盘点
8/15-8/21 改变未来的前沿科技
全文共2510字，阅读约6分钟
1
人工神经帮助瘫痪小鼠
恢复行走能力
👍
对于因神经系统受损而丧失活动能力的患者，目前最普遍的康复方法是功能性电刺激，即通过电刺激使患者不能控制的肌肉收缩，从而产生一定的运动能力。不过这种方法需要复杂的数字电路和计算机处理信号，有较大能耗，并且患者要携带设备，不适合在日常生活中长期使用。8月15日，Nature Biomedical Engineering 上发表的一项研究解决了传统方法的问题：斯坦福大学与首尔国立大学团队合作，只使用人工神经控制小鼠的腿部运动，而无需复杂且笨重的外部计算机，便成功恢复了瘫痪小鼠的肌肉运动，帮助瘫痪小鼠实现行走、奔跑、踢球（下图）。
这种可拉伸的有机纳米线神经形态装置，由一个模拟本体感受器的应变传感器、一个模拟生物突触的有机人工突触和一个向腿部肌肉传递信号的水凝胶电极组成。研究人员根据传递给人工突触的动作电位的发射频率，以类似生物神经的原理，调整小鼠腿部的运动和肌肉的收缩力。该装置的功率仅为功能电刺激方法的1/150，能比功能电刺激更流畅、更自然地实现腿部运动，还能防止腿部因运动过度而导致肌肉损伤。这项研究为开发对患者更友好、更实用的可穿戴神经假肢奠定了基础。

论文 👉
https://www.nature.com/articles/s41551-022-00918-x
2
“神药”二甲双胍又添新效
可有效降低新冠重症风险
😷
二甲双胍本是治疗2型糖尿病的常用药物，但近年来陆续发现它在治疗其他疾病中的作用，比如降低心血管并发症风险、抗衰老甚至抗肿瘤等等，被冠以“神药”之称。8月18日，NEJM 上发表的一项研究揭示出二甲双胍的又一作用：明尼苏达大学的研究人员发现，二甲双胍能够将因新冠导致的急诊、住院或死亡的风险降低40%，而如果在新冠症状早期就使用二甲双胍，上述风险能降低50%。研究纳入1323名参与者，体重指数（BMI）大于或等于‍25，属于超重人群。尽管新冠疫苗在防止重症和死亡方面十分有效，但不少新冠突变株能够免疫逃逸，因此需要寻找二甲双胍这样可用且廉价的治疗手段帮助已经感染新冠病毒的患者。
论文 👉
https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa2201662
3
质子中发现新的夸克？
👀
教科书上说，原子核由质子和中子组成，而质子包含3个夸克（2个上夸克和1个下夸克）。但有预测称质子还可能包含一对粲夸克-反粲夸克，只是40年来一直没有找到可靠证据，粒子和核物理学家对此争论不休。8月17日，Nature 上发表了一项重要研究，NNPDF合作组织（欧洲核子研究中心大型强子对撞机物理计划的关键组成部分）利用机器学习方法，发现了质子内部长期存在一对粲夸克-反粲夸克的有力证据。研究者没有像此前那些研究一样对质子成分的分布方式做出任何假设，而是使用了与任何特定模型无关的机器学习技术，列出所有已知的6种夸克（上、下、顶、底、奇和粲夸克）排列组合出来的假想质子结构，再与数十年来各大对撞机超过50万次真实粒子对撞实验数据进行比较，终于发现“质子约0.5%的动量来自正反粲夸克对”的证据，精度达到3个标准差。这已经可算作初步证据，但至少要达到5个标准差才能被正式认可为一项“发现”，因此团队接下来将进行更多实验，希望把精度提高到5个标准差。这项研究或许会影响到大型强子对撞机的后续试验，并且证实了AI技术的潜力——帮助物理学家减少数据分析中的偏差。
论文 👉
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04998-2
4
地球最多能拥有几个“月亮”？
✨
太阳系中，像木星和土星这样的巨型行星拥有好几十颗卫星，但在岩质行星中，火星只有2个卫星，地球只有一个卫星。尽管地球可以捕获小型行星作为临时卫星，但有多少卫星可以稳定地围绕地球或与地球质量相仿的系外行星运行呢？最近，预印本网站 arXiv 上发表的一篇论文称，德克萨斯大学阿灵顿分校的研究人员经过模拟分析，认为地球或系外类地行星或许可以稳定地拥有3-7颗卫星，具体数量取决于卫星的质量——如果卫星质量与月亮相仿，则可有3颗；与冥王星质量相仿，则可有4颗；与谷神星质量相仿，则可有7颗。研究采用的模型没有考虑太阳系内所有其他行星的引力效应，这是因为太阳系外很多星系只有一颗候选行星。这项研究或将帮助未来的宇宙观测，比如发现系外类地行星（像地球这样的岩质行星有可能拥有一个以上的卫星，增加了被发现的可能性），并且帮助科学家们预测某一行星最多拥有多少颗卫星。
论文 👉
https://arxiv.org/abs/2208.03604
5
假如爆发核战
将有多少人死于饥荒？
😢
引爆核武器会造成大火并在大气内注入烟尘，遮蔽阳光，导致农作物减产。8月15日，Nature Food 上发表的一篇论文称，罗格斯大学的气候科学家经过模拟计算得出，假如美国和俄罗斯爆发全面核战争，全球范围内将会有50多亿人死于饥荒；即使是印度和巴基斯坦爆发小规模的局部核战争，两年后也将造成约25亿人死于饥荒。研究人员根据有核国家核武库的规模，计算了6场假设战争（5场小规模的印巴战争和1场大规模的美俄战争）后的烟尘扩散情况。结果显示，包括俄罗斯和美国等主要出口国家在内的中高纬度国家的农作物减产将最为严重，对依赖进口的非洲和中东国家造成严重破坏。在最严重的战争情况下，核战后第二年，除了澳大利亚、一些非洲国家和一些南美国家，几乎所有其他国家的人（全球超过75%的人口）都会挨饿。即使将饲养牲畜的农作物用作人类食物，或减少食物浪费，所起的效果都微乎其微。这项研究警示我们，任何规模的核战争都将摧毁全球粮食系统，禁止核武器是唯一的解决办法。
论文 👉
https://www.nature.com/articles/s43016-022-00573-0
6
中国生态系统60年“减排”有多强
✌
8月18日，Nature Climate Change 上发表的一篇论文中，中科院生态环境研究中心领导的国际团队首次评估了中国过去20年来管理森林、草地、湿地与农田生态系统对减缓气候变化的贡献，并且预测了它们在未来40年的碳汇潜力。研究显示，自1999年以来，中国加强了生态恢复和保护的努力，取得了重要成果——在同样的时间周期内，中国生态系统管理减缓二氧化碳排放总量与美国相当，远高于加拿大。除西北和东部一些省份外，天然林管理和造林的贡献最大；广西改善人工林管理的固碳效益不错；新疆、青海和西藏的草地放牧优化对减缓的贡献最大，而在未来几十年，湿地特别是泥炭地管理将对增汇起到重要作用。另外，由于甲烷和氧化亚氮的增温潜力远大于二氧化碳，中国水稻田的给排水管理对控制甲烷排放、农田的氮肥管理对控制氧化亚氮排放起了重要作用。研究预测，未来在中部和东部一些省份（包括河南、湖北、湖南、山东、安徽、江西和江苏），农田养分管理和改良水稻种植的减排潜力巨大。总的来说，内蒙古、黑龙江、四川和云南是历史实现和未来潜力最高的4个省区。
论文 👉
https://doi.org/10.1038/s41558-022-01432-3
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