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2013 第 44 周新闻速递

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注:标题前含有 # 的均是向“科学公园每日快讯”投稿内容。

周五 (2013-11-01)

# 脑部磁刺激可改善自闭症社交技能

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图1  目前这仍是讨论中的话题

第一个针对自闭症(中国官方称为孤独症)人群的脑部磁刺激实验已经完成,该实验旨在提升他们的社交技能——结果是乐观的。

被诊断为自闭症谱系障碍的人群往往伴随有社交障碍。以前的研究表明,自闭症人群的背内侧前额叶外皮 (英文简称 dmPFC) 是不太活动的,而大脑该区域与理解他人的想法、信仰和意图相关联。莫那什大学(位于澳大利亚墨尔本市)的彼得·安提可特和他的同事们试图使用重复性经颅磁刺激 (英文简称 rTMS) 的方法来提升 dmPFC 区域的活跃程度。他们首次对诊断有高功能自闭症或爱斯伯格综合症的 28 名成人进行了随机双盲实验。

一些受试者连续 10 天每天接受 15 分钟的 rTMS 刺激,其他人则没有这样的刺激,但会带上全套的设备并处于相同的环境下。在试验开始前后,每个人都进行了若干次的社交技能测试。结果表明,在一个月后,接受 rTMS 的人群,他们的社交技能有明显的提升。其中一位受试女性甚至开始给她的兄弟准备茶,因为她感觉了到兄弟有这方面的需求,在她们的家庭中这是从未有过的。根据一项针对在困难的、情绪化情形下与人交往标准化的调查问卷,这种治疗也会减轻焦虑。而对照组的人没有观察到变化。 (该实验结果发表在 Brain Stimulation, doi.org/pnz)

但是,在一个用于测试推断他人心态(心理学上叫“心态感应”, mentalise)的计算机程序测试中,受试者并没有表现出进步。而受刺激的大脑区域也主要与这种任务相关。而 dmPFC 并不靠近大脑表层,故刺激的部位并不是特别明确。因此,受试者社交技能的提升是由于心态感应能力的提升导致的,还是其它原因,这还需要进一步的研究。下一步,他们计划增加刺激的频度和强度,来监视观测到的改进能持续多久。

英国国家自闭症协会的卡罗·朴威表示,这种研究仍处于初级阶段,自闭症人群主要还应依靠他们所需要的支持,以挖掘他们的潜能。

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Dark matter no-show puts WIMPs in a bind

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Despite tantalising early hints of a sighting, the most sensitive search yet for dark matter has come up empty. First results from the Large Underground Xenon (LUX) detector in South Dakota, announced today, failed to confirm previous potential sightings reported by other detectors. That may spell trouble for elegant recent theories of a shadow universe where myriad particles interact via their own dark forces.

Dark matter is the invisible stuff thought to make up about 80 per cent of the universe's matter, and that gives away its presence only by exerting a gravitational tug on ordinary matter. The most popular dark matter candidates are weakly interacting massive particles (WIMPs). So far unseen, these would also interact with normal matter via the weak force, so should smack into it every so often in a way that can be detected.

WIMP detectors are usually placed underground to shield them from background particles. Earlier this year, two such instruments in a Minnesota mine reported hints of WIMPs with a mass of between 1 and 10 gigaelectronvolts. The results back up intriguing models which say dark matter could be akin to normal matter in that it could be made of many kinds of particles, including low-mass WIMPs.

Dead end

Hopes were high that the LUX detector would confirm the hits. Buried almost 1500 metres deep in a former South Dakota gold mine, LUX scans for signs of dark matter interacting with a third of a tonne of liquid xenon. If the previous strikes were genuine, this highly sensitive detector should have seen one every 80 minutes, on average.

But the first results of three months of hunting, announced at the Sanford Lab in Lead, South Dakota, find no firm evidence of dark matter, although they confirm that the detector is as sensitive as planned. "We've seen nothing better than anyone else," quips team member Dan McKinsey of Yale University. That's bad news for the apparent whiffs of low-mass WIMPs in Minnesota.

"If LUX performs as well as we hope it will and they don't see anything, I think this window will be killed," Dan Hooper at Fermilab in Batavia, Illinois, told New Scientist before the announcement.

Wimpier WIMPs

"I'm afraid that these light WIMP models for us seem to be dead," says LUX team member Richard Gaitskell of Brown University in Rhode Island.

There could yet be light at the end of the mineshaft. LUX is designed to search across a range of masses and may find signs of heavier dark matter. It could also flesh out recent models that suggest WIMPs are even wimpier than assumed, in that they are less able to interact with normal matter.

"LUX is a machine that can look over a very broad set of dark matter candidates, and that's what we want," says McKinsey. "It's a fishing expedition, but we have a big net."

Reference: http://arxiv.org/abs/1310.8214

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周三 (2013-10-30)

# 自动驾驶汽车会终结高速事故吗?

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图3  Chevrolet EN-V 概念车,双座城市电车,2011 年十月

自动驾驶汽车正在慢慢地、坚定地走来。过去几年来,自驾汽车制造商(当然还包括 Google)已经发布了一系列自动驾驶的技术,有些还曾承诺于 2010 年中期提供部分自驾汽车。虽然公众的接受程度和相关法律责任仍存在问题,坦率地说,自动驾驶最大的障碍仍然是其技术,目前仍然昂贵且未成熟。不过,随着硬件和软件的进步,无人自驾车最终会在经济上变得可以接受。促进自驾的另一助力就是“车对车” (V2V, Vehicle-to-Vehicle) 通讯系统的部署。

自驾汽车可以自行运转,但如果有“车对车”通讯网络的辅助,可显著提升自动驾驶的安全性。比如一辆车探测到潜在的撞车危险,它可以通过 V2V 方式向附近车辆发布警报,令它们的探测系统提升到最高效状态。事实上,在非自动驾驶情况下单纯依靠 V2V 都有望降低约 80% 的高速事故。而根据 Eno 交通中心的最新研究,如果美国道路上的汽车有 10% 是自动驾驶的,全美每年的高速事故可减少一千例,根据车祸带来的影响计算能减少约 380 亿美元的经济损失。若自驾采用率达到 90%, 每年可挽救约 21,700 条人命,并减少约 4470 亿美元的损失。这些研究中都假设自动驾驶汽车会阻止或将人所犯的错误最小化,约 90% 的事故与此有关;自动驾驶汽车能够阻止醉驾或疲劳驾驶所导致的车祸,这在车祸中约占 40%.

当然,任何新技术都不乏损它的人。许多人担忧自动驾驶的软件漏洞和黑客,一旦汽车网络化之后,后者尤为麻烦。但毫无疑问的是,自动驾驶汽车正在走来。我们的目标是确保它的安全、可靠。如果驾驶没有乐趣,仅仅乘坐还是会爽一点的。

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# 人脑中的“微型计算机”

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图4  这儿是大脑皮层锥体神经元的计算机模拟图像,显示树突分枝正在进行着复杂的计算,而不仅仅是被动地连接。

如果把大脑比作计算机,它可能比我们原先认为的还要强大——原先认为脑细胞的树状分支只起到连接的作用,最近研究人员发现,它们的功能就象微型计算机一样。

大脑是目前所知的最强大的计算机。它拥有约一千亿个神经元,通过约一拍(一千万亿)个突触将这些细胞连接起来。每个神经元就象电子信号驿站一样,其核心部位称为胞体——将信号从神经元中传递出来的是一根细长的纤维状管子,它从胞体上延伸出来,称为轴突;其它许多较短的分支称之为树突,它从胞体末端延伸出来,接收信号并传递给神经元。科学家目前发现,树突不仅仅是被动地传递连接信号,事实上,它还能够进行信息处理。

传统认为轴突是神经元产生电信号的地方,而以前的研究发现,同样支持产生电信号的分子也存在于树突中,对脑组织的实验也表明树突的确可以利用这些分子自行产生电信号。通过对小鼠的实验表明,树突有可能在辅助处理视觉。树突不仅仅是接收信号并传递给胞体的工具,实际上,它还在神经元对接收到的信号进行排序与解析中起一定的作用。树突的这个新特性为理解大脑的运算机制提供了新的要素。尽管这项基础研究旨在理解大脑的工作原理,它也可能用助于解决一些脑部障碍。

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无腿的蜥蜴是蛇吗?

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图5  贝克斯菲尔德的无腿蜥蜴 (Anniella grinnelli), 如今分布在贝克斯菲尔德市中心南部的圣华金河谷直到卡里佐平原国家纪念碑西部 30 英里处

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澳大利亚“失落的世界”中发现了三个新物种

用混沌理论预测并阻止灾难性的“Dragon King”事件

量子世界比预先想象的更加复杂

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图8  干涉比量子物理学家想象的更复杂

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周二 (2013-10-29)

# 摩托罗拉宣布启动“天坛星计划”——一个模块化手机硬件平台

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摩托罗拉宣布一个自由的、开放的智能手机硬件平台,称为“天坛星计划”。其目标是制作一种模块化的智能机,这种手机可以让用户按其意愿更换硬件部件。摩托罗拉称,他们想“像在 Android 平台上做软件一样来做硬件:构建一个活跃的第三方开发生态系统,降低门槛,增加创新,在实质上能够压缩研发时间线。”

天坛星计划由一个“内部骨架”项目和多种硬件模块组成。与台式机情形类似,内部骨架可为不同的模块提供插槽。据摩托罗拉称,“模块可以是任何东西,从新的处理器到新的显示屏或键盘、额外的电池、脉搏血氧计——或任何你还没想到的东西!”设计图片显示了一种按方形插入的方式。每个插槽都有金属触点,可将插入物与手机的其余部件相连。

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摩托罗拉正与一家有类似想法的公司 Phonebloks 合作,努力将其实现。摩托罗拉正在征集爱好者注册成为“天坛星侦察员”。侦察员是社区中感兴趣的成员,他们能提供反馈并分享设计思想。最活跃的用户将来可获得免费的设备,这要在天坛星计划启动时,据摩托罗拉称从现在起约需要一年时间。

当 Google 一年半以前购买摩托罗拉时,每个人都很好奇,这个搜索巨人会在硬件市场做些什么。现在看来,它的宏伟计划已显露一角。若该想法能够起飞,模块化的手机有可改变这个产业。当然,摩托罗拉首先要做的事还很多。

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# 美国宇航局猎户座飞船发动

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图11  肯尼迪航天中心的猎户座飞船

美国宇航局启动了它的第一座载人深空探测飞船,加快了 2014 年秋天测试发射的步伐,届时会将它送到距离地球表面 3,600 英里处。猎户座飞船最终设计目的是载人飞行,会比以前飞得更远,首先是抵达近地小行星,最终有一天到达火星。

首先,它会执行一个无人的“探索飞行测试一号”,一个四小时的旅程,先抵达太空然后返回地面,这个过程中它的速度最快达到每小时 20,000 英里,并在降落太平洋之前承受住华氏 4,000 度的高温。该飞船原来是 NASA 星座计划的一部分,它包括返回月球的计划,但于 2010 年被删减了。2011 年为配合 NASA 更高级别的深空目标又重新启动此项目。

上周,猎户座飞船四人模块的电子设备在佛罗里达州肯尼迪航天中心启动。目前看来,该航空电子设备状态良好。向着火星,出发!

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如何直接将热量变成电能:一种热电材料仿真

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为什么狗狗会吃便便?

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你大脑互联网中不太可能的网络

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图14  红色突出显示的 rich club 网络,多大脑中其余部分连接更多

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周一 (2013-10-28)

# 维生素 B2 可 3D 打印成医用植入架

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图15  一个用于 3D 打印的由维生素 B2 构成的支架; Regen. Med. 8(6), 725–738 (2013)

多种食物中都存在的关键维生素可用于制作无毒的支架,用在定制医学植入上。

根据北卡罗来纳州一个生物医药工程研究组的最新进展,核黄素,或者叫维生素 B2, 是一种在干酪、绿色蔬菜和肉类中常见的维生素,可用于 3D 打印制成医学植入支架,并与人体更相容。

双光子聚合反应要用到光敏化学制剂,通常称为光敏引发剂,可将液体变成固体聚合物。液体只有在激光的焦点处才会凝固,因此可依照轮廓进行 3D 打印。将多余的液体洗掉,剩下的就是固体结构。这项技术最终能够制造出详细的物件,比如 定制身体部件 或者 微针操作 所需要的支架。

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图16  牛体细胞沿着核黄素支架生长; Nguyen 等

然而,用在将液体混合物同光相互作用的材料中,多数对人体有毒,用它们来制作植入人体的结构很不理想。研究者发现,使用核黄素这种天然的光敏药物作为光敏引发剂来制作支架,最终产品在生物体相容方面比其它光敏制剂更理想。

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# 联合国计划筹建小行星防御组织

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据《科学美国人》报道,上周的联合国大会给一项小行星防御计划开了绿灯,该计划由太空探索协会的前宇航员提出。该计划要求成员国加入一个“国际小行星警报组织”,在发现危险天体时要拉响警报,接着再发射太空船将天体撞飞其轨道。

目前还没有任何国家明确表示对防御某个天体负责。太空探索协会希望联合国能够采取实际的行动来保证此计划的实施。而且,早期的探测很重要,因为用于偏转天体的飞船需要在它威胁到地球的前五年就采取行动,以确保成功。

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神经科学家在大脑内发现新的“微型神经元计算机”

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