電擊大腦幫助恢復記憶;新發現水的超離子冰形態;狗「馴化」人類傳遞愛狗基因 | 聞周周

2021-01-15 SME科技故事


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#學術


加州大學洛杉磯分校(UCLA)的認知神經科學家找到一種用電擊幫助恢復記憶的方法。他們確認了大腦中一個特定區域對回憶有著重要作用,並通過精巧的實驗首次證明,該腦區接受合適的電刺激後,可以幫助人們想起已經忘記的事情——比如,前一天背過的單詞。這項研究發表在近期的《認知神經科學期刊》(Journal of Cognitive Neuroscience)。


這個腦區名為左前額葉外側皮質,位置差不多在左側眉毛和髮際線之間的額頭背後。過去來自功能核磁共振的影像學證據提示,該區域參與高級思維,包括監測和整合其他腦區處理的信息。



為驗證這一論點,研究者共招募了近80位健康志願者展開實驗。這些志願者平均年齡20歲,形成記憶的能力都沒有問題,他們被要求記下80個單次,並在隔天回憶相關細節。


在實驗室測試中,志願者的頭上戴了一個裝置,可以由貼在頭皮上的電極發送微弱的電流,刺激左側前額葉皮質部位。由於電流非常微弱,不會讓受試者自己覺察差別。


志願者被分為三組,所受電刺激分別可以增強、抑制神經興奮性以及不改變神經元活動。但回憶任務的測試結果很快顯現出差距:接受興奮性刺激的一組參與者,成績比繼續接受假刺激的一組高出了15.4%,被抑制的一組則與假刺激組成績相當。


但值得注意的是,這種電刺激方法也有它的局限性。人記不起東西分很多種情況,簡單概括就是「沒記住」和「想不起」。電刺激只會對提取記憶形成回憶的過程有幫助,對完全沒有形成記憶的情況是沒有幫助的。


#物理


最近,在一項發表於《自然》的論文中,這一猜測終於得到了證實:這種熔點高達 4700 攝氏度的黑色「超離子冰」不僅存在,還可能是太陽系中含量最高的水的形態之一。30 多年前,就有物理學家預言,水能夠以一種獨特的超離子冰晶存在。


在羅切斯特大學的雷射力學能實驗室,科學家用世界上最強大的雷射之一對準了一滴水。雷射發射,形成的衝擊波讓水滴的壓力達到了大氣壓的數百萬倍,溫度也升高升至幾千攝氏度。X 射線瞬間穿越水滴,讓人類目睹到一幅前所未見的畫面。



通過X射線,科學家了發現,水在這種極端條件下呈現出全新的形態!衝擊波裡的水並沒有成為過熱液體或氣體,而是凝固、結晶成冰。研究證實了具有奇異性質的水的新相位——「超離子冰」(superionic ice)的存在。不同於我們見過的冰,超離子冰是黑色的,溫度相當於太陽表面溫度的一半,密度也是普通冰的 4 倍。


科學家認為這也許是宇宙中含量最豐富的水的形態之一。至少,超離子冰可能在太陽系中廣泛存在,它們在天王星和海王星的內部含量豐富,比地球、木衛二和土衛二的海洋中的液態水還要多。超離子冰的發現揭開了存在數十年的冰巨星成分之謎。


#進化


瑞典和英國科學家團隊進行的一項最新研究發現,基因遺傳變異能在一半以上程度解釋一個人的養狗行為,這意味著一個人是否養狗與其基因遺傳因素還有很大關係。


這項涉及 35000 多對雙胞胎的養狗行為與個體基因遺傳研究,近日在 Scientific Reports 發表,這也是第一個提供證據證明人類遺傳因素可能參與我們選擇養狗的科學研究。


研究人員指出,這一發現揭示了基因變異可能有助於我們馴化狗和其他動物的能力,而且這一發現表明,在研究養狗對健康的影響時應考慮一個人基因變異對養狗的潛在多效性影響。


曾有研究發現,兒童期間接觸寵物與成年後對養寵物的積極態度存在正相關,但這種關聯似乎還受到家庭之間遺傳差異的影響。2012 年一項對 51-60 歲雙胞胎的研究表明,一個人是否對寵物有「好感」,遺傳因素佔到 37%,只有不到 10% 歸因於共同的童年環境,這也暗示出遺傳因素對於一個人是否接受養寵物的潛在重要影響。


為了在大規模雙胞胎群體中調查養狗的基因遺傳影響,研究人員收集了瑞典85542 名研究對象的信息,8503 名(9.9%)被確定為養狗者,其中女性群體中養狗者佔比 65.7%,高於總研究樣本中 53.7% 的女性比例。


經過嚴格的分析,研究人員發現遺傳因素極大地促進了瑞典人的養狗行為,估計女性的遺傳率(heritability ,又稱遺傳力,表明某一性狀受到遺傳控制的程度)為 57%,男性為 51%。而雙胞胎共同的環境因素只在成年早期起作用。


#材料


中國科學家團隊受北極熊毛結構的啟發,開發出一種具有空腔結構的輕質、疏水、隔熱材料,未來有望滿足航空航天等領域對材料的特殊需求。


與人類或其他哺乳動物毛髮不同,北極熊的毛是中空的,這種結構可以阻隔熱量從北極熊的皮膚表面擴散到周圍的低溫環境中。



中國科學家團隊6日在美國《化學》雜誌上發表論文說,他們受此啟發,人工合成了一種中空的碳管氣凝膠。中空碳管的內徑僅為35納米,遠小於空氣的平均自由程(75納米),也就是說管內的空氣幾乎不會傳遞熱量,因此該材料具有很好的隔熱性能。此外,這種碳管氣凝膠的三維網絡結構還使其具有超彈性,在30%應變下壓縮100萬次仍可保持結構完整。


論文通訊作者、中國科學技術大學教授俞書宏說,經過長期進化,具有空腔結構的北極熊毛能在寒冷潮溼的環境中減少熱量損失,是人工合成隔熱材料的理想模型。研究團隊接下來將探索在更大尺度上製造這種材料並實現量產,推動其在航空航天等領域的應用。


#人工智慧 


僅憑一張嬰幼兒時期的照片,能否找到被拐長達十年的兒童?目前人工智慧廣泛應用於各個領域,其在尋找走失兒童等公益場景中也開始擔起重任。


近日,廣州市慈善會、佳都科技等共同啟動了「人工智慧+慈善」戰略合作,創建運用人工智慧技術的尋親平臺。此次打造的平臺既能進行人臉識別,提高尋人效率,也能模擬人臉成長變化。平臺利用了人臉識別技術和全民隨手拍的人臉庫進行識別比對,從而協助失蹤家庭尋找走失的親人。


人工智慧在幫助尋親方面的優勢不言而喻。以前尋親,只能一張張翻看、對比照片,當看過成千上萬張照片時,人就迷糊了,準確率低。目前,我們網站已登記超過8萬份走失者資料,利用人工智慧,能夠瞬間從這些資料中找出匹配度最高的那份,極大地縮小了尋親範圍。


很多孩子在走失時只有幾歲,在失蹤多年後,孩子的容貌已經發生了變化,這無疑給尋親帶來了不小的阻礙。而人臉模擬技術正讓這個問題得到解決。技術人員利用人臉模擬成長算法,可根據孩子幼年時期的照片模擬生成一張如今樣貌的照片。


今年5月,中央電視臺《等著我》欄目報導了騰訊優圖實驗室借力AI,助力警方找回7名被拐超過10年的兒童,讓7個家庭破鏡重圓。


這背後依靠的就是迭代人臉檢索技術,增強人臉識別能力,實現了在海量的人臉數據中快速對比、鎖定,匹配出可能的失蹤人口,毫秒級時間內便可完成千萬級人臉檢索。


#生物 


倫敦理工學院與愛丁堡大學的研究人員發現,用基因編輯技術對雞的細胞蛋白進行修改,可以有效阻止禽流感病毒在雞群中的傳染和傳播,為從源頭上阻止禽流感病毒大規模暴發找到了新方法。


雞細胞中有一種被稱為ANP32A的特殊蛋白質。以倫敦帝國理工學院流感病毒學系主任溫迪·巴克利教授為首的研究團隊發現,在雞受到禽流感病毒感染期間,病毒會劫持這種蛋白質,幫助其複製自己。


研究人員對雞細胞的DNA進行編輯,去掉了其中負責產生ANP32A蛋白的一個小片段,從而拿掉了禽流感病毒賴以複製自己的載體。研究人員發現,進行過基因編輯的雞,不會被禽流感病毒感染。


愛丁堡大學羅斯林研究所和劍橋大學此前曾培育出了轉基因雞,這些雞在感染禽流感後不會傳染給其它雞。而與轉基因雞不同的是,這種新方法不涉及將新的遺傳物質引入雞的DNA中,而只是對其進行一個小小的剪切。


研究人員表示,下一步將嘗試培育出這種基因發生變化、能夠抵抗禽流感病毒感染的雞。巴克萊解釋說,雞是流感病毒的主要蓄積地,也是禽流感病毒大規模流行的主要原因。「在這項研究中,我們已經確定可以對雞進行最小的基因改變,來阻止病毒的蔓延,這有可能從源頭上阻止下一次流感大流行。」


#醫藥


一個國際科研團隊最新發現,特定基因變異使幾種非洲鼴鼠對致痛物質不敏感,這為開發新型鎮痛藥提供了思路。


此前人們發現,生活在東非的祼鼴鼠接觸酸和辣椒素等物質時沒有疼痛反應。為了弄清其中的分子機制,德國馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心研究人員與南非、美國等國同行對祼鼴鼠等9種地下齧齒動物進行痛覺實驗,並分析相關基因。


該中心日前發布新聞公報說,研究人員用稀鹽酸、辣椒素和芥末進行實驗,它們都含有異硫氰酸烯丙酯這種關鍵的致痛成分。結果發現,除了祼鼴鼠之外,還有4種鼴鼠對上述致痛物質中的一種完全沒有反應。對疼痛不敏感可能有助於鼴鼠開闢新的棲息地,取得進化優勢。


研究團隊在美國《科學》雜誌上發表論文說,他們提取鼴鼠的脊髓和背根神經節等與感覺相關的組織,通過RNA(核糖核酸)測序分析了約7000個基因。結果顯示,祼鼴鼠和納塔爾鼴鼠對辣椒素不敏感的原因是,它們編碼辣椒素感受器TRPV1的基因發生了變異。


研究人員認為,高原鼴鼠如此之快的進化可能是多種環境因素聯合導致,使它們能以辛辣的植物根莖為食,並耐受會分泌致痛毒素的兇猛螞蟻的攻擊,開闢新的生活空間。




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