中国香港大东山夜空中的星轨 绚丽太空 文 / 青云 挪威斯瓦尔巴岛上空的日食 英国皇家天文台举办的 2015 年度国际天文摄影大赛揭晓 来自 59 个国家的天文摄影师递交了 多幅天文摄影图片, 共有 29 幅图片获奖 这些作品有的展示了肉眼可见的绚丽太空, 有的则展示了靠天文望远镜才能拍

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1 中国历史最悠久的综合性科普期刊 SCIENCE PICTORIAL 邮发代号 :4-202 定价 :8.00 元 利用科学, 再识我家 THE SCIENCE OF OUR HOMES 创新人工神经网络如何主宰我们的世界 生活可持续的生活究竟什么样 专栏花朵里的 鸿门宴 科技 2015 年诺贝尔自然科学奖

2 中国香港大东山夜空中的星轨 绚丽太空 文 / 青云 挪威斯瓦尔巴岛上空的日食 英国皇家天文台举办的 2015 年度国际天文摄影大赛揭晓 来自 59 个国家的天文摄影师递交了 多幅天文摄影图片, 共有 29 幅图片获奖 这些作品有的展示了肉眼可见的绚丽太空, 有的则展示了靠天文望远镜才能拍摄到的遥远天体 英国桑德兰市的夜光云 瑞典阿比斯库国家公园夜空中的极光

3 猎户座星云 M33 星系的中心 挪威海姆内斯贝格市郊外夜空中的极光 天线星系 NGC 253 星系 喷薄而出的巨大日珥 彗星和 NGC 896 星云

4 SCIENCE PICTORIAL 产业趋势 16 目 次 如今 电脑可以识别图像和语音 甚至 还可以进行艺术创作 那些原本只有人 类才能完成的事 人工智能又是如何做 到的呢 18 深度 家是我们最熟悉的地方 但是 你知道你的家有自己的生态系 统和气候吗 你的家能影响你的情绪和行为吗 让我们一 起利用科学 再识我家 新闻 广角 科技 卷首 4 在家中开启发现之旅 /本刊编辑部 互动 5 6 微秀等 沉睡在海底的香槟酒等 世界太阳能车挑战赛等 上海已开展 海绵城市 试点等 30 名家讲坛 科技创新与绿色大都市建设 沈阳高新技术产业开发区 吉朋松和他的胶囊机器人 2 /周 顺 人类如何对抗寄生虫 DNA修复之路 /沈源峻 朱 蕊 /杨运桂 刘 扬 读心术 进入便携时代 揭开青蒿素的神秘面纱 /沈源峻 朱 蕊 动物 /荣 萍 34 /侯 欢 动物是怎样认路的 下 /罗振华 星空 36 天体的视向速度 /卞毓麟 遗产 利用科学 再识我家 家透露你的性格 /王恒哲 江洪波 自然 人工神经网络如何主宰我们的世界 深度 18 家是活的自然博物馆 中微子的故事 32 产业趋势 16 /周静嫣 综述 创业故事 14 家里的秘密越来越少 与闭锁症人群的交流变得越来越容易 /梁宁建 /沈允钢 精彩园区 13 /周静嫣 争鸣 创新 12 /周静嫣 家里时刻发生化学反应 媒体 10 家中自有小气候 /周静嫣 前沿 图片 8 家影响你的心理 /周静嫣 38 伏牛山 中华脊梁上的世界名山 /张忠慧

5 生活 公众考古 气象 家养植物与小气候 /上海市公共气象服务中心 保健 可持续的生活究竟什么样 /王 /蔡天新 自然资源的核算 /戴星翼 武器纵横 新品 小创意 大惊喜 /金 娅 教育 9 3 阅兵地面装备丰富多彩 纪念抗战胜利70周年大阅兵 三 人物 /李大光 饮食之道 48 双手创造的奇迹 记中国工程院院士顾玉东 60 /包静砚 你会成为见义勇为的英雄吗 61 /邱伟科 美术 左手解剖 右手绘画 /云无心 花朵里的 鸿门宴 /祁云枝 动脑筋 艺术 52 原汤化原食 有科学依据吗 植物秘语 综述 50 新华林问题 绿色时代 环保 44 /高蒙河 奇妙数论 57 用头顶球的风险有多大 /顾凡及 考古认证 致远舰 的证据链 62 巧思妙想等 64 欢迎加入 科学画报 创客圈 /长 弓等 /林凤生 专栏 院士讲坛 54 光学引领人们触及更丰富的世界 上 /庄松林 封二 生命之思 55 8 封面 家里的科学 科学家的一心两用 /饶 毅 图片 加拿大宇航员克里斯 哈德菲尔德从太空拍 摄到 沙漠之眼 的照片 绚丽太空 封底 船底座星云 42 保健 虽然没有人认为应该禁止用头顶球 但是 几乎可以肯定 无节制地练习顶球绝不是 一个好主意 3

6 Preface 卷首 R KEXUE HUABAO 1933年创刊 月刊 2015年第11期 在家中开启发现之旅 文/本刊编辑部 支 持 科学顾问 家 对每个人来说 都有 主 主 管 办 非同寻常的意义 家不仅仅是 我们和家人的住所 更是心灵 编辑 出版 的港湾 是属于我们自己的迷 主 编 特邀指导 你王国 家是我们最熟悉的地 方 只有在家里我们才感觉最 安全 最放松 最温暖 或许 正是太熟悉的缘故 很多人都没有意识到 其实我们的家中处处有科学 从进化的角度来看 人类的祖先可能和现在的黑猩猩 大猩猩一样 住在简陋的巢穴里 随着人口增加和群居生活的需要 人类祖先开始定 居生活 他们首先选择把家安在山洞里 考古发现许多早期古人类都曾在 洞穴中生活 至少在距今2万年前 人类第一次建造房屋 从此 用自己的双手创造 一个舒适的家 成为人们不断追求的目标 充满智慧的人类将理想变成了 现实 借助于强大的现代科技 我们的家庭生活变得格外便捷舒适 我们 在家里休息 娱乐 社交 甚至工作 当感觉疲倦时 宅 在家里已被很多 人视为一种享受 毫无疑问 家 凝聚了人类的科技结晶 而在科学家眼里 家更是值 得深入研究的对象 当我们跳出平静琐碎的日常生活 跟随科学家的脚步 去探索家里隐藏的科学 就会惊异地发现 我们自以为无比熟悉的家 竟 然有那么多不为人所知的侧面 比如 气象学家告诉我们 我们的家有自己的小气候 每个房间 甚至 同一房间的不同部分 温度 湿度各不相同 化学家指出 我们的家中时时 刻刻都在发生化学反应 心理学家发现 家中不起眼的细节也会暴露我们 的内心世界 家甚至能操纵我们的想法和行为 生态学家提醒我们 有些 物种和人类共同生活已超过800万年 试图彻底消灭与人类 同居 的其 他物种是不现实的愚蠢想法 信息科学家则警告说 随着智能家居的普 及 我们家庭生活的秘密将越来越少 了解这些知识以后 你再踏进家门环顾四周 是否对自己的家产生了 不一样的感觉 原来 看上去似乎并不大的空间 就是一个充满无穷奥秘 的科学世界 越是熟悉的事物 我们越容易产生亲近感 却也会因为 熟 视无睹 缺乏深入探究的好奇心 错过了近在咫尺的精彩 实际上 只 要拥有善于思考的头脑和善于发现的眼睛 在熟悉的地方也能找到动人 的风景 做出伟大的发现 人类已经进入数字时代 高度发达的信息技术将世界各地的距离拉 近 地球已经成为一个 村庄 很快还将变成一幢 别墅 人们的居住 环境 生活方式越来越接近 地球将真正成为全人类共同的 家 让我 们从自己的小家开启科学发现之旅 从中发掘好奇心 培养探究精神 将 地球家园建设得更加美好 4 编辑部 主 任 副 主 任 发稿编辑 上海市科学技术委员会 上海市科普工作联席会议办公室 吴信宝 寿子琪 陈 杰 马兴发 上海世纪出版股份有限公司 上海科学技术出版社 上海世纪出版股份有限公司 科学技术出版社 科学画报 编辑部 毛文涛 过浩敏 陈宏凯 姚锦瑜 龚黎明 朱 陈海鹏 骆大进 傅国庆 刘 勤 吴寿仁 郑忠民 胡 睦 秦 亮 郭延生 缪文靖 (按姓氏笔画排序) 美术编辑 技术编辑 程忠炎 杨先碧 徐 梅 杨晗之 杨天齐 王彦文 孙 云 杨先碧 程忠炎 曹燕萍 黄雪红 电 话 传 真 网 址 微 博 scipic@vip.sina.com 广告总代理 上海科学技术出版社广告部 上海高精广告有限公司 广告总监 王 萱 广告副总监 夏叶玲 电 话 发行总经销 上海科学技术出版社期刊发行部 发行总监 章志刚 发行副总监 潘 峥 业务经理 葛静浩 张志坚 仝 羽中 马 骏 电 话 邮购部 上海科学技术出版社邮购部 电 话 主办单位 编辑部 广告部 发行部 邮购部 上海市徐汇区钦州南路71号 地 址 邮政编码 中国标准连 续出版物号 ISSN CN /N 广告经营许可证号 印 刷 发行范围 国内总发行 国内订购 国外发行 上海中华商务联合印刷有限公司 公开发行 上海市报刊发行局 全国各邮政局 中国国际图书贸易集团有限公司 中国国际书店 北京399信箱 国内4-202 国外M 年11月6日 8.00元 邮发代号 出版日期 定 价 致作者 * 作者来稿 包括文字和图片 一般不退 要求退稿的敬请说明 3 个月内未见发表或未收到准备采用的通知 作者方可另行处理 * 稿件从发表之日起 其专有出版权和网络传播权即授予本刊 同 时许可本刊转授第三方使用 * 作者须保证来稿中没有侵犯他人著作权或其他权利的内容 并 将对此承担责任 * 对上述合作条件若有异议 敬请来稿时声明 否则将视作同意 杂志如有印订质量问题 可与本刊编辑部联系调换

7 互动 院士题词 READERS & EDITORS 力圆科普之梦 奋铸创新之基 科普志愿者风采 近日 中国工程院院士程 天民为 科学画报 题词 科普志愿者 科技与人文结合 治学与修 身相融 充分表达了一位德 陈冰珊 肇庆学院日语专业在读 随着现代科学技术 的迅 猛 发 展 科技对社 会的推动作用日见突出 以公众为对象的科 普工 作也显得日益重要 我一 直以来都对科学知识很 感兴趣 平时也会阅读一 些科学期刊 感谢 科 普 志愿者这份工作 让我有 幸翻阅到有着80多年历史 的 科学画报 了解到 更多的 不同时期的科学 知 识 也让 我 在 把它们 进行数字化处理和保存的同时 完成了向社会开展科 普工作 大力宣传科学发展观的光荣任务 高望重的老科学家对 科学画 报 科普工作的肯定和鼓励 程天民是我国防原医学的主要 开拓者之一 是中国工程院医 药卫生学部和工程管理学部的 跨学部院士 程天民院士多才 多艺 不仅是科学家 也是艺 术家 精 于书法 绘画 摄影 和篆刻等 本刊2015年第8期 程天民院士的诗意人生 一 文详细报道了他的事迹 秀 微 天空的颜色 蓝天下的白云 科学画报 微信公众号开设有 随手拍 栏目 欢 迎你拿起手中的手机或相机 记录下身边的美景 与我们 分享你的所见所闻 在忙碌的生活中 你可曾停下匆匆的脚步 抬头仰望 过天空 湛蓝的天空飘着朵朵白云 金色的天空衬托着 夕阳 灰色的天空中云儿在哭泣 我们的拍客朋友用 福建省厦门市 包冠宇 下面这组摄影作品 记录下了他们看见的天空 山西省长治市 肖志生 浙江省杭州市 黄小扬 金色的天空 红灯上的蓝天 如何参与活动 添加微信号 科学画报 或扫描二维码关注 科 学画 报 微信 直接发送照片到微 信公众号 5

8 新闻 广 角 BRIEF 人类学 独特眼眶结构让人类视野更广 文/陆海风 人类进化出的独特眼眶结构 让我们的祖先拥 有了比其他猿类更广的侧向视野 从而更好地适应 从森林迁移到草原后的新生活 法国健康与医学研究院的埃里克 丹尼恩和他 的研究团队 分别测量和对比了100个现代人类头 骨和120个猿类头骨 长臂猿 红毛猩猩 黑猩猩和 大猩猩的头骨各30个 的眼眶结构 他们发现 人 类眼眶的宽度要大于高度 而且宽高比要比其他猿 动物学 类更高 同时 和其他猿类相比 人类的 眶外侧 味觉退化让企鹅不辨甘苦 缘 眼眶的最外缘 在头骨上的位置要更靠后 这 文/葛小乐 意味着 人类获得了更广的侧向视野 因为当我们 你或许难以想象 喜欢吃鱼的企鹅其实根本品尝不 出鱼的鲜美滋味 大多数动物和人类一样 拥有酸 甜 苦 咸 鲜这5 种基本味觉 然而 可怜的企鹅只能尝出酸和咸2种味道 寒冷的生活环境让它的其他味觉都退化了 研究人员通过 基因检测手段 发现了企鹅味觉的退化 由于某些味觉基 因无法正常表达 企鹅不能合成感受甜 苦和鲜的味觉受 向两侧转动眼球时 视野不会被骨头挡住 研究人员推测 生活在森林中的非人猿类需要 更靠前的眶外侧缘来保护它们的眼球 以免在运动 中被树枝等划伤 而离开森林来到草原生活的人类 祖先 则需要更开阔的视野 不过 这种特殊的眼 眶结构也有其弊端 比如 与其他猿类相比 人类 突出的眼球更易受到紫外线的伤害 体 自然也就丧失了相应的味觉 主持这项研究的中国学 者 美国密歇根大学的张建之教授介绍道 企鹅是我们 现在知道的唯一一个丧失了3种基本味觉的鸟类 研究人员发现 企鹅缺少可以合成名为 瞬时受体电 位阳离子通道5 TRPM5 的蛋白质的基因 TRPM5与 甜 苦 鲜的味觉感受有关 而与酸 咸的味觉感受无关 进一步的研究表明 低温会让TRPM5的功能减弱 也就 是说 在南极那么冷的环境中 企鹅即便拥有甜 苦 鲜的 味觉受体 也无法尝出相应的味道 另外 企鹅进食时都是将鱼等食物整个吞下 而不会 去细细品味它们的滋味 或许对企鹅而言 食物是否美味 并不重要 它只需用酸的味觉判断食物是否变质 用咸的 味觉感知盐的摄入量就足够了 微生物学 现代生活改变人的肠道菌群构成 文/林悦儿 亚诺玛米人是生活在委内瑞拉南部热带雨林中的土 著人 他们过着与世隔绝的生活 千百年来很少接触外面 的现代社会 6 活在委内瑞拉 靠打猎和采集食物为生 的肠道菌群构成 对比 结果显示 亚诺玛米人肠道菌群的多样性明显高于 现代美国人 是现代美国人的2倍 也高于只是偶尔使用 抗生素和偶尔食用加工食品的瓜希沃人 高约40% 近 日 这项研究结果发表于 科学进展 该研究的参与者 美国西奈山伊坎医学院的约瑟 克 2009年 在当地政府的组织下 科学家首次接触了 莱门特介绍道 研究结果暗示 哪怕只是稍微接触过现 亚诺玛米人 并采集了他们的粪便样本 用来分析其肠道 代生活方式 也能让人的肠道菌群多样性大幅度降低 一 菌群的构成 如今 美国科学家分析了亚诺玛米人肠道 些细菌从人身上消失了 现在我们只能从土壤中检测到它 菌群的多样性 并将其与现代美国人和瓜希沃人 同样生 们 这究竟是好事还是坏事 目前还不得而知

9 活动 探索创意作品 聚焦科技未来 文/本刊编辑部 2 015年10月10日 由中国科协 科普 部和共青团 中央学 校 部共同主办的 探知未 来 2 015年全国青 年 科普创新实验暨作品大赛上海赛区复赛 拉开了帷 幕 来自上海 江苏 浙 江 安 徽 山东 河南等 6个 省 直辖 市 的 5 0支队伍 从报名的 支队伍中 考古学 脱 颖 而出 齐 聚 上 海科 技馆 争 夺 进 入 总 决 赛的10 沉睡在海底的香槟酒 个名额 文/万花舞 在 复赛 现 场 具备A P P 解锁及 实时安 全 提 醒功 2010年 潜水员从位于波罗的海 挪威和芬兰 能的智能蓝牙锁 致 力解 决电子商务 领域仓 储问题 之间 海底的沉船上 打捞出了163瓶距今约170年 的三 维可视化 立体仓 储 利用率优化设 计软件 为老 的古董香槟酒 随后 其中11瓶香槟酒在拍卖会上 龄化 社 会 量 身打造的助 老 搬 运 机器人 可以自动 清 以天价拍出 最高成交价为3万欧元 人们纷纷好 洁水体 的多功 能自动 化 纳 米 气 泡污水处 理 机 针对 奇 这些香槟酒来自何处 要运往何方 它们的味道 地 铁 安 全 和 弯 路 视 觉 盲 区 的 优化 设 计 方 案 等 这 些 又如何呢 来自高中生 大学生参 赛 者的 科 技创意作品 备受 关 注 近日 法国兰斯大学的科研人员采集了其中3瓶 香槟酒的样品 每瓶取2毫升 分别进行了一系列 英国皇家化 学 会的首席 驻华 代 表 大 卫 埃 文 斯 化学分析 并将研究结果发表于 美国国家科学院 对 参 赛 者 的 创 意 给 予了极 高评 价 在他 看 来 此 次 院刊 研究结果显示 香槟酒里的葡萄果汁成分只 赛 事 不 仅 为中 国 孩 子 提 供了一 个 展 示自己 科 技 知 有极少一部分转化为乙酸 俗称 醋酸 这说明 识与实践能力的舞台 还能 进 一 步 激 励 他们 不 断学 香槟酒并没有变质 研究人员认为 这是因为海底 习 不 断 探索 未 来 科 技 他 相 信这 些 青 年 参 赛 者 低温无光的环境非常有利于香槟酒的储存 一定 可以 凭 借 所 学 的 知 识和自己的 双手 创 造 出更 美好的明天 根据沉船的位置 历史学家推测 这些香槟酒 是在19世纪初从德国运往俄罗斯的途中沉入海底 的 那时的俄罗斯人比较喜爱偏甜的香槟酒 他们 甚至会往酒中直接加糖 被誉为 香槟酒之母 的凯 歌夫人还专门为他们设计了特甜的香槟酒品种 然 而 研究人员发现 他们所分析样品的含糖量只有 约150克/升 虽远高于现在香槟酒的6~10克/升 但 明显不能满足当时俄罗斯人对甜味的追求 这批香 槟酒究竟要运往何处 看来还是未解之谜 这些天价古董香槟酒的味道又如何呢 品尝过 的人将其描述为 有 动物气息 就像 潮湿的头 发 还有一些 干酪 的味道 不过 一旦和氧气充 分接触后 它们就会散发出独特而醉人的香气 7

10 新闻 图片 IMAGES 为期 5 天的 2015 年世界太阳能车挑战赛于 10 月 22 日在澳大利亚落下帷幕 一支来自荷兰的车队成功问鼎, 拿下了车队历史上第六座冠军奖杯 2015 年 10 月 10 日, 太阳上出现一个巨大冕洞, 导致大量带电粒子冲击地球大气层 这次出现冕洞的区域位于太阳北半球, 其直径几乎相当于 50 个地球 美国天文学家首次发现白矮星撕裂其他天体的现象 当一颗巨大的岩石行星靠近一颗白矮星时, 它被这颗白矮星的巨大引力撕裂了 8

11 美国一家公司推出了一款名为 矛头 的新型单兵迷你导弹 其口径为 40 毫米, 射程达 米 美国研究人员宣称发现了一颗 奇特 的恒星 KIC , 他们认为其周围可能被一个 戴森球 包围 所谓 戴森球, 是科学家此前设想的一种人工建造的超巨型结构 西班牙研究人员发现一种古老的哺乳动物化石 这种哺乳动物是一种三尖齿兽, 生活于距今 亿年前, 体长 2 4 厘米, 体重 克, 其皮毛特征和现代哺乳动物相似 这一发现将皮毛类哺乳动物的最早纪录向前推进了 多万年 加拿大航天员克里斯 哈德菲尔德从太空拍摄到 沙漠之眼 的照片 沙漠之眼 位于非洲撒哈拉沙漠西南部, 直径达到 48 千米 这种奇特地貌的成因至今仍是难解之谜 9

12 新闻 媒体 MEDIA 青年报 上海已开展 海绵城市 试点 中国国务院办公厅近日印发指导意见, 敲定推进海绵城市建设的 时间表 和 路线图 上海市已在浦东临港地区 松江南部新城以及普陀桃浦地区等区域开展试点 海绵城市主要是指通过加强城市规划建设管理, 充分发挥建筑 道路和绿地 水系等生态系统对雨水的吸纳 蓄渗和缓释作用, 有效控制雨水径流, 实现自然积存 自然渗透 自然净化的城市发展方法 海绵城市主要是围绕雨水的 渗 滞 蓄 净 用 排 等方面, 采取综合措施提高整个城市的防汛能力, 同时进一步改善城市生态环境 上海市土壤学专家方海兰表示, 要建设海绵城市, 土壤是非常重要的一环 上海的绿地土壤入渗差, 容易产生积水, 一下雨就涝, 一旱就干, 对城市排水造成压力的同时, 也不利于植物生长 为此, 本市专家研究出了结合有机 无机废弃物改良土质的方法, 提高有效含水量 改良前, 上海绿地含水量相当于 11.4 个西湖的储水量, 改良 后可达到 26 个西湖的储水量 在海绵城市建设中涉及的标准 指标非常多, 其中一个重要的指标, 就是到 2020 年建成生态保护和低影响开发的雨水技术与设施体系, 试点区域 80% 的雨水尽量留下来,20% 的雨水通过传统方式排放 ; 老城地区通过试点和改造实现 75% 的蓄雨量 联合国新闻网 减少短期气候污染物 2015 年 10 月 22 日, 世界卫生组织与 气候和清洁空气联盟 在日内瓦总部发布了题为 通过减少短期气候污染物降低全球健康风险 的报告 这份报告呼吁各国采取 4 种推荐干预措施, 最大限度减少短期气候污染物的排放, 以拯救数百万人的生命 短期气候污染物包括煤烟 甲烷 臭氧和氢氟烃, 其中煤烟是细颗粒物 (PM2.5) 的主要组成部分 短期气候污染物虽然在大气中的 寿命 相对较短, 但它与公众健康 食物 水和经济安全密切相关 因此, 短期气候污染物已经成为一个重大的环境问题, 需要采取快速和显 著的全球行动以减少短期气候污染物的排放 短期气候污染物与心血管疾病和呼吸道疾病直接相关, 包括心脏病 肺病 呼吸道感染以及肺癌 全球每年超过 700 万人口因室内和室外空气污染而过早死亡 短期气候污染物可影响植物的生长 导致农作物产量降低, 进而威胁到全球粮食安全 ; 此外, 此类污染物能够影响天气系统, 导致冰川消融和海平面升高, 由此对人类的生存带来严重挑战 新发布的报告评估了现有 20 余种减少短期气候污染物的可行性措施, 并认定 4 种干预措施可最大限度减排此类污染物 : 第一, 通过实行更加严格有效的排放标准减少交通排放 ; 第二, 在政策与投资层面优先发展快速交通系统, 建立安全的行人与自行车道路网络 ; 第三, 提供更为清洁高效的炉灶与燃料代替品 ; 第四, 鼓励中高收入人群增加高营养植物为基础的食物摄入, 这不仅有助于降低罹患心脏病及其他癌症风险, 而且可以减少与某些动物食品相关的畜牧业甲烷排放 10

13 中国科学院网站 世界首个基因敲除狗 近年来, 随着基因敲除技术的出现, 牛 羊 猪 猴等大型哺乳动物都实现了基因敲除 由于狗生殖生理较为特殊, 基因敲除狗的培育难度大为增加, 因而狗基因组的定点修饰一直未获得成功 母犬的生殖周期长, 包括 天的动情前期 4 12 天发情期和 天的间情期 ; 狗卵巢释放的卵母细胞, 需要在输卵管经过 小时才能成熟并具有受精功能 上述独特的生理特性, 使得基因打靶胚胎与代孕母犬很难保持在生殖生理周期的同一阶段, 常常导致妊娠失败 针对上述问题, 广州生物医药与健康研究院的研究人员设计了一个自体移植的策略, 即将一侧输卵管内的受精胚胎冲出, 进行显微操作, 并马上输回另一侧输卵管, 克服了供体胚胎与受体母犬的生殖周期不同步的难题, 大幅提 高妊娠率, 基因打靶狗得以诞生 研究人员选取肌肉生长抑制素基因作为第一个敲除目标基因, 该基因对骨骼肌生长具有抑制作用, 被敲除后, 肌肉生长发育能力增强 所得到的基因敲除狗的肌肉在 4 月龄时就显得比普通狗更为发达, 成年以后将具有更强的运动能力 狗在营养代谢 生理解剖等方面与人类极其相似, 因此狗是研究人体生理和疾病发生机理的理想实验动物 基因敲除狗的培育, 将为人类疾病治疗和药物研发提供新的实验动物模型, 也将加速培育更多含优良遗传性状的新品系狗 美国国家科学院学刊 饥饿导致脾气变坏 最 新闻 在英语里有个专门的俚语形容饥饿导致生气的现象 饿极而怒 美国俄亥俄州立大学教授布拉德 布什曼的研究表明, 饥饿导致脾气变坏是由低血糖引发的 布什曼的研究小组测量了 107 对已婚夫妇每天早饭前和睡觉前的血液葡萄糖水平, 并检测其对各自配偶的愤怒程度 他们给受试者每人一个代表他们配 偶的玩偶和 51 根大头针, 让他们用给玩偶扎针的办法发泄对配偶的不满 接着他们又要求受试者玩一个电脑对抗游戏, 并在击败对方时向失败者发送一个响亮 刺耳的噪声, 声音的大小和时长由自己决定 受试者还被告知, 他们的电脑对抗游戏对手就是自己的配偶 研究人员发现, 与血糖水平正常的人相比, 低血糖的人会在代表其配偶的玩偶上扎更多的针, 也会让失败者听到更响亮和更长时间的噪声 这表明, 低血糖可能导致人们不易控制自己的情绪 布什曼解释说, 人们控制愤怒和攻击性的冲动都需要耗费能量, 这种能量部分来自血液葡萄糖, 因为葡萄糖是大脑的 燃料 尽管大脑只占体重的 2%, 但它却消耗着人体大约 20% 的能量, 是一个非常需要能量的器官 世界最大的数码相机美国能源部已批准建造世界上迄今最大的数码相机, 这台 32 亿像素的数码相机是美国大型综合巡天望远镜 (LSST) 的核心部件 这台数码相机质量超过 3 吨, 体积和普通家用轿车差不多 使用寿命最长的燃料电池德国尤利希研究中心研发的一种高温燃料电池连续使用寿命超过 7 万小时, 比以往任何一种陶瓷燃料电池的使用寿命都长 这种固体氧化物高温燃料电池非常适合家庭或小型企业, 以及卡车 火车或轮船的电力供应 地球上最早的生命美国和澳大利亚研究人员发现, 地球生命可能出现于 41 亿年前, 这比原来的时间早了 2.7 亿年 研究人员在澳大利亚西部发现了超过 1 万多块形成于 41 亿年前的锆石, 这些物质被认为是 时间胶囊 研究人员确定了 656 块锆石存在暗斑, 其中 79 块可能含有石墨物质 研究人员认为, 石墨的出现是地球生命出现的重要线索 11

14 创新 名家讲坛 OPINION 科技创新与绿色大都市建设 文 沈允钢 上海是位于长江 杭州湾与东海汇合处的重要的国际大都市 不但在生产与物流等方面规 沈允钢 模巨大 种类繁多 而且很重视科技与教育工作 这些都是上海的优势 有助于今后更好地生存 植物生理学 与进步 如今人们很重视可持续发展问题 我们要努力使这个大都市不但在物质生产上继续不 家 中国科学院上 断扩展与提高 而且还能显著改善人们的生存和工作环境 使大家过上更健康和愉快的生活 从 海生命 科 学研究 院植物生理生态 研 究 所 研 究 员 而为祖国的繁荣做出更多更好的贡献 这牵涉到多方面的问题 现在就科技创新与绿色大都市 建设的关系稍作讨论 年当选为中 自从20世纪中叶以来 社会生产发展很快 人们的生活得到显著改善 可是 资源不断消 国科学院学部委员 耗 环境逐渐受到污染与破坏 因此如何既保持各种生产贸易的运转 又维护好适宜的生活环 院士 主要从 境 成为大家非常关心的问题 事 植物生理和生 物化学的研究 在 光 合 机 理与生 理 的研 究领域 里做 出了杰出贡献 对于上海这样的大城市来说 人口密度高 交通繁忙 为改善其周围环境 有关单位在中心 区域努力建设了不少公园 路边也遍植行道树 并且用多种草地绿化每一个角落 不少居民则在 窗口用立柱式设施栽培蔬菜和花草 不少建筑物的墙壁和屋顶也利用攀缘植物进行绿化 这些 都是非常有益的措施 因为绿色植物 不但可吸收大气中的二氧化碳 合成 有机物和释放出氧气 而且还有净化 空气 减少噪声等功能 植物种类繁多 它们的特性也差 异很 大 人们需要 根据它们各自的 特点分别加以利用 例如 在不少道 路旁种植着夹竹桃 这是常绿植物 开起花来也很好看 可是我们必须了 解它是有剧毒的 千万不能食用 好 在一般市民也了解这问题 二球悬铃 木 人们常常称之为 法国梧桐 是很普遍栽植的行道树 它生长较快 对道路有很好的遮阴 吸尘 消声等功能 每年对其进行 修剪时 枝叶堆积起来数量很大 建议有关部门设法加以较好地利用 我们曾做过实验 将其叶 片喂兔子 并将兔子排出的粪便经过沼气发酵得到能源 沼渣可作肥料 这样综合利用 效果较 好 在城区周围有大量农田 还可看到许多塑料大棚与玻璃温室 内部种着蔬菜瓜果等 这样 的覆盖栽培对于供应多种新鲜果蔬 改善市区居民生活起了显著作用 这些设施常处于基本密 闭状态 虽然保温效果较好 可是空气流通较差 其内部空间的二氧化碳浓度常常显著低于外 部空气中的 这会影响果蔬的生产 我们曾测量过其中的二氧化碳含量 了解到其浓度比外面空 气中的低不少 二氧化碳是作物进行光合作用的主要原料 空气中二氧化碳浓度降低会影响光 合作用的进行 我们做过实验 从酒精厂 焦化厂等买些净化过的二氧化碳气体 装入钢瓶释放 到大棚与温室中 这样可使蔬菜增产30 以上 而且品质也得到改善 效果良好 值得较普遍地 采用 总之 要维护大都市的良好环境 得到新鲜的食用资源供应 必须努力从多方面利用绿色植 物通过光合作用合成有机物 放出氧气 净化空气的功能 这是很重要的 我们要努力促进上海 科技创新中心的建设 这有助于推进各方面交流和加强合作 包括积极发挥各种植物的功能 并 且设法将其产物进行较好地综合利用 这样既有利于改善人们的生活 还可加强循环经济的运 行 为建设绿色大都市做出更好的贡献 12

15 创新 精彩园区 INNOPARK 沈阳高新技术产业开发区 沈阳高新技术产业开发区 ( 原沈阳市南湖科技开发区, 以下简称沈阳高新区 ) 是顺应 20 世纪 80 年代改革开放及世界新技术发展形势需要而建立的 1984 年 7 月, 在沈阳 4 位专家学者联名提出的 关于规划 建设 南湖科技工业园区 的建议 基础上, 于 1988 年 5 月 26 日正式启动建设 科技商城以三好科技街为起步于 1988 年 8 月全面破土动工开始改造建设 ;1992 年 4 月 4 日, 南塔产业实验区开工建设 ;1993 年 6 月 22 日, 浑南产业区启动建设 沈阳高新区经济发展历程可大致分为三个阶段 第一阶段, 从 1988 年高新区启动建设到 1991 年被批准为国家级高新区, 开发区迅速崛起, 为高新区初创起步阶段 ; 第二阶段, 从 1992 年沈阳市委市政府做出建设 科技特区 建成 北方深圳 战略决策, 高新区经济跨越发展, 到 2000 年开发建设浑南新区前夕, 为高新区主体发展建设阶段 ; 第三阶段, 从 2001 年全面开发建设浑南新区 高新区开展 二次创业 到现在, 为新区大开发 大发展阶段 近年来, 沈阳高新区重点发展电子信息 新材料 生物医药 先进制造等高新技术产业 以现有支柱产业为基础, 强化对不同领域的高新技术产业实施专业培植, 以专业园区的形式加快对主导产业的培植, 但是从沈阳目前各区县高新园区的发展现状来看, 在产业基础和发展势头上不够均衡 沈阳高新区核心区域包括国务院批准的沈阳高新区浑南产业区 三好街科技商城以及以此为核心发展起来的建成区范围, 目前 已形成软件 生物医药 IC 装备 数字医疗 文化创意等主导产业 沈阳高新区高度重视构建孵化体系, 先后建成了沈阳高新区科技创业服务中心 沈阳动漫研发及软件外包孵化器 沈阳集成电路装备专业孵化器 东北大学科技园等 4 个国家级孵化器, 形成了投资主体多元化的创业孵化体系 截至 2010 年, 全区孵化器总面积达 30 万平方米, 在孵企业达 450 家, 在孵企业就业总人数达 人, 年实现产值 31 亿元, 实现利润 4 亿元, 上缴税金 1.8 亿元 科技企业孵化器的创建和发展, 有效整合了沈阳的科技资源, 为沈阳高新区创造了新的创新源头 通过培养和引进高新技术企业, 不断提高产品附加值和产业竞争力, 促进产业结构升级和业态创新, 沈阳高新的主导产业规模不断壮大, 链条不断延伸, 主导产业正步入高端化发展阵营 年, 沈阳高新区着力发展优势产业 基础设施以及公共服务平台等, 形成稳固的带动性强的优先产业发展 作为先进的国家级高新区, 沈阳高新区不仅肩负着调整经济结构 振兴辽宁老工业基地的使命, 同时也放眼全球, 勇于抢占国际创新资源 为此, 沈阳高新区积极对接和整合利用国际创新资源, 加强国际交流与合作, 塑造和培育国际品牌, 打造具有区域特色的全球化运作的高科技园区, 努力成为国际研发创新体系的重要枢纽和参与国际创新竞争与合作的开放创新引领区 13

16 创新 创业故事 STORY 吉朋松和他 精准医疗 是张江国家自主创新 示范区重点推进的一批重大产业创新战 略建设项目之一 安翰 胶囊内镜机器 人 成为代表项目 这项全球首创的 主 动精确控制消化道胶囊内镜机器人系 吉朋松在企业领袖峰会上做演讲 落户张江金桥园 统 的发明专利 引起世界轰动 即胃与小肠的胶囊内镜机器人检查 第二步 吉朋松将会 在第三届中国 上海 国际技术进出口交易会 以下简 开展国际合作的体内光学活检项目 第三步 吉朋松将会 称 上交会 上 安翰 胶囊内镜机器人 已经成为张江 把小肠 无动力 检查变为有动力检查 一个个梦想 国家自主创新示范区张江发布展台核心成员 并成为该届 将在金桥园变为现实 上交会 中国智造让生活更精彩 主题会上最闪亮的民族 品牌新明星 展厅前一度挤满了来体验的参观者 而金桥园是 双自 联动的代表区域之一 是吉朋松 向往的 自贸区 和 自创区 联动的好地方 一方面金 但是 在参展第二届上交会时 媒体曾问 胶囊内镜 桥园在张江国家自主创新示范区 拥享自创区重大专项 机器人 的发明者 安翰光电技术 武汉 有限公司董事 政策和人才政策 另一方面自贸区扩区至金桥 成立 中 长吉朋松 为何从武汉来上海参展 吉朋松一语道出 国 上海 自由贸易试验区管理委员会金桥管理局 拥享 心中的迫切和期望 上海是大家的上海 上交会高端 负面清单 灵活制度带来的市场便利 吉朋松可以在这 大气 上档次 上海自贸区火热 技术转移更便捷 上海 片全新的土地上 拥享福利 挥鞭策马 奔向全球 国际合作便利 可以服务全球民众 上海建全球影响力 的科技创新中心符合市场与企业战略规划要求 我们会 加入 胶囊机器人 说起 精准医疗 实际只为改变一个感觉 一个普 没 想 到 在 第二届上 交会 结 束 后的三个月内 即 通的胃镜检查 人们司空见惯的是将一根管子插入胃腔 2014年7月17日 上海安翰医疗技术有限公司 就在上 为了查清病情 想呕也只能忍一忍 致使很多人根本不愿 海张江园区的金桥园落户了 注册资金1亿元 董事长吉 去 找罪受 在像吉朋松这样的 科技园丁 看来 一切 朋松以张江园区的新速度 开展世界首个消化道胶囊机 皆有改变的可能 器人的升级研发和规模化生产 吉朋松关注普通人的感觉 和他的清华大学校友花 就像当初带着梦想来上海参展一样 吉朋松走进金 5年时间集成研发了一项全球首创的 主动精确控制消化 桥园创业后 技术完全自主创新的诸多科研课题 在新建 道胶囊内镜机器人系统 这样发明专利一面世就在业内 的 多种消化道健康器械类产品综合平台 上一一铺展开 引起轰动 吉朋松认为 工业4.0时代 如何让一个城市 来 平台上 胶囊内镜机器人 只是研发项目的第一步 更美好 如何让人的生活更加健康 如何让健康的生活 胶囊内镜机器人简介 14 胶囊内镜机器人的特点

17 扩大本土创新 的胶囊机器人 文/荣 萍 变得更美好 这将是一个令人憧憬的问题 主动精确控制消化道胶囊内镜机器人系统 的主 要载体 是一颗外表是胶囊样式的 小精灵 其直径不 就像吉朋松思考工业4.0时代如何让健康生活变得 更美好一样 上海张江高新技术产业开发区在思考 如 何为企业建立完善的有利于创新的发展环境 让创新人 才如鱼得水 如何推动跨领域 跨行业的协同创新 突破 一批重点领域关键共性技术 扶持一批自主创新产品 如何促进传统制造业的数字化 网络化和智能化 走创 新驱动的智能制造绿色发展道路 到10毫米 长度不到20毫米 内部由300多个零件组成 创新是一项系统工程 不仅需要改变现实的内动力 也是因为这个 小精灵 吉朋松被人们传为 孙悟空 式 循环 还需要推动创新的外动力循环 与内因起决定作 的创新人物 说他会 七十二变 把300多个元器件集 用 外因起辅助作用的哲学逻辑不同 创新因其内创动力 成在光学 通信和运动三大系统上 变出一个个有眼 有 强 而外推动力弱 往往造成创新成果被观望而转化率 脚 会翻跟头 可停可走的 胶囊内镜机器人 低 发明者多是钻研技术的牛人 特别期待化解转化阻 创业寄语 科技项目的创新是发自内心 的喜欢 且要有担当 创新是 一种能力 安翰光电技术 武汉 有限公司董事长吉朋松 展会上人们排队体验胶囊机器人 真的就像孙悟空钻进铁扇公主的肚子里一样 吉朋 松的 胶囊内镜机器人 一旦钻进人们的胃里 就能查出 力 能让 外循环 起到推动创新的决定作用 这是创新 的逻辑 胃里面的健康状况 即使胶囊在胃里 翻跟头 被检测 在上海张江园区 创新政策示范措施和灵活高效的 者也不会像铁扇公主一样难受 在毫无感觉的情况下 胃 实施机制构建出重大本土创新的 双环土壤 环境 这 里的情况却一目了然 这也是为什么展会上 人们会抢着 样的土壤 孕育着一片生态森林 可以让一批像吉朋松这 去体验的原因 因为没有一点感觉 再也不用去插管做胃 样内创动力极强的技术 牛人 变得更 牛 镜那样受罪了 这激发了人们查胃的积极性 以往因为怕 吉朋松在一次企业领袖峰会上说 科技项目的创 胃镜插管 要忍一忍 如今不必再忍了 人们对胶囊机器 新是发自内心的喜欢 且要有担当 创新是一种能力 人产生了浓厚的兴趣和好感 胶囊内镜机器人的神奇效 因为喜欢张江园区 就带着自己的能力来创业 他还说 果 让躲起来的胃病患者纷纷跑出来做检查 对国防安全有重大意义的项目可以创业 对基础工业 创新改变生活 高科技带来健康服务 胶囊内镜机 有重大影响的研究项目可以创业 项目第一来自技术的 器人通过精确巡航电磁控制 位置传感 光电变焦成像 创新 第二来自人才 找到技术不难 找到人才很难 图像处理 无线通信等技术 可以清楚观察到食道 胃和 吉朋松来张江园区创业 就是因为这里有人才 且有先行 小肠内全部的可能病变 这项技术彻底改变了传统电子 先试的人才政策 胃镜给人的疼痛不适和可能的交叉感染的风险 专家坦 一项伟大的科技创新 往往凝聚一个普通人的社会 言 胶囊内镜机器人 可以让占全球42%胃癌发病率的 梦想 把梦想变成现实往往凝聚园区生态环境建设的创 中国人早预防 早发现 早诊断 早治疗 新服务 而采访发明者听到最多的一句话是 我只是 从进入上海张江园区之前的4家医院 到现在超过 想给社会留下点什么 采访园区听到最多的一句话是 12家上海重点医院均引入 胶囊内镜机器人 患者对创 小政府 大服务 在这样和谐的创新环境下 像吉朋 新带来的快乐感觉竖起大拇指 吉朋松说 未来百姓可 松所做的这种重大自主创新将把世界的目光拉回聚向在 以购买这种机器人自行检查 使用起来像手机 平板电 上海张江这片土地上 脑等消费类电子产品一样方便 15

18 创新 产业趋势 TREND 人工神经网络如何主宰我们的世界文 / 侯欢 科学家模仿人的大脑, 创造出了电脑 如今, 电脑已经可以识别图像和语音, 甚至还可以进行艺术创作 那些原本只有人类才能完成的事, 人工智能又是如何做到的呢? 这都要归功于人工神经网络的崛起 科学家从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型, 按不同的连接方式组成不同的网络, 这就是人工神经网络 正是通过人工神经网络, 人工智能才可以不断学习迅速生成的实时数据 做梦的机器人 在比利时根特大学的技术大楼中, 科学家围坐在一台显示屏的周围 屏幕上正在播放这样的画面 : 大脑皮层的褶皱中, 点缀着光怪陆离的大块珊瑚礁 这是大脑, 还是珊瑚? 抑或是它们的结合体? 这种奇怪的场景, 当然只存在于梦中 我们不禁要问, 做梦的人又是谁呢? 实际上, 做梦的并非人类, 而是一台特殊的电脑 我们或许该称其为机器人 科学家输入 脑珊瑚 这个主题后, 机器人便将刚才那神奇的场景 想象 出来, 并显示在了屏幕上 这非常有趣, 目前已有数万人通过互联网观看机器人的 梦境 当然, 科学家创造出会做梦的机器人, 并非是为了娱乐大众, 这个机器人标志着人工神经网络技术终于走向了成熟 这个机器人的代号是 , 它与自己的创造者 根特大学的研究生乔纳斯 德格拉夫共用一个 在观看 工作时, 人们常常会产生一种奇怪的感觉 : 这个机器人拥有人类的意识 推特 ( 美国社交网站 ) 账号 的运行主要基于一个可以识别图像中的物体的人工神经网络, 而德格拉夫则能逆向操纵它 : 给定 静态噪声, 让它修改输出, 直到创造出与观众要求一致的图像为止 这个机器人的推特直播页面叫 幻觉, 德格拉夫却表示, 或许 想象 一词更准确 近日, 谷歌公司开展了一项研究, 旨在解决人工神经网络的核心问题之一 : 人工神经网络怎样得出它们的答案? 而德格拉夫让人工智能表达出满足简单指令的图像的实验, 或许能给我们一些启发 生活中的人工神经网络 人工神经网络技术一直在快速发展 如今, 通过人工神经网络, 电脑可以识别图片中不同种类的肿瘤, 可以学会玩电子游戏 超级马里奥世界, 还可以在复杂的棋盘游戏中拥有立足之地 利用走棋方式的数据库, 人工神经网络会根据输入的走棋数据谋篇布局, 然后输出最好的一步棋 近年来, 人工神经网络已经渗透到了我们现代生活的方方面面, 如智能手机和大型互联网领域 加拿大蒙特利尔大学的科学家约叔华 本西奥说 : 2012 年, 人们首次在日常生活中应用了人工神经网络, 即在安卓手机中植入了语音识别系统 现在, 所有主要的语音识别软件都在使用人工神经网络 短短几年中, 人工神经网络战胜了原有的技术, 成 16

19 为自动执行人脸识别 阅读和理解文本, 以及解释照片和视频中正在发生什么的最佳途径 而这一切都是它们从我们人类身上学来的 每当我们使用互联网或智能手机时, 我们都在为一个基于人工神经网络的 深度学习系统 贡献数据 这种系统最惊人的属性在于, 它们可以不必进行修补就能处理新的数据 不断完善的系统 谷歌公司是第一家把人工神经网络带入我们日常生活的公司 该公司通过互联网服务收集了大量数据, 这让其建立人工神经网络变得可行 其他互联网公司, 如美国脸书公司所搜集的数据, 也足够支持人工神经网络分析 几十亿张人脸图像, 如果标记准确的话, 可用于训练一个强大的人脸识别系统 值得注意的是, 无论是谷歌公司还是脸书公司, 它们的成功都要仰仗下面这点 : 普通用户在 免费培训 其人工神经网络 如今, 人工神经网络已经可以支持先进的语音识别和图像识别技术, 并正在通过对语音的声波构建模块, 来完善对不常见语言的识别 本西奥认为, 人工神经网络的下一个发展目标在于 人机交互, 即系统和客户之间进行信息交换 人工神经网络将成为接口, 学习和解释我们人类的行为, 并将其转化为计算机可以有效执行的指令 下一代智能手机可能装有专门用来运行人工神经网络的芯片, 将适应性学习系统放在我们的口袋里 从智能手环到智能手表等可穿戴设备, 将会把关于穿戴者的所有数据反馈给新的人工智能模型 这种模型可以识别人的各种行为, 如是否定期锻炼, 也可以测量和记录步行速度 这些行为数据最终可用于个人健康管理 机器人会有意识吗 人工神经网络的惊人发展, 不可避免地带来了一些非技术层面的问题 比如, 机器人是否会拥有意识? 观看 的梦境直播, 会给人一种奇怪的感觉, 觉得自己似乎正在观看人类的意识活动 呈现出的每个图像都是独一无二的, 甚至连机器人的创造者都不清楚这些图像是如何生成的 人工神经网络的工作过程至今还是未解之谜 不过, 目前没有任何证据能表明 拥有 思考 的能力 的梦并不是其本身的 意识, 它根本不知道自己正在做这些梦 实际上, 做梦的是观众, 而机器人只是呈现者 美国索诺马州立大学的技术哲学家约翰 苏林斯认为, 这正说明了机器人尚没有产生意识 他介绍道 : 机械将会变得非常智能, 但它们缺乏的是自己存在于这个世界中的感觉 美国耶鲁大学组织了全球首个考察人工智能 伦理 意蕴 的团队, 而苏林斯正是这个团队的一员 科学家不是科幻作家, 他们不会沉溺于对 未来机器人是否将拥有意识 的猜测 在科幻作家的想象中, 人工智能或许会发展为电影 终结者 中的 天网, 拥有独立的意识 而科学家却会在排除目前机器人拥有意识的可能性后, 将注意力放到更实际的问题上 比如, 在苏林斯看来, 真正 威胁 我们的, 不是 意识觉醒的机器人, 而是 非常能干的 无法由程序完全掌控的机器人 人工神经网络如何工作 给定一组照片, 我们如何分辨它们来源于同一场足球比赛? 程序员可以编写一个算法, 来寻找照片的典型特征, 如球门柱的特征, 但这样工作量往往会很大 别担心, 人工神经网络可以为我们做那些繁重的工作 人工神经网络是一种运算模型, 由大量的节点相互连接构成 每个节点代表一种特定的输出函数 每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值, 这相当于人工神经网络的记忆 人工神经网络的输出会因其连接方式 输出函数 加权值的不同而不同 我们可以通过给它输入数据, 然后根据其表现给它打分, 从而来训练它 举个例子, 人工神经网络最初可以发现图像中物体的某个特征, 然后据此去识别物体, 甚至活动 比如, 球 球场或球员的特点或许都能用于分辨一场比赛 每个节点层查找不同的特征, 并输出答案 然后程序员将答案与实际结果之间的差距反馈回来, 让人工神经网络调整它的权重 就这样不断测试与调整, 直到输出的答案总是被评判为正确 在整个过程中, 程序员要做的就是一个不断测试 反复调整的过程, 而不是告诉人工神经网络具体怎样做 值得注意的是, 在很多案例中, 反馈是由使用者提供的, 即用户的使用过程就是一个不断优化人工神经网络的过程 17

20 深度 FEATURES 家里的科学之心理学 家透露你的性格 文 / 周静嫣 每个人都会按照自己的喜好布置自己的家 无论是精心摆放的照片, 还是随意堆放的文件杂志, 即便是家中平庸的 世俗的 看上去并不重要的细节, 也会惊人地大量暴露出我们的内心世界, 将我们的个性展示于人前 美国心理学家山姆 戈斯林认为, 可以从一个人拥有的物品以及它们摆放的方式来探究这个人 2008 年, 他对大学生寝室进行了研究 每学期开学时这些寝室都是相同的 空荡荡的, 而在几星期之内这些寝室的摆设就可以反映出居住其中的学生的个性 最近, 戈斯林和他的团队将注意力转向更为复杂的问题, 即夫妻或情侣的客厅 人们通常不会意识到生活空间与自身心理的关系 戈斯林说, 为什么当夫妻或情侣搬到一起住以后需要进行一段时间的磨合, 因为在个人空间里做的看似完全自然的事情, 可能遭到伴侣的质疑 戈斯林研究团队的琳赛 格雷厄姆说, 人们会有意展示某些东西来说明自己, 可能是一张结婚纪念日的照片, 一幅最喜欢的乐队的海报, 或者是一面从祖国带来的旗帜 这些东西被称为身份宣言 然而, 还有很多物品和装饰并非是有意布置的, 但它们依然说明了很多问题 如果我们努力营造亲密与舒适的气氛, 会把家具围在房间的中心 戈斯林说, 你之所以会如此安排, 真实的理由是社交对你很重要 灯光 放在架子上的纪念品 墙壁粉刷的颜色, 这些也都会反映我们的情绪 特定的颜色能起到调控作用, 我们通过它传达自己的感觉, 或我们试图留给他人的印象 戈斯林说, 比如, 墙壁的颜色反映出你的心态 : 喜好传统审美, 还是紧跟当前的最新潮流 家居物品中最可能暴露我们内心的是 行为残渣, 也就是那些在生活中留下的物质 比如, 一张停车收据被丢弃在厨房的料理台上 戈斯林说 : 它能暴露出一个人出门在外的行为痕迹 从这张被随意丢弃的收据看, 这个人也许并不是很小心谨慎或在意细节, 也可能很任性 从某些方面来说, 行为残渣是最有意思的, 因为它们是人们在最自然的状态下无意中留下的 戈斯林和格雷厄姆希望能够收集同住者的各种物品, 依靠这种方式揭示伴侣关系中的秘密 在 4 名学生的协助下, 格雷厄姆查看了 100 对伴侣的客厅 他们小心翼翼地记录下一切, 拍摄了 8 000~ 张照片 格雷厄姆正在梳理这些观察记录, 并试图将它们与每对伴侣填写的个性调查表配对 他们的研究才刚刚起步, 但至少有件事情是明确的 格雷厄姆说 : 家中的物品确实反映了人们的行为踪迹, 比如按字母顺序排列的记录册, 一堆未开封的啤酒, 咖啡桌上打开的笔记本电脑, 它们都是追踪伴侣日常共同生活的线索 18

21 利用科学 再识我家 家里的科学之心理学 家影响你的心理 文 周静嫣 我们的个性塑造了我们的家 另一方面 家也对我们 采用了不寻常的与客户沟通的方式 特拉维斯不会问客 施加了强大的心理影响 就说气味吧 如果房子里气味 户喜欢什么材料 或者窗户要开在什么地方 而是询问他 清新 你就会更想让它保持干净 英国伦敦政治经济学 们在什么情况下感到安全 舒适 有归属感等 随后 特 院的心理学家保罗 多兰说 拉维斯会通过相应的房屋设计唤起客户特定的情感 在一项2005年完成的研究中 荷兰心理学家发现 你所经历的每一件事情 积极的或消极的 都发 隐蔽处一桶柑橘味清洁剂散发出的芳香 足以让志愿者 生在一个空间里 特拉维斯说 这些空间融入记忆 在清除饼干碎屑的工作中表现更佳 即便他们没有意识 跟随着你 让你感知外面的世界 美国心理学家戈斯林 到香气的存在 尽管此研究是在实验室里完成的 但多 参观过特拉维斯设计的建筑 并且与屋主交谈过 他们 兰猜想 人们在家中的表现应该差不多 告诉戈斯林 他们不会改变家中的任何东西 因为现在的 美国建筑师克里斯 特拉维斯则更进一步 他认为 家让他们感到前所未有的舒适 戈斯林还发现 特拉维 家对我们最大的影响来自我们的过去 这是通过潜意识 斯的第一稿设计图就能满足客户的需求 即便如此 客户 中的联想来发挥作用的 基于这一理念 他的设计公司 很难相信 是他们自己的心理状态驱动了这些设计 家里的科学之气象学 家中自有小气候 文 周静嫣 我们很容易将家 间 人们身边的空气会变热 热空气上升到天花板 同时 想 成一 个 整 体 家中 房间其他地方的冷空气过来填补上 形成了空气上升下 每个地方的气候条件 降的循环模式 柯西说 家中的派对并不只有喧嚣 它们 都 是 相 同的 但 这与 制造了属于自己的天气现象 真实情况相去甚远 地球上有极端天气 我们的家也一样 最极端的天 不 同 的 房 间 甚 至一 气条件藏在我们看不到的地方 如屋顶和墙壁 如果一 个房间的不同部分 都 幢房子安装了空调系统 夏天从送风管道中出来的空气 有各自的 温 度 湿 度 约是12 柯西说 放了物品的地方可能是23 外 和光照度 总之 你的房子拥有自己的气候 美国得克萨斯大学的理 查德 柯 西已对室内空气 质量进行了20年研究 他介绍说 一幢房子的最冷部分 墙的墙体和屋顶能达到50 除了热量 当太阳照在外 墙上 墙体外侧与内侧的压力差也随之增大 也就是说 墙不仅仅是墙 也是一个锋面系统 和最热部分的温差可达40 这种情况并不罕 见 很多室内天气的改变是我们能够预料的 如 打开暖气或者阳光照射进来会使温度上升 家 中各处温度不同 促使室内空气流动 如果冬 天地下室温度较高 而堆放物品的地方冷一些 那么热空气就会向冷空气方向移动 柯西说 不过 有些室内天气模式受到我们自身的影 响 而我们很难察觉到 根据体形的不同 人 们可散发相当于60~100瓦灯泡的热量 柯西 说 在家中举行派对时 所有人都集中在一个房 房屋不同部分的温差很大 19

22 深度 FEATURES 家里的空气并不清新 意料之外的三大污染源 洗碗机 洗碗机清洁剂含有 次 氯 酸钠 它与一 些 食 物 尤 其是肉类 与西红 柿 发 生化 学反 应 产生 三氯甲烷 香熏蜡烛 燃烧缓慢的芳香剂 在火焰中经过的时间只 有一毫秒 通常都未能充 分 燃 烧 它们大多会分 解成 细 微 颗 粒物 被我 们吸入肺里 吸尘器 吸尘器吸入的颗粒 家里的科学之化学 中含有过敏原和空气中 家里时刻发生化学反应 的污染物 文 周静嫣 每天每时每刻 空气中都在发生化学反应 同样家中 几乎所有物体的表面也在发生化学反应 室内化学反应的主要驱动力是臭氧 它是一种由三 个氧原子组成的极易发生反应的分子 我们家中的臭氧 大部分来自室外 还有一小部分来自空气净化器 激光打 印机和加热 通风设备及空调系统 度很高 会引发呼吸道问题 对眼睛造成刺激等 柯西 说 还有一种短暂存在的分子被称为克里奇双自由基 同样来自臭氧的化学反应 这些剧烈的反应会制造出广 泛的副产品 包括一些有刺激性或毒性的物质 采 取更为绿 色的生活方式并没有多少帮助 许多 天然 清洁产品含有萜烯或萜类化合物 这类源于植物 臭氧的性质很不稳定 室内臭氧的浓度远低于室 的有机分子很容易与臭氧发生化学反应 更多地使用 外 就是因为它们在室内与如此多的物质发生了化学反 绿色产品 甚至会使我们的家更频繁地发生化学反应 应 美国得克萨斯大学的理查德 柯西说 臭氧的化 柯西说 学反应产物也都很有意思 臭氧会与任何有气味的物 很多污染物是由我们带入家中的物品释放出来的 质发生反应 比如空气清新剂和空气净化剂 这些有气 比如 甲醛是从胶合板和化妆品中挥发出来的 此外 一 味的化合物都含有碳碳双键 臭氧喜欢攻击它们 柯西 些物品会释放具有半挥发性的有机化合物 如家具和床 说 垫中使用的阻燃剂 在一些情况下 家中弥漫的香味发生着不为人所知 但是 有些材料可以吸收从物品中挥发的物质以及 的化学反应 如今我们在室内使用那么多有气味的东 室内化学反应产生的物质 聚氨酯泡沫塑料经常被用于 西 当它们开始氧化 会形成室外找不到的物质 柯西 家具中 或者做成地毯的泡沫衬垫 它却是污染物的聚集 说 但没有人对它们做过毒理学研究 值得关注的 地 柯西说 常被用来装饰墙壁的石膏板也是如此 是 其中一些物质的结构与某些有毒的或有刺激性的化 家中的小气候很大程度上影响着污染的严重程度 学物质类似 室内空气里到处飘散着这些危险物质 室内的高温使化学反应的速度加快 大致的规律是 当 柯西说 一种材料的温度升高10 物质挥发的速度会加倍 臭氧还会在其他地方攻击碳碳双键 比如地毯 肥 柯西说 而且 当一个空间的温度升高 其中的压强也在 皂甚至皮肤表面的油脂中的苯乙烯 从而形成羰基化合 加大 会将脏空气推出来 释放到房间里 电源插座和 物 包括用作防腐剂的刺激性气体甲醛 如果甲醛浓 墙上的裂缝就是释放源 柯西说 20

23 利用科学 再识我家 家里的科学之信息科学 家里的秘密越来越少 文 周静嫣 智能牙刷会告诉你刷牙方法是否正确 恒温器会控 制室内的温度 当烹饪结束 烤箱会发出提示 如今 越来越多的小家电连上了互联网 我们不在 家时也能对它们进行远距离控制 生产商宣称 使用智 能家电能帮我们省钱并促进我们的健康 但不可否认的 是 它们也会给个人隐私造成威胁 智能家电本质上涉及 各种方式的数据记录 一旦智能家电将记录的数据泄露 给第三方 我们的家中将不再有秘密可言 记录家庭生活数据的产品正在迅猛增加 比如 谷 歌公司的一个项目使用智能手机扫描室内环境 并且有可 能让开发者建立室内的位置数据库 当然 所有的数据 都会存入谷歌的数据库中 随着这些产品的问世和不断普及 家已经不再像人 们通常认为的是属于自己的私有空间 然而 很多人还没 有意识到家的私密性将变得越来越低 因此他们也没有 想到要改变在家中的行为 早期的智能家居技术主要服务于老年人 使用设备 监视并了解老年人的日常生活轨迹 当察觉到异常时就 报警 从而让老年人在自己家中住得更安全更健康 例 如 一家公司的 老年人生活检测系统 可以将老年人在 家中的活动情况发送给家中的年轻成员 从某些方面来讲 如果牺牲一些隐私可以换来更长 久的独立生活 那还是值得的 然而 如今很多智能家居 系统的目标不再是老年人 例如 一家公司使用固定在墙 上的设备告诉房主每个房间里有多少人 这套系统还能 追踪居住者的活动 显示他们外出了或是正在看电视 这意味着智能家居提供了一种窥探 人们生活的方 式 监控家中能量使用情况的设备可被用来建立居住者 的生活档案 比如 从能量消耗的峰值可能看出他们最 重视哪个节日 还可以洞悉他们正在使用哪种电器 研 究显示 通过分析能量使用情况甚至能判断家中正在播 放哪部电影 家里的科学之生态学 家是活的自然博物馆 文 王恒哲 江洪波 或许你没有意识到 即使你是一个人生活 在家中也 并不孤单 人类的家就像一座活的自然博物馆 很多 物种和人类在同一屋檐下生活 它们构成了完整的生态 系统 具有惊人的生物多样性 从洞穴中开始 这个生态系统有超乎想象的悠久历史 人类第一次 建造房屋的明确证据是在距今2万年前 但某些物种自人 类祖先与大猩猩和黑猩猩分化以来就和人类共同生活 至今已有800万年 它们最初居住在类似如今类人猿的 巢穴中 人类身上 体内以及生活环境中的许多微生物即 发源于此 人类头部 身体上的虱子 睫毛上的螨虫或是 生活环境中及脱落的死皮中的尘螨亦是如此 大猩猩和黑猩猩巢穴的寿命很短 通常使用一晚后 就被废弃 睡在巢穴里比睡在地上或树枝上舒适 它们 为什么不像鸟一样建造一个经久耐用的巢穴呢 有可能 是大猩猩和黑猩猩为了防止巢穴中的害虫聚集 从而选 择频繁更换巢穴 这种方法虽然有效 但人类祖先没有 沿袭这一选择 不断增长的人口及群居习性使得人类祖 先被迫寻找一种新式的生活空间 我们无从知晓人类祖先从何时开始定居生活 但可 以肯定的是 一旦开始定居生活 就有源源不断的物种 伴随着他们共同生存 这首先从洞穴中开始 因为灵长类 动物会偶尔使用洞穴 考古发现证明许多早期古人类都 曾在洞穴中生活 随着人类祖先在山洞中定居 新的物种也开始演化 以便从中获益 生活在人身上的臭虫是蝙蝠身上臭虫的 近亲 在10万年前东欧或亚洲的洞穴中 它们将攻击目标 从蝙蝠转移至人类 同时进行了演化 它们的口器变长以 刺破人类较厚的皮肤 它们改为夜间出没以防止被发现 它们的腿变长以适应快速运动 德国小蠊 一种蟑螂 可 能也是从那个时期开始将人类作为目标 21

24 深度 FEATURES 特殊的 房客 一些室内生物在室外也广泛存在 室内 热水器 水壶 温泉 室外 室内外均 有的生物 水生嗜热菌 细菌 洗碗机 地下室 浴室 自来水 果蝠体表 洞穴 森林堆积物 池塘 皮炎外瓶霉 真菌 节肢动物 蠹虫 约氏乳杆菌 嗜酸 乳杆菌 细菌 桡脚类和轮 虫类动物 堪比一个动物园的规模 人类营造并不断复制适合它们 随人类走向世界 随着农业的发展 大约1万年前 地中海东岸肥沃的 新月地区出现了又一次室内生物多样性的激增 家畜 农 生存的室内环境 它们则随着人类的迁徙走向全世界 随 着人类生存状态的不断改善 如今生活在室内的生物数 量更是超过以往 作物 储藏的食物及垃圾开始出现在人类的日常生活中 如今在人类的家中有多少物种仍是个谜 生物学家 农业文明将各种生物像大杂烩一样交流融合 使它们改 正试图找出答案 在美国 科学家在40间房屋中发现了 变习性转而与人类共存 通过演化适应与人类的共同生 超过8 000种细菌和古细菌 美国科学家研究了50个家 活 庭的住房 总共发现了750种节肢动物 而且平均每个家 科学家通过对古埃及阿玛纳城遗址的挖掘 还原了 庭发现100余种 这些室内生物很多是非常古老的物种 早期居民的生活状态 他们分析了公元前1300年阿肯那 也有些是前所未见的 还有众多从未被深入研究过的真 顿法老的马厩 发现了种类惊人的昆虫与其他节肢动物 菌 原生生物及其他生物群落 其中包括生长在人类身体 的痕迹 包括皮蠹 蛛甲 家蝇和臭虫等 其中有些相对 上的数十种蠕虫及上千种微生物 即使饮用水中也能找 于野外生存的原始品种已发生了演化 以谷盗类甲虫为 到生物的踪迹 例 它们可以轻易地随着粮食的运输实现移动 因此放弃 了翅膀 在家中快速演化 除了节肢动物 人类的家中还有很多 房客 如脊 人类想方设法将这些物种赶出自己的家园 但它们 椎动物 微生物等 以麻雀为例 它们在人类农业文明初 通过演化找到了生存之道 而且这种演化可以迅速地发 期即放弃了每年春秋两季迁徙的习性 演化出一种新形 生 德国小蠊就是一个典型的案例 状的喙 并永久移居至人类生活区域 从此 它们及它们 德国小蠊和其他许多蟑螂一样 很早开始与人类共 的近亲跟随人类繁衍演化并迁徙至世界各地 类似的案 存于洞穴 并随着人类祖先的迁徙传播到全球 以前的 例还包括家鼠和褐鼠 两者被认为自距今几十万年前即跟 灭蟑药采用葡萄糖作为诱饵 与农药混合制成 但后来 随人类 灭蟑药的效力变得越来越低 科学家发现 灭蟑药中的 截至古埃及时期 与人类生活在一起的物种就已经 农药成分对实验室中的蟑螂依然有效 因此灭蟑药失效 的直接原因是德国小蠊已学会如何抵制葡萄糖的诱惑 进一步的研究发现 刚出生即被隔离的德国小蠊同样对 葡萄糖诱饵有抵抗力 科学家据此推断 德国小蠊通过非常快速的演化 获得了厌葡萄糖基因 使其在神经层面对摄入的葡萄糖 产生苦味感觉 从而对含有葡萄糖诱食剂的灭蟑药选择 了回避 在灭蟑药的选择压力下 这种演化或许在几年内 就已经完成 后来 农药公司以果糖替代葡萄糖 并加大 农药剂量才解决了问题 故事并未到此结束 德国小蠊只是生态链中的一 环 至少有两种寄生蜂经过演化能将卵寄生于蟑螂体 内 作为宿主的蟑螂演化后能避免被灭蟑药毒杀 使得只 22

25 利用科学 再识我家 能通过在蟑螂体内产卵繁殖的寄生蜂同样壮大起来 这 统 这些因素对它们所产生的影响往往对人类有害 于 也影响到食物链中捕食蟑螂的蜈蚣 事实上 蟑螂所携 是 蟑螂不再被葡萄糖毒饵所吸引 臭虫具有了抗药性 带的进入人类生活环境的共生菌及病原菌也因此受益 携带疟原虫的蚊子不再降落到能致其死亡的墙壁上 耐 药性金黄色葡萄球菌污染了厨房台面 控制而非消灭 如果我们继续固执地消灭生活空间中的生物 那么更 虽然科学家刚开始探究 但探索人类家园中的生物 多的物种将具有耐化学物质的能力 尽管我们希望拥有无 未来可能的演化过程令人着迷 目前人类的室内空间占 菌 干净的生活环境 但这只是一个不现实的愚蠢想法 全球无冰陆地面积的0.5% 随着人口的增加 2100年室 如果环境中没有除人类以外的生物 人类也将无法生存 内面积将比现在增加一倍 而人类空间中生物群落的面 那我们该采取何种措施呢 我们应当选择更具有创造性 积也相应增加 根据生态规律 将会有更多物种通过演 的方式 更好地控制生活环境中的其他生物群落 化进入人类生活 一种方法是通过基因工程创造出良性品种以替代生 人类有意或无意地影响着 同居 物种的演化过 活在我们周围的有害品种 这些良性品种也许能帮助我 程 随着 全球化进程加快 人类的居 住环 境相似 度越 们捕杀臭虫或清洁淋浴设备 发挥积极的作用 另一种 来越高 其中生活的生物种类也逐渐趋同 现在我们的 温和的方法是控制家中的环境 使其更适合对我们有利 房间中充斥着灭鼠药 灭蟑药 蚂蚁毒饵 跳蚤粉 抗菌 的物种 当然 我们必须首先确定这些物种 研究它们的 剂 抗生素等化学品 我们采用这些强有力的措施去改 习性 以及它们与其他生物互相影响的机制 变生活环境 我们选择使用的化学品的种类 包括使用 时间 地点 频率等因素 都将改变幸存生物的基因和血 本文作者王恒哲就职于中国科学院上海科技查新咨询中心 江洪波为中国科学院上海科技查新咨询中心副研究员 博士 目前还不清楚与我们共处一室的微生物会产生何 家中的微生物生态系统 种影响 梅多说 大多数微生物对人类的健康没有影 文 周静嫣 响 或者没有积极的影响 微生物生态系统对健康影 响的研究还处在初级阶段 2013年完成的一项研究初 我们房子的每个角落 每个缝隙都有一个看不见的 由细菌 真菌和古 细菌组成的生态系统 人类现在才刚刚了解这个生态系统的真面目 美国生物学家罗布 邓恩领导着迄今为止美国最大的一项微生物生态 系统研究 他的团队通过检测棉签上DNA的排序 从而确定门框 枕头和 步揭示了一些事实 同样是暴露在灰尘中 养狗家庭中 的老鼠比不养狗家庭中的老鼠不易患上哮喘 研究发 现 养狗家庭中老鼠的肠道内约氏乳杆菌的数量更多 这在一定程度上增强了老鼠的免疫功能 厨房料理台都存在哪些微生物 所检测的棉签来自跨越整个北美洲 住 我们会对家中的微生物产生何种影响 尤其在使 在1 430个不同房子里的志愿者 有的人和山羊同住 有的人住在兄弟会 用漂白剂或其他产品打扫卫生时 这一点我们同样知 里 和几十个又脏又臭的家伙住在一起 还有的人与孩子同住 邓恩说 之甚少 我们通常是在非常盲目的状态下选择周围 我们用棉签擦拭物体表面 每一个棉签都带上了微生物的DNA 的生态系统 邓恩说 我们投入针对这些肉眼看不 邓恩及其团队发现的微生物种类多得惊人 若要将每种微生物的基因 见的生命体的战争中 以为自己营造的环境里不存在 组排列出来 进展将会异常缓慢 因此 邓恩的团队分析了各个DNA片段 它们 实际上正相反 所营造的环境很适合它们反抗 将微生物宽泛地分类 结果仍是惊人的 就拿真菌来讲 地球上所有已被 我们的攻击 命名的真菌在这里都能找到 实在太令人震惊了 邓恩说 他的团队继续深入研究样本中的部分家庭 有了更多的发现 这些 房子里有几千种节肢动物 它们藏着令人惊异的秘密 邓恩说 其中就有 邓恩希望更深入的研究将会告诉人们如何打造 家里的微生物生态系统 使得这个系统中各种微生物 的种类有一个恰当的配比 从而让人类更加健康 蛾蝇 它们通常生活在厨房下水道里 幼虫以管道底部的废弃物为食 我 们还发现了一种寄生蜂 几乎每幢房子里都有 邓恩说 从皮肤上掉落的微生物 例如葡萄球菌和棒状杆菌 存活于家中的每 个房间 每个人都担心马桶座圈是否清洁 事实上我们所到之处都会留 下一堆微生物 邓恩说 这一点也被其他研究所证实 美国俄勒冈大学的詹姆斯 梅多对大学 教室的地板和桌椅进行了细菌研究 得出的结论同样适用于我们的家 当 你查看椅子上的细菌时 不仅能发现皮肤上的细菌 同样也能看到肠道内 的细菌 梅多说 细菌的传播还会因地理位置差异而有所不同 邓恩的团队发现 一些 植物病原体只出现在棉花种植区的房子里 周围环境中的微生物会通过 窗户渗透进家里 邓恩说 我们在每个房间创造的气候不同 在房间里做 的事情不同 所产生的微生物群就会不同 23

26 科技 前 沿 FRONTIER 2015年诺贝尔自然科学奖之 物理学奖 2015年10月6日 瑞典皇家科学院宣布将今年的诺贝尔 物理学奖授予日本东京大学的 田隆章教授和加拿大女王 大学的阿瑟 布鲁斯 麦克唐纳教授 以表彰他们发现中 微子振荡现象 该现象证明中微子有质量 中微子的故事 文/周 顺 神秘的基本粒子 中微子 电的中性粒子 而贝塔衰变其实是一 领导的实验团队于1956年公布了他们 个三体过程 即14C 14N + e- +ν 的结果 在泡利提出中微子假设26年 所以末态的电子能谱是连续的而且能 后首次证明了中微子的存在 他们立即 量-动量守恒 泡利把自己假设的中性 给泡利发去电报告知这个令人兴奋的 粒子称作 中子 重大发现 据说泡利很高兴并为此开了 1932年 查德威克发现原子核内 一箱香槟酒来庆祝 莱因斯由于发现 存在与质子质量相当且电中性的粒子 反应堆中微子与发现τ轻子的美国物 1933年 意大利物理学家恩里克 费 理学家马丁 佩尔获得1995年诺贝尔物 米将查德威克发现的中性粒子命名为 理学奖 而考恩已于1974年不幸去世 19世纪末到20世纪初 物理学家 中子 Neutron 而将泡利假设的中 无法与莱因斯一起共享这份来之不易 通过实验逐渐认识到我们周围的所有 性粒子更名为中微子 Neutrino 它 的荣誉 物体 包括我们自身 都是由原子组成 在意大利语中的含义是 微小的中性 的 而原子是由带正电荷的原子核和 粒子 至此 中微子的故事并未结束 1962年 三位美国物理学家利昂 莱 围绕它运动的电子通过电磁相互作用 基于中微子假设 费米建立了著 德曼 梅尔文 施瓦兹和杰克 斯坦伯 形成的稳定结构 质子和电子是当时 名的四费米子相互作用理论来描述贝 格利用加速到很高能量的质子打靶的 知道的两种基本粒子 所以物理学家 塔衰变过程 从此掀开了中微子及其 实验发现存在与μ轻子对应的μ中微子 认为所有的原子核都是由质子和电子 参与的弱相互作用的研究的新篇章 组成的 另一方面 1914年 英国物理学 开启中微子的探索之旅 记为νμ 并证明它与随正电子一起 产生的电子中微子 记为νe 是不同的 粒子 同年 三位日本理论物理学家牧 二郎 中川正美和坂田昌一提出两种 家詹姆斯 查德威克测量到原子核的 贝塔衰变过程产生的电子具有连续能 如何探测泡利假设的中微子成为 不同类型的中微子νe和νμ可以相互转 谱 这与二体衰变过程 比如说14C 困扰物理学家二十多年的难题 因为 化 早在1957年 意大利物理学家布鲁 14 中微子不带电且与其他物质的相互作 诺 庞特科沃在反应堆中微子发现之 子应具有确定的能量 相矛盾 用极弱 它们可以轻而易举地穿透整个 后就指出可能存在中微子与反中微子 N + e- 中能量-动量守恒的预言 电 贝塔衰变过程中的连续电子能谱 得到其他更精确的实验的确认之后 地球 所以中微子的直接探测需要很 强的中微子源和很大质量的靶物质 丹麦物理学家尼尔斯 玻尔在1929年 考虑 到原子弹爆 炸的过程中原 提出在贝塔衰变之类的微观物理过程 子核裂变会产生大量的中微子 美国 中能量-动量不守恒 物理学家弗雷德里克 莱因斯在1951 为了挽救能量-动量守恒律和解 年甚至与费米讨论将核爆作为中微子 释贝塔衰变的连续能谱问题 奥地利 源 最终这个想法由于核安全问题未 物理学家沃尔夫冈 泡利在193 0年 能变成现实 莱因斯与其合作者克莱 底做了一个大胆的假设 他认为在原 德 考恩转而利用核反应堆来做实验, 子核内部伴随着每个电子还存在一个 因为核反应堆更安全 且同样可以产 质量远小于电子 自旋为1/2且不带 生很强的中微子束流 考恩和莱因斯 24 大气中微子νμ和νe由K介子 π介子及 μ轻子衰变产生 并从不同方向穿过超 级神冈实验的探测器

27 获奖者简介 用来重建大气中微子本身的入射方向 和能量 田隆章 1959年 田隆章出生于日本 玉县 1981年从 玉大 学理学部毕业后进入东京大学研究生院 成为2002年度诺 贝尔物理学奖得主小柴昌俊的弟子 1999年成为东京大学 宇宙射线研究所教授 2008年担任该所所长 其间一直从 事基本粒子研究 阿瑟 布鲁斯 麦克唐纳 Arthur Bruce McDonald 1943年 麦克唐纳出生在加拿大新斯科舍省悉尼市 1964年在达尔豪西大学获物理学士 1965年获硕士学位 并于加州理工学院获物理学博士学位 1982年至1989年在 普林斯顿大学任物理学教授 后加入女王大学 目前是女 王大学大学研究主席 超级神冈实验结果于1998年正 式发表 发现从下方进入探测器的νμ 比上方进入的几乎少一半 但是νe的 数目没有发生变化 对这一观测结果 最简单的解释就是νμ在穿过地球的 过程中转变为ντ 这就是大气中微子 振荡 令人遗憾的是户 洋二教授于 2008年因病不幸去世 此外 年日本物理学家铃 木厚人教授领导的KamLAND实验发 现反应堆中微子振荡 确定了太阳中 微子丢失问题的唯一解决方案就是 大混合角的中微子振荡 2012年 中 之间的相互转化 这是最先讨论不同 预言的完全一致 而νe只占中微子总数 国科学院高能物理研究所的王贻芳 类型的中微子可相互转变的两个理论 的1/3 所以 SNO实验不仅验证太阳 研究员与美国加利福尼亚大学伯克 工作 它们的基本思想在随后发现的中 中微子丢失问题 而且证明太阳内部产 利分校的陆锦标教授领导的大亚湾 微子振荡现象中得到了验证 生的νe到达探测器时已经有2/3转变成 实验也发现反应堆中微子振荡 首次 了νμ和ντ 这里ντ表示τ中微子 它是 测量到与太阳和大气中微子振荡不同 在2000年才发现的 但在1976年佩尔 的中微子味混合角 何谓中微子振荡现象 发现τ轻子后 人们就相信ντ的存在 究 竟什么是中微子振荡现象 我们将一种类型的中微子在传播一段 它又是怎样被发现的呢 为了回答这 距离后变成另外一种类型的中微子的 个问题 我们不得不提及两位美国物 现象叫作中微子振荡 理学家雷蒙德 戴维斯和约翰 巴考 中微子振荡是有质量的中微子所 研究中微子振荡的作用 尔 中微子质量 意味深长 表现出的宏观的量子干涉现象 它证明 中微子具有不同的质量 中微子的味 混合角决定中微子相互转化的幅度 而 戴维斯在考恩和莱因斯的实验之 前就开始利用放射化学的方法探测反 中微子振荡 不仅可以解决太阳 质量差决定在多远的距离可以观测最 应堆中微子 在多年的实验以失败告 中微子丢失问题 也可以解释大气中 大的振荡效应 中微子有质量意味着 终之后 戴维斯意识到他利用的反应 微子反常现象 高能宇宙线粒子与地 什么呢 当前的粒子物理学标准模型 过程只能探测电子中微子而不是来自 球大气层中的核子碰撞的过程中会产 预言中微子质量为零 所以中微子有质 反应堆的反电子中微子 继而转向探 生带电的K和π介子 它们会迅速衰变 量将改变我们对物质的基本组成及其 测来自太阳内部核聚变产生的电子中 为μ轻子和νμ中微子 而μ轻子进一 相互作用的认识 而中微子物理还存 微子 1968年 戴维斯领导的霍姆斯 步衰变产生νμ中微子和νe中微子 这 在很多亟待解决的重要问题 中微子 特克(Homestake)实验成功地发现太 种过程产生的νμ和νe被称作大气中微 的绝对质量是多大 中微子是自己的 阳中微子 但是其观测到的中微子的 子 反粒子吗 中微子的质量是如何产生 洋二教授 的 这些问题的答案将为我们对物质 田隆章教授领导的超级神冈实验 的最基本结构和自然界存在的基本相 由日本东京大学的户 数量只是理论家巴考尔通过标准太 阳模型计算的结果的1/3 之后 其他 和 太阳中微子实验也证实太阳中微子丢 精确地测量了从不同方向穿过探测器 失 但还不能确定原因是中微子发生 的大气中微子的数量 超级神冈实验 转变还是理论计算有偏差 的探测器由5万吨纯水和1万多个光电 年 华裔理论物理学家陈 倍增管组成 大气中微子与探测器中 华森建议用重水作为探测器物质 揭 核子反应产生运动速度很快的带电轻 开了萨德伯里中微子观测 Sudbury 子 即电子和μ轻子 而它们在水中高 Neutrino Observatory 缩写为SNO 速运动时会放出具有特殊性质的切伦 实验的基本原理 科夫光 以带电轻子的运动轨迹为轴 麦克唐纳领导的SNO实验从1999 的光锥 所以我们可以通过光电倍增 年开始运行 到2001年公布实验结果 管接收切伦科夫光来确定带电轻子的 显示中微子的总数量与太阳标准模型 运动方向和能量 这些重要信息可以 互作用的研究和理解指明方向 本文作者现为中国科学院高能 物理研究所副研究员 2011年 出版 中微子物理学英文专著 2014年 在 自然通讯 上发表该杂志首篇粒子 物理理论综述文章 要想直观了解中微 子 请观看3D微视频 1 用智能手机观 看可扫描二维码 2 用电脑观看可 输入网址 25

28 科技 前 沿 FRONTIER 2015年诺贝尔自然科学奖之 生理学或医学奖 2015年10月5日 本年度诺贝尔生理学或医学奖 在瑞典揭晓 爱尔兰科学家威廉 坎贝尔 日本科 学家大村智和中国科学家屠呦呦获奖 以奖励他们 在抗击对人畜有害的寄生虫方面所做的贡献 人类如何对抗寄生虫 文/沈源峻 朱 蕊 是吸虫纲动物 血吸虫 其实 中 国古代很早就有对血吸虫病的记录 比如 诸病源候论 记载 此由水 毒气结聚于内 令腹渐大 名水蛊 也 而现代医学研究已证实 血吸虫 幼虫在中间宿主 钉螺体内成长 黑死病的元凶 人一旦接触到有血吸虫成熟幼虫的水 体 便很容易被感染 患者一开始会 寄生虫是什么 虫 呢 常见的属 于 虫子 的寄生虫是跳蚤 虱子和螨 虫 这3种寄生虫属于节肢动物 和我 们熟悉的螃蟹 蜜蜂是同一个门类 人用肉眼就能看见这类寄生虫 它们 也算是人类的 老朋友 了 其中 最 臭 名昭 著 的 非 跳 蚤莫 属 它是传播淋巴腺鼠疫的元凶 尽管淋巴腺鼠疫的病因是鼠疫杆菌的 感染 可正是这些不起眼的跳蚤 将 鼠疫杆菌从啮齿动物 如老鼠 身上带 发烧咳嗽 晚期则腹胀充水 丧失劳 蚤叮咬后 往往会患上季节性湿疹 严 动能力 晚期血吸虫病患者的死亡率 重时全身多器官都会受影响 在70%以上 不过 要想清除这些寄生在体表 正是由于血吸虫病对青壮年劳动 的寄生虫并不难 只要平时注意个人 力的极大损害 我国从2006年5月1日 卫生和宠物的清洁工作就行 一旦患 起实施 血吸虫病防治条例 督促和 病也无须恐慌 只要及时在体表使用 鼓励各地政府和民众开展预防 控制 抗寄生虫的药物 并注意保持卫生便 和消灭血吸虫病的活动 能康复 寄生体内的 瘟神 到了人身上 研究证实 欧洲14世纪暴 发的黑死病就是淋巴腺鼠疫 毫无疑 问 跳蚤正是传播此病的罪魁祸首 此外 即便是不携带鼠疫杆菌的跳蚤 也会对人们的正常生活造 成很 大困 扰 比如 人被猫 狗等宠物身上的跳 在线形动物引起的寄生虫病中 以淋巴丝虫病最著名 因为它还有另 一个名字 象皮病 发病时 自身免 疫系统产生的反应 会让人全身疼痛 然而 并非所有的寄生虫都寄生 并造成人体严重畸形 皮肤肿胀如 在体表 事实上 大部分寄生虫都是 大象的皮 更不幸的是 患者不仅会残 寄生在人和动物体内的 其中 有一大 疾 往往还会因身体变形而饱受精神 类被称为 蠕虫 的寄生虫危害最广 折磨 自然界中 蠕虫的种类超过100万种 分为扁形动物和线形动物 在扁形动物中 以吸虫纲动物和 绦虫纲动物对人畜的危害最大 1958 年 毛泽东在 送瘟神 中写道 华 佗无奈小虫何 千村薜荔人遗矢 万户 跳蚤 26 萧疏鬼唱歌 这里的 瘟神 指的便 丝虫

29 获奖者简介 威廉 坎贝尔 William C. Campbell 1930年出生于爱尔兰 1952年于爱尔兰都柏林圣三一 学院获得学士学位 1957年于美国威斯康星大学获得博士 学位 年 工作于美国默沙东公司研究所 目 前是美国德鲁大学名誉教授 大村智 和霍乱等疾病的发病率显著降低 也 正是基于这点 发现DDT具有杀虫效 果的瑞士化学家保罗 米勒 在1948 年被授予了诺贝尔生理学或医学奖 直接杀灭疟原虫 实际上 人类在抗击疟疾的过程 1935年出生于日本山梨县 1968年于东京大学获得药 学博士学位 1970年于东京理科大学获得化学博士学位 年 任教于日本北里大学 现任北里大学荣誉 教授 中 一直没有放弃研发能直接杀灭疟 原虫的药物 百余年来 在研发出的各 类抗疟药物中 来源于中药的青蒿素 以100%的抗疟活性独占鳌头 青蒿素是一种从传统中药材 黄 屠呦呦 1930年出生于中国 1955年毕业于北京医科大学(今北 京大学医学部)药学系 年 任中国中医研究院 (今中国中医科学院)助理教授 1979年晋升副教授 1985年 晋升教授 2000年起 任中国中医科学院首席研究员 花蒿 中提取出的抗疟有效单体 根 据中国科学家屠呦呦及其团队在1972 年的研究结果 实验室条件下 青蒿素 可以100%抑制疟原虫的活性 20世 纪80年代 中国的医学工作者为了防 据世界卫生组织统计 现在全球 防控则有赖于对蚊虫的消杀 止疟原虫对青蒿素产生抗药性 还开 73个国家的逾14亿人正在遭受丝虫 别看蚊子小 它们不仅能传播 象 发出了多种青蒿素联合其他药物的抗 病的威 胁 年开始 世界卫生 皮病 还能传播疟疾 而导致疟疾的 疟药物治疗方案 并在世界范围内取 组织针对56个国家的9.84亿人的目 寄生虫则是属于原生动物的疟原虫 得了显著成果 标 人群 实 施 大 规模 治疗实践 治疗 虽然人类用肉眼还勉强能分辨出血吸 根据 世界卫生组 织和联合国儿 中广泛使用了配有伊 维菌素的复 方 虫和淋巴线虫 但要想看到疟原虫等 童基金会在2015年公布的一份报告 治疗手段 伊维菌素的应用 提高了 原生动物 则必须借助显微镜 巧合 自20 0 0年以来 疟疾的死亡率骤降 主要生活在世界上极不发达地区的 的是 人类发现的第一个寄生性质的 60% 这份报告明确肯定了以青蒿素 数以百 万计 盘 尾 丝 虫 病 俗称 河 原生动物恰恰就是疟原虫 为基础的联合疗法 在抗击疟原虫上 盲病 和淋巴丝虫病患者的健康水 发现疟原虫的科学家也是一位诺 的显著效果 为表彰屠呦呦在提取青 平 因此 在2015年 发现并发展阿 贝尔生理学或医学奖获得者 他就是 蒿素过程中做出的创造性贡献 她被 维菌素及其衍生物伊维菌素的科学家 法国医生拉韦朗 1880年 拉韦朗从一 授予了2015年诺贝尔生理学或医学 威廉 坎贝尔和大村智被授予了诺贝 位死于疟疾的患者身上提取了血液样 奖 并获得了一半的奖金 尔生理学或医学奖 本 并通过显微镜从其红细胞中发现 尽管人类在科学之光的庇护下 了疟原虫 这项发现距离德国光学家 向寄生虫及其引起的疾病吹响了反击 恩斯特 卡尔 阿贝提出显微镜经典 的号角 但我们的老对手又怎会轻易言 成像理论 仅仅过去了7年 败 以疟疾为例 20世纪40年代末 消杀中间宿主 顾名思义 寄生虫不能脱离宿主 随后 苏格兰医生罗纳德 罗斯 疟原虫就产生了对奎宁类药物的抗药 独立存活 所以对寄生虫的防控往往 的进一步研究表明 疟原虫是通过疟 性 如今在东南亚的部分地区也出现 基于媒介的控制 例如 血吸虫的防控 蚊传播的 罗斯也因此获得了1902年 了对青蒿素有抗药性的疟原虫 不过 重点之一便是清除钉螺 而线形虫的 的诺贝尔生理学或医学奖 从那一天 随着科技的进步 我们一定能寻找到 起 人类终于找到了与疟疾斗争中的 更好的新药和新治疗方案 有效控制 真正对手 随后研制出的杀虫剂滴滴 寄生虫的抗药性 为子孙后代创造更 涕 DDT 也是用于抗蚊的 加健康的明天 虽然多年后DDT因污染问题而广 遭诟病 但是在当时 DDT的应用范围 很广 人们甚至会将它直接喷在皮肤 上 阻止寄生虫病的传播 我们无法 疟原虫 否认 DDT的使用确实让疟疾 伤寒 本文作者沈源峻为美国罗德岛 大学药学院药物代谢动力学博士研究 生 朱蕊为江苏省人民医院医师 南京 医科大学临床教师 主要研究方向为 中医传统经典的现代临床运用 27

30 科技 前 沿 FRONTIER 化学奖 DNA修复之路 2015年诺贝尔自然科学奖之 文/杨运桂 刘 扬 三位科学家由于阐释了DNA修复的分子水平机制 而被授予2015年的诺贝 尔化学奖 他们分别是来自英国的托马斯 林达尔和来自美国的保罗 莫德里 奇 阿齐兹 桑贾尔 DNA是生物遗传信息的基本载 都会遭 遇 成千上万次的潜在突变和 出了 碱基切除修复 BER 机制的 体 是细胞里最主要的遗传物质 但 毒性攻击的基因组能够保持正常的工 全貌 是 多种内源物质 如氧化代谢产生 作 碱基切除修复不仅在细菌中存 的活性自由基 及外源物质 如宇宙 自此 林达尔打开了通向DNA损 在 也发生在人类身上 1996年 林 射线 汽车尾气等环境污染物 会持 伤修复研究领域的大门 他首先从寻 达尔成功地在生物体外实验中重现了 续 不断地 对D NA 进行攻击 与此同 找细菌中的修复蛋白入手 在DNA的 BER修复过程 时 DNA自身也会发生随机的错误 双螺旋结构中 胞嘧啶 C 和鸟嘌呤 但是 DNA依然能够年复一年地保持 G 在３个氢键的作用下配对出现 完整 这样神奇的工程是如何做到的 但是 研究发现胞嘧啶很容易失去环 呢 答案就在于我们体内的那些专注 外氨基 而脱去氨基的胞嘧啶便与腺 20世纪70年代末 莫德里奇把 于监控DNA的蛋白分子 是它们对基 嘌呤 A 在２个氢键的作用下组对 Dam甲基化酶作为他主要的研究方 因组不断地进行监督 及时校对各种 从而导致了基因信息的改变 这种缺 向 Dam甲基化酶可以将甲基基团加 不同类型的DNA损伤 并修复已经发 陷的持续将会对DNA复制带来变异 合到DNA上 而这些甲基基团扮演着 1974年 林达尔发表在 美国国 指示的作用 帮助特定的限制性内切 生的损伤 莫德里奇和DNA错配修复机制 年 科 学 杂志将D N A 家科学院院刊 PNAS 的文章首先 修复蛋白分 子推 选为 年度分 子 报道了一种能够移除受损的胞嘧啶 几年后 哈佛大学分子生物学家 Molecular of The Year 2015年 从而可以抵消突变产生的细菌酶 自 马修 梅塞尔森发现 甲基基团的指 那些发现并系统研究DNA修复机制的 此 35年的DNA损伤修复的科研之路 示功能还体现在当DNA出现错配的碱 科学家获得诺贝尔化学奖 他们原创 就此开始 他发现并检测了细胞中多 基时 甲基基团可以帮助细胞确认在 性的工作对人们理解细胞的工作机制 种用来进行DNA修复的蛋白 并描绘 纠正错误时的正确DNA模板 他们通 酶在正确位置切断DNA链 做出了杰出的贡献 从而为进一步解 析一系列遗传病的分子成因 癌症和 衰老的发生 发展机制提供了重要的 理论基础 林达尔和碱基切除修复机制 1953年 DNA分子双螺旋结构 模型诞生了 从那时起 人们认识到 DNA分子具有稳定的遗传属性 并在 细胞分裂时能够自我复制 从而保持 了物种的延续 难 道 D N A 就 真的那么稳 定 吗 早在20世纪60年代末 林达尔 就发出了这样的疑问 林达尔通过实 验 证实了他的猜测 即D N A 经 历着 缓慢却可见的衰变 正是生物体内的 DNA损伤修复机制的存在 使得每天 28 阿齐兹 桑贾尔 托马斯 林达尔 保罗 莫德里奇 ３名科学家发现了不同的DNA修复机制 供图 挪威奥斯陆大学赵旭博士

31 获奖者简介 托马斯 林达尔 Tomas Lindahl 还有如跨损伤合成 TLS 同源重组 HR 非同源性末端结合 NHEJ 等机制同样维护着DNA ３位科学家 1938年 出生于瑞典斯德哥尔摩 1967年在瑞典卡 罗琳斯卡医学院取得医学博士学位 随后在美国普林 斯顿大学及洛克菲勒大学进行博士后研究 年 任职瑞典哥德堡大学医学与生理化学教授 1981 年 加入英国帝国癌症研究基金会 从 年 任英国克莱尔实验室主任 从2010年至今 任弗朗西 斯 克里克研究所名誉负责人 发现的修复DNA的机制 对理解细胞 保罗 莫德里奇 Paul Modrich 人类会更容易患上结肠癌 家族遗传 1946年出生于美国 1973年在美国斯坦福大学取得 医学博士学位 之后担任美国杜克大学医学中心生物化 学教授 从1994年至今 任霍华德 休斯医学研究所研 究员 性的乳腺癌等疾病 也与DNA损伤修 阿齐兹 桑贾尔 Aziz Sancar 1946年 出生于土耳其萨乌尔 拥有土耳其 美国 双重国籍 1977年 于美国得克萨斯大学达拉斯分校取 得博士学位 目前为美国北卡罗来纳大学教堂山分校生 物化学与生物物理教授 内部的运作原理做出了巨大的贡献 ３位科学家的研究成果还可用于 抗癌研究 因为基因修复系统的缺陷 会引发癌症 缺失核苷酸切除修复基 因的人 暴露在阳光下 就会患上皮肤 癌 DNA错配修复基因如果有缺陷 复的缺失有关 事实上 当上述一个 或若干个修复体系 被部分地或者完 全地关闭 也会使得癌细胞的DNA发 生突变 从而能够抵抗化疗 当然 通 过抑制残留的 有缺陷的修复体系 也 会减缓癌细胞的生长 比如 奥拉帕尼 Olaparib 就是一种可以抑制修复体 系的抗癌药物 我国在DNA修复领域的进展 过共同研究发现 当DNA出现碱基错 赖于光解酶 另一个则是对紫外线敏 配时 会不断纠正没有甲基化的那条 感的细菌突变系 分别被称为UvrA 链 DNA错配修复 MMR 是DNA发 UvrB与UvrC的突变基因 中国科学家在DNA修复相关的化 学生物学前沿领域也已经取得了骄人 生复制时一种自然的过程 以未甲基 之后 桑贾尔开始探索暗修复系 的成绩 拥有一批青年专家及学术带 化为标志来识别错误的DNA链 修复 统的分子机制 并在几年后成功分离 头人 在DNA损伤类型鉴定和多个修 错配 并纯化出了在 这种系统中起作用的 复机制发现上都有突出贡献 对莫德里奇来说 这一发现开启 UvrA UvrB和UvrC蛋白 他首次发 目前 DNA损伤修复领域已经得 了之后10年的系统性研究 他研究了 现 这３种蛋白的协同作用可以识别 到多项国家科技部重大研究计划项目 许多个参与DNA错配修复的酶 并成 紫外辐射DNA损伤 并在DNA受损部 的资助 包括以军事医学科学院周平 功地在体外实验中重现了复杂的MMR 位的两侧链上发生剪切 这样一个包 坤教授 北京大学孔道春教授和浙江 分子修复过程 含损伤部位在内的12 13个核苷酸片 大学华跃进教授为首席科学家的３个 段就被移除 随后 DNA聚合酶以完 DNA损伤修复研究团队 而早在2014 好的DNA链为模板 合成正常的序列 年 国家自然科学基金委生命科学部 桑贾尔和核苷酸切除修复机制 制 用以弥补空缺 DNA连接酶将新合成 杨正宗处长组织专家组修订了生物化 桑贾尔本是一名外科医生 在科 的片段与原DNA链相连 由此 细菌中 学与分子生物学基金指南 在DNA研 研生涯的早期 桑贾尔对生物化学的 核苷酸切除修复 NER 机制就这 究领域增加了DNA损伤修复机制研究 兴趣 来 源于细菌的死里 逃 生 他 发 样诞生了 方向 现 即使细菌暴露在紫外线辐射之下 此后 桑贾尔对人体内的 核苷 我们有理由相信 通过国内外科 奄奄一息 当它们再受到可见蓝光的 酸切除修复 机制进行了研究 在人 学家们对DNA损伤修复更多的探索和 照射时 就可以很快恢复状态 桑贾 体中紫外线损伤DNA的修复机理远比 研究 一定会研发出更好的药物 用以 尔对这看起来神奇的现象感到匪夷所 细菌中的复杂得多 体现在有更多的 治疗疾病 造福人类 思 究竟是什么使得细菌死里逃生 蛋白参与其中 但是其修复机制是类 1976年 桑贾尔发现了可以修复 紫外损伤DNA的酶 光解酶 并使 细菌产生出足够的光解酶 然而这一 研究结果并没有引起人们的重视 当 似的 都包括对损伤的识别 确认 切 除等３个重要过程 相关成果可用于抗癌研究 时 科学家已经了解到细菌有2套修 复紫外线损伤DNA的机制 一个是依 除了上面３种DNA修复机制之外 本文作者杨运 桂博士为中国 科学院北京基因组研究所 百人计 划 研究员 年期间博士 后师从2015年诺贝尔化学奖得主托马 斯 林达尔教授 刘扬博士为中国科 学院北京基因组研究所助理研究员 本文还得到了中国科学院北京基因组 研究所郭彩霞研究员的大力协助 29

32 科技 争 鸣 CONTENDING 读心术 进入便携时代 与闭锁症人群的交流变得越来越容易 文/梁宁建 想象这样一个场景 某人从病床上醒来 却发现自己根本没法动弹 也不能说话了 甚至连 眼皮都没法动一下 这时 听见一旁的医生对家属说 他现在是植物人了 根本没法感知周围的 一切 他拼命挣扎 想要告诉大家其实不是这样 但旁人仍然是一脸漠然地看着一动不动的自 己 随着科技的发展 忽然有一天 他和一部机器连接起来 脑电波经过这个机器的 翻译 可 以让他与身边的人进行交流 虽然这机器只能提供 是 和 否 的简单答案 不过对他而言却是 非常大的进步 因为现在他能告诉护理人员自己口渴了或者想坐起来 以及想看的电视节目 随着近几年来读心术在技术上的不断突破 上述故 识的 只是由于全身瘫痪而没法让别人知道 事已经越来越接近现实 这项技术对于那些患有闭锁症 欧文的团队正在努力成为这部分人群的传声筒 他 或者被确诊为植物人症状的患者来说是个福音 不过 以 们也曾咨询过伦理学家关于 这些闭锁症患者 如果能够 目前的技术水平 这项工作仍然起码需要一间实验室以 与人交流时 表达出寻死的念头 我们该如何应对 这样 及一个大型的功能性磁共振成像 fmri 扫描仪 现在 的问题 科研人员正在研发便携性更强的仪器 以便在家中使用 一般来说 当患者从昏迷中 醒来 时 就有可能进 并帮助患者实现日常的基本交流 这项技术甚至能辨别 入植物人状态 因为这种 醒来 与 完全醒来 不同 他 出那些被误诊的患者 们会进入一种中间状态 他们的眼睛也许有时能睁开 但他们的目光却让人感觉飘忽不定 而且他们也不会对 为闭锁症患者研发 读心术 任何沟通及交流做出任何反应 虽然没有官方统计 但 那些典型闭锁症患者虽然具有完整的意识 但他们 牛津大学附属牛津康复中心的神经康复顾问德里克 韦 除了眼球运动之外 其他 地方却是处于完全的瘫痪 状 德估计 英国大约有6 000名这样的永久性植物人患者 态 来自加拿大西安大略大学的艾德里安 欧文教授担 欧文的团队曾经发现这样一个现象 在这些永久性 心 闭锁症可能存在另一种极端情况 也就是完全的瘫 植物人患者中 一部分人实际上能够理解并遵循他人的 痪状态 他认为 也许有一部分被诊断为植物人的患者 指示 这个团队在2010年用一个能揭示脑部活动的fMRI 他们通常是被认为根本没有思想意识 实际上是有意 扫描仪证实了这种现象 在实验中 他们要求患者想象自 30

33 己在打网球或者在家里散步 最终这些脑部扫描揭示 大约1/5的患者能够在这 样的想象下感觉到不同 而其中有3个人已经能够通过这些想象所产生的不同感 觉来回答简单的 是 或 否 的问题 比如 一个因车祸成为植物人达12年之久的患者 在实验中能够正确回答 自己的名字以及其他照顾者和家属的名字 他不停地比划说自己并没有痛苦 而 且他喜欢在电视上看冰球 这些信息对于家庭来说十分重要 欧文说 因 为这关乎生活质量 把便携式 读心术 装置带回家 脑部扫描是一个很费工夫的过程 而且在帮助患者进行日常简单交流方面 如果他们确实想放弃 自己的生命呢 并不具很大优势 同时 fmri扫描仪的尺寸以及昂贵的价格使得其进入寻常家 庭困难重重 为了让这个技术得到更多支持 欧文的团队正在研发一种新的仪 艾德里安 欧文从没有用他 器 可以使用一个电极帽来记录脑电图信号 由于一个脑电仪只能够读取脑部 发明的沟通装置来询问这一特定 活动的表层信息 因此他们必须利用不同的心理任务来完成数据的收集 其中 人群 见主页故事 是否真的想 一个方法就是要让患者想象自己捏紧手掌或者摇动脚跟 结束自己的生命 欧文说: 我们 欧文团队在2011年的研究成果显示 16个被确诊为植物人的患者中 有3个 觉得这个问题涉及伦理范畴 不 人能够产生不同形式的脑部活动感知 以区分应对上述指令 但是欧文认为 也 太适合直接发问 尽管如此 目 许这个实验结果仍然不够周全 对那些依然存在意识的患者情况有欠考虑 因 前他还在与伦理学家进行合作 为脑部受伤的患者会觉得这项任务困难至极 竟然有1/4的健康志愿者在该 以期制定一套应对类似情况的方 测试中无法完成上述反应 想象着去捏紧你的手并不容易 欧文说 案 希望在明年能够准备完毕 现在 欧文团队有了一个新的装置 其中包含一个装到手臂上的震动装置 完全 瘫 痪 的患者是 通 过 人 在被问问题时 要求患者将注意力集中到其中一个震动器上 把注意力集中在震 工装置帮助其存活的 这种被称 动器以获取真实存在的感官信号 比运用想象运动更有效 因为脑电图信号更 为 医疗方法 的处理方式 有 容易读取 当然 断定这项工作是否成功还为时过早 而且欧文的研究论文还没 可能被那些意识清醒的患者所抵 有最终出版 我们取得了一些成效 他目前只是说了这些 触 当患者亲属觉得已经达到治 欧文有理由谨慎行事 因为他的工作还存在争议 他们担心 围绕其工作的 宣传会给那些真正植物人状态的患者的家庭传递一个错误的希望 他们宣称 疗效果的情况下, 这种治疗方式 也可能被撤销 那些与欧文进行 读心术 交流的患者已经被证实是误诊 实际上患者是处于 如果患者有思维意识 那患 一种所谓的最小意识状态 MCS 这些患者能够表现出断断续续的意识状态 者就应该具备作出相应决定的能 比如能够在其他人的要求下睁开眼等 如果这是真的 那么这些患者实际上并 力 不过这种对于大脑进行分析 不需要读心术交流 而只要在前期进行更好的治疗 并告知患者的交流方式即 来作出诊断的医疗方式显然不利 可 于他们 因为这种诊断就像是 不过 欧文坚称 他的研究结果显示大约20%被诊断为植物人的患者真的 要患者通过完成一个 字母缩写 有一些意识 而且他最新版的读心术研究装置能够帮助他们找到这些意识反 游戏 来评价他们的决策能力 而 应 脑电交流系统已经能够通过在屏幕上闪动字母给患者传达信息 而他们也 这个游戏竟要求患者把20个问题 能够通过意识活动 通过电极装置来选择这些字母 一起进行缩写 加拿大西安大 奥地利的一家公司已经研发了一个使用放置在腕部的震动电极来帮助有困 略大学的伦理学家安德鲁 彼得 难的人群进行交流的脑电装置 并已在欧洲上市 由比利时列日大学史蒂文 劳 森说 目前 他正参与欧文的项目 伦斯教授领衔的团队在实验中使用了这个装置 并将其应用在那些具有典型闭 研究并制定相关方案 锁症的患者身上 让他们对每个腕部所感受到的震动数量进行计数 这使得电 即使是欧文的 读心术 装 极捕捉脑部活动更为清晰 并能使那些患有完全闭锁症的患者能够完成交流行 置 也并不能做到诊断结果的百 为 分百准确 因为可能存在患者亲 除了一些批评的声音 欧文看起来还是比较乐观的 他说 我们也许能够 让人们将脑电的一些震动装备带回家 我们会做到的 属 或 者患者自己 不同意 继 续 治 疗 欧 文说 最终 这不 再是一 个医学问题 而是进入了法律范 本文作者为华东师范大学心理与认知科学学院教授 博士生导 师 中国心理学会理事 上海市心理学会理事 上海市科学技术协会委 员 心理科学 杂志副主编 畴 31