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【Measuring Biological Aptitude】DARPA着手解码驱动机能和恢复力峰值的生物电路

掰棒子的防务菌 从心推送的防务菌 2022-04-11
10月前,也就是今年的1月22日,美国国防部高级研究计划局(DARPA)通过其官网首次发布了“生物能力测量”(Measuring Biological Aptitude,MBA)项目,其重点是军队成员如何利用自身生物系统的潜能,在一系列军事专业领域取得最佳成果,同时可以详细了解如何实时测量这些系统怎样帮助军队成员发挥最大潜能。如果MBA项目获得成功,则该技术将为美国国防部如何通过改进培训、提高任务效率、加快任务执行速度的恢复以及缓解高度专业化合格候选人的短缺情况,提高和维持战备状态提供见解。

MBA技术可以改善训练、团队组建、任务效绩和任务后恢复
“ DARPA创建MBA项目,以帮助军队成员了解并实现其与机能和恢复力相关的与生俱来的生物潜能” ,MBA项目经理埃里克·范·吉森(Eric Van Gieson)介绍:“我们计划提供知识和工具,以改善训练方案的结果,支持组建更强大的任务团队,并确保在任务恢复后一直以最大的成功机会开展行动。为此,我们将为军队成员提供一种能力,使他们能够测量和理解驱动身心功能的分子系统,然后帮助他们在整个职业生涯中利用这些信息进行改进。

DARPA正在研究如何通过技术和对人体的更好理解来消除招募过程中的偏见
MBA项目的关键是将高度成功的专业行动人员的外部可观察的生理、行为和认知特征及其表型与其生物学的可测量元素相关联,以理解并最终预测他们在不同情况下随时间的变化会如何表现。然后,这些信息可用于在个人层面上改进培训和发展。DARPA选择了三个团队来实现这一愿景:通用电气研究院(GE Research,GE)、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)和人机认知研究所(Institute for Human Machine Cognition,IHMC)。

生物标志物是衡量潜在的生物过程,可以影响士兵的个人表现,无论是认知或身体

由于个体的遗传密码或基因型不能直接转化为表型,DARPA要求MBA项目研究人员做的远不止是解码基因组。由GE首席研究员阿扎尔·阿利扎德(Azar Alizadeh)博士和IHMC首席研究员蒂姆·布罗德里克(Tim Broderick)博士领导的MBA项目研究团队,正从观察到的高机能部队军事训练测量数据中进行反演,以表征一系列专业领域的相关表型。在确定表型后,他们将致力于阐明目前人类生物学中被称为基因表达回路的黑匣子,这是基因型转化为表型的分子机制;表达回路由表观遗传学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学组成,以及其他对机能和恢复力有重大影响的系统。研究小组还将尝试为每个电路识别一个或多个可测量的生物标记物,确定这些生物标记物变化的速率,并构建新的传感器来实时测量变化。

作为生物能力测量项目的一部分,研究人员将分析从高机能部队收集的样本和其他数据
对此,埃里克·范·吉森(Eric Van Gieson)表示:“一个人可能拥有的基因似乎可以预测某个角色的成功,但并未表现出预期的特征或行为。MBA项目研究旨在发现影响表型表达的其他生物学机制,并构建测量这些变化的工具,从而使在各种情况下更准确地影响机能和恢复力成为可能。” 

DARPA希望通过MBA课程提供一套不断更新的信息,使个人能够在职业生涯中跟踪自己的进步
MBA项目的许多前期工作需要对数据进行收集和匿名化,尔后用于表型分析。GE和IHMC将在训练活动和常规场景的混合过程中,从现役军人队列中收集物理、生物和认知性能数据。数据包括音频和视频记录;生物样本;测量体力活动、睡眠、心率和生理负荷的可穿戴健康和健身传感器的读数;测量与流体智力、执行功能、记忆、学习相关因素的标准化认知和行为评估结果,注意力和处理速度有关的因素。GE和IHMC还将通过嵌入式遗传咨询师、运动治疗师或类似专家提供医学指导,作为任何人类研究的一部分,帮助个人理解结果。

阐明驱动给定表型的基因表达回路需要一类能够处理数十亿个变量的新型分析技术。最终,分析必须揭示何时以及如何进行生物标记的关键测量,以指导团队开发适合长期使用的传感器。GE最初正在开发一种贯穿全身的微针系统。IHMC正在开发牙套。随着项目的进展,两个团队将基于对重要生物标志物的精确理解,重新评估其传感方法。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室将对其他小组的结果、硬件和过程进行独立的确认和验证(independent validation and verification,IV&V),以确认它们在操作上是否相关。IV&V的工作包括测试MBA传感器的功能寿命并评估其用户界面,以了解潜在的故障模式和错误解释结果的机会。

MBA项目工作安排

“ DARPA MBA的目标之一是采用我们开发的技术,并在项目结束后立即将其置于军事行动人员和骨干手中。” 埃里克·范·吉森表示:“我们的系统必须从第一天起就开始运行并经过验证,以便即使是新手操作员也可以适当地使用它们并信任他们提供的数据。

在MBA项目的最后阶段,GE和IHMC将与军队人员一起试用他们的系统。DARPA要求系统要优于军事骨干进行的传统选拔程序。

MBA项目得益于在工作的道德、法律、社会和法规方面与独立顾问进行的磋商,特别强调隐私、据保护和具有访问权限的任何人对数据的负责任使用。

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