五角大樓的研發部門DARPA（網際網路和GPS背後的創造力量）三年前對其自身進行了調整，設立了一個專門的辦公室，致力於破解生物學的工程秘密。新的生物技術辦公室（BTO）的任務是“利用生物系統的力量”並設計新的國防技術。在過去的一年裡，該辦公室的預算約為2.96億美元，一直在探索包括記憶力改善、人機共生以及加速疾病檢測和反應等挑戰。
DARPA，即國防高階研究計劃局，希望獲得一些巨大的回報。其BTO主任、神經假肢研究員賈斯汀·桑切斯最近接受了《大眾科學》的採訪，談到了他對2017年該辦公室的期望，包括利用神經植入物來幫助健康人進行日常生活以及其他他所說的將“改變醫學遊戲規則”的進展。
[以下是經過編輯的採訪文字記錄。]
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在您的辦公室於2014年4月成立之前，DARPA已經開展了一些生物專案，包括對抗抗生素耐藥性和精神健康干預的研究。您辦公室的成立發生了什麼變化？
多年來，我們一直在生物學和工程學的交叉領域進行生物工作，但這些工作分散在各個辦公室。隨著我們辦公室的成立，我們認識到生物技術不僅將在塑造我們國家的發展方向方面發揮至關重要的作用，而且對我們國家構成的威脅也將發揮重要作用，我們需要一項有重點的綜合性努力向前推進。
我對BTO希望開發可程式設計微生物以按需生產所需藥物特別感興趣，這旨在規避對儲備正確藥物或擔心複雜的運輸物流的擔憂。這聽起來很棒。這項工作現在進展到什麼程度了？
這是一個名為“活體鑄造廠”的專案，就像一個我們可以製造活物的鑄造廠。傳統上，我們使用化學方法來製造新化合物或新藥物。但最近我們意識到，像酵母和細菌這樣的微生物也可以產生化合物，我們可以透過首先了解它們使用的化學途徑來程式設計它們以製造這些化合物。以酵母為例。酵母利用糖進行各種途徑來產生酒精。但是，如果您重新程式設計這些途徑，則可能會讓酵母構建各種不同的化合物，這些化合物最初不是它們被設計用來製造的，並且我們仍然使用相同的原料，如糖。
我們的團隊設計了重新程式設計酵母所需的遺傳密碼。這是關於如何徹底改變我們構建化合物的方式的一種非常不同的想法。該專案旨在在該專案期間（還剩三年）生產1000種新分子，並且團隊正在順利進行。我相信他們已經使用酵母中的這些新途徑生產了近100種新化合物。這關乎思考生物學並將其與工程工具相結合，然後利用這兩個組成部分來設計某些東西。
那麼，您正處於按規格構建化合物的早期階段嗎？
是的。他們正在生產毫克級的這些新化合物，但最終，在該專案的整個過程中，他們將擴大到千克級。
如果我們能為構建這些化合物設計完全不同的鑄造廠，我們認為它可能會徹底改變我們對藥物開發的思考方式，以及非醫療方法，因為這是一種平臺技術。根據您感興趣的化合物，無論是用於醫療用途還是用於製造新材料（如比元素更堅固的材料），都存在很多可能性。
新當選的總統和共和黨占主導地位的國會將會如何影響您的工作？
我們通常不會介入這些事情。我一直想強調的是，無論政治氣候如何，我們在DARPA的使命仍然相同。我們的使命是為國家安全提供突破性技術。我們的工作和職責是充分思考世界上其他人正在思考的科學技術。我認為這項使命超越了廣闊的政治格局。我們有一個非常明確的任務，我們正在努力確保我們國家的安全……，因此，無論發生什麼情況，我們都會堅持這一使命，不僅在這個選舉週期，而且在未來的選舉週期也是如此。
您對BTO在2017年最興奮的專案是什麼？
這就像您的孩子一樣，您不能只有一個最喜歡的。我有多個最喜歡的。讓我分享一些在2017年將非常重要的專案。第一個是我們稱之為“超越傳染病”的領域。我們目前的方法是，每當一種新的病原體襲擊我們的海岸時，每個人都會手忙腳亂。我們希望在我們海岸的任何病原體之前採取行動，並儘可能雄心勃勃地將大流行病排除在外。我們在DNA和RNA免疫方法方面開創了新工作。具體而言，我們正在考慮核酸免疫方法。其想法是，您可以告訴產生抗體的細胞，產生對病原體有效的抗體的正確程式碼是什麼。因此，您會得到一針注射，但這針注射會包含一個程式碼，告訴您的細胞如何對該病原體做出反應，這將導致對該病原體的近乎即時的免疫力以及真正對抗它的能力。
如果您將其與我們傳統上思考傳染病的方式進行對比，那麼不僅需要幾個月甚至幾年的時間來識別病原體，而且還需要經過漫長的生產過程才能使用大型生物反應器等生產疫苗，[當前]過程對於最終威脅我們國家的各種威脅來說太慢了。這就是為什麼我們採取這種截然不同的方法來開發這項基礎技術，以利用基於DNA和RNA的方法來對抗傳染病。我希望我們能在2017年對此釋出一些重大公告。
什麼樣的公告？
我們已經在小鼠模型中獲得了一些非常好的結果，表明核酸方法效果良好。我們正在開始在人體中進行一些安全工作。這些是早期的研究步驟。我們計劃在來年建立針對這個端到端平臺的新專案。我們期待在2017年宣佈我們在這個領域的工作方式，這表明這不僅僅是一個願望，這是我們BTO正在追求的目標。如果我們在這裡獲得成功，我認為它將改變我們對傳染病的思考方式。
在過去的幾年中，圍繞腦控假肢和外骨骼也出現了很多熱議。DARPA的BTO如何融入這個領域？
我們在這個領域投入了大量資金。我們最近在沃爾特里德舉行了一個小型儀式，我們交付了首批兩個市售的“盧克”假肢手臂，這是世界上最先進的假肢。我們在[研究]方面付出了巨大的努力，但看到它被送到退伍軍人手中，真是太棒了。雖然這是腦控假肢方面的一個進步，但我們不會就此止步。
我認為在未來，可以透過神經活動控制各種各樣的裝置，不僅包括輔助型別的裝置，還包括身體健全的個人最終可以在日常生活中使用的裝置。我們在2017年渴望做的另一件事是思考日常生活中使用的神經技術。
真的嗎？您正在考慮在日常應用中為健康、未受傷的人使用哪種應用？
我真的對使用神經技術來改變我們彼此互動的方式、彼此交流的方式，甚至可能做出決策的方式很感興趣。我正在考慮認知輔助。關於它如何幫助各種各樣的人，有很多想法。甚至開始考慮這些概念以及今天使用技術來走上這條道路的大門才剛剛開啟。
DARPA的運作通常沒有太多關於其專案的公眾曝光，至少在工作完成之前是這樣。您如何看待這種模式與現實情況相適應？現實情況是，您的辦公室所做的許多醫療工作可能會影響或有益於廣大的美國公民。
在DARPA，我們喜歡與世界分享[我們的]願景，我們喜歡在幕後非常努力和勤奮地工作，以確保我們兌現承諾，並在時機成熟時與世界分享。我們在媒體上廣泛宣傳的領域之一是我們關於大腦計劃的工作。那是奧巴馬總統為我們國家設定的挑戰領域。在過去的幾年裡，我們不僅致力於證明[在腦計劃內]的技術，還與其他聯邦機構（如美國國立衛生研究院（NIH）和國家科學基金會（NSF））合作，並在國際上分享我們的成果，以便其他科學家和醫療專業人員可以使用這些資訊來最終加速他們正在做的事情。我們公開宣傳的另一個領域是我們關於傳染病的工作。每次測試DNA或RNA方法的重大里程碑時，我們都會發布公告，如果我們資助的人之一從外部來源獲得額外資金，我們也會發布公告。
最近，一項由DARPA資助的研究發表在Neuron雜誌上，結論是深部腦刺激未能改善記憶力，實際上反而惡化了記憶力。但是，幾年前，先前的一項研究得出了相反的結論：刺激有助於記憶力。那麼，這對您辦公室在這方面的工作意味著什麼？
神經技術是我們辦公室的一個非常大的領域。我們在醫療方面取得了長足的進步，表明直接的神經介面[大腦與神經刺激器、計算機或假肢等裝置之間的連線]可以恢復運動、感覺和患有神經精神障礙的人的健康。關於剛剛發表的研究，有趣的是，很多人認為您可以定位大腦的重要區域並進行刺激，然後神奇地獲得響應！事實並非如此。當您繪製出大腦中發生的情況時，我們發現，如果您不向大腦傳送正確的程式碼，您將不會促進記憶力，甚至會損害記憶力。另一方面，如果您確實傳送了正確的程式碼，那麼您可以在陳述性記憶方面獲得巨大的進步。該專案也看到了這方面的工作有所進展。因此，當我從看到所有這些並對其進行評估時，我們擁有硬幣的兩面。我們瞭解會損害記憶和促進記憶的程式碼。我認為它會促使對下一代大腦探索進行更深入的調查。
簡單來說，您能否澄清一下您所說的“程式碼”是什麼意思？
這段程式碼涉及幾個方面。它是指單個神經元的精確放電。假設你有 100 個神經元，它們在不同的時間和地點放電——當試圖回憶“南希”或“樹”這兩個詞時，它會解釋所有這些開啟和關閉的動作——我們可以理解這些放電模式的含義以及它們與外部世界的關係。所有這些神經放電模式共同產生腦電波或節律，我們也在那個層面上研究大腦。理解大腦的所有這些不同方面非常重要，因為這就是大腦的運作方式。如果沒有能力進行這些測量，我們就永遠不會有這種理解。這就是為什麼像 DARPA 這樣的組織能夠向前發展並開發神經技術來做到這一點如此重要的原因。我們專案中的一些團隊在使用正確的程式碼時，在人類記憶力方面看到了巨大的進步。
您的辦公室還有一個“生物節律性”專案，該專案探索時間在生物功能中的作用，並試圖管理時間對人類生理的影響。
由於我們對生物學缺乏瞭解，我們把很多事情都留給了偶然。我認為我們對生物學的理解正在迅速增長。我們利用工程技術與生物學互動能力將改變我們對身體、大腦和免疫系統的看法，以及我們對食物供應的看法和互動方式。我看到未來非常激動人心的時刻。我認為我們現在真的進入了正軌，我認為我們在 2017 年將看到的那種事物和發展真的會讓我們大吃一驚。