作者 / 钱亚光
编辑 / 黄大路
设计 / 柴文静
来源 / columbiadoctors.org, theoutpost.ai, interestingengineering.com
一对美国夫妇历经18年尝试，最终依靠AI力量，即将迎来第一个孩子。
这对夫妇曾多次接受体外受精（IVF）治疗，前往世界各地的生育中心。体外受精的过程包括从女性体内取出卵子，并在实验室中将其与精子结合，形成胚胎，然后将胚胎植入子宫。
但是，他们的体外受精尝试以失败告终，原因是男方患有无精子症，这是一种罕见病症，指男性伴侣的精液中没有可测量的精子。
通常情况下，精液样本中包含数亿个精子，但患有无精子症的男性精子数量极低，即便在显微镜下经过数小时的仔细检查也找不到任何精子细胞。
展开剩余91%因此，这对希望匿名以保护隐私的夫妇前往哥伦比亚大学生育中心尝试了一种新的方法。
这种方法被称为“STAR（Sperm Tracking and Recovery，精子追踪和恢复）”，它利用AI来帮助识别和提取那些原本认为自己没有精子的男性的隐藏精子。
泽夫·威廉姆斯博士，他身着白色实验服▲
哥伦比亚大学生育中心（Columbia University Fertility Center）主任泽夫·威廉姆斯博士（Dr. Zev Williams）及其团队花费了五年时间开发了“STAR”方法，旨在帮助检测和恢复患有无精子症患者的精液样本中的精子。
“经历了这么多的失望后，我们把希望降到了最低限度。”化名为罗西（Rosie）的妻子在一封电子邮件声明中说道。
对于她的丈夫来说，整个过程出奇地简单，他只需提供一份精子样本即可。当精液样本放置在专门设计的芯片上并置于显微镜下时，STAR系统通过高速摄像机和强大的成像技术与显微镜相连，对样本进行扫描，在一小时内拍摄超过800万张图像，以识别出精子细胞。
借助AI技术胚胎学家能够获取那些他们自己眼睛可能永远无法发现或识别的细胞。在此案例中，他们成功检测到了3颗有活力的精子细胞。
一旦定位完成，研究团队便使用一个微型流体芯片来分离精子细胞。该芯片会轻柔地将含有精子细胞的样本部分引导至指定区域，从而降低对这些脆弱细胞造成损害的风险。随后，一台经过特殊编程的机器人会在毫秒内精确地移除每一个精子细胞，避免了诸如离心等传统方法可能对细胞活性造成的损害。
这些精子被提取出后，通过体外受精技术与罗西的卵子结合。2025年3月，罗西成为首位通过“STAR”方法成功怀孕的人。
实验室工作人员正拿着一个装有精液样本的试管▲
她说：“我花了两天时间才相信自己真的怀孕了。每天早上醒来，我都不敢确定这是否属实。直到看到检查结果，我才相信自己真的怀孕了。”
“当时确实没有其他选择。”38岁的罗西在接受《时代（Times）》周刊杂志采访时说道，“我比最佳生育年龄大了一些，虽然我还没那么老，但从生育能力的角度来看——从卵子的质量来看——我已经快走到尽头了。”
如今罗西已经怀孕五个月了，孩子预计在2025年12月出生。她表示，这种感觉仍让她感到十分不可思议，“每天早上醒来时，我都不敢相信这一切是否属实”。
AI在美国内分泌失调治疗领域取得了进步：越来越多的医疗机构开始利用AI来评估卵子质量或在患者进行体外受精治疗时筛查出健康的胚胎。虽然还需要更多的研究和测试，但AI或许现在已经在男性不育症方面取得了进展，尤其是在这方面。
威廉姆斯团队对该方法的成果印象深刻。“一位患者提供了样本，经验丰富的技术人员花了两天时间仔细观察该样本，试图寻找精子。但他们没有找到任何精子。我们将其提交给了基于AI的STAR系统。在一小时内，它就找到了44个精子。于是我们立刻意识到，‘哇，这真是一个革命性的突破。这将极大地改善患者的状况’”领导该研究团队的威廉姆斯说道。
“STAR”方法的灵感来源于天体物理学家用于探索遥远星系的高科技手段。它使生育专家能够定位并分离出罕见的精子细胞。“我们正在利用与在宇宙中寻找生命所使用的一样的技术，在地球上创造新的生命。”威廉姆斯解释道。
“这就像在散布在十个足球场上的上千个干草堆中寻找一根散落的针，AI能在不到一小时内完成搜索，并且操作过程非常轻柔，没有使用任何有害的激光或染色剂，这样精子仍可以用于使卵子受精。”威廉姆斯说道。
“令人惊奇的是，通常一个样本中会有2亿至3亿个精子，而这些患者可能只有2到3个。”他说，“但凭借STAR系统的精确性和我们胚胎学家的专业技能，即使是这少数几个精子也能成功使卵子受精。”
美国生殖医学学会（American Society for Reproductive Medicine）候任会长、西北大学（Northwestern University）泌尿科医生罗伯特·布兰尼根（Robert Brannigan）表示，这项技术对于患有无精子症的患者来说颇具前景。“哪怕只是发现一粒有活力的精子，都可能改变一个人的命运。”布兰尼根说道，他并未参与此次治疗。
布兰尼根说：“在我看来，它更像是一种工具，能极大地提升实验室技术人员的工作效率，尤其是在那些像大海捞针的复杂任务中。”
01
令人震惊且出乎意料的诊断结果
一项研究发现，自1973年至2011年期间，西方男性精子数量下降了52.4%。科学家们仍在努力找出具体原因，但他们认为环境因素以及诸如肥胖、不良饮食和缺乏运动等生活方式因素在起作用。
据估计，在美国所有不育病例中，男性伴侣导致的占比高达40%，而在不育男性中，无精子症患者占比高达10%～15%。
“这往往是一个非常令人痛心、震惊和出乎意料的诊断结果。”威廉斯说道，“大多数患有无精子症的男性感觉完全健康且正常。”他们的性功能并未受到损害，精液也看起来正常。不同之处在于，当你在显微镜下观察时，你不会看到数以亿计的精子在游动，而只会看到细胞碎片和残片，而看不到精子。
哥伦比亚大学生育中心的医生报告了他们所称的首例借助人工智能实现的受孕案例▲
对于无精子症的治疗，传统上包括一种令人不适的手术，即直接从患者的睾丸中提取精子。
“会切除睾丸的一部分，并将其切成小块，然后试图在那里找到精子。”威廉姆斯说，“这是一种侵入性的手术。在进行几次手术之后，可能会导致睾丸出现永久性疤痕和损伤，而且患者会很痛苦。”
其他治疗选项可能包括处方激素药物——但只有当患者体内激素失衡时才会有效。如果没有其他治疗方案成功，夫妻可以使用捐赠的精子来生育孩子。
威廉姆斯说，STAR系统可以是一种新的选择。
“开发这个方法确实是一个团队的努力，这也是激励和推动每个人的动力所在，即现在你可以帮助那些原本无法获得这种机会的夫妻。”他说。虽然目前这种方法仅在哥伦比亚大学生育中心可用，但威廉姆斯和他的同事们仍希望将他们的研究成果发表出来，并与其他生育中心分享。他说，使用“STAR”方法为患者寻找、分离并冷冻精子的总费用不到3000美元。
“不孕症的独特之处在于，它是人类经历中如此古老的一部分。它简直就是圣经里的内容。在整个人类历史中，我们一直不得不应对这个问题。”他说，“想到我们目前最先进的技术正被用于解决这个如此古老的难题，真是令人惊叹。”
02
AI让我们看到眼睛所看不到的东西
医生们并非首次借助AI来帮助患有无精子症的男性。加拿大的一个独立研究团队构建了一个AI模型，能够自动化并加速从患有该病症的男性样本中寻找罕见精子的过程。
梅奥诊所的泌尿科医生塞万恩·赫洛博士（Dr. Sevann Helo），其专长领域为男性不育症和男性性功能障碍，虽未参与此次研究，但她表示：“AI之所以非常适合这项工作，是因为它确实依赖于学习——向它展示精子的图像、形状、应具备的特征等等，然后利用这种学习算法来帮助识别您正在寻找的特定图像。”
“这非常令人兴奋。”她说道，“总的来说，至少在医学界，我认为AI开创了一个全新的领域，将彻底改变我们看待医学中许多问题的方式。”
艾米·埃瓦扎德博士（Dr. Aimee Eyvazzadeh）是一位来自旧金山的生殖内分泌专家，也是播客“卵子倾听者秀（The Egg Whisperer Show）”的主持人，她表示，STAR方法是一种用于识别精子的新方法，但AI在生育医学领域还有许多其他应用。
埃瓦扎德博士也未参与STAR方法的开发，但她在一封电子邮件中写道：“AI正在帮助我们看到我们的眼睛所看不到的东西。”
例如，诸如“斯托克-A（Stork-A）”这样的AI算法已被用于分析早期胚胎，并以“令人惊讶的准确性”预测哪些胚胎可能健康。另一款AI工具“CHLOE”可以在女性可能将其冷冻以备将来使用之前，评估其卵子的质量。
“AI被用于个性化体外受精药物方案，使周期更高效，减少猜测成分。它还在精子选择方面发挥作用，即使在困难样本中也能识别出最健康的精子。而且AI现在甚至能比以往任何时候都更精确地预测体外受精的成功率，利用大量数据集为患者提供个性化的指导。”埃瓦扎德博士说，“共同点是什么呢？更好的决策、更多的信心以及为患者提供更体贴的体验。”她表示：“新的 STAR方法堪称‘革命性创新’。”
“AI并非创造精子，而是帮助我们找到那些原本就存在但几乎难以察觉的稀有且有活力的精子。”她说道，“这是一项突破，并非因为它取代了人类的专业知识，而是因为它增强了这种专业知识——这才是生育护理的未来。”
03
前景广阔但仍需验证
威尔康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）的胚胎学教授兼男性生殖与辅助受精中心主任吉安皮耶罗·帕尔莫尔博士（Dr. Gianpiero Palermo）表示：“但人们也日益担忧，在生殖医学领域匆忙应用AI，可能会给患者带来不切实际的希望。”
帕尔莫尔在一封电子邮件中说道：“如今，AI在通过观察胚胎形态来进行胚胎无偏评估方面正获得大量关注。然而，目前可用的模型仍存在一定的不一致性，并需要进一步验证。”
他表示，STAR方法需要得到验证，并且仍需要人类胚胎学家来收集精子并将其注入卵子中，以为接受体外受精治疗的患者创造胚胎。
“也许AI的加入可能会让获取精子的速度稍微加快一些，也许还能比胚胎学家多获取一个精子。”帕尔莫尔说道。他没有参与STAR方法的开发，但却是该方法的首倡者。
他在谈到STAR方法时表示：“在我看来，这种方法还是存在缺陷的，因为不可避免地会有一些男性没有精子，不管他们的样本是由人工筛选还是机器筛选的。”
布兰尼根也表示，还需要在其他诊所进行更多的测试，以确保检测结果的准确性。他还指出，医生应当仔细观察该手术对帮助人们怀孕的效果如何。他说：“从表面来看，这似乎很有前景，但就像任何新的医学技术（尤其是生殖医疗技术）一样，我们仍需依据相关数据进行研究并进一步深入探讨。”
STAR项目负责人威廉姆斯也表示，该工具不应被用于给予不实的希望，但它确实能增加成功的机会。威廉姆斯说：“如果存在精子，这种方法就能将其检测出来。与依靠显微镜并断言样本为空的做法不同，这种方法能让我们在进行微细睾丸活检手术前，以切实可行的方式为男性提供咨询。如果存在精子，那么现在我们就有很大机会能够识别出它们。”
威廉姆斯表示，该团队计划研究如何将这项技术应用到帮助其他类型的不孕症患者方面，比如在样本中寻找最健康的精子，以及在女性不孕症病例中尝试评估卵子和胚胎的健康状况。
他说：“这为那些原本没有机会的人打开了大门。在医学领域，这样的时刻往往意味着你发现了一直存在但一直未能被发现的东西。”
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