对身体、大脑和免疫系统的看法，以及我们对食物供应的看法和互动方式。我看到未来非常激动人心的时刻。我认为我们现在真的进入了正轨，我认为我们在 2017 年将看到的那种事物和发展真的会让我们大吃一惊。