十大科学突破

p 　　每到年底，国际科学界公认的权威刊物美国《科学》杂志都会评选十大科学突破，这不仅是对年度科技大事的年终盘点，从中更能看出近些年来科学界的前沿热点研究方向。 /p p 　　今年的十大突破就反映出21世纪以来科学发展的三大趋势：一是大科学工程解决特定大科学问题作用显著 二是生命科学持续升温，一些重病难病不再是不治之症 三是预印本网站兴起改变科研成果的传播模式。 /p p 　　在今年十大突破中，有两项来自物理学领域，分别是人类首次“看到”引力波和便携式中微子探测器。 /p p 　　当选为头号突破的“看到”引力波是典型的大科学工程项目，美国在过去几十年为此累计投入11亿美元，今年的论文仅署名作者就有3674人，他们来自全球953个机构。便携式中微子探测器的背后，也有着来自4个国家20多个机构的80余名科学家。 /p p 　　事实上，没有大科学工程，过去20年里物理学领域的另两大突破也难以实现。2015年获诺奖的中微子振荡发现，依靠的是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站。而2013年获诺奖、被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的发现，是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的实验成果。 /p p 　　《科学》杂志主编杰里米· 伯格在题为《科学的大与小》的社论文章里总结道，有着明确目标的大科学计划似乎要比那些目标模糊的大科学计划更成功。发现引力波的美国“激光干涉引力波天文台”项目就是一个典型例子，它有着坚实的理论基础、明确的目标、充足的时间和资金，还有一支相当重视管理工作的优秀团队。 /p p 　　但伯格也指出，就像今年十大突破反映的那样，大量的重要发现还是来自人数较少的小型研究团队，这些团队会提出更多开放式但有时影响深远的问题。 /p p 　　“小科学项目可以探索各种各样的问题，可以在探索中视情况相对容易地调整科研方向，”伯格说，“小科学项目的一些发现能为需要更多协调的大科学项目奠定基础。事实上，广义相对论的发展、干涉仪的发明以及黑洞和中子星概念的提出与发现，都是带来今年头号突破成果的必要条件。” /p p 　　四项生命科学成果中，除了冷冻电镜技术外，另三项分别是基因疗法、精准基因编辑和广谱抗癌药，多多少少都与基因有着关联，反映出围绕基因做文章是当前一大热点。统计数据表明，全球迄今已开展约2400种基因疗法的临床试验。 /p p 　　而在美国，今年一下子有三种基因疗法获得批准，其中两种治疗癌症，一种治疗遗传病。美国食品和药物管理局局长斯科特· 戈特利布评价说，基因疗法正处于一个“转折点”，“我相信基因疗法将成为治疗甚至治愈许多重病难病的支柱”。 /p p 　　生物学预印本兴起的入选也许出乎许多人的意料。预印本是指未经同行评审就上传至公共平台供人查阅的论文草稿，其好处是第一时间发表，有助跟同行及时交流，快速获得反馈。 /p p 　　而传统的学术刊物在发表论文前大多要经过同行评议，其好处是文章质量有保证，但审稿过程一般较漫长，需要数月甚至数年时间，以至于“论文发表出来时，所有的兴奋通常已消失殆尽(《科学》杂志语)”。 /p p 　　最早的预印本网站是1991年建立的阿奇夫论文预印本网站，主要针对物理学，如今70%的粒子物理论文都先以预印本方式发表。近30年后，生物学领域的预印本也开始兴起。2013年上线的bioRxiv网站现在每月上传论文近1500篇，今年该网站还获得了美国陈-扎克伯格倡议公司的资金支持。 /p p 　　《科学》杂志说，许多期刊已允许作者把他们提交的论文先以预印本方式发表，还有一些编辑甚至到bioRxiv上寻找可供发表的论文。欧美许多研究资助机构也出台政策鼓励使用预印本。同时，预印本还能帮助年轻科学家迅速建立学术记录。这些都表明，预印本已带来“科学传播文化的重大变化”。 /p p 　　有意思的是，今年火得不行的人工智能研究并未入选，这可能在情理之中，因为人工智能的产业化才刚刚开始，人们看到的更多是这个领域的潜力。 /p p 　　另外，量子通信和量子计算技术也没有上榜，这同样可以理解，因为它们距实际应用仍有距离。不过，中国量子卫星项目首席科学家潘建伟入选2017年英国《自然》杂志十大科学人物，彰显出量子技术正受到科学界的高度关注。 /p p /p

北京时间17日，《科学》网站公布了2021年度十大科学突破评选结果。让我们一起来看看今年科学界都有哪些重大成果。1人工智能预测蛋白质结构今年7月，世界知名人工智能团队深度思维宣布，已经利用AI智能软件程序——阿尔法折叠预测了人类表达的几乎所有蛋白质的结构，以及其他20种生物几乎完整的蛋白质组。AI预测蛋白质结构将实现广泛应用，提供对基础生物学的见解并揭示潜在的药物靶点。8月，中国研究人员使用阿尔法折叠2绘制了近200种与DNA结合的蛋白质结构图。11月，德国和美国的研究人员利用阿尔法折叠2和冷冻电镜绘制了核孔复合物的结构图。现在，科学家正使用阿尔法折叠2来模拟奥密克戎变体刺突蛋白突变的影响。通过在蛋白质中插入更大的氨基酸，突变改变了它的形状——也许足以阻止抗体与其结合并中和病毒。人工智能预测了两种蛋白质如何形成参与酵母DNA修复的复合体。2解锁古老泥土DNA宝库最近，科学家们从洞穴地面的土壤中解锁了一个更大的古代DNA宝库。研究人员使用这种“泥土DNA”来重建世界各地穴居人的身份。在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示了8万至11.3万年前生活在那里的人类的遗传特征和性别，并表明尼安德特人的一个谱系在10万年前结束的冰川期之后取代了其他几个谱系。在美国佐治亚州Satsurblia洞穴有2.5万年历史的土壤中，科学家们发现了来自以前未知的尼安德特人系的女性人类基因组，以及野牛和现已灭绝的狼的遗传痕迹。通过将墨西哥奇基维特洞穴中1.2万年前的黑熊DNA与现代熊DNA进行比较，科学家们发现，在最后一个冰河时代之后，洞中黑熊的后代向北迁徙至阿拉斯加。一名研究人员记录了墨西哥奇基维特洞穴中沉积物样本的位置。3实现历史性核聚变突破8月，美国国家点火装置 (NIF) 产生了一种聚变反应，这种反应产生的能量比点燃它所需的激光能量更多。NIF使用来自世界上最高能量激光的脉冲来压缩胡椒粒大小的氢同位素氘和氚胶囊。这种方法每次发射产生170千焦的聚变能量——远低于1.9兆焦的激光输入。但在8月8日记录显示，该能量飙升至1.35兆焦耳。研究人员认为这是燃烧等离子体的结果，这意味着聚变反应产生了足够的热量，可以像火焰一样通过压缩燃料传播。为了产生美国国家点火装置（NIF）的聚变反应，192束激光束会聚在一个微小的燃料芯块周围。4抗新冠强效药出现数据显示，美国默克公司的抗病毒药物莫奈拉韦可将未接种疫苗的高危人群的住院或死亡风险降低30%；而辉瑞公司的抗病毒药物PF-07321332，如果在出现症状的3天内开始服用，则可使住院率降低89%。科学家们强调，抗病毒药物不能取代疫苗接种，但它们仍然至关重要。如果新的奥密克戎变体导致突破性感染激增，它们的重要性将更加突出。美国默克制药公司的莫奈拉韦将未接种新冠疫苗的高危人群因病住院或死亡的风险降低了30%。5“摇头丸”可治疗创伤后应激障碍6单克隆抗体治疗传染性疾病今年单克隆抗体 (mAb)开始在对抗新冠病毒和其他威胁生命的病原体，包括呼吸道合胞病毒 (RSV

p 　　美国《科学》杂志17日公布了其评选的2015年十大科学突破，被业内誉为“基因剪刀”的CRISPR基因组编辑技术当选今年头号突破。《科学》杂志执行新闻编辑约翰· 特拉维斯说，这是一个“前所未有的选择”，因为这项技术过去两次入选《科学》年度十大突破，今年“晋升”到头号突破。 /p p 　　CRISPR全名为“成簇的、规律间隔的短回文重复序列”，是细菌防御病毒入侵的一种机制，2012年才被科学家发现并加以利用，成为生物医学史上第一种可高效、精确、程序化地修改细胞基因组包括人类基因组的工具。 /p p 　　《科学》杂志说，由于CRISPR有着精确、成本低及操作简便等特点，许多科研机构都开始开发利用这项技术，它“将会给许多领域带来持久的兴奋和乐观”，势必“对研究产生革命性影响”。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/77c6ffc4-c767-4b1c-af66-c33dee0d79cd.jpg" title=" 1.jpg" / br/ /p p 　　除了CRISPR基因编辑技术以外，此次公布的年度十大科学突破还包括： /p p strong 　　“新视野”探测器与冥王星“约会” /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/9db4ce4d-ac6a-4c0d-88e6-61baef7bae8d.jpg" title=" 2.jpg" / br/ /p p 　　美国“新视野”号探测器于2006年1月发射升空，长达9年多的追逐后，它于美国东部时间7月14日近距离飞过冥王星，成为首个探测这颗遥远矮行星的人类探测器。 /p p 　　 strong 脑内也有淋巴管 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/6488106d-42ee-4603-b490-52310242d5af.jpg" title=" 3.jpg" / br/ /p p 　　淋巴系统是一个网状的液态系统，能帮助清理人体废弃物并运输免疫细胞。今年，科学家在实验鼠的脑内发现连接免疫系统的淋巴管，颠覆几十年来教科书中“脑内没有淋巴管”的旧观念。 /p p 　　 strong 用酵母合成阿片类止痛药 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/2bda3b97-6414-4a3c-b2d9-e65f52d0c227.jpg" title=" 4.jpg" / br/ /p p 　　阿片类药物是止痛效果最好的一种药物，但其唯一来源是罂粟，因此其生产依赖于罂粟种植。美国科学家通过基因工程技术改造酵母，可把糖转化成蒂巴因，后者可用来生产阿片类止痛药。 /p p 　　 strong 量子纠缠状态获证实 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/cd21e7c8-f8c7-42e7-943f-fd5737221aab.jpg" title=" 5.jpg" / /p p 　　这一概念是指空间上分离的两个粒子可互相影响，无论它们之间的距离是多少。测出一个粒子的性质，就可立即判断另一个粒子的性质。爱因斯坦拒绝接受这种“幽灵般的远程效应”，因为这与他提出的没有任何物质的运动速度可超过光速的理论产生冲突。但今年科学家通过实验证实了量子纠缠状态。 /p p 　 strong 　地幔柱存在证据被找到 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/f04ba298-653c-4c36-982e-fd8c20294e1e.jpg" title=" 6.jpg" / /p p 　　有关地幔柱是否存在已争论了40年，支持者认为地幔柱把地心热量输送到地表，可解释夏威夷火山形成于地壳板块中部的原因。今年，科学家利用改进的地震波成像技术绘制出迄今精度最高的地球内部模拟图，发现了28个地幔柱存在的证据。这些地幔柱宽达800公里，是此前预测的3倍多，因此地核冷却模型可能需要修正。 /p p 　　 strong 研制埃博拉疫苗 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/579310b1-922f-4411-87c0-173df4973a6b.jpg" title=" 7.jpg" / /p p 　　埃博拉药物与疫苗的研发进展总体令人失望，但由加拿大公共卫生局等机构研发的VSV-EBOV埃博拉疫苗三期临床试验结果令人鼓舞，其保护效果介于75%至100%之间。 /p p 　 strong 　改善心理学研究 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/06954865-fc4c-4f88-8a50-5036a9c51028.jpg" title=" 8.jpg" / /p p 　　许多心理学实验结果都无法重复，而今提出的一种解决方法是“预注册”，即在做实验前就公布实验方案，最终无论结果如何都会公布结果与统计分析，从而保证实验的透明性，避免研究人员仅选择有利的那部分数据。 /p p 　　 strong 新古人种化石 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/352ff5f3-e1e1-44ad-a246-6fcdeb1c1ebc.jpg" title=" 9.jpg" / /p p 　　一个国际团队在南非某岩洞深处发掘出1500多块骨骼化石，这些化石不同寻常地混合了原始人类和现代人类的特征。科学家将这个新人种命名为“纳莱迪人”，是目前发现的最早人种之一。 /p p 　　 strong 早期美洲人来自亚洲 /strong /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/noimg/0c44f21d-9a5d-42df-b7c8-8b159b788fcb.jpg" title=" 10.jpg" / /p p 　　科研人员对一个被称为肯纳威克人的骨骼进行了基因组测序，这一骨骼距今有8500年。测序结果表明，早期美洲人从亚洲迁移而来。这一研究可能有助平息有关早期美洲人祖先的争议。 /p

2013年，攻克癌症路途上的一个转弯，带来免疫疗法临床试验的乐观数据，然而科学家仍然无法判断其前景几何。其他科学领域面临着同样的情况：目前如火如荼进行的CRIPER基因编辑技术是否在不久后会被更加灵活的工具取代?宇宙射线粒子的确受到超新星遗迹的加速，然而粒子与磁场究竟是如何互相作用的? 　　一项项喜人的科学突破总是带来更多的不确定性。伴随着欣喜、疑问和期待，《科学》杂志盘点了2013年那些领跑科学的十大重要突破。 　　癌症免疫疗法 　　2013年标志着癌症攻克的一个转折点，致力于使人体免疫系统免受肿瘤影响的长期努力正在奏效，尽管其前景仍是一个问号。 　　免疫疗法是一种治疗癌症的完全不同的方式，其目标是免疫系统，并非肿瘤本身。今年6月，研究人员报告，结合使用伊匹单抗(即抗CTLA-4)和抗PD-1令1/3的黑色素瘤患者出现&ldquo 深层和快速的肿瘤消退&rdquo 。目前尚不能证明阻断T细胞表面的PD-1通路的药物可以延长生命，但迄今为止的存活率使医生对此保持乐观。 　　20世纪80年代，法国研究人员定义了T细胞表面的一种新蛋白受体CTLA-4，癌症免疫学家James Allison发现CTLA-4相当于一个阀门，可以阻止T细胞全面启动免疫攻击，他设想阻拦CTLA-4的作用是否可以使免疫系统摧毁癌症。20世纪90年代，日本的一位生物学家发现了T细胞上的另一个阀门PD-1。随着临床实验中抗CTLA-4与抗PD-1带来癌症患者病情的显著改善，该疗法逐渐成为主流。至少5个主要的制药公司抛弃了早先的犹豫态度，正在开发该类抗体。 　　2011年，美国食品和药品管理局批准了百时美施贵宝针对转移性黑素瘤的伊匹单抗治疗。2012年，霍普金斯大学的Suzanne Topalian、耶鲁大学的Mario Sznol和同事报告了在近300名患者中使用抗PD-1疗法的结果，其中31%黑色素瘤患者、29%肾癌患者和17%肺癌患者的肿瘤萎缩了一半或更多。2013年，据百时美施贵宝报告称，在1800名使用伊匹单抗治疗的黑色素瘤患者中，22%的人在3年后仍存活。 　　总是用事实说话的肿瘤学家表示，癌症治疗刚刚走过一个转角，而他们将不再回头。 　　大众基因显微手术 　　20世纪20年代，手术室中引入显微镜，其精度和易用性带来了一场外科手术的革命。2013年，一种被称为CRISPR的基因编辑技术触发了大量研究的进行，它使生物学家可以更加精确和轻松地进行对基因组的操作。这归功于一种被称为Cas9的细菌蛋白，它与旨在追踪特定DNA序列的RNA一起，成为了常规抑制、激活或者改变基因的分子手术的工具包。 　　这样的基因显微技术在十年前还是一个梦。随着锌指核酸酶和TALENs(转录激活因子样效应物核酸酶)工具的出现，基因功能研究和潜在基因治疗应用变得愈加方便。2012年，研究人员首次在试管中使用实验室制造的CRISPR复合物进行基因编辑，其他人立即认识到CRISPR的潜力。在使用TALEN与锌指核酸酶时，每个目标新基因都需要一个定制的蛋白质，而CRISPR则只需要特定的RNA，比定制蛋白质要简单得多。 　　CRISPR在2013年相当受人瞩目，10个月内有50篇相关论文发表，关于它的&ldquo how-to&rdquo 网站每天吸引约900位访客。自从1月起，十多个团队已经使用CRISPR操纵了老鼠、细菌、酵母、斑马鱼、线虫、果蝇、植物和人体细胞中的特定基因，为了解这些基因的功能和利用它们改善健康状况铺平了道路。CRISPR还具有同时修改多个基因的潜力，并简化了制作疾病小鼠模型的工作。在未来，CPISPR很可能被更加灵活的基因编辑工具取代，然而现在，CPISPR的热潮仍在持续。 　　脑成像技术 　　2013年，大脑的一个新窗口被打开，有望从根本上改变实验室研究这种错综复杂的器官的方式，它被称为CLARITY。由于形成细胞膜的脂肪会散射光，CLARITY通过消除脂肪可以使大脑组织透明如玻璃，它使用一种凝胶取代脂质分子，同时能保持神经元、其他脑细胞及细胞器完整，从而使错综复杂的大脑结构呈现出来。 　　在以前试图建立透明大脑的技术中，各组织非常脆弱，但在CLARITY中，这些组织足够坚固，科学家可以多次将不同标记渗入其中，进而将其冲出，并使大脑重复成像。研究人员称，这种进步能够使计算一个特定大脑区域的神经元数量等任务的速度提升100倍。相比之下，传统的死亡脑组织成像方法变得无关紧要。不过，目前该技术局限于少量的组织：澄清4毫米直径的老鼠大脑仍需要大约9天。 　　人体胚胎克隆 　　2013年，研究人员宣布，他们已经克隆出人体胚胎，并将其用于胚胎干(ES)细胞的来源，这是一个梦寐以求的目标。ES细胞能够发展成任何组织，并提供与克隆细胞完美匹配的基因，是研究和开发药物的强大工具。然而，对于破坏胚胎的担忧以及克隆人类胚胎的简易便捷可能会使其成为标准惯例。 　　这种克隆技术被称作体细胞核移植(SCNT)，科学家将细胞核从卵细胞中移出，然后将其与细胞材料和克隆个体的一个细胞进行融合。融合细胞收到开始分裂的信号后，胚胎开始发育。科学家已经使用SCNT克隆了老鼠、猪和其他动物，但一直未攻克人体细胞。 　　2007年，美国俄勒冈国家灵长类动物研究中心的研究人员最终克隆出猴子胚胎，并从中获得ES细胞。在该过程中，他们发现一些调整可以使SCNT在包括人类在内的灵长类动物细胞中更加有效。最终的方法效果惊人，10次实验中就有1次可以产生ES细胞。其中一个关键的因素是咖啡因，它似乎可以帮助稳定人类卵子细胞中的关键分子。 　　从长远看，该技术有多重要是一个开放性的问题。自从首次尝试人类克隆，研究人员发现，他们可以通过将成年细胞&ldquo 重新编程&rdquo 为诱导多能干细胞(iPS细胞)，以制作针对病患的干细胞。科学家在2007年将该技术用于人体细胞，去除人类卵子以及不涉及胚胎两大因素使SCNT极具争议性并且价格昂贵。不过一些实验表明，至少在老鼠身上，来自克隆胚胎的ES细胞的质量要好于iPS细胞。 　　克隆婴儿也引发了担忧。但目前这似乎不太可能实现。俄勒冈的研究人员称，尽管经过了数百次的尝试，他们克隆的猴子胚胎也不能使代孕个体成功孕育生命。 　　迷你器官 　　今年，科学家成功使iPS细胞在实验室成长为微小的&ldquo 类器官&rdquo &mdash &mdash 肝脏雏形、迷你肾脏，甚至初期的人类大脑。 　　由澳大利亚研究人员培养出的这种大脑与真实大脑在一些重要方面有所不同。由于其缺少血液供应，它们在长到苹果种子大小时便会停止生长，中心的细胞由于缺少养分和其他营养物质会相继死亡。但是类器官对人类大脑的模拟程度令人吃惊，在显微镜下可以观察到眼组织，就像早期胎儿的大脑。 　　迷你大脑已经被投入对头小畸形病症(大脑无法成长至正常大小)的研究。当研究团队开始使用来自于一位头小畸形患者的iPS细胞时，其得到的类器官要小于正常器官，因为干细胞过早就停止了分裂。随着进一步的发展，研究人员希望利用迷你大脑技术探索其他人类疾病。 　　宇宙射线的来源 　　几十年以来，物理学家认为，作为宇宙射线在太空穿行的高能质子和原子来自于恒星爆炸后的残骸，或者说超新星。现在，他们确定了这一结论。今年，研究人员使用美国宇航局(NASA)费米伽马射线太空望远镜，发现了这些粒子在银河系的云状超新星遗迹中加速的首个直接证据。 　　将宇宙射线追根溯源至超新星遗迹并不容易。因为这些质子和核都是带电粒子，在星际磁场漩涡中运行。最终，宇宙射线并不直接指向其最初起源地。费米望远镜团队不得不找到其他方法显示超新星遗迹对这些粒子进行了加速。 　　如果质子在超新星遗迹中被加速，那么一些质子&mdash 质子对撞仍应该会发生。这种对撞会进而产生被称作pi-zero介子的短暂存在的粒子，很快衰变成一对高能质子。这种pi-zero衰变应该会使来自超新星遗迹的能量谱出现高峰波动。在搜集了5年数据后，费米的研究人员在两个超新星遗迹中发现了质子加速的信号。其他研究曾经发现过该信号，但是费米望远镜的实验是首次清晰的观测。 　　天体物理学家仍不清楚粒子与磁场相互作用的很多细节，而且他们怀疑最高能量的宇宙射线来自银河系之外。不过，超新星遗迹的确喷涌出宇宙射线却是毫无疑问的。 　　太阳能新星 　　钙钛矿作为一颗冉冉升起的新星，照亮了太阳能研究界。这种便宜易制的晶体被证明能够将15%阳光的能量转换为电能。4年前的技术只能达到3.8%，而且它比研究人员研发几十年的一些太阳能电池技术还要好。 　　钙钛矿太阳能电池仍然落后于全世界屋顶上的硅板太阳能，后者的效率一般可达20%，在实验室中最高能达25%。但是硅电池和其他高效能太阳能材料依赖于高温下使用昂贵的设备生产出的半导体。钙钛矿则不同。目前用于太阳能电池的钙钛矿仅仅通过在溶液中混合便宜的前体化合物，然后在物体表面晾干就可以了。令人吃惊的是，该过程生产出的钙钛矿有着很高的结晶质量，两个研究团队报告称能够使用其产生激光。 　　不过，关于钙钛矿太阳能电池最好的消息是，也许可以将其与传统的硅太阳能电池整合，将其覆盖在硅板顶部，可以使效率达到30%。全世界的太阳能研究人员都在竞相将两者结合起来。 　　为什么睡觉 　　我们为何睡觉?这是生物学的最基本问题。2013年，神经科学家在这个答案的追寻上有了一个大跨步。 　　大多数研究人员都认为，睡眠有着多种作用，例如增强免疫系统和巩固记忆等，但是他们长期以来一直在寻找各物种都适用的睡眠&ldquo 核心&rdquo 功能。通过追踪睡眠小鼠大脑中的有色染料，科学家得出结论，睡眠的基本目的是：清洗大脑。他们发现，在小鼠睡眠时，大脑运输管道的网络膨胀了60%，增加了脑脊液的流动，从而清理了&beta 淀粉蛋白等代谢废物。 　　在这一发现之前，研究人员一直认为大脑处理细胞垃圾的唯一方法是将其破坏并在细胞内回收。如果未来的研究发现，许多其他的物种也会经历这一大脑清理的过程，那将表明清洗的确是睡眠的一个核心功能。新发现还说明，睡眠不足也许在神经疾病的发展中发挥着作用。但是由于其因果关系尚不确定，人们担心这一问题还为时过早。 　　微生物与健康 　　研究人员发现，人体内的细菌在决定身体如何应对营养不良和癌症等不同挑战方面扮演着重要角色。 　　100万亿个细胞承载着300万种不同的基因&mdash &mdash 这就是人体内生活着的微生物的状况。各种动物研究显示，这些看不见的生物深刻影响着身体对环境、疾病和医疗的反应。今年，研究人员开始精确定位特定微生物影响健康和疾病的方式。 　　2013年，研究人员追踪肠道微生物与癌症之间的一些联系。3个抗癌疗法被证明需要肠道细菌才能奏效 细菌可以帮助刺激免疫系统以应对药物治疗。一个小鼠研究显示，由于肥胖小鼠体内产生一种损害DNA的细菌副产品，与肥胖相关的一种肝癌发生率会上升。新发现还证实了之前的猜测：一种被称作梭菌属的肠道细菌对刺激结直肠肿瘤有重要作用。 　　研究人员还得到了更多关于微生物影响免疫系统功能的提示。例如，自身免疫性疾病风湿性关节炎可能与一种被称为普氏菌的细菌有关。在小鼠中，对由于接触室内外的猫狗所引起的过敏和哮喘预防，很大程度上是由于肠道乳酸菌的增加。 　　研究越来越明显地表明，个性化医疗要想更加有效，需要将每个人体内的微生物情况考虑在内。 　　疫苗设计 　　几十年以来，研究人员一直希望结构生物学(在近原子水平研究生物分子)可以帮助他们设计更好的疫苗。今年，他们终于发现令人信服的证据，证明该方法可以带来一流的回报。 　　呼吸道合胞病毒(RSV)每年使数百万婴儿感染肺炎和其他肺部疾病，许多疫苗都对其无效。对于面临严重RSV疾病高风险的儿童，市场上的帕利珠单抗可以使患病率减少一半，但是帕利珠单抗单剂量的成本将近1000美元，对许多患病儿童来说遥不可及。 　　比帕利珠单抗有效10到100倍的抗体已经开始被隔离研究。今年5月，美国国家过敏症和传染病研究所(NIAID)的一个研究团队报告称，他们已经锁定其中一种。该抗体会与RSV表面一种被称为F的蛋白质结合(病毒在感染过程中通过F与细胞融合)。研究人员利用X射线衍射技术研究了该抗体的晶体结构，从更精细的角度分析了F蛋白质的脆弱点。11月，NIAID的研究团队取得了新的进展：使用其结构分析得到的发现，设计一种RSV F蛋白质作为免疫原。其策略被证明是正确的：该蛋白质可以刺激产生高效抗体，它一夜之间成为了RSV疫苗的领先候选者。不过这种疫苗尚未用于人体，NIAID的研究人员希望先对其进行18个月的准备测试。 　　今年秋天发表的另外3项研究利用类似的策略为艾滋病病毒(HIV)设计疫苗。研究人员尚未证明其公认的免疫原可以刺激能够应对HIV无数变异的抗体产生，但是他们希望跟随RSV同事的脚步，后者在动物实验中测试了许多版本的人工蛋白之后才找到最好的那一个。 　　既然结构生物学已经证明了它在疫苗设计上的价值，许多研究人员希望这种开创性的工作也可以为丙型肝炎疫苗、登革热等病毒疫苗的研制指明方向。

美国《科学》杂志公布了2009年十大科学突破，其中对迄今最古老原始人“阿尔迪”(Ardipithecus ramidus)的化石研究位居首位。 　　原始人“阿尔迪”生活在距今大约440万年前的埃塞俄比亚，属于地猿始祖种，比“露西”(Lucy)的年代还要早一百多万年(“露西”是之前记录在案的最古老原始人遗存的部分骨架)，也使得研究人员更接近人类与黑猩猩所拥有的最后的共同祖先。　　 　　《科学》杂志2009年度另外九项重大科学突破名单如下： 　　费米望远镜探测到脉冲星：美宇航局费米伽马射线太空望远镜帮助确认了过去未知的脉冲星，并对它们所发射出的独特伽马射线有所理解。脉冲星是具有高度磁性并快速旋转的中子星。 　　雷帕霉素：研究人员发现，常用免疫抑制药物雷帕霉素能让实验鼠延年益寿。这是科学家在哺乳动物身上第一次取得这种结果。这一发现之所以重要，是因为对实验鼠的治疗是在它们步入中年后才开始的。 　　石墨烯：在一连串快速进展中，科学家对石墨烯的特性进行了探究，并开始将该材料制作成实验性电子装置。石墨烯是已知强度最高的材料，具有高度导电性的硅原子层。 　　植物ABA受体：搞清帮助植物在干旱时期存活的某一关键分子的结构，或能帮助科学家找到保护作物不受长期干旱影响的新技术，从而在世界范围内提高作物产量，帮助边缘土地上的生物燃油生产。 　　世界首个X射线激光：斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室揭开了世界上第一个X射线激光的神秘面纱。这是一种强大的研究工具，能够拍下进行中的化学反应的照片，改变材料的电子结构，实施涉及诸多科学领域的一系列其它实验。 　　基因疗法复苏：欧洲和美国研究人员提出了涉及基因疗法的新战略，从而在治疗致命性脑病、遗传性失明和免疫系统失调疾病等方面取得了进展。 　　单极子：在一次实验中，对自旋冰(奇特的水晶质材料)进行研究的物理学家创制了可模仿“磁单极子”预测行为的磁涟波(magnetic ripple)。磁单极子是只有一个磁极的基本粒子。 　　LCROSS探测器在月球上发现水：今年10月，美宇航局航天器上的传感器在一个燃料耗尽的火箭级残骸中发现了水蒸气和冰。研究人员用这个火箭级故意撞击月球的南极附近地区以寻找水。 　　在轨修复“哈勃”望远镜：今年5月，美宇航局发射航天飞机对“哈勃”太空望远镜进行最后一次修复，这次任务几乎完美无暇，令这台望远镜的观测能力更强，赋予其新的生命，最终拍下一组迄今最为壮观的太空照片。 　　此外，《科学》杂志还对2010年科学热点话题进行了展望，指出了值得关注的科学领域，包括癌细胞代谢、阿尔法磁谱仪、外显子组测序与疾病、多能干细胞治疗神经精神性疾病以及载人航天飞行的未来。

近日，《麻省理工科技评论》2022年“全球十大突破性技术”正式发布。此次发布的突破性技术包括：“新冠口服药”“实用型聚变反应堆”“终结密码”“AI蛋白质折叠”“PoS权益证明”“长时电网储能电池”“AI数据生成”“疟疾疫苗”“除碳工厂”“新冠变异追踪”。每年评选的“全球十大突破性技术”，都具有很强的科技“策源”属性，今年的也不例外。例如“终结密码”可以使各大公司改变认证方式，不再是极其不安全的字母和数字；“长时电网储能电池”可以帮助分摊可再生能源的供应压力，并扩大清洁能源的使用范围；“AI数据生成”有望填补数据资源丰富的领域的空白等。新冠口服药A pill for COVID重大意义：易于服用的治疗严重的 COVID-19 的药片也可能对下一次大流行病起作用。主要研究者：默克，辉瑞，Pardes Biosciences技术可实现性：已实现还记得唐纳德特朗普（Donald Trump）服用的治疗疟疾的羟氯喹，以及将人们送到毒物控制中心的马用驱虫剂伊维菌素（ivermectin）吗？这些药物对新冠肺炎 COVID-19 并不有效。但是，人们还是迫切地希望它们是有效的。吞下一粒药丸就能使病毒消失，这是一个朴素的愿望。现在，这个愿望变成了现实：通过使用截然不同的方法来设计药片以阻止新冠病毒。事实证明，新的方法确实有效。感染几天的病人服用辉瑞公司的一种抗病毒药物后，可将住院的几率减少 89%。美国政府已经订购了价值100亿美元的这种名为 Paxlovid 的新药。新的药片并不只是在黑暗中一次幸运的尝试。化学家们设计这种药物来扰乱病毒的自我复制能力，该药会锁定并阻断一种叫做蛋白酶的蛋白质，它是新冠病毒进行具有威胁性的复制的核心。其它类型的冠状病毒中也存在类似的蛋白酶，这意味着辉瑞公司的药物也有望抵御下一次大流行病。而且，科学家们确信，更多像 SARS-CoV-2 病毒（新冠病毒） 这样的病原体，正潜伏在蝙蝠居住的洞穴和工业化的养殖场中。新的抗病毒药物的研发比病毒疫苗的设计、合成和测试时间更长（其中一种来自默克公司，这种药物主要针对病毒复制的不同机制）。但是，这些抗病毒药物仍然创造了记录。以前从未有一种全新的战胜疾病的分子能如此迅速地从化学家的实验室进入志愿者的口中，并获得美国食品和药物管理局的批准。辉瑞公司的 CEO 艾伯特波拉（Albert Bourla）说，当他在2021年11月得到该药物有效的消息时，他激动得“泪流满面”。该药片将防止许多人死于 COVID-19，包括免疫系统较弱而疫苗对其无效的人。如果出现了能打败疫苗的新变种，抗病毒药物可能是我们最后的手段。实用型聚变反应堆Practical fusion reactors重大意义：核聚变有望产生廉价的、无碳的、永远在线的能源，没有核反应堆堆芯熔毁的危险，也几乎没有放射性废物。主要研究者：Commonwealth Fusion Systems，国际热核聚变实验反应堆（ITER），美国劳伦斯利弗莫尔国家点火装置，Helion Energy，托卡马克能源公司（Tokamak Energy），通用聚变公司（General Fusion）技术可实现性：大约10年2021年9月， Commonwealth Fusion Systems 的研究人员对一块10吨重的D型磁铁缓慢充电并提升场强，直到它超过20特斯拉（T）。这是同类磁铁的一个新记录。该公司的创始人说，这一壮举解决了开发一个紧凑、廉价的聚变反应堆过程中所面临的主要工程挑战。几十年来，核聚变发电一直是物理学家的梦想。在远高于1亿摄氏度的温度下，就像在太阳中一样，核子融合在一起，在此过程中释放出大量的能量。如果研究人员能够在地球上以可控和持续的方式实现这些反应，那么它就可以利用几乎无限的燃料来源，提供廉价、持续、无碳的电力来源。在其中一种方法中，磁铁被用于将离子和电子的气体，即所谓的等离子体，限制在甜甜圈形状的反应器内。更强大的磁铁意味着更少的热量损失，从而使得更多的核聚变反应可以在一个更小、更便宜的设施内发生。这种改变不仅仅是一点点：磁场强度增加一倍，产生相同能量所需的等离子体的体积就会减少16倍。尽管过去数十年的研究已经耗费数十亿美元的投资，但还没有人建造出一个产生能量比反应堆的消耗更多的核聚变工厂。但是，Commonwealth Fusion Systems 及其支持者充满希望，其他聚变初创公司和研究工作也报告了最近的进展。Commonwealth Fusion Systems 正在建设一个工厂，以大规模生产磁铁，并为原型反应堆奠定基础。如果一切如愿，这家初创公司计划在21世纪30年代初期向电网提供聚变能源。终结密码The end of passwords重大意义：各大公司终于改变了认证方式，不再使用极其不安全的字母和数字。

美国《时代》杂志评选的各领域年度“十大”排名已于近日陆续出炉，医学领域“十大”突破也深入人心。涵盖了生命基础研究、艾滋病与癌症治疗突破、干细胞与再生医学、青少年健康等多方面公众关心的热点。 　　1.“垃圾DNA”才是掌控者 　　人体基因组中98%是没有编码的基因，以往它们被当作无用的“垃圾”。如今，人们发现这些被忽视的“垃圾”更有大用处。事实上，它们才是真正地基因掌控者和新陈代谢开关!它们调节着基因何时以何种方式发挥作用，怎样高效生产出不同的蛋白质。没有它们，基因就像是一堆连不成句子的杂乱单词。科学家正在探索这一新发现的生物信息宝库，以期找到能控制、甚至治愈某些疾病的基因开关。 　　2.人体微生物有“大作为” 　　人体中最多的成分是什么?细胞?基因?都不对，是微生物!它们的数量与人体细胞的比例达到10∶1。最近，研究人员刚刚完成了“人体微生组计划”的第一阶段，该计划旨在最广泛地了解人体内微生物的种类和作用。 　　大部分微生物是人类的朋友，比如帮人们消化食物，或增强免疫系统功能。但是随着研究深入，科学家发现体内微生物在许多慢性疾病和症状中，如炎症、肥胖等也起了关键作用。它们非但不是令人讨厌的闯入者，甚至还能帮我们攻克某些最难解决的健康难题。 　　3.抗HIV药“包揽全程” 　　“特鲁瓦达”(Truvada)已经成为抗艾滋病(HIV)的强大武器，它结合了两种抗病毒药物。而现在，它进一步成为第一款预防健康人群感染HIV的药物。经过基础性实验显示，未感染的人使用该药能降低其感染HIV的风险。美国食品与药品管理局(FDA)扩大了Truvada的许可范围，可能感染HIV的高风险人群也能使用该药。研究显示，高风险的男同性恋者及其HIV阳性伴侣，使用该药物后感染风险降低了42%到75%。 　　不过也有人担心，该药可能会导致无保护性行为等高风险行为增加，公共卫生专家则欢迎这种抗艾滋病的新方式——从第一步开始预防感染发生。 　　4.身体部分“实验室制造” 　　气管和肾脏或肝脏不同，并不属于常规的移植器官之列。但通过干细胞技术，也能给需要的病人培养出自己的气管。卡罗林斯卡研究院就用合成微纤维和从病人骨髓采集的干细胞，制作了一幅人造气管，并成功地连接了病人的鼻子、口腔和肺部，病人的气管因癌症而破坏。在首次病例中，一位死者捐献了气管，为一位西班牙妇女的干细胞提供了生长支架。而在最新进展中，科学家用生物工程母体来培养细胞。 　　这项技术代表了再生医学的未来，在此所有类型的干细胞，包括来自病人自己的皮肤细胞，都能作为生长任意类型细胞或组织的基础，供病人替换或修复。 　　5.逆转自闭症有了“新希望” 　　研究者称，早期行为疗法能帮助自闭症儿童的大脑模式恢复正常。患有自闭症谱系障碍的儿童，通过参与“早期起动丹佛模式”(Early Start Denver Model，ESDM)项目，其大脑在处理人脸及其他物体时有了改变。这对自闭症儿童的父母来说，无疑是个振奋人心的消息。 　　该模式包括大量与儿童有关的社交和语言活动。通常，自闭症儿童在观看无生命物体如玩具的图像时，其大脑比看到人物图像更活跃，但经过两年的ESDM治疗后，出现了相反的变化，并接近于正常发展的儿童。但经过良好培训的老师也是该项目成功的关键。 　　6.DNA分析“破冰”乳腺癌 　　乳腺癌无疑是一种复杂的疾病，由遗传、生活方式等多种因素导致。但研究人员通过对乳腺肿瘤的最新DNA分析，发现乳腺癌可能比原来所想的略微简单。 　　癌症基因组图谱项目对数十种癌症进行了基因组测序，在510个乳腺肿瘤样本中发现了3万个突变，但这些突变都可归入4个主要的亚型。其中一个亚型显示出与卵巢癌有着紧密联系，意味着治疗后者方法也可能有助于乳腺癌的治疗 另一种亚型解释了患有HER-2受体肿瘤的女性对某些药物，如赫赛汀(Herceptin)的个体疗效差异。这些成果将改变医生治疗乳腺癌的方式，有时候甚至是生存和不治之症的区别。 　　7.新生儿DNA诊断“提速” 　　50个小时，这就是目前破译和解读一个新生儿基因组所需要的时间，而过去要花几个星期甚至几个月。对重病婴儿来说，两天时间就是生死之别。这种快速基因组分析技术还结合了一种新软件，与3500种已知儿童疾病遗传缺陷相连，让医生能迅速决策用何种方法来拯救婴儿生命。 　　在每年进入新生儿加护病房的婴儿中，大约30%患有遗传疾病。今后，对他们进行基因组测序有可能成为提高护理水平的关键。 　　8.“解码”儿童肿瘤基因 　　近几年来，小儿癌症生存率已经提高到了80%到90%，不过这其中大部分要归功于肿瘤的早期诊断，以及一些成熟的治疗方法，包括外科手术、化疗和放疗等。 　　医生希望“小儿癌症基因组计划”能成为新的治疗标靶的“富源”。该项目为期3年，耗资6500万美元，旨在对主要的小儿癌症进行测序。理解了癌症的基因驱动机制，就有望揭示不同类型癌症之间的共同路径，使医生能在治疗各种肿瘤中互相借鉴，或开发出全新药物抑制生长异常的细胞。未来的癌症治疗，有望进一步提高生存率。 　　9.人造小鼠卵细胞 　　干细胞已经创造了许多看似不可能的生物医学奇迹：治疗糖尿病、帮助瘫痪病人重新行走、修复受损的心脏组织等。但即使对干细胞而言，要再生生命的最基本成分——卵子和精子，也是巨大的挑战。 　　日本科学家用了两种来自小鼠的干细胞，一种采自刚发育几天的胚胎，另一种来自重新编程的成年小鼠皮肤细胞，成功创造了有活力的卵细胞，然后使这些来自干细胞的卵细胞成功受精，并发育成了健康的幼鼠，而这些幼鼠的干细胞经测试也有再生能力。该成果代表了一项突破，有望为患不育症的人类夫妇提供新疗法。 　　10.病毒“消灭”青春痘 　　有时候，“以毒攻毒”是个好方法，如今医生也开始用这一方法来对付青春痘了。他们用一种比较“柔和”的病毒来对抗引发皮肤斑疹的细菌。事实上，这种病毒在皮肤的毛孔深处早已存在，它们具有感染细菌细胞的能力，现在要做的就是将其转变成“病毒制造厂”，提高病毒数量，然后就等着细菌自行毁灭。 　　研究人员称，你可以涂含有病毒的药膏，或更简单地涂含有病毒所产生的杀菌剂的药膏，两种方法都能为青少年带来清爽的皮肤。

2023年度全国十大考古发现于2024年3月22日揭晓，它们是（按年代早晚排序）：山东沂水跋山遗址群，福建平潭壳丘头遗址群，安徽郎溪磨盘山遗址，湖北荆门屈家岭遗址，河南永城王庄遗址，河南郑州商都书院街墓地，陕西清涧寨沟遗址，甘肃礼县四角坪遗址，山西霍州陈村瓷窑址，南海西北陆坡一号、二号沉船遗址。国家文物局副局长关强表示，入选2023年度全国十大考古新发现的项目，是过去一年田野考古工作的突出代表。这些考古新发现，以更加鲜活的笔触生动展示了泱泱中华的悠久历史和博大文明，是自信之基、力量之源。●山东沂水跋山遗址群入选原因：构建起山东地区距今 10～1 万年的考古文化序列；东北亚地区旧石器时代中晚期阶段的重大考古发现；首次揭示出 10 万年前古人类对巨型动物资源充分利用。跋山遗址群是对以山东省沂水县跋山遗址为中心的80余处旧石器时代遗存的总称。在跋山遗址，考古人员出土、采集文化遗物4万余件，包括石制品3万件、动物骨骼1万余件，以及少量竹、木质等标本。其中，1件象牙质铲形器型体硕大、人工打制痕迹明显，为国内首次发现。检测象牙通常使用拉曼光谱仪和近红外光谱仪。（点击仪器名称可查看更多）●福建平潭壳丘头遗址群入选原因：构建起东南沿海岛屿地区从距今 7500～3000 年的考古学文化序列；南岛语族起源的重要线索。壳丘头遗址群位于福建平潭岛，沿海岸山体东麓背风坡地连续分布，包括壳丘头、西营、东花丘、龟山等遗址。壳丘头遗址群中各个阶段考古遗存的文化面貌特征明确，发展延续关系明显，存续多个考古学文化，形成了完整的考古学文化发展序列。其中，既有以夹砂陶圜底器为代表的土著文化，也有黄瓜山和黄土仑等外来文化因素，为探讨东南沿海地区史前文化的发展、传承、交流、互动，以及其代表的南岛语族早期人群的起源和迁徙提供了直接材料。此外，西营、壳丘头遗址发现的植硅体水稻遗存可追溯至7000多年前，陶片中植物印痕中发现了稻、粟、黍痕迹，这也是中国东南沿海岛屿最早的水稻遗存。在考古过程中，检测水稻遗存通常会用显微镜。（点击仪器名称可查看更多）●安徽郎溪磨盘山遗址入选原因：对地处长江水系和环太湖水系之间的关键枢纽地带研究；填补了长江下游文明化进程研究的地域空白；为中国文化圈和良渚文化的形成提供证据。磨盘山遗址位于安徽省郎溪县飞鲤镇新法村。勘探表明，现存遗址区域分为东西两块，总面积约6万平方米。其中，西侧区域面积约5.2万平方米，遗存年代以马家浜文化时期至春秋时期为主；东侧区域面积约8000平方米，遗存年代以商周时期为主。遗址是皖南地区迄今发现和发掘的唯一一处先秦时期保存较为完好、面积较大、文化内涵丰富、文化谱系明确的代表性遗址。遗址延续时间长，谱系完整，是长江下游地区少有的连续时间近4000年的中心性聚落，可为长江下游地区的文化演进提供典型范例。●湖北荆门屈家岭遗址入选原因：最早的磉墩；一座礼制性质的高等级建筑；中国最早水坝，发现最为完备的史前水利系统。屈家岭遗址是屈家岭文化的发现和命名地，位于湖北省荆门市屈家岭管理区，地处大洪山南麓向江汉平原的过渡地带，是以屈家岭为核心，包括殷家岭、钟家岭和冢子坝等十余处地点的新石器时代大型遗址。其中，熊家岭水利系统位于遗址的东北部，包括水坝、蓄水区、灌溉区和溢洪道等构成要素，是目前已知的构成要素最为完备的史前水利系统。屈家岭南部台地，在以F38为代表的屈家岭文化高等级建筑区，考古人员发现了黄土台基和数量众多、体量巨大、建造工艺考究的“磉墩”，是已发现“磉墩”的最早形态，为中国古代土木建筑技术提供了坚实的考古学依据，填补了中国建筑史的空白。同时，遗址还出土了国内已知最早的高温黑釉陶，将我国高温黑釉技术提早了将近1000年。可用X荧光光谱仪检测古陶瓷釉面成分和拉曼光谱仪检测陶瓷釉面的历史年代痕迹，综合分析古陶瓷的年份，为古陶瓷提供准确的来源依据。（点击仪器名称可查看）●河南永城王庄遗址入选原因：首次在豫东地区发现大汶口文化中心聚落；首次在河南境内揭露大汶口文化高等级墓地，发现新石器时代首例“玉覆面”。 墓地随葬品数量丰富，其中Ⅳ M6出土的“玉覆面”是此类遗存在国内新石器时代发现的首例，此外Ⅳ M3出土的成组石圭也具有礼器的性质，这些都反映出东方地区史前时期社会复杂化进程与国家形态的萌芽。学界常采用红外吸收光谱仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪等对玉器进行检测与科学分析。（点击仪器名称可查看更多）●河南郑州商都书院街墓地入选原因：早商时期等级最高的贵族墓葬；首次发现商王都“郑州商城”高等级墓地（青铜器数量及种类最多、玉器最多、金器最多、殉狗坑最多）；带围沟的墓地成为帝王陵定制。●陕西清涧寨沟遗址项目负责人：孙战伟发掘单位：陕西省考古研究院入选原因：“方国”都邑所在地；规模堪比殷墟王陵的大型墓葬；发现中国年代最早的“双辕车”；可在当地铸铜的陶范。寨沟遗址位于陕西省榆林市清涧县解家沟镇寨沟村，地处陕北黄土高原腹心，是一处商代大型聚落遗址。在此，考古人员首次发现殷商文化圈以外数量最多的甲字形大墓，发现年代最早的双辕车，推测为文献和金文中记载的牛车或大车。专家认为，寨沟遗址是近年来商代方国考古的重大突破，为几十年来黄土丘陵地区不断出土的铜器群找到了明确的考古背景。出土的大量青铜车马器、兵器、玉器、骨器、漆器、龟甲，与殷墟高等级贵族墓葬物质文化相同，金耳环、蛇首匕、陶器则具有鲜明的地方特色，反映了黄土丘陵地区与商王朝之间密切的经济、文化交流，以及商王朝对周边地区的强烈影响。检测青铜器和金属可用扫描电镜和能谱仪。（点击仪器名称可查看更多）●甘肃礼县四角坪遗址项目负责人：侯红伟发掘单位：甘肃省文物考古研究所、复旦大学入选原因：秦代大型礼制性建筑群；国内罕见、规模宏大、格局规整；可能是秦始皇西巡的宗庙祭祀场所。四角坪遗址位于甘肃省礼县县城东北2.5千米处的四格子山顶部。该遗址以建筑遗存为主，出土大量建筑构件，有瓦当、板瓦、筒瓦、空心砖、地砖等。遗址出土的遗物规格、纹样统一，体现出该座建筑建造时具有成体系、成规模的构件制作规范。根据出土建筑材料的特征和制作工艺，结合大的历史背景，该遗址应该是秦统一后即秦帝国时期的遗存，很可能与始皇帝西巡所准备的祭祀场所有关。四角坪遗址是首次发现的规模宏大、格局规整的秦代大型建筑群，发现了继宗庙建筑、畤祭建筑之外的又一种秦祭祀建筑形式，该建筑格局深刻影响了汉代德阳庙、王莽九庙，甚至后来天坛、地坛的建筑风貌。●山西霍州陈村瓷窑址项目负责人：刘岩发掘单位：山西省考古研究院、北京大学、复旦大学入选原因：霍州窑有史以来首次考古发掘；填补“细白瓷”生产的缺环；梳理霍州窑宋、金、元、明、清发展脉络。金代细白瓷“郭窑瓷器” 商标款印花盘窑址位于山西省临汾市霍州白龙镇陈村。系统的考古工作明确了窑址保存状况、分布范围和分布演变规律，第一次从考古学上厘清了宋、金、元、明和清时期的产品面貌和技术特点，建立起了霍州窑业历史分期标尺，展现出霍州窑全新的窑业面貌。专家表示，考古新发现填补了北方地区细白瓷发展史的缺环，系统、完整揭示全新的明代窑业生产布局，丰富了北方地区陶瓷手工业生产经济形态，是对中国陶瓷发展史的重大贡献。●南海西北陆坡一号、二号沉船遗址发掘单位：国家文物局考古研究中心、中国科学院深海科学与工程研究所入选原因：2018 年至今开启的中国“深海考古”最突出成果；“深海考古”达到世界先进水平的标志；沿着郑和下西洋路线，运载珐华器、乌木。南海西北陆坡一号、二号沉船遗址位于海南岛与西沙群岛之间的南海海底，水深约1500米，保存相对完好，文物数量巨大，年代比较明确，不仅是我国深海考古的重大发现，也是世界级重大考古发现，填补了我国古代南海离岸航行路线的缺环。在遗址考古调查中，考古人员首次运用考古学理论、技术与方法，按照水下考古工作规程要求，借助深潜技术与装备，对位于水下千米级深度的古代沉船遗址开展了系统、科学的考古调查、记录与研究，充分展示了我国深海科技与水下考古的跨界融合，标志着我国深海考古达到世界先进水平，是中国水下考古发展的重要里程碑。水下考古常用回声测深仪、侧扫声呐。（点击仪器名称可查看更多）此外，考古中还常常使用红外热像仪判断墓穴入口，判断一个地区文物的分布，估算一个地区文物的数量，判断与土壤连为一体的文物的形状。参考资料：揭晓！2023年度全国十大考古新发现结果发布！中国社科院考古所中国考古网公号首次揭示！2023十大考古新发现，为什么是它们？文博时空

癌症研究界在2013年经历了一个巨变，因为一个酝酿了数十年的策略终于确立了它的潜力。从癌症免疫疗法的临床试验出现了令人鼓舞的结果，在癌症的免疫疗法中治疗的标靶是身体的免疫系统而不是直接针对肿瘤。这种新的治疗会促使T细胞和其它免疫细胞来对抗肿瘤&mdash &mdash 而《科学》杂志的编辑们认为这些做法正在展现足够的前景而让其能登上本年度最重要的科学突破的榜首。 　　这一由《科学》杂志及其国际性非营利出版机构AAAS所挑选的突破性科学成就的年度名单还包括了在太阳能技术、基因组编辑技术及疫苗设计策略&mdash &mdash 仅举数例&mdash &mdash 等方面所取得的重大突破。10大突破名单登载于12月20日出版的《科学》杂志上。(详细榜单) 　　癌症免疫疗法夺得了该名单上的第一名位置是因为到目前为止最近的结果凸显了它的成功，尽管其对该疾病的最终影响是未知的。 　　《科学》杂志新闻总编辑Tim Appenzeller说：&ldquo 今年，癌症免疫疗法有着广阔的前景是没有错的。到目前为止，这一利用免疫系统来攻击肿瘤的策略只对某些癌症及若干病人有效，因此重要的一点是不要夸大其即刻的裨益。但许多癌症专家确信，他们正在目睹一种重要的癌症治疗新模式的诞生。&rdquo 　　当今在癌症免疫疗法中的许多进展可以追溯到1980年代末，当时法国研究人员发现了在T细胞上的一种叫做CTLA-4的受体。James Allison发现了这种受体会阻止T细胞全力攻击入侵者。到了1990年代中期，Allison证明，在小鼠中阻断CTLA-4可在小鼠中解除T细胞对肿瘤细胞进行攻击的束缚，从而使肿瘤细胞大幅萎缩。 　　与此同时，日本的研究人员发现了另外一个在T细胞上的被称作PD-1的&ldquo 闸门&rdquo 。涉及该受体的临床试验是在2006年开始的，在一小部分患者中得到的初步结果看来是有前景的。 　　另外受到关注的领域涉及改良T细胞基因而让这些细胞能以肿瘤为标靶。在2011年，这一被称作嵌合抗原疗法或CAR疗法的策略让癌症研究领域兴奋不已，它现在已经是无数临床试验，尤其是血癌临床试验的对象。 　　相应地，许多在几年前不考虑涉及免疫疗法的制药公司现正在对其进行大力的投资。 　　有关究竟有多少病人可得益于这些治疗&mdash &mdash 它们中的大多数仍处于实验状态&mdash &mdash 以及它们对哪些类型的癌症具有最好的疗效仍然还有许多不确定的地方。科学家们正在忙于尝试发现可提供答案的生物标记，并在思索让治疗变得功效更强的方法。但是，在癌症研究及治疗中的一个新的篇章已经开启，而《科学》杂志通过确认癌症免疫疗法为2013年最重大的科学突破而认可了这一事实。 　　《科学》杂志在过去一年中的其它9项突破性科学成就如下： 　　CRISPR: 这种基因编辑技术是在细菌中被发现的，但研究人员现在将其作为一种外科手术刀而指向了个体基因。其普及性在今年出现飙升，因为有超过12个研究团队用它来操控多个植物、动物及人类细胞的基因组。 　　钙钛矿型太阳能电池: 一种新世代的太阳能电池材料在过去的这一年中获得了大量的关注，它们比那些传统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样有效，但它们正在快速不断地得到改善。 　　结构生物学指导疫苗设计: 今年，研究人员利用某种抗体的结构来设计一种儿童期病毒的免疫原&mdash &mdash 这是疫苗中的主要成分 该病毒每年会导致数百万人住院。这是第一次由结构生物学得来的如此强有力的对抗疾病的工具。 　　CLARITY: 这种成像技术在2013年改变了研究人员观察大脑这种复杂器官的方式，该技术使得脑组织变得透明并让神经元(以及其它的脑细胞)得到了充分地展示。　　迷你器官: 研究人员今年在体外生长迷你人样&ldquo 类器官&rdquo 上取得了显著的进步。这些类器官包括肝芽、迷你肾及微型大脑。这些迷你化的人类器官或被证明是比动物要好得多的人类疾病模型。 　　宇宙射线可追溯到超新星的残余物: 尽管最初是在100年前被检测到的，但科学家们一直不确定来自外太空的被称作宇宙射线的高能粒子来自何方。今年，他们终于将这些射线与超新星或爆炸中的恒星所遗留的碎片云联系在了一起。 　　人类的克隆胚胎: 意识到咖啡因在易损的人类卵细胞中起到了稳定关键性分子的重要作用后，今年，研究人员成功地从克隆的人类胚胎中得到了干细胞。 　　我们为什么要睡觉: 在小鼠中的研究显示，脑子会在睡眠时通过扩展神经元之间的通道让更多的脑脊液流过从而更加有效地进行自我清理。该发现提示，恢复和修复都属于睡眠的主要目的。 　　我们的微生物，我们的健康: 对数万亿的以人类身体为家的细菌细胞所做的研究已经弄清了这些微生物对我们有多大的影响。&ldquo 个性化&rdquo 药物需要将这些微生物租客考虑在内才能有效。

2021年2月24日，MIT Technology Review一年一度的“十大突破性技术”榜单正式发布。自2001年起，该杂志每年都会评选出当年的“十大突破性技术”，这份在全球科技领域举足轻重的榜单曾精准预测了脑机接口、量子密码、灵巧机器人、智慧传感城市、深度学习等诸多热门技术的崛起。本年度MIT Technology Review “十大突破性技术”分别为：mRNA疫苗、生成式预训练模型、数据信托、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位、远程技术、多技能型人工智能、TikTok推荐算法和绿色氢能。为了让广大读者深入了解这十项技术的科学价值及其背后的科学故事，本刊特邀请各领域著名科学家分别对其进行深入解读，以激发科研人员的创新思维，并促进科学界的学术交流。　　1 mRNA疫苗(Messenger RNA vaccines)　　在1918年大流感100年后，全球爆发了又一次呼吸道病毒传染病大流行，罪魁祸首是一种具有包膜的正链单股RNA病毒——严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)。根据世界卫生组织的统计，截止到2021年6月17日，全球已有176 693 988人确诊，造成3 830 304人失去了生命。面对病毒的挑战，人类最有力的对抗武器是疫苗。针对这次疫情，从疫苗研发到实际应用的速度空前。截止到2021年6月15日，全世界已接种了2 377 780 590剂次针对SARS-CoV-2的各种疫苗。其中包括有首次应用就一战成名的mRNA疫苗，它被MIT Technology Review评选为2021年“全球十大突破性技术”之一。　　专家点评：　　 mRNA(Messenger RNA)被称为信使RNA，是携带编码蛋白遗传信息的单链RNA。在细胞内，mRNA指导把单个氨基酸按特定序列组成蛋白质，是细胞内“蛋白工厂”生产的“指导员”。很久以来，许多人都曾设想把在体外人工合成的mRNA“指导员”导入细胞内从而指导“蛋白工厂”的工作。第一例证明体外转录的mRNA可在体内指导蛋白质合成的研究发表于1990年，Wolff等将编码β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)的mRNA注射到小鼠的骨骼肌，成功检测到了β-半乳糖苷酶的活性。两年后，Jirikowski等在大鼠中成功的用mRNA表达出了有功能的抗利尿激素(vasopressin)。虽然这些早期研究显示出mRNA作为潜在治疗载体的原理可行，其实际应用的缺陷也变得十分明显。mRNA本身不够稳定，在体内易降解，不易靶向递送，而且可以导致强烈的免疫激活和炎症反应。因此，在而后的许多年中，核酸治疗领域都没有把mRNA作为开发重点。　　近十年的技术进步，通过对mRNA的人工修饰，大幅降低了mRNA本身的免疫原性，提高了安全性。通过脂质纳米粒包裹mRNA的递送技术，大幅提高mRNA在体内的表达效率。加之mRNA只需体外转录就可人工合成，快速价廉，实用性随之增高。通过mRNA表达蛋白抗原来诱导机体针对蛋白产生免疫应答，可能达到疫苗效果。机制上，脂质纳米粒包裹的mRNA可有效的进入树突状细胞中，一方面使树突状细胞按mRNA指导表达蛋白抗原，另一方面通过脂质纳米粒类似佐剂的作用激活树突状细胞。作为免疫系统中最重要的抗原递呈细胞，树突状细胞可将蛋白抗原消化分解成肽段，并呈递于细胞表面的一类、二类组织相容性复合体，引起CD4、CD8 T细胞的特异性应答。CD4阳性T细胞可分化成不同的亚群，分泌细胞因子，促进机体的免疫反应。CD8阳性T细胞可分化成杀伤性T细胞，从而在感染发生时杀伤感染细胞。在接种疫苗一段时间后，CD4和CD8 T细胞都会分化成为记忆T细胞。另外，mRNA表达的蛋白抗原也可以被B细胞抓取，促使其活化，在CD4阳性T细胞的帮助下这些B细胞分化成为记忆B细胞和产生高亲和力抗体的长效浆细胞。　　这次新冠肺炎疫情中，mRNA疫苗展现出了惊人的保护效果。在临床前研究阶段，Moderna开发的mRNA疫苗mRNA-1273在恒河猴中可诱导强烈的免疫应答。在第二剂接种后四周，血清中可检测到高滴度中和抗体，表达白介素-21的滤泡性辅助T细胞显著增多。在包含了30 420志愿者的三期临床研究中，mRNA-1273的有效率达94.1%。这款疫苗对保存条件要求较为严苛，需在-20 ℃条件下运输。我国科学家开发的耐高温mRNA疫苗ARCoV表现不俗，在动物实验中可以诱导抗体和细胞免疫，并显著降低病毒载量 它只需在2—8 ℃保存。目前这款国产mRNA疫苗正在墨西哥进行III期临床实验。　　使用外源mRNA导入人体实现细胞内蛋白表达的本质就是让人体自身细胞成为“工厂”，生产所需的蛋白分子。该技术显然不局限于新冠病毒疫苗。多国研究者还在针对其他诸如HIV和Zika病毒设计和开发mRNA疫苗。该技术也不局限于抗感染疫苗，比如也有针对黑色素瘤的mRNA疫苗正在临床试验中。事实上，使用mRNA表达技术也不局限于做疫苗。比如通过表达正确的血红蛋白来作为治疗性蛋白分子，同样思路可能用于治疗镰状红血球贫血症。时势造英雄，mRNA疫苗在这次新冠肺炎疫情中显示出了巨大潜力。同时，我们也要注意到，mRNA技术的第一个概念性实验证明距今30年，再一次说明投入源头创新，回报不一定是立竿见影 但假以时日，金子总要发光。mRNA技术未来还会给我们带来什么新的治疗突破?我们拭目以待。　　2 生成式预训练模型(GPT-3)　　具有写作和对话功能的大规模自然语言模型使人工智能朝着更好地理解人类的自然语言与人机交互这一目标迈出了坚实的一步。在众多语言模型中，OpenAI公司开发的GPT-3是目前为止参数最多、规模最大、能力最强的模型。通过利用大量的互联网文本数据和成千上万的书籍进行模型训练，GPT-3模型对人类自然语言的模仿到了一个不可思议的地步，极具真实性，也因此成为迄今为止令人印象最深刻的语言模型。　　虽然GPT-3模型建模能力、描述能力非常强，但是也存在众多问题和局限性。首当其冲的就是GPT-3模型不能理解什么是真正意义上的写作(自然语言生成)，因此有时会生成一些不可控的内容。其次，训练GPT-3模型需要大量的算力、数据和资金投入，并会产生大量的碳排放，只有资源充足的实验室才有能力开发类似的模型。此外，由于GPT-3模型在充斥错误消息和偏见的互联网文本数据上进行训练，往往会产生与训练数据类似，即带有偏见的篇章段落。　　专家点评：　　(1)为什么可以入选10大技术　　人工智能已经成为人类社会经济和社会发展的重要支撑技术，是引领新一轮科技革命、产业和社会变革的战略性技术，自然语言理解是下一代人工智能的核心技术之一，其关键技术的突破极具科学意义和产业价值。语言模型是利用计算机对自然语言进行抽象数学建模，是自然语言理解最核心的科学问题。广义上，任何自然语言理解模型都可称之为语言模型，因为都要进行数学建模。狭义上讲，语言模型要完成对一段文字的概率估计，或者给定上下文估计某个语言片段的出现概率或者抽象数学表示。通常所指的语言模型是狭义语言模型。语言模型的历史从1948年提出的N-Gram模型、1954年的分布式理论词袋模型、1986年的分布式表示、2013年的Word2Vec模型直到2018年提出的预训练模型。预训练语言模型(最具有代表性的模型包括ELMo、BERT和GPT)对自然语言处理领域产生了深远的影响,是深度学习时代自然语言处理领域里程碑式的研究成果。　　这一系列基于深度学习技术的模型只需要利用非监督的语言模型训练目标函数即可从海量的文本中捕捉和学习到各种类型的有效信息，能够动态生成更加准确的具有上下文信息建模能力的字、词、短语乃至句子和篇章的向量表示和生成概率，并可以在多种下游任务上取得惊艳的效果，例如问答、阅读理解、文本蕴含、语义相似度匹配、文本摘要、代码生成、故事创作等。除了强大的表示学习能力和多任务泛化属性以外，这些预训练语言模型还具有强大的小样本学习能力，只需要很少数据样本(甚至是在零样本学习的设置下)，即可理解特定的任务并取得和监督学习模型相当甚至更好的表现。在众多模型中，2020年5月OpenAI公司所提出的第三代GPT模型(GPT-3)凭借其当时最大的参数规模、非凡的模型能力、多任务泛化表现以及小样本学习能力入选2021年MIT Technology Review的“全球十大突破性技术”。　　(2) GPT等系列模型发展过程和能力变化　　预训练语言模型数量众多，其中具有里程碑意义的典型模型包括ELMo、BERT和GPT。限于篇幅，在此只选择GPT系列模型进行代表性介绍。　　在对GPT-3模型进行解读之前，我们首先对预训练语言模型的初衷和中间发展过程进行回顾。以N-Gram为代表的传统语言模型是计算给定语言片段的概率或者给定上文预测下一个词的出现概率，采用的是传统的基于频率的离散统计概率模型。其主要问题是离散的词表示方法描述能力差，参数空间成指数级增长，基于频率的统计概率模型建模能力差，导致最终语言模型描述能力不足、鲁棒性差、准确率不高。为解决上述问题，以ELMo、BERT和GPT为代表的预训练语言模型利用大规模甚至全网数据，基于生成式语言模型或者掩码语言模型，用神经网络方法训练语言模型。这样，预训练语言模型既有传统模型的概率输出，也可生成语言片段的向量表示。由于采用神经网络的方法，可以利用可导、可微等强大的数学工具和极大规模的数据，所以预训练语言模型上下文建模能力超强，可计算出更加准确的概率和上下文强相关的语言片段的动态向量表示。　　ELMo开启了第二代预训练语言模型的时代，即上下文相关和“预训练+微调”的范式。ELMo是一种生成式模型，以双向LSTM作为特征提取器，利用上下文信息动态建模，较好地解决了以Word2Vec为代表的第一代预训练语言模型存在的一词多义问题，在自然语言生成任务上表现尤为出色。BERT是一种掩码式语言模型，以Transformer Encoder为特征提取器，在自然语言分析和理解任务上表现尤为出色。GPT是一种生成式模型，以Transformer Decoder为特征提取器，在自然语言生成任务上表现更为突出。　　在上述系列模型提出以前，以自然语言理解为代表的下游任务主要采用监督学习的方式在相应的标注数据集上训练模型。这就需要每一个目标任务有充足的标注数据，并且在特定任务上训练的模型无法有效地泛化到其他任务上。在数据不足的情况下，这类判别式模型就无法取得令人满意的效果。针对这一问题，OpenAI团队提出了第一代的生成式预训练语言模型(GPT-1)是基于Transformer Decoder的生成式语言模型，对该模型结构没有新颖改动，但扩大了模型的复杂度。该类生成式预训练模型只需要利用非监督的语言模型目标函数即可进行训练，因此可以利用海量的无标注数据进行模型学习。除此以外，GPT-1模型在增强下游任务时对各种输入数据的格式进行了统一，以实现最小的模型结构修改。基于以上两个特点，GPT-1只需要简单的微调监督训练即可用于下游任务，并取得显著的效果提升，展示了生成式预训练语言模型强大的泛化能力。额外的评测发现GPT-1在零资源的设置下仍然具有一定的泛化能力。这些结果展示了生成式预训练的强大威力，为后续参数规模更大、所需训练数据更多的模型版本奠定了基础。　　GPT-2在GPT-1的基础上，对模型结构进行了5点微小改进，增加更多的训练数据，进一步提升了生成式预训练语言模型的泛化能力，重点解决 GPT-1 在下游任务使用时需要监督微调训练的问题。通过在模型训练时引入任务信息、利用比GPT-1模型更多的训练数据(40GB vs. 5GB)、搭建更大参数规模的模型(15亿vs. 1.17亿)，GPT-2模型在零资源的设置下超越了多种下游任务上的前沿模型，例如机器翻译、阅读理解、长距离依赖关系建模等。GPT-2模型的这些特点揭示了更大的模型容量和更多的训练数据可以进一步提升模型的泛化能力以及减少对监督训练的依赖。此外，GPT-2模型的容量和训练数据相比，还处于欠拟合的状态，这就需要进一步增大模型的参数规模。　　GPT-3在GPT-2模型的基础上进一步扩大了参数(1750亿 vs. 15亿)和数据规模(45TB vs. 40GB)，是目前为止最大的语言模型，无需微调训练即可用于下游任务，在零资源(Zero-shot)和小样本(Few-shot)设置下具有出色的表现。在GPT-2的多任务泛化能力基础上，GPT-3在新的任务上取得了惊艳的结果，包括数学加法、新闻文章生成、词汇解读、代码编写等，并且这种模型表现会随着参数量的进一步增加而提升。　　(3) 成功和局限性背后的根本原因讨论　　通过对比GPT三代模型的设计初衷和发展过程可以发现，三代模型都是基于Transformer Decoder结构，GPT-3模型的强大能力建立在规模效应的基础上，即超强的泛化能力仅来自于增加模型和训练数据的规模。也就是说，GPT-3的本质还是一种数据驱动的模型，通过利用超大容量的模型来拟合海量的数据，最终实现模型的收敛。因此，数据驱动模型的特点都会体现在GPT系列模型上，即模型的能力取决于所拟合数据的覆盖范围、分布情况以及质量。无论是新的数据还是不同的数据分布亦或是数据中的噪声都会给模型带来灾难性的问题。最新的测试结果显示，GPT-3模型无法在自然语言推理、填空、长文本生成和一些阅读理解任务上取得较好的表现，表明GPT-3模型更多的是停留在数据拟合阶段，而非真正理解自然语言。除此以外，受限于互联网文本数据的质量，GPT-3模型会生成一些带有偏见且令人厌恶的内容。这些都表明，GPT-3依然停留在感知智能阶段，距离通用智能和认知智能还有遥远的距离。因此，GPT-3被认为“具有一定泛化能力的记忆”，更容易获得并记住陈述性知识，而不是理解知识，不具备真正的逻辑推理能力和明辨是非的能力。　　(4) GPT-3的意义　　虽然GPT-3模型还不具有意图或对现实世界中的请求做出响应的能力，但是其对人工智能领域的影响是深远的。从2012年深度学习在各个领域开始爆炸式的发展到现在已经有将近10年的时间，新技术和新算法的发展也进入了瓶颈期，数据驱动模型的效果和能力似乎也遇到了天花板，而GPT-3模型的出现为深度学习领域注入了一支强心剂并引发了新的思考。最直接的问题就是这种随着模型规模增加而实现的能力扩展是否具有稳定性和可预测性?从短期的结果来看，这种规模效应还会随着计算机硬件算力的提升，继续提高深度学习的天花板。第二个问题是深度学习的极限在哪里?这种数据驱动模型是否最终能真正地理解语言?最后，深度学习的尽头是否会是真正的人工智能?是否能实现认知能力和通用智能?　　从实际应用的角度来看，GPT-3的功能非常强大，可以完成问答、阅读理解、摘要生成、自动聊天、搜索匹配、代码生成以及文章生成等。鉴于GPT-3模型所面临的安全性和不可控性，包括在自然语言理解时遇到鲁棒性的问题、在内容生成时会输出虚假内容和充满偏见信息的问题等，在某些应用场景，其应用价值主要还体现在智能辅助任务上，不能直接面对最终的用户。例如，在总结报告生成、创作写作等任务中，利用GPT-3根据用户的任务描述生成相应的内容，再引入人工校验编辑，将最终编辑后的内容呈现给最终用户。除此以外，GPT-3可以用于开发游戏应用等无明确任务定义和完成目标的场景。　　(5) 未来研究方向和我国的相关情况　　总的来说，以GPT-3为代表的的预训练模型还存在各种工程应用问题、道德问题和社会问题。同时，在推动该类模型的发展时还面临着跨学科合作、开放共享、资源不平衡和安全防护等挑战。我国在这方面亦有相应的布局和长远规划，目前已经取得了非常好的前期成果，以“悟道”和“盘古”为代表的超大规模智能模型系统已经在模型效果、领域移植和泛化、小模型、模型训练效率、多语言、弱相关多模态预训练、通用、可控、知识融入、蛋白质序列预测等场景中取得了突破。相信在未来的10到20年，我国在人工智能基础技术创新、人才和团队建设、社区开源等方面会达到世界领先的水平。　　3 数据信托(Data trusts)　　数据信托是信托类型化研究和当代信托立法中典型的新生事物，信托制度起源于英国，发展于美国，从法律角度看，信托是指基于对受托人的信任，委托人从其自身利益出发，将资产交给受托人管理的行为，数据信托则是受托人管理一群人的数据或数据权利的行为，这就像医生有责任依据病人的利益来行事一样，数据受托人管理委托人的数据或数据权利，同时要对其利益负责。理论上，数据信托允许用户行使其作为数据生产者的权利。　　专家点评：　　数据的价值和资产属性已经被社会熟知和认可，但是数据资产存在一个特殊性，即和实体资产相比，数据只要在控制人手里，几乎可无成本进行分析、挖掘、复制和扩散并获利，并且其中个人隐私信息无法得到保护，典型的例子是当我们通过电商平台完成交易后，后期总会看到和前期交易内容有关联的选择性推送商品广告信息，因此带来一个严重的问题，即在数据生产者及数据权属所有者(如广大公民个体)、数据实际控制者(如提供各类服务的单位部门)、以及数据利益的享有者(如能获取各类数据的机构企业)相互分离的情况下，生产者的数据在采集、分析、挖掘、使用全生命周期中，其隐私如何能得到更好的保护，价值如何能得到更好的保障。基于此，信托理论被引入用来保护数据主体所遭受的敏感信息侵害，加强数据安全保护，有效应对境内外数据安全风险。2016年，美国耶鲁大学教授杰克巴金(Jack M. Balkin)在隐私数据保护领域首次提出采用信托工具解释数据主体与数据控制人之间关系的主张。2017年，《英国人工智能产业发展报告》明确提出了“Data Trust”一词，并建议利用数据信托制度建立数据投资治理架构，以确保数据交换安全互利。2018年10月，英国开放数据研究所(Open Data Institute，ODI)首次明确将数据信托定义为“提供独立数据管理权的法律结构”。　　数据信托是数据资产信托财产的一个闭环：数据持有者首先要将自己所持有的某一个数据资产作为信托财产设立信托 再进行信托受益权转让，委托方通过信托受益权转让获得现金收入 随后，受托人继续委托数据服务商对特定数据资产进行运用和增值，产生收益 最后，向社会投资者进行信托利益分配。　　数据信托的实质是在数据主体与数据控制人之间创设出信托法律关系，数据控制人基于数据主体的信任对数据享有更大的管理运用权限，同时也承担更严格的法律信义义务。数据控制人的数据管理运用权限包括但不限于访问控制、访问审核以及数据的匿名化处置等重要内容，以此平衡数据主体的隐私保护与数据可交易价值之间的紧张与冲突。与此同时，数据控制人还应履行对数据主体的信义义务，这主要表现为信托法上的谨慎义务、忠实义务、保密义务等，不得损害数据主体的根本利益。　　数据信托主要解决两大问题：(1)解决数据资产的授权使用问题。数据主体既是数据信托的委托人也是受益人，数据控制人则是数据信托的受托人。数据控制人的数据管理运用权限包括但不限于访问控制、访问审核以及数据的匿名化处置等重要内容，以此平衡数据主体的隐私保护与数据可交易价值之间的紧张与冲突。(2)数据信托还可以明确数据资产的收益安排，使得数据资产增值部分的利益归属可以按照委托人意愿进行设计和分配。通过重置数据主体与数据控制人之间的权益结构，把数据控制人的数据权限与数据义务有效链接起来，促进数据的合理有效利用。　　应该清楚地看到，数据信托作为大数据时代的新生事物，无论在法律层面还是保障数据信托实施的技术层面仍不是完备的。　　首先，在法律层面，针对数据使用的用途限制、安全与隐私保护政策及风险管控问题，数据信托仍需要法定信托属性、数据信托的信托财产范围、数据信托中的信义义务的具体规制，建立更加完善的法律法规。　　其次，在保障数据信托实施的技术层面，针对数据在流转各环节都可能面临的安全风险，需要从数据隐私保护、数据确权、数据追溯、权益可信分配等多方面提供更加全面、系统、可信的技术手段，除传统的数据加密、身份认证、安全接入、应用保护、访问控制技术外，还需要结合信息技术的应用和发展，研究如下关键技术：　　(1) 隐私保护数据发布，敏感数据在进入流通市场之前进行必要的隐私检验和脱敏处理。　　(2) 区块链技术的应用，有效保证数据的可信性、数据流通与使用的可追溯性，区块链技术也是目前进行数据确权的最佳解决方案。利用区块链技术，可以使得登记、交易转让、清结算、查询举证更加透明、高效、低成本。　　(3) 隐私保护的联邦学习，结合安全多方计算、差分隐私或同态加密技术实现分布式的深度学习，在智能化学习的同时保障用户的隐私。　　4 锂金属电池(Lithium-metal batteries)　　制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。目前，电动汽车普遍使用的是锂离子电池，这种电池昂贵、笨重、能量密度低，并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是：价格高、续航低、充电慢，而且还存在安全隐患，这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。显然，要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力，就需要一种努力下，“绿色氢能”的高效利用系统将在不久的将来得以建立和完善，“绿色氢能”将作为常规能源，融入人类的生产和生活中，为构建绿色、清洁的未来社会提供重要支撑。

在今年之前，所有的人造物体的移动都遵循经典力学的法则。然而，在今年3月，一组研究人员设计了一种精巧的装置，其运动方式只能够用量子力学来描述(量子力学是一组支配如分子、原子及亚原子颗粒等细小物体运行的法则)。为了表彰他们的实验在概念上的拓展、其独创性以及它的众多的潜在用途，《科学》杂志称这一发现是2010年最重大的科学进展。 　　加州大学圣巴巴拉分校的物理学家Andrew Cleland 与John Martinis设计了这一机械：一个人们可用肉眼看到的极其细小的金属半导体桨状物，并巧妙地使它按照量子规范舞蹈。首先，研究人员将该浆状物冷却至其“基态”(即量子力学所允许的最低能态，这是物理学家长期以来所追求的目标)。他们接着将该装置的能量提高一个量子以产生一种纯粹的量子力学的运动状态。他们甚至设法将该装置同时进入到两种能态，因此该装置在同一时间会有微小的振动及很大的振动，这种奇怪的现象在量子力学的奇怪法则中是允许出现的。 　　《科学》杂志及其发行机构——美国科学促进会(AAAS)认为，这一首创的量子机械是2010年的年度突破。它们还将过去的这一年中的另外9个重要的科学成就汇编成今年的10大科学成就，该榜单出现在《科学》杂志2010年12月17日刊的一个新闻专版中。 　　《科学》杂志的一名新闻作者Adrian Cho说：“今年的年度突破所代表的是科学家们第一次在一种人造物体的运动中示范了量子效应。这在概念层次上来说非常酷，因为它将量子力学扩展到了一个全新的领域之中。在实用的层面上，它开启了多种可能性：从将光量子调控以及电流和运动相融合的新实验到也许某一天人们可以测试量子力学的界限以及我们的现实感。” 　　量子机械证明，量子力学原理适用于大到肉眼可见的物体的运动以及原子和亚原子颗粒的运动。它为人们朝着在量子水平获取对一种物体的振动的完全控制的方向迈出了关键性的第一步。这种对某种人造装置的运动控制将允许科学家们操控那些极小的运动，这很像他们现在对电流和光粒子的控制。这种能力转而可能会导致控制光量子态、超敏感力探测器等新装置的出现以及最终的对量子力学的界限和我们的现实感的研究。(最后的这一宏伟目标可以通过尝试将一个肉眼可见的物体放入到一个能态中来完成 在这一能态中，该物体可同时直接处于2个略微不同的地方——这一实验可准确地披露为什么大到像人这样的物体不可能同时出现在两个地方。) 　　Cho说：“请注意，物理学家还没有达到让一个像这样细小的物体同时出现在两个地方的境界。但现在他们已经进入到量子运动的最简单的状态 看来做到它要比过去容易得多了：这更像是一个‘什么时候可做到’而不是‘是否能做到’的问题。” 　　《科学》杂志2010年的其它9大开创性成就的名录如下： 　　合成生物学：在生物学和生物技术的一个决定性时刻，研究人员构建了一个合成的基因组，并用它转变了一种细菌的身份特性。该基因组取代了该细菌的DNA，使其生产出一组新的蛋白质——这一成就促使国会对合成生物学召开了一个听证会。研究人员预计，将来，定制的合成基因组可用来产生生物燃料、医药品或其它有用的化学制品。 　　尼安德特人基因组：研究人员对在3万8000年至4万4000年前曾经生活在克罗地亚的3个女性尼安德特人的骨头做了尼安德特人的基因组测序。对DNA降解片段进行测序的新方法使得科学家们能够第一次对现代人基因组与我们的尼安德特人祖先的基因组进行直接的比较。 　　HIV预防：对预防HIV的两种不同且新颖的方法的试验报道了所取得的不容置疑的成功：一种含有抗HIV药物泰诺福韦(tenofovir)的阴道凝胶可使女性中HIV的感染减少39%，而一种口腔预先接触的预防法可令一组与男性发生性关系的男子和变性女子的HIV感染减少43.8%。 　　外显子组测序/罕见疾病基因：通过只对某一基因组中的外显子(或者说是那个极小的实际编码蛋白质的基因组部分)进行测序，研究罕见遗传性疾病的研究人员能够发现造成至少12种疾病的特别的基因突变 这些遗传性疾病是由某个单独的有缺陷的基因引起的。 　　分子动力学模拟：模拟蛋白质在折叠时的旋转一直是一种组合上的噩梦。如今，研究人员利用了世界上最强力的电脑之一的能力来跟踪在一个小的正在折叠的蛋白质中的原子运动，其能跟踪的时间要比过去任何一种方法都要长100倍。 　　量子模拟器：为了描绘在实验室所看见的情况，物理学家根据方程式推出了一些理论。这些方程式可能极其难以解出。但是在今年，研究人员通过量子模拟器发现了一条捷径——即在人造的晶体中，激光光点扮演着截留在光中的电子位置的离子和原子的角色。这些装置给在凝聚态物理学中的理论问题提供了快速的答案，它们可能最终会帮助人们解决诸如超导性等的谜团。 　　下一世代的基因组学：更快更廉价的测序技术使人们能够对远古和现代的DNA进行非常大规模的研究。例如，1千个基因组计划已经发现了令我们人类独一无二的基因组变异——而其它正在进行中的计划一定还会披露更多的基因组功能。 　　RNA的重新编程：重新编程细胞——即将细胞的发育时钟回拨，使其表现如胚胎中的非特异性的“干细胞”——已经成为一种研究疾病和发育的标准实验室技术。今年，研究人员找到了一种用合成RNA来做这一工作的方法。与以往的方法相比，这种新的技术的速度要快2倍，功效要高100倍，并在治疗应用上可能更为安全。 　　大鼠的回归：小鼠统治着实验室的动物世界，但研究人员为了诸多目的而更愿意用大鼠。人们更容易用大鼠来做实验，而大鼠在解剖上也与人类更加相似 但大鼠的重大缺陷是：用以制造“基因分离小鼠”——在这些动物中根据研究需要而将其某些特定的基因准确地关闭——的方法在大鼠中无效。然而，今年有一系列的研究承诺会给实验室带来大批的“基因分离大鼠”。

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北京时间12月8日消息，近日《时代》杂志网站发布了2011年的十大医学突破评选结果。这些研究涵盖了从干细胞克隆研究到对抗疟疾和艾滋病的广泛医学分支领域，纪录着在过去的这一年中人类在了解自身奥秘和对抗最可怕疾病的道路上取得的丰硕成果。 　　1 运用克隆技术制造干细胞 运用克隆技术制造干细胞 　　这并非人体克隆，但已经非常接近了。科学家们报告他们利用“体细胞核转移”(SCNT)，即当年克隆出小羊“多利”的相同技术，在人体细胞上进行了同样的实验。这种技术简单来说就是将一个卵细胞中的遗传物质用一个成熟体细胞，如皮肤细胞中的DNA加以代替。随后卵细胞将开始分裂，如果一切顺利，最终它将产生一个和提供成熟体细胞的动物个体拥有完全相同遗传基因的克隆体。 　　在一项发布于10月份的最新研究报告中，纽约干细胞研究基金会的科学家们对这项技术进行了改进，将成年人的细胞DNA与卵细胞中的遗传物质进行融合，而不是简单的替换。最初对人体细胞进行的“体细胞核转移”(SCNT)尝试失败了，但是人们在这一过程中发现适当保留卵细胞中的遗传物质似乎将有助于帮助细胞顺利分裂并进而产生干细胞。不过这种干细胞并不是常规意义上的干细胞，因为很显然其内部还含有来自卵细胞的保留下来的染色体。接下来科学家们将要尝试抑制那些多余染色体的作用或者干脆从干细胞中剔除它们。 　　这项研究是很有前景的，因为它将有望获得干细胞，这将有朝一日帮助人类最终治愈脊椎神经损伤或者帕金森病。 　　2 制成第一种疟疾疫苗　　 制成第一种疟疾疫苗 　　疟疾每年在全球感染数以百万计的儿童，现在人类终于有了一种对抗它的利器——第一种针对疟疾的疫苗今年已经在撒哈拉以南地区的儿童中试验成功。结果显示这种新型疫苗能将疟疾感染率降低一半左右，考虑到这是人类开发的第一种此类疫苗，这一成果已经相当不易。 　　这项政府和民间研究机构合作进行的大型医学项目由葛兰素史克生物制品公司，PATH疟疾疫苗研发倡议组织以及盖茨-梅琳达慈善基金会共同参与。在撒哈拉以南非洲的11处地点为当地儿童接种疫苗。结果显示，这种名为RTS,S的抗疟疾疫苗对年龄在5~17个月的婴儿的有效率约为56%，他们在接种后的一年内没有受到疟疾的感染。这种疫苗对于防止出现严重感染案例的有效性也达到了约47%。 　　但是目前的试验是不全面的。研究人员们正在计划继续对年龄在6~12周的婴儿展开跟踪调查，他们此次也进行了疫苗接种。这些婴儿是这一疫苗开发的主要目标人群，一旦确证这种疫苗的有效性，它将被立即投入大规模的公共健康工作中。所有年龄段的接种儿童都将在未来三年内被进行跟踪调查，以了解疫苗对他们身体的保护可以持续多久 研究人员们还在这一过程中收集有关疫苗对婴儿使用安全性方面的相关数据。这项实验涵盖15460名儿童，计划将于2014年完成。 　　尽管目前看来初步的实验结果是令人鼓舞的，但是卫生官员们必须判断他们是否有足够的能力和决心去坚决遏止在这一地区肆虐的这种可怕疾病。因为相比较而言，一般儿童感染，如针对麻疹和轮状病毒(导致儿童腹泻致死的病原体)的疫苗有效性能够达到70%，甚至超过90%。　　3 找到抵御艾滋病侵袭的新途径　　 找到抵御艾滋病侵袭的新途径 　　由于抗逆转录病毒(ARV)药物的研制成功，人类在对抗艾滋病的道路上取得长足进展。这种药物能显著降低患者体内的病毒水平，让身体保持健康并降低HIV人际传染的可能性。而最近的研究还发现这种药物不但能帮助病人对抗艾滋病，它还能帮助未受感染的健康人预防HIV病毒的感染。 　　2011年，医学界在这方面取得了两项突破，首先是发现健康的异性恋人群如果每天服用抗逆转录病毒药物Truvada，其感染艾滋病病毒的几率将大大降低。 　　一项美国华盛顿大学领导的研究对4758对异性恋伴侣展开跟踪调查，这些伴侣都有一个共同的特点，那就是其中的一名是艾滋病感染阳性，而另一名则是健康人。在测试进行3年后，结果显示相对安慰剂参照组，服用抗逆转录病毒药物让感染的发生几率降低超过73%。另一项有1200名健康的，性生活活跃的成年人参与的研究由美国疾病预防控制中心(CDC)进行，结果显示Truvada对艾滋病病毒感染风险的抑制率约为63%。 　　这些结果显示，适当运用抗逆转录病毒药物将能有效遏制在发展中国家不断蔓延的艾滋病发展势头。在目前的情况下，这些地区的公众还很难获得足够的抗逆转录病毒药物，但是如果能够做到足量充分地药物供应，相信将可以帮助广大的发展中国家和地区有效遏制住艾滋病的蔓延趋势。 　　4 新的饮食营养均衡指导方案　　 新的饮食营养均衡指导方案 　　每隔5年，美国联邦农业部以及健康与人类服务部都会按照惯例发布一份《美国人饮食指导意见》(DGA)。2011年的版本于1月份发布，这份意见呼吁美国人适当减少食物摄入量，并建议减少食盐，糖和脂肪的添加，并注意保持卡路里的摄入和消耗平衡。报告鼓励人们多吃蔬菜和植物性食品，以及海产品。同时它还建议民众采纳联邦政府提出的适量运动建议，即每名成年人每周应保证大约150分钟的适度运动。 　　指导中建议美国的中年人士每天的食盐摄入量不要超过2300毫克。但是这一建议值立即遭到了美国心脏病联合会的指责，他们建议所有的美国人每天的食盐摄入量最好低于1500毫克，以便降低心脏病和中风发生的风险。 　　6月份，联邦政府还照例发布了根据最新指导意见制作的居民饮食指导方案：“我的餐盘”。这张颜色鲜艳的餐盘中放置着政府建议民众遵循的科学饮食配比方案。整个餐盘被分成了4等份，分别放置水果，蔬菜，谷类和蛋白质类食物，用这样一份简单明了的餐盘图画替代了之前的“食品金字塔”图示方案。尽管金字塔示意图同样是科学严谨的，但是不够直观易懂，而此番推出的“我的餐盘”则一目了然：餐盘的一半被水果和蔬菜占据，另外一般则是谷物类食品和肉类等提供人体蛋白质来源的食物。政府健康部门的官员们希望这样简单明了的“餐盘”将帮助引导美国民众逐渐采纳更加科学健康的饮食方式。 　　5 在实验室中培育人体身体器官　　 在实验室中培育人体身体器官 　　科学家们开始尝试在实验室中人工培育可用于移植的人体器官，并且这一项目已经开始取得切实的进展。2011年3月份，美国威克森林大学再生医学研究所的安东尼阿塔拉(Anthony Atala)博士成功制造出了人的尿道。 　　人体的尿道是负责体内尿液运输的管道。由于疾病，它可能会被损坏或者变窄。为了重建一个尿道，阿塔拉博士首先用生物可降解材料制作了一个管状支架，随后将病人本身的膀胱细胞移植上去，让它们沿着支架生长。当最终生成一个完整的“器官”时，阿塔拉博士将其植入回病人体内。令人惊叹的是，这根体外培育的尿道真的开始正常工作了! 　　不过在目前的阶段，这种技术的花费太过昂贵，因而还无法为大部分患者提供服务。其所需的材料和设备费用高达5000美元。但是它对于再生医学而言无疑将是一个福音。 　　6 细菌和结肠癌之间的神秘关联　　 细菌和结肠癌之间的神秘关联 　　结肠癌是由细菌引发的吗?2011年10月份，两个研究小组发布了几乎相同的报告，指出一种名为“梭杆菌”(Fusobacteria)的细菌很不寻常，它们平常很少出现在人体肠道内，但是研究发现它们在结肠癌细胞中却异常活跃，并且似乎显示它们与肿瘤的恶性程度存在相关性。将健康的结肠组织和癌变组织进行对比，科学家们注意到这种细菌明显地集中并活跃于癌变细胞中，在一部分样本中，这种差异甚至达到了上百倍。 　　这是人们首次开始注意到这种细菌与癌症之间可能存在的关联性，但在此前，医学界已经留意到这种细菌似乎和溃疡性结肠炎的发生存在关联。 　　7 新型减肥药　　 新型减肥药 　　如果说在减肥领域有永恒真理的话，那就是：世上没有神奇减肥药能一下子让你减肥成功。至少，现在还没有。 　　不过，今年一种名为“Qnexa”的实验性药物显示它能让服用者在大约1年的时间内降低10%的体重。这种药物其实是两种现有药物的配制品，即减肥药物“芬特明”和抗癫痫药物“托吡酯”的混合物。这种混合药剂主要通过两方面入手来对抗肥胖问题，首先其中的芬特明成分是安非他明，即苯丙胺的近似药物，这实际上是一种兴奋剂，尽管其长期使用的潜在副作用尚不明确，但是它的确能抑制人体的饥饿感 而另一方面，托吡酯作为一种对抗医学上对抗癫痫的药物，能够帮助平衡人体大脑内的神经电信号联系，这同样能抑制人的食欲。 　　服用这种药物的患者的血压水平也出现改善迹象，血糖和胆固醇含量同样如此。这都将降低他们发生心脏疾病的风险。不过医生们还需要更多的数据来确认这种药物的安全性和有效性。至少美国联邦食品药品管理局(FDA)日前就拒绝了这种新药的上市请求，而要求生产商提供更多的安全数据，尤其是在心脏病和婴儿出生缺陷方面的潜在风险。 　　2011年出现的另一种可能有希望的减肥药物是美国休斯顿安德森癌症研究中心在癌症研究中制成的一种注射药剂，它能在一个月内让患者体重下降11%。 　　8 狗能嗅出肺癌　　 狗能嗅出肺癌 　　人类长久以来最好的伙伴——狗，看来也即将变成医生们最好的助手。众所周知，狗拥有极度灵敏的嗅觉，但是一项最新研究显示，狗的嗅觉甚至敏锐到能够从人的呼吸中嗅出此人是否患有癌症。德国研究人员花费9个月时间对狗加以训练，让它们尝试区分取自肺癌患者的呼气样本和健康人的呼气样本。结果测试显示，一只狗能够对100份样本中的71份做出正确的判断，并可以准确地从混合的样本群中找出93%的健康样本。 　　那么狗是通过什么来识别癌症的呢?科学家们认为狗是通过辨别人的呼吸气体中的某种极微量挥发性成分的变化获知癌症信息的，当我们的身体内部发生癌变时，这种化学成分的含量将发生变化。未来我们或许将可以通过检查患者的呼气成分来筛选癌症患者，但是目前还无法确认这一点。一名研究者幽默地说：“很不幸的是，狗狗们不能说话，没办法告诉我们它们究竟是通过哪一种生物化学技术探查到癌症的存在的!” 　　9 利用唾液分析鉴定死者年龄　　 利用唾液分析鉴定死者年龄 　　尽管现代科技提供了先进的法医学手段，但是人们却仍然无法准确判定一名死者在死亡时的具体年龄。DNA似乎并没有办法给出死者的年龄信息。 　　但是今年的情况似乎开始有了转机。美国加州大学洛杉矶分校的科学家们对唾液开展研究，他们发现对唾液遗传成分的分析或许将能够帮助法医获得死者去世时的年龄信息。 　　研究人员搜集唾液样本，并对其中DNA上所发生的外因变化进行观察。所谓的外因变化就是指由于外界因素对DNA造成的影响痕迹，如一个人的饮食习惯，压力状况，晒日光的时间，接触致癌物质甚至有毒物质的程度等等。这些“暴露”经历并不会导致DNA本身发生变化，但是它们都会在染色体表面留下痕迹，影响基因的开启和关闭。在染色体的某些特定位置上，科学家们发现这种痕迹会呈现几乎像是年轮般的叠加或削减，这一特征将有望帮助专家以误差不超过5年的精度判断死者的年龄。 　　但是也别指望这种唾液检查能很快应用于罪案现场调查。科学家们还需要更多的实验来验证这一理论。但它至少提供了一种新的可供破案选择的检验手段。 　　10 验血可以预测心脏病和癌症风险　　 验血可以预测心脏病和癌症风险 　　瑞典乌普萨拉大学的研究人员在今年8月份报告称只要进行一次简单的验血，医生们或许就能够判断哪个人最有可能死于心脏病或癌症。这是一项历时12年，对超过2000名志愿者进行的研究。他们发现人体内拥有较高水平组织蛋白酶S的人比那些体内这种酶的水平较低的人死亡的概率要高得多。这种催化酶的作用是帮助分解某些蛋白质，当人们体内存在心脏疾病或癌症时，其在体内的含量会出现上升，这可能对动脉粥样硬化的产生起到一定作用，因此研究人员们得出结论，体内这种酶的含量水平较高的人群将拥有更高的心脏病或癌症风险。组织蛋白酶S在脂肪组织中含量也较高，这和人们通常认识中肥胖者心血管疾病风险更高的说法是相符合的。 　　目前科学家们还无法搞清这种酶究竟是如何在心血管疾病和癌症早期起作用的，不过各大制药公司可不会坐等结果，他们现在已经开足马力，全力试图找出抑制这种酶的方法了。

美国《大众科学》杂志网站近日列出了今年十大医疗健康领域的创新技术和产品，包括mRNA新冠疫苗、治疗罕见早衰疾病的药物、迄今最便宜胰岛素、全球首款疟疾疫苗等。所有这些创新，其实都有一个共同的名字：希望！1两款mRNA新冠疫苗引人注目截至2021年11月，至少有28种新冠疫苗已经在人类身上进行了试验，其中辉瑞公司/德国生物新技术公司合作开发的疫苗以及莫德纳公司研制的疫苗是首批信使RNA（mRNA）新冠疫苗。鉴于理论上mRNA能够表达任何蛋白质，可以治疗几乎所有基于蛋白质的疾病，研究人员称，mRNA疗法有可能改变新冠疫情的进程，也代表了预防医学的未来。辉瑞疫苗和莫德纳疫苗2首个罕见早衰综合征疗法获批患有早衰综合征（HGPS）的儿童通常会在15岁之前因心力衰竭、心脏病发作而死亡。此前，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了Zokinvy用于治疗早衰症和相关疾病。这是第一个被批准用于治疗早衰症的药物，在测试中，服用Zokinvy的儿童平均多活了2.5年。Zokinvy是FDA批准的首个治疗早衰综合征的药物3基因治疗向前迈出一大步今年6月27日，生物科技公司Intellia Therapeutics和再生元联合宣布，在研的CRISPR体内基因编辑疗法NTLA-2001在治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性（ATTR）这一严重罕见遗传疾病的Ⅰ期临床试验中获得积极结果，具有安全性和有效性，这也是全球首个公布的体内CRISPR基因编辑疗法的临床试验结果。CRISPR基因编辑工具治疗遗传性肝病4改变“游戏规则”的埃博拉疫苗三抗体鸡尾酒疗法Inmazeb于今年初上市，这是首个被批准用于治疗成人和儿童埃博拉感染的药物。Inmazeb靶向埃博拉病毒表面的糖蛋白，在一项临床试验中，154名接受Inmazeb治疗的人中，有66.2%的人存活下来；153名未接受Inmazeb治疗的人中，只有49%存活下来。埃博拉疫苗Inmazeb5FDA紧急授权使用的首款完全居家用检测盒家用新冠病毒抗原检测Ellume于今年1月在美国市场上市，这款检测设备包括鼻拭子、滴管、处理液和分析仪，它可在15分钟内，通过智能手机应用提供诊断结果，并匿名告知当地公共卫生官员。FDA报告说，在有症状的人群中，Ellume检测产品能正确识别96%的阳性样本和100%的阴性样本。在无症状的人群中，数字分别下降到91%和96%。Ellume可提供快速新冠病毒检测非洲儿童接种首个获批疟疾疫苗今年10月，在疟疾流行的肯尼亚西部地区，数百名儿童接种了世界上首个获批的疟疾疫苗Mosquirix

p 　　自2001年以来，《麻省理工科技评论》(MIT)每年都会评选出10项突破性技术。对于“突破”一词到底如何定义?MIT编辑部表示，可能我们的TOP10里面有一些技术尚未得到广泛的应用，而另外的一些已经处于商业化的顶端。我们真正想要的是一种技术，或者说是一种技术的集合，它能够对人们的生活产生深远的影响。今天，MIT公布了2018年“全球十大突破性技术”(10 Breakthrough Technologies)。 /p p style=" text-align: center " img width=" 600" height=" 368" title=" " style=" width: 600px height: 368px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/0ccd8c87-84ff-4a3b-8e45-b274d6c1d17e.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /p p style=" text-indent: 2em " 3D金属打印机（3-D Metal Printing）、人造胚胎（Artificial Embryos）、传感城市（Sensing City）、给所有人的人工智能（AI for Everybody）、对抗性神经网络（Dueling Neural Networks）、巴别鱼耳塞（Babel-Fish Earbuds）、零碳排放天然气（Zero-Carbon Natural Gas）、完美网络隐私（Perfect Online Privacy）、基因占卜（Genetic Fortune-Telling）、材料的量子飞跃（Materials’ Quantum Leap）等入选了MIT2018全球十大突破性技术。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 人造胚胎（Artificial Embryos） /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/f1dfe8c7-4f42-4acd-a749-215c18075ebe.jpg" / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " UNIVERSITY OF CAMBRIDGE /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性： /strong 未使用卵细胞或精子细胞，研究人员仅从干细胞就创造出了胚胎样结构（embryo-like structure），为创造生命提供了一条全新的途径。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性： /strong 人造胚胎将使研究人员更加容易地研究人类生命的神秘起源，但这一技术也正在引发新的生物伦理争论。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性： /strong 现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 关键研究者： /strong 剑桥大学、密歇根大学、洛克菲勒大学 /p p style=" text-indent: 2em " 在一项重新定义了如何创造生命的突破性研究中，英国剑桥大学的胚胎学家们仅利用干细胞（没有卵子，没有精子，只是从另一个胚胎中取出的细胞）就培育出了逼真的（realistic-looking）小鼠胚胎。 /p p style=" text-indent: 2em " 领导该研究的Magdelena Zernicka--Goetz说：“我们知道，干细胞具有不可思议的能力，但我们真的没有意识到，它们能够如此完美地自我组织（self-organize）。” /p p style=" text-indent: 2em " 不过， Zernicka--Goetz表示，她的“合成”胚胎可能不能发育成小鼠。这也不是Zernicka-Goetz的目标。她想要研究，一个早期胚胎中的细胞如何开始发挥其特殊的作用。她还说，他们的下一步计划是用人类干细胞生成人造胚胎。密歇根大学和洛克菲勒大学的科学家们正在进行相关的研究。 /p p style=" text-indent: 2em " 人工合成的人类胚胎将是科学家们的福音，可以让他们弄清早期发育中发生的各种事件。同时，由于这类胚胎是从易操作的干细胞发育而来的，因此，研究人员将能够利用各种工具（如基因编辑）在它们生长的过程中调查它们。不过， /p p style=" text-indent: 2em " 人造胚胎这一突破技术也引发了伦理问题。如果它们变得与真实的胚胎难以区分，我们该怎么办？ 在它们能够感觉疼痛之前（before they feel pain），它们能在实验室里成长多久？ 生物伦理学家们说，我们需要在科学竞赛愈演愈烈之前解决这些问题。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 给所有人的人工智能（AI for Everybody） & nbsp /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/28c2be62-1345-4438-9d72-c98f1fc6d3f1.jpg" / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " MIGUEL PORLAN /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性： /strong 基于云的人工智能技术（Cloud-based AI）使得这项技术的使用更便宜、更容易。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性： /strong 目前，AI的使用由少数几家公司主导，但作为一种基于云的服务，它能够被更多的人使用，从而推动经济增长。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性： /strong 现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 关键研究者： /strong 亚马逊、谷歌、微软 /p p style=" text-indent: 2em " 迄今为止，人工智能主要是像亚马逊、百度、谷歌和微软这样的大型科技公司以及一些初创公司的“利器”，对许多其他公司和经济领域来说，AI系统太昂贵，且太难完全实现了。 /p p style=" text-indent: 2em " 那么，让AI更普及的解决方案是什么呢？基于云的机器学习工具正在将AI带给更广泛的群体。到目前为止，亚马逊的 AWS 子公司主导着云AI（cloud AI），而谷歌正试图用TensorFlow（一个开源的AI库）来挑战它的地位。拥有自己AI云平台Azure的微软则选择与亚马逊合作，推出了一款开源深度学习库—— Gluon。 /p p style=" text-indent: 2em " 这些公司中的哪一家会成为提供人工智能云服务的领导者，目前还不清楚。但对于赢家来说，这是一个巨大的商机。如果人工智能革命将会在经济的不同领域更广泛地扩散，那么，这些云产品将是不可或缺的。 /p p style=" text-indent: 2em " 目前AI主要应用于科技行业，许多其他行业一直难以利用人工智能技术的发展。医疗、制造以及能源等行业如果能够更全面地推行人工智能技术，那么，这些行业可能将产生巨大的改变。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 对抗性神经网络（Dueling Neural Networks） & nbsp /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img width=" 600" height=" 441" title=" " style=" width: 600px height: 441px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/4b3da4e4-0c2e-4537-a1ac-07111a1ab6b5.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " DEREK BRAHNEY /span br/ /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性： /strong 两个AI系统可以通过相互对抗来创造逼真的图像和语音，此前，机器从未有过这种能力 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性： /strong 这给机器带来类似想象力的能力，可以让它们不再那么依赖人类，同时也把它们变成了一种数字造假工具。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性： /strong 现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 主要研究者： /strong Google Brain、DeepMind、Nvidia /p p style=" text-indent: 2em " 人工智能（AI）在识别事物方面变得越来越擅长了：向它展示一百万张图片，它能以惊人的准确性告诉你哪张照片描绘了一个行人穿越街道。但是AI几乎不可能生成行人的图像。如果能做到这一点，它就能创造出大量逼真的合成画面，比如在各种环境下的行人。这样，自动驾驶系统可以在不出门的情况下使用这些图片进行训练。 /p p style=" text-indent: 2em " 但问题是，创造一个全新的东西需要想象力，而这一直困扰着AI。 直到2014年，蒙特利尔大学的一名博士生Ian Goodfellow在一家酒吧的学术辩论中，率先想到了解决方案。这种方法被称为“对抗式生成网络”（GAN），它采用了两种神经网络（人脑的简化数学模型，这是现代机器学习的基础），并在数字版猫捉老鼠游戏中相互对抗。 /p p style=" text-indent: 2em " 这两个神经网络都是在相同的数据集上进行训练的，其中一个被称为“发生器”（generator），负责依照所见过的图片来创造新的图片。另一个被称为鉴别器（discriminator），负责识别它所看到的图片是否像训练时的图片，还是发生器产生的虚假图像。 /p p style=" text-indent: 2em " 渐渐地，发生器可以创造出鉴别器不能识别出的图片。这项技术已经成为AI在过去十年中最有希望的进展之一，它能够帮助机器“骗过”人类。 /p p style=" text-indent: 2em " 目前，GAN已经被用于制作非常逼真的语音和假图片。举个例子，芯片制造商Nvidia的研究人员用明星照片训练出一个GAN系统，而这个系统生成了数百张不存在但看起来很真实的面孔。另一个研究小组则生成了很逼真的梵高作品。进一步训练之后，GAN可以用不同的方式重新创造图片，比如在干净的道路上铺上一层雪，或者把马变成斑马。 /p p style=" text-indent: 2em " 但GAN也不总是完美的，它可能会生成有两套把手的自行车或者，眉毛错位的脸。但由于图片和声音的逼真，一些专家认为，在某种意义上，GAN在某种程度上开始理解它们所见所听。这就意味着，随着想象力的获得，AI也有可能开始理解它在这个世界上所看到的东西。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 基因占卜（Genetic Fortune-Telling） & nbsp /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(153, 153, 153) " img width=" 600" height=" 441" title=" " style=" width: 600px height: 441px " alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/uepic/a16c869e-d862-484d-8146-12195a7a1f44.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / br/ /span /strong /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(153, 153, 153) " DEREK BRAHNEY /span br/ /p p style=" text-indent: 2em " strong 突破性： /strong 科学家可以使用基因来预测人们未来患心脏病、乳腺癌的风险，甚至可以预测IQ。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 重要性： /strong 基于DNA水平的预测技术可能是公共健康领域下一个重要突破，但它也会增加基因歧视风险。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 可用性 /strong ：现在 /p p style=" text-indent: 2em " strong 主要研究者 /strong ：Helix、23andMe、Myriad Genetics、UK Biobank、Broad Institute /p p style=" text-indent: 2em " 将来有一天，婴儿出生时就会得到一份DNA检测报告。这些报告将提供他们患心脏病或癌症的几率，是否对烟草上瘾，以及是否比一般人更聪明的预测。由于大型基因研究的陆续开展，这一天很快就会来临。 /p p style=" text-indent: 2em " 事实证明，最常见的疾病和包括智力等许多行为特征，都不是一个或几个基因的结果，而是许多基因作用的结果。利用正在进行的基因研究的数据，科学家们正在创造他们所谓的“多基因风险评分”。 /p p style=" text-indent: 2em " 尽管新的DNA检测提供的只是概率，而不是精确诊断，但它们仍可以极大地造福医学的发展。比如说，医生可以建议乳腺癌高危的女性多做乳房x光检查，而低风险的女性乳房x光检查则少做些，那么这些检查可能帮助发现更多的真正患癌症的病人，并能够减少 “假警报”的情况。 /p p style=" text-indent: 2em " 此外，制药公司还可以在针对阿尔茨海默病或心脏病等疾病的预防性药物的临床试验中使用这些信息，他们通过挑选患病风险更高的志愿者，从而可以更准确地测试药物的效果。 /p p style=" text-indent: 2em " 但问题是，这些预测远非完美。谁想知道他们未来可能会患上老年痴呆症?如果癌症风险评分低的人推迟接受筛查，然后又患上癌症怎么办? /p p style=" text-indent: 2em " 多基因评分也有争议，因为它们可以预测任何个体特征，而不仅仅是疾病。比如说，他们现在可以预测一个人在智商测试中表现的10%。随着评分技术的提高，DNA智商的预测很可能会成为常规的检测。但是家长和教育工作者将如何使用这些信息呢? /p p style=" text-indent: 2em " 行为遗传学家EricTurkheimer表示，基因数据是把双刃剑。“基因占卜”既让人兴奋，也令人担心。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 参考资料 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 10 BREAKTHROUGH TECHNOLOGIES 2018 /p

《麻省理工科技评论》“十大突破性技术” 榜单诞生已经二十周年，2021“十大突破性技术” 发布会也于昨天下午在杭州余杭未来科技城举办。本次会议由中共杭州市余杭区委、杭州市余杭区人民政府、《麻省理工科技评论》主办，浙江省委组织部（人才办）、杭州市委组织部（人才办）指导，杭州未来科技城（海创园）管委会、DeepTech 共同承办，近百位国内外行业专家、青年科技领袖和商业精英齐聚一堂，碰撞新思想、分享新观点，线上四大平台同步直播，给与会者带来了一场顶级的科学技术思想盛宴。 在榜单揭晓之前，我们想考考你，是否还记得二十年前的科技水平？容我们提醒你一下，那一年，维基百科刚刚诞生，3G 网络刚打出第一通电话，苹果 iPod 首次问世，而 Windows 系统才更新到 XP。在那个大部分人只能拨号上网、10 兆宽带就已是顶配的年代，《麻省理工科技评论》首次推出 “十大突破性技术”（TR10）榜单，榜上有名的是生物识别、数据挖掘、自然语言处理、脑机接口、机器人设计等充满未来感的 “黑科技”。在接下来的二十年里，这份年度榜单依旧不断带给人们惊喜。2009 年，苹果尚未收购 Siri，我们就将它列为突破性技术。而在今天，虚拟语音助手已经遍地开花。2013 年，我们将 “深度学习” 列入榜单，并准确给出 3-5 年的爆发期。时至今日，它仍然是实现各种高性能机器学习算法、驱动人工智能蓬勃发展的核心技术。如今，我们回望过去，科技的进步令人惊讶。二十年前陌生的技术名词要么早已成为我们生活的一部分，譬如手机上的指纹识别和人脸识别，要么成为了时下最炙手可热的研究领域，譬如脑机接口和自然语言处理。我们再也无法对它们视而不见，我们的生活也因它们更加丰富多彩和方便快捷。这种跨越二十年的预测能力，完美诠释了 “十大突破性技术” 榜单的权威性。当然，与其说是 “预测”，不如说是《麻省理工科技评论》站在全球科技最前沿，目睹了科技创新百年变迁后的一种沉淀，这是对科研迈向产业的可行性分析，也是对技术商业化及影响力的研判。不过，这些并非仅有的评判标准。2019 年，《麻省理工科技评论》邀请到比尔・盖茨（Bill Gates）作为客座评选人，并全程参与评选工作。他对谋求和提升 “人类福祉” 的追求反映到了评选结果中。更重要的是，评选 “十大突破性技术” 的目的不仅仅是展示新创新成果，同时也旨在强调是人类的智慧促生了这些创新技术。在最新的 2021 年榜单中，我们关注了在人工智能领域引发热议的 GPT-3 语言模型。它不仅能写出逼真的文本，更具备强大的泛用性，人们甚至认为它是通向真正通用人工智能的里程碑。我们还选择了 mRNA 疫苗，虽然人类对 mRNA 技术的研究已持续 20 余年，但在新冠疫情肆虐全球之际，人类在短短一年时间内完成了 mRNA 疫苗的研发，并首次开展了大规模接种，该技术亦有望在医药领域掀起新革命。如果你觉得这些技术离你太远，那不妨想一想过去两年最火的移动应用：TikTok。在众多短视频应用中，无论是知名度还是用户活跃度，TikTok 都以绝对优势遥遥领先。我们认为，其背后的推荐算法是兼具代表性和突破性的技术。除此之外，今年的榜单还包括绿色氢能、多技能 AI、远程技术、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位和数据信托。它们是科技领域最热门、最前沿、最具价值的研究领域，从中孕育出的成果寄托着人类对未来美好生活的憧憬，也必将在未来社会生活中产生巨大的影响。正如比尔・盖茨所说，看过这些突破性技术之后，你会觉得 “美好的未来，值得我们为之奋斗”。图 | 2021 年《麻省理工科技评论》全球十大突破性技术榜单包括：mRNA 疫苗、GPT-3、数据信托、锂金属电池、数字接触追踪、超高精度定位、远程技术、多技能 AI、TikTok 推荐算法、绿色氢能以下是榜单详细内容解读： mRNA 疫苗 重大意义：mRNA 新冠疫苗有效性约为 95%，此前从未投入临床应用，可能带来医药领域的巨大变革。主要研究者：BioNTech 公司、绿光生物科技公司、Moderna、Strand Therapeutics 公司成熟期：现在在全球，新冠病毒已夺去 200 多万人的生命，mRNA 技术研究人员德鲁・魏斯曼的几位童年好友也因此去世。 如今，几种不同类型的新冠疫苗已经上市，美国所注射的新冠疫苗完全依赖于 Moderna 的疫苗、以及 BioNTech 和辉瑞合作开发的疫苗。以上两款疫苗有个共同点：都采用了 mRNA 技术。mRNA 疫苗与传统疫苗生效机制完全不同，传统疫苗使用活病毒、死病毒、或者病毒外壳部分物质，以训练人体免疫系统。而 mRNA 疫苗含有基因物质，由脂质体包裹，注射入体内后，肌肉细胞吸收 mRNA 并产生某种病毒蛋白，免疫系统会及时产生抗体和 T 细胞来抵御病毒的入侵。在此之前，虽然针对 mRNA 的研究已有 20 年，但是直到去年，mRNA 才首次用于进入市场的药物。mRNA 疫苗是否真的效果更好呢？答案是大写的 “是”。临床研究证明，Moderna 和 BioNTech 的疫苗有效性都达到约 95%，而阿斯利康的腺病毒疫苗有效性约为 75％。mRNA 疫苗具备高有效性、以及容易重新构建的特点，更有利于研究人员攻关艾滋病、婴儿呼吸道病毒、疱疹和疟疾这些目前都尚无成功疫苗的疾病。研究人员还认为，在未来，mRNA 技术不仅限于疫苗，还将针对癌症、镰状细胞病、艾滋病等带来低成本的基因修复。不过，mRNA 若想用于药物治疗，建立切实可行的经济模型，还面临以下几个巨大挑战：如何将足够数量的 mRNA 输送到体内的正确位置？如何降低或避免 mRNA 所带来的副作用？如何包装脆弱的 RNA 分子？魏斯曼说，他已经研究明白，如何定位纳米颗粒。从而让纳米颗粒进入骨髓，而骨髓不断制造所有的红细胞和免疫细胞。无论如何，mRNA 疫苗成功投入使用，为 mRNA 技术应用于其他疾病疫苗和药物的研究，开创了一个良好的局面，我们可以期待 mRNA 技术的应用前景。 GPT-3 重大意义：学习自然语言的大型计算机模型，朝着构建可理解人类、并与人类世界互动的 AI 迈出的一大步。主要研究者：OpenAI、Google、Facebook成熟期：现在继 DeepMind 的 AlphaGo 和 IBM 的 DeepBlue 之后，GPT-3 成为 AI 领域最能引发公众想象的存在。GPT-3 是一种 “大型语言模型”，由旧金山的研究实验室 OpenAI 创建。所谓 “大型语言模型” 指的是一种利用深度学习的算法，通过数千本书和互联网的大量文本进行训练，将单词和短语串在一起。GPT-3 于 2020 年正式发布，能够模仿人类书写文本，逼真程度令人惊异。在许多人看来，GPT-3 的这一能力，堪称是通往真正的机器智能道路上的里程碑。 能够如此娴熟地运用语言的机器之所以重要，是因为语言对于理解日常世界至关重要，人类就是通过语言来交流、分享思想和描述概念。换句话说，掌握了语言的 AI，可对世界产生更好的理解。大型语言模型还有很多实际用途。比如，可为开发更好的聊天机器人提供支持，以进行更加流畅的对话；只要给出提示，它们就可以生成关于任何事情的文章和故事；它们还可以总结文本，或回答关于文本的问题；虽然只有获得邀请的人才能使用 GPT-3，但人们已经利用它为数十个应用程序提供了支持，其中不乏从一个产生创业想法的工具，到一个以地下城为背景的 AI 脚本冒险游戏的。GPT-3 并不是 2020 年出现的唯一一个大型语言模型，微软、谷歌和脸书都推出了其开发的大型语言模型，但 GPT-3 却是迄今为止最好的全能型选手。人们认为 GPT-3 可以写出任何东西：同人小说、哲学辩论、甚至代码。人们甚至就 GPT-3 是否是第一个通用人工智能展开争论。其实不是。尽管 GPT-3 能产生特别逼真的文本段落，但并没有任何实质性创新。GPT-3 的出现证明了一点，那就是规模为王。在构建 GPT-3 时，OpenAI 使用的方法和算法与构建 GPT-2 的基本相同，区别在于 OpenAI 扩大了神经网络和训练集 ——GPT-3 有 1750 亿个参数，神经网络中的值在训练过程中会不断调整。而 GPT-2 仅有 15 亿个参数，GPT-3 也借此成为有史以来最大的语言模型。但有科研人员指出，GPT-3 虽称得上是 AI 中的翘楚，但同时也集合了一些糟糕的问题，比如 GPT-3 耗电巨大，会加剧气候变化；GPT-3 会吸收网上的许多不实信息和偏见，并能按需复制；GPT-3 为机器生成的文本披上人性外衣，能够轻易获取人们的信任 —— 数月前，有人在 Reddit 上发布了一款由 GPT-3 支持的网络机器人，该机器人在几天内发布了数百条评论，并与数十名用户进行互动，直到最后才被发现并非真人。对于相信 “越大越好”（bigger is better）理念的人而言，GPT-3 的出现是一个不小的胜利。这些模型表明，我们可以期待计算能力和数据将在未来走得更远。GPT-4 会是什么样子的？我们可以预期，聊天机器人将能够掌握更广泛的会话主题，与人的交流变得更加流畅，更善于将更长的连贯文本串在一起… … 数据信托 重大意义：面对个人数据被滥用这一情况，数据信托可以帮助更好地管理数据。主要研究者：Google Sidewalk Labs成熟期：2-3 年数据时代，在人们生活更加方便的同时，隐私和安全问题日益突显。那么，是否有一个组织可以像工会维护劳工权利一样来维护人们的数据权利？并且，能够像医生一样，根据个人的数据管理帮助人们做出明智的决策？或许，数据信托是一种可行性方案。在法律中，信托是指基于对受托人的信任，委托人从其自身利益出发，将资产交给受托人管理的行为。而在数据信托中，受托人将管理一群人的数据或数据权利。这就像医生有责任依据病人的利益行事一样，数据受托人管理委托人的数据或数据权利，也对其利益负责。理论上，数据信托允许用户行使其作为数据生产者的权利。此前，谷歌的姊妹公司 “人行道实验室” 建议创立一个公民数据信托 —— 希望在其智能社区 Quayside 入驻的公司必须申请收集和使用数据的许可证，并由社区成员组成的审查委员会对数据收集和使用进行监督，以保证这些数据能为用户产生价值。虽然，“人行道实验室” 在 2020 年 5 月放弃了 Quayside 项目，但其数据信托的提议为数据管理提供了思路：对于智能城市、公共卫生计划等更多公共事务收集到的数据，可以创建数据信托并对其进行管理。对于数据引发的隐私、安全性等问题，数据信托不是唯一的解决办法，但能够控制数据、让数据共享造福人类的数据治理是十分必要的。 锂金属电池 重大意义：锂金属电池能量密度高、充电速度快，而且安全可靠，使电动汽车像汽油汽车一样方便和便宜。主要研究者：QuantumScape 公司、卡耐基梅隆大学、橡树岭国家实验室成熟期：5 年制约电动汽车产业发展的一大难题就是电池技术。目前，电动汽车普遍使用的是锂离子电池，这种电池昂贵、笨重、能量密度低，并且其所依赖的液体电解质在碰撞时极易起火。电池的一系列缺点体现在电动汽车上就是：价格高、续航低、充电慢，而且还存在安全隐患，这些正是让众多车主对电动汽车望而却步的原因。显然，要使电动汽车比汽油汽车更具竞争力，就需要一种突破性电池来弥补这些缺陷。硅谷初创公司 QuantumScape 声称已经开发出全新的锂金属电池，其采用固体电解质（陶瓷）克服了传统锂离子电池存在的这些缺陷。在传统的锂离子电池中，阳极主要由石墨制成，可以很容易地吸收和释放带电的锂离子，这些锂离子通过电解质在阳极和阴极之间来回穿梭，这些带电粒子流产生电流，电流从电池中流出，为任何需要供电的地方供电。而在锂金属电池中，阳极本身是由锂制成的，这意味着电池阳极上几乎每一个原子都可以用来产生电流。从理论上讲，锂金属阳极可以比同等重量和体积的石墨多存储 50% 的能量。这种锂金属电池拥有较大的能量密度和极快的充电速度，而且更加安全稳定。一旦普及，将彻底改写当今电动汽车产业格局，让电动汽车的成本降低、续航增加，届时充电将会变得像在加油站加油一样快捷方便。当然，这种电池也可用于其他形式的运输，比如长途卡车货运，甚至是短途航班。QuantumScape 公司还展示了一款还处于实验室阶段的单层电池，可在 15 分钟内充电至 80% 以上的电量，续航里程达数十万英里，而且在冰点温度下也能正常工作。该公司表示，这种电池将使电动汽车的行驶里程提高 80% 以上，现在一次充电可以行驶 250 英里的汽车，使用这种电池后可以行驶 450 英里。迄今为止，QuantumScape 公司发表的所有测试都是在电池组上进行的。为了在汽车上工作，该公司还将需要生产几十层电池，而且还必须找到一种方法，以足够低的成本大规模量产电池，从而与占据主导地位几十年的锂离子电池技术相竞争。 数字接触追踪 重大意义：在不获取个人位置信息的情况下，手机使用者可获知自己是否与新冠病毒感染者接触。主要研究者：苹果、谷歌等成熟期：现在 2020 年全球都在经历的新冠疫情让 “数字接触追踪” 引起人们的关注。新冠疫情之下，科技为公共卫生调查人员追溯感染者的行踪提供新思路 —— 数字接触追踪。使用该技术，卫生调查人员不再需要依靠病人的记忆对其行踪进行追踪，这减轻了对疾病监控的压力。这一技术对应到实际应用被称为 “曝光通知”（Exposure Notification）。对于该数字接触追踪系统，程序员在几周内完成了建立和运行，并将代码开源共享，以保证全球各地的、苹果和安卓的用户都可以使用这一功能。具体而言，“曝光通知” 不会追踪用户的位置，而是使用蓝牙来匿名连接附近运行同一应用程序的手机设备，从而保证健康数据的匿名性和隐私性。截至 2021 年 1 月，《麻省理工科技评论》了解到的全球各地政府使用的 “曝光通知” 应用共有 77 个。然而，由于一些公司和用户缺乏对该应用认识和信任、用户信息不明确、感染者可能没有使用该应用等因素的限制下，“曝光通知” 在新冠疫情中似乎并未起到实质性作用。但可以确定的是，越多的人使用 “曝光通知”，它达到的效果就会越好。而此次全球范围内的大规模 “实验” 也表明，一项技术要在实际场景中的应用，建立信任、增加获取渠道以及思考技术在复杂环境中的使用是更加重要的。 超高精度定位 重大意义：当定位技术精确到毫米级或更高水平，将开创全新的产业。主要研究者：中国科学院空天信息创新研究院、ColdQuanta成熟期：现在全球卫星定位系统的精度正在从 “米” 提高到 “厘米” 级别，这将为自动驾驶汽车、送货机器人等在街道上安全行驶提供更大支撑。2020 年正式开通的北斗三号全球卫星导航系统可实时捕获地面上几米的位置变化，甚至其处理精度能够达到毫米级。该系统已用于检测中国各地山体滑坡易发地区地表的细微变化，并于当年预测到中国湖南省将遭遇数十年来最严重的山体滑坡，使村民得以提前撤离。中国科学院航天信息研究所专家表示，如果卫星定位精度仍然在米或分米的水平，对此，这是不可能实现的。其实，北斗和全球卫星定位系统（GPS）精度的进一步提升都需要通过地面设施来提高定位精度。在目前广泛使用的方法中，一种是实时动态（Real Time Kinematic，RTK）定位，精度可达 3cm 以下；另一种是精确点定位（Precise Point Positioning，PPP），也可以达到厘米级别的精度。此外，中国科学院航天信息研究所专家表示：“我们正在开发 PPP-RTK 技术，结合二者的优势，有望在几年后投入使用。”除卫星系统之外，量子技术也被应用于定位和导航。专家认为，当原子冷却到接近绝对零度时，会达到一种对外力特别敏感的量子态。如果已知一个物体的初始位置，并能测量原子的变化，就能据此找到物体的实时位置。目前，量子技术公司 ColdQuanta 开发的量子定位系统早期版本已经在国际空间站上运行。 远程技术 重大意义：2020 年疫情期间，医疗保健和教育这两项重要服务中发生的变化，对人们的整体福祉和生活质量产生了巨大影响。但最重要的改变其实不是技术本身而是我们的行为，因为远程会议和远程医疗早已存在。主要研究者：中国香港在线辅导公司 Snapask、作业帮、印度 Byju’s成熟期：现在2020 年四月，全球疫情进入高峰期，170 余个国家的学校关闭，受到影响的学生规模高达 16 亿。全球大部分地区的传统学校转为线上教学模式，亚洲也不例外，例如中国香港在线辅导公司 Snapask 的用户需求激增。目前，Snapask 在亚洲 9 个国家拥有超过 350 万名用户，较疫情之前翻了一番。于 2015 年创立 Snapask 的 Timothy Yu 表示，“之前我们需要五年才能达到的用户数量，由于疫情的原因只用了一年就实现了。”新冠疫情提高了在线辅导服务的知名度，在线辅导迅速成为许多学生生活中与课业同样重要的一部分。英国普利茅斯大学专门研究远程教学的访问教授史蒂夫・惠勒表示，这次新冠肺炎引发的在线辅导热潮，可为我们提供一个重要启示，就是应鼓励教师以不同的方式进行思考与教学。如果学校系统能够接受在线教学的有效方法 —— 采用新媒体并相应地调整内容 —— 那将是 “乌云中的一线光明”。早在十余年前，戴维斯・穆欣古奇就提出一个伟大的想法：让乌干达人发送短信至一个免费电话号码，然后会有医生给他们回电话提供咨询。在许多人看来，这个想法似乎很大胆，但当时在乌干达首都坎帕拉读医科的穆欣古奇却坚信这是可行的。2012 年，他与人共同创立了医疗礼宾服务集团（Medical Concierge Group），现在他坦言，那时创立公司 “还是太早了”，因为那时的乌干达只有不到一半的人拥有手机。在此后几年里，他们的业务不断扩展，逐渐涵盖视频和 WhatsApp 信息，以及一个骑摩托车的医疗保健人员团队，他们会到患者家中进行血液测试并提供药物。该集团后来还开拓到肯尼亚和尼日利亚地区。2020 年疫情爆发时，从 3 月到 11 月，该集团的用户数量飙升了 10 倍。疫情把全世界的医院都逼到了崩溃的边缘，为避免感染人们尽量不去医院，而是转向远程医疗。根据麦肯锡数据显示，短短一年时间，美国使用该服务的人数比例就从 2019 年的 11% 飙升至 46%。“新冠肺炎让人们意识到，现在在家里就可以享受到各式服务，无论是购物还是医疗保健。我认为在后疫情时代，依然会伴随我们左右的一件事就是 —— 我们的生活将以家为中心。” 穆欣古奇说道。 多技能 AI 重大意义：“多模态” 系统能解决更加复杂的问题，让机器人能够实现与人类真正意义上交流和协作。主要研究者：艾伦人工智能研究所、北卡罗来纳大学、OpenAI成熟期：3-5 年 2012 年底，人工智能科学家首次弄清了如何让神经网络 “拥有视觉”，随后，他们还掌握了如何让神经网络模仿人类推理、听觉、语言和写作的方式。虽然人工智能在完成特定任务方面已经变得非常像人类，甚至是超越人类，但它仍然没有人类大脑的 “灵活性”，即人脑可以在一种情境中学习技能，并将其应用到另一种情境中。例如，AlphaGo 虽然能击败世界上最好的围棋高手，但它无法将这种策略扩展到棋盘之外，无法理解和适应不断变化的外部世界。 另外，人工智能系统的设计是一次只做其中的一件事。比如，计算机视觉和音频识别算法可以感知事物，但无法使用语言来描述它们；自然语言模型可以操纵文字，但文字是脱离任何感官现实的。 在这方面，儿童成长过程是很好的例子，孩子通过 “感知” 和 “谈论” 世界来了解世界，当他们开始将单词与景物、声音和其他感官信息联系起来时，他们能够描述越来越复杂的现象和动态，并构建一个复杂的世界模型，这个模型能帮助他们驾驭陌生的环境，并将新的知识和经验融入其中。 受儿童成长过程的启发，如果将感官和语言结合起来，并让人工智能拥有更接近于人类的方式来收集和处理信息，那么它能否发展出对世界的理解？答案是肯定的。这些可同时获得人类智能的感官和语言的 “多模态” 系统，应该会生成一种更强大的人工智能，也更容易适应新情况、以及解决新问题。 如此一来，我们便可以使用这样的算法来解决更复杂的问题，或者将其移植到机器人中去，使得机器人能够在日常生活中与我们交流协作。2020 年 9 月，艾伦人工智能研究所 AI2 的研究人员创建了一个可以从文本标题生成图像的模型，展示了算法将单词与视觉信息关联的能力；11 月，北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员开发了一种将图像纳入现有语言模型的方法，此举提高了模型的阅读理解能力；2021 年初，OpenAI 对 GPT-3 进行了扩展，发布了两个视觉语言模型，其中一个将图像中的对象与标题中描述它们的单词联系起来，另一个则根据它所学的概念组合生成图像。 从长远来看，“多模态” 系统取得的重大进展可以帮助突破人工智能的极限，不仅会解锁新的人工智能应用，也会让它们的应用变得更加安全可靠，更加精密的多模态系统也将使更先进的机器人助手成为可能。总而言之，多模态系统可能会成为第一批我们可以真正信任的人工智能。 TikTok 推荐算法 重大意义：TikTok 不仅能够精准地为用户推荐感兴趣的视频，还能通过推荐算法帮助他们拓展与其有交集的新领域。主要研究者：TikTok成熟期：现在TikTok 是全球最具吸引力、增长最快的社交媒体平台之一。截至目前，TikTok 在全球范围内已超过 26 亿次下载量，在美国拥有 1 亿用户。TikTok 发现和提供内容的独特方式是其具有吸引力的 “秘密武器”。TikTok 将网红博主的视频与新人博主的视频混合放在 “为你推荐” 页面，然后以浏览量奖励优质创作内容，用这种方式将更多新人博主的视频推给广大用户。该应用不同于其他社交媒体平台的是，任何人在 “为你推荐” 页面都有可能 “一举成名”。视频将通过 TikTok 的推荐算法向与视频博主有共同兴趣、爱好或特定身份的用户不断推荐，从而使优质的创作内容快速传播。视频博主有多少粉丝、是否走红过等因素并不会作为 TikTok 推荐算法的判断依据，它的推荐取决于视频标题、声音和标签，结合用户拍摄内容、点赞过的视频领域等进行推荐。概括来说，TikTok 增强用户粘性的技能越来越 “炉火纯青”，不仅能够精准地为用户推荐感兴趣的视频，还能通过推荐算法帮助他们拓展与其有交集的新领域。 绿色氢能 重大意义：绿色氢气是绿色的碳中性能源，是可再生风能和太阳能的扩充，有可能成为未来低碳化的核心燃料。主要研究者：绿色氢联盟蒂森克虏伯集团、国际能源署、麦肯锡咨询公司成熟期：预计 2030 年大多数氢气是通过天然气与高温蒸汽结合的方式制造的，也就是所谓的灰色氢气。通过水电解生产出绿色氢气，目前其生产成本是灰色氢气的三倍左右。随着风能和太阳能成本的不断下降、以及绿色氢气生产的规模经济效应的出现，氢气的生产成本也有望迎来大幅降低。随着碳捕集技术的发展，在不排放大量二氧化碳的条件下，可从天然气中提取更多的氢气，绿色氢气也将有可能成为未来低碳化的核心燃料。一方面，运用燃料电池的方法使用氢气，利用水电解的逆反应，通过氢气和氧气反应来生成水和电，同时又不产生氮氧化物。另一方面，通过把氢和碳结合起来，能生产比氢更容易处理的液态合成碳氢燃料。这类液体燃料更清洁，可以替代汽油或柴油。氢气还可用来储存可再生能源生产的电能，当风力减弱、云层遮挡太阳或用电量需求增加时，这些能量可以重新转化为电能并输入电网。国际能源署（International Energy Agency）预测，到 2050 年，氢气可提供全球能源需求的 10% 以上，每年可生产 1100 万千兆瓦时以上的能源。目前，区域性的“氢谷”项目正在欧洲各地落成，该项目计划将电解工厂布置在能够满足多种工业用途的地方，项目将包括建设炼油厂、水泥厂、发电厂和海上风电厂。位于荷兰、意大利、西班牙、法国、英国、加拿大、澳大利亚、日本和中国等各国的大型项目也在蓬勃发展。据麦肯锡咨询公司估计，到 2030 年，由于电解和可再生能源发电的成本下降和以及碳排放成本上升，绿色氢气的价格将与灰色氢气同样实惠。尽管当下仍有很多技术障碍需要克服，但大规模利用氢能、实现可持续发展是必然的趋势。

p 　　作为当今知名的技术榜单之一，《麻省理工技术评论》官方网站延续17年的历史，日前遴选出2018年全球“十大突破性技术”，点评科技领域的“新贵”。 /p p 　　此次入榜技术包括：3D金属打印、人造胚胎、传感城市、面向每个人的人工智能(AI)、对抗性神经网络、实时翻译耳塞、零碳排放天然气发电、完美网络隐私、基因预测、材料的量子飞跃。评委认为，它们将在未来数年里，深刻影响我们的工作和生活方式。 /p p 　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 　每个人的AI与对抗性神经网络 /strong /span /p p 　　迄今，AI仍是几家大型科技公司以及少数初创公司的“玩物”，对于其他人来说，AI太贵也太难普及。不过，基于云端的机器学习工具正在将AI带给更广泛的群体。如今，亚马逊、谷歌、微软都在试图成为云服务市场的领导者，可以预见，这是一个巨大的商业机会。如果AI革命会广泛传播至经济领域，那么他们推出的机器学习工具，也会随之成为必需品。 /p p 　　同时，我们看到AI已经非常擅长识别物体：一百万张图片中，它会准确地描述哪张有行人在过马路。但是AI不会独自生成行人的图片。如果能实现这一点，它将可以创造大量看似真实的合成图片，完善自动驾驶系统。现在，对抗式生成网络(GAN)正在利用两个神经网络，让二者对抗“厮杀”作为训练。其中一个神经网络叫生成网络，依照所见来生成新的图片 另一个则叫判别网络，判断它所见图片是否真实。最后，生成网络学会了识别并创造十分真实的图片。 /p p span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 　　3D金属打印、量子飞跃与实时翻译 /strong /span /p p 　　3D打印长期局限在设计者的“小圈子”里。而且，使用对象如果不是塑料的话，成本和速度都极不理想。但现在，这一制造方式正变得低成本和快捷，可以生产出更轻、更坚固的金属零部件，以及用传统方法无法制造出来的形状复杂的器件，甚至精确控制金属的微观结构。如果能广泛应用，将有望改变我们大规模量产的方式——制造商将不再需要维持大量库存，可以按需打印 大型工厂的部分生产也会被小型工坊取代。 /p p 　　化学家一直梦想着设计出新型蛋白质、电解质和化合物，用于研制药物、设计新型电池、将太阳能转化为液体燃料等等。然而，这些材料分子都很难在经典计算机上建模，量子计算机却可以做到。现在，量子算法正在提升，大分子精确仿真计算也将成为可能。 /p p 　　还有一个神奇的耳塞入选，因为它展示了实时翻译的前景。这是谷歌研发出的一副叫做Pixel Buds的耳塞。这副耳塞又名“巴别鱼”，可以在Pixel智能手机上通过谷歌应用进行实时翻译。 /p p span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 　　传感城市、网络隐私与零碳发电 /strong /span /p p 　　阿尔法特(Alphabet)公司旗下一个计划，正在创建一个高科技社区，来重新思考到底应该如何建设和运营一座城市，该项目的目标之一就是让一切关于设计、政策以及信息科技的决策都以一个巨大的传感器网络为基础，这个网络将收集各种信息，包括空气质量、噪声水平以及人们的行为等数据。 /p p 　　而一款新工具——名为“零知识验证”的新密码协议的出现，让真正的网络隐私终于可以实现了：人们可以不用透露出生日期就能证明自己年满18岁 不用透露自己的银行余额或其他细节，就能证明自己在银行有足够的存款可以完成金融交易。这大幅降低了隐私泄漏或身份盗用的风险。 /p p 　　在美国休斯敦的一家试点，研究人员正在测试一项“清洁天然气能源”的技术。他们相信能捕获天然气发电过程中释放的所有二氧化碳，同时又能以低成本发电。一旦成功，意味着从此人们可以用合理的价格从化石燃料中获得零碳能源。 /p p span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 　　人造胚胎与基因预测 /strong /span /p p 　　英国剑桥大学科学家在重新定义“如何创造生命”。他们利用干细胞培育出了一种逼真的小鼠胚胎，该胚胎并不是由卵细胞与精子结合而来，而是只用了从另一个胚胎中得到的细胞。这也意味着，很快就可实现在无卵子情况下培育出哺乳动物。这有利于实验室的研究，但也将带来大量伦理问题。 /p p 　　未来有一天，婴儿出生时就会得到一份DNA报告，内容是患心脏病或癌症的几率、是否会对烟草上瘾、智力预测等。现在，涉及人数超过100万人的大型基因研究的开展，以及技术手段的进步，这份基因“评分报告”随时可变为现实。它对于预警病情有利，但其一旦滥用也将令人担忧。 /p p br/ /p

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 自 2001 年起，《麻省理工科技评论》每年都会评选出当年的“十大突破性技术”，这份在全球科技领域举足轻重的榜单曾精准预测了脑机接口、智能手表、癌症基因疗法、深度学习等诸多热门技术的崛起。当然，与其说是“预测”，不如说是《麻省理工科技评论》站在全球科技最前沿，目睹了科技创新的百年变迁后的一种沉淀，是对科研迈向产业的可行性分析，是对技术商业化及影响力的研判。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 今年是《麻省理工科技评论》创刊 120 周年，2019 年的“十大突破性技术”榜单也与过去稍有不同。在本次的榜单评选中，我们非常荣幸的邀请到了比尔· 盖茨先生作为客座评选人，他全程参与了评选工作，并为本届榜单作序。本届榜单的入选技术也多是以“人类福祉”为最终目标。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 正如比尔· 盖茨先生所说，看过这些突破性技术之后，你会觉得“美好的未来，值得我们为之奋斗”。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 《麻省理工科技评论》在今天正式揭晓& nbsp 2019 年“全球十大突破性技术”（10 Breakthrough Technologies）。 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201902/uepic/c6f4caf9-2423-4090-9db1-73521570729c.jpg" title=" 201902271542275064.jpg" alt=" 201902271542275064.jpg" width=" 621" height=" 621" style=" width: 621px height: 621px " / /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 图 | 2019 年《麻省理工科技评论》全球十大突破性技术榜单包括：灵巧机器人、核能新浪潮、早产预测、肠道显微胶囊、定制癌症疫苗、人造肉汉堡、捕获二氧化碳、可穿戴心电仪、无下水道卫生间、流利对话的AI助手共 10 大突破性技术。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 以下是该份榜单详细内容及部分解读节选： /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 灵巧机器人& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：机器正在通过自我学习学会应对这个现实世界。如果机器人能学会应对混乱的现实世界，那么它们就可以胜任更多的任务。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：OpenAI（人工智能非营利组织）、卡内基梅隆大学、密歇根大学、加州大学伯克利分校& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：3-5年 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 尽管人们一直在讨论机器取代人类工作的话题，但目前工业机器人仍然表现得较为笨拙且灵活性欠佳。虽然机器人可以在装配线上不厌其烦地重复着同一个动作，同时还能保持超高的精度，但哪怕目标物体被稍微移动了一点，或将其替换成不同的零件，机器人的抓取过程就会变得十分笨拙甚至是直接抓空。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 如今，虽然我们还无法让机器人做到和人一样，在看到物体后就明白如何将其拿起，但现在它可以通过在虚拟空间里进行反复的试验，最终自主学会处理眼前的物体。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 位于旧金山的非盈利组织 OpenAI 就推出了这样一套 AI 系统 Dactyl，并已成功操控一个机器手让其灵活地翻转一块积木。这套神经网络软件能够通过强化学习，让机器人在模拟的环境中学会抓取并转动积木后，再让机器手进行实际操作。这套软件开始时会进行随机的尝试，并在不断地接近最终目标的过程中逐渐加强网络内部的连接。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 通常我们无法让机器人将模拟练习中获得的知识应用到现实环境里，因为我们很难模拟出像摩擦力或是材料的不同性质这样的复杂变量。而 OpenAI 团队则通过在虚拟训练中引入随机性来克服了这个问题。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 现阶段，我们还要取得更多的突破才能让机器人变得更加灵活。但如果研究人员能够很好地利用这种学习方法，未来的机器人将有望能够学会组装电子产品、将餐具摆入洗碗机里、甚至是能够将卧床的人从床上扶起。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 核能新浪潮& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：先进的核聚变和核裂变反应堆正在走进现实。在减少碳排放和限制气候变化的努力方面，核能的作用似乎正变得越来越不可或缺。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：陆地能源（Terrestrial Energy）、泰拉能源（TerraPower）、纽斯凯尔（NuScale）、General Fusion& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：新型核裂变反应堆到 2020 年代中期有望实现大规模应用；核聚变反应堆仍需至少十年时间。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在过去的一年中，新型核反应堆发展势头强劲，核能的使用将会变得更安全，成本也更低。新型反应堆的发展包括：颠覆了传统设计的第四代核裂变反应堆、小型模块化反应堆，以及似乎永远也无法实现的核聚变反应堆。第四代核裂变反应堆的开发者，比如加拿大的 Terrestrial Energy 和总部位于华盛顿的泰拉能源（TerraPower），已经开始与电力公司建立研发合作关系，力争在 2020 年代之前实现并网发电（这个估计可能有些乐观）。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 小型模块化反应堆可以产生的电力，通常为数十兆瓦（相比之下，传统核反应堆可以产生约 1000 兆瓦的电力）。像俄勒冈州的 NuScale 这样的公司表示，小型化的反应堆可以节约资金成本，并降低环境和金融风险。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 核聚变方面也有进展。虽然没人指望可控核聚变技术会在 2030 年以前实现交付，但像 General Fusion 和 Commonwealth Fusion Systems 这样的来自麻省理工学院的初创企业，正在取得一些积极进展。许多人认为可控核聚变只是黄粱美梦，然而，由于核聚变反应堆不会出现堆芯熔毁，也不会产生衰变期长、放射性高的核废料，它所可能会面临的公众抵制应该会比常规核反应堆少很多。（比尔· 盖茨是泰拉能源和 Commonwealth Fusion Systems 的投资方。） /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 早产预测& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：每年有 1500 万婴儿过早出生，这是 5 岁以下儿童死亡的主要原因& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：Akna Dx& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：可在 5 年内进入临床测试。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 简单的验血可以预测孕妇是否有过早分娩的风险。我们的遗传物质主要存在于细胞内。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 但是少量的“无细胞”DNA 和 RNA 也漂浮在我们的血液中，通常由垂死细胞释放。在孕妇中，这些游离的遗传物质碎片来自胎儿、胎盘和母亲的细胞。斯坦福大学的生物工程师 Stephen Quake 已经找到了一种方法来解决医学界最棘手的问题之一：大约十分之一的婴儿过早出生。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 自由漂浮的 DNA 和 RNA 携带者以前需要侵入性细胞抓取细胞的信息，例如对肿瘤进行活组织检查或刺破孕妇的腹部进行羊膜穿刺术。不一样的是现在更容易检测和分析血液中无细胞遗传物质。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在过去几年中，研究人员开始通过从血液中检测肿瘤细胞的 DNA，以及通过血液检测对孕妇进行唐氏综合症等疾病的产前筛查。这些检测依赖于寻找 DNA 中的基因突变。另一方面，RNA 是调节基因表达的分子物质，能够决定从基因中产生多少蛋白质。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 通过对母亲血液中的自由漂浮的 RNA 进行测序，Quake 筛选出与早产有关的七种基因表达的波动。这让他可以识别可能过早分娩的女性。一旦被警告，医生可以采取措施避免早产，并给予孩子更好的生存机会。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " Quake 说，血液检测所运用的技术，快速，简便，每次测量不到 10 美元。他和他的合作者已经创办了一家创业公司 Akna Dx 将其商业化。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 肠道显微胶囊& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：一种小型的、可吞咽的设备，不使用麻醉也可以捕捉到肠道的详细图像，甚至在婴儿和儿童体内也可以。这一设备使肠道疾病的探测和研究变得更为容易，其中包括使贫困地区的数百万儿童发育不良的一种疾病。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：麻省总医院& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：目前在成人体内使用；婴儿试验将于2019年进行。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 环境性肠功能障碍（EED）可能是你从未听说过的花费最高昂的疾病之一。以肠道发炎、肠道泄露和营养吸收不良为特征，这一疾病在贫穷国家广泛传播，这也是这些地区许多人营养不良、发育迟缓、未能达到正常身高的原因之一。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 没有人知道引起 EED 的具体原因是什么，也没有人知道怎样预防或治疗这一疾病。切实可行的检测手段可以帮助医务工作者了解何时应该干预及怎样治疗。在婴儿中已经有了治疗方法，但诊断和研究这些幼儿肠道疾病通常需要麻醉，并将一个称为内窥镜的管子插入喉咙。这种方法昂贵、不舒服、且在 EED 盛行地区难以开展。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 因此，麻省总医院（MGH）的病理学家和工程师 Guillermo Tearney 研发了一种小型设备，这种设备能够检测 EED 的表现症状，甚至可以进行组织活检。与内窥镜不同，它在基础保健检测过程中应用简单。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " Tearney 的可吞咽胶囊显微镜附在可弯曲的线型导管上，被连接到一种叫做光学相干断层成像系统( OCT )的设备上。在病人将胶囊吞咽后，医疗人员在将纤维胶囊拉回的过程中，能够无死角对整个消化道做纤维断层扫描。这种胶囊在消毒后可以重复利用（这听起来有点令人不适，但是 Tearney 的团队已经研发出一种技术，据他们说，这种技术不会造成不适。）它还带有以单细胞分辨率拍摄消化道表面的技术，以及捕捉几毫米深度的三维横截面的技术。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这项技术有几种应用；在麻省总医院, 它被用来检测巴雷特食管，一种食管癌的前身。关于 EED，Tearney 的团队研发出了一种更小的版本，可以给不能吞咽药丸的婴儿使用。这已经在盛行 EED 的巴基斯坦地区的青少年身上验证过了，此外，计划在 2019 年进行婴儿试验。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这一小型探测仪将帮助研究者们回答关于 EED 进展的相关问题——例如它会影响什么细胞和是否有细菌涉及其中——并评估干预手段和潜在疗法。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 定制癌症疫苗& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义： 通过识别各肿瘤的特异性突变，激发人体的天然防御能力，从而对癌细胞进行针对性破坏。传统化学疗法对健康细胞有很大影响，而且对肿瘤的治疗效果并不总是理想。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：BioNTech 、Genentech& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：已在临床试验 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 目前，科学家正处于将首支个性定制疫苗商业化的关键时刻。如果其效果真如预期的话，该疫苗就的确能够通过肿瘤独特的突变触发人体免疫系统对其进行识别，从而有效地阻止多种癌症的发生。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 更重要的是，与传统化学疗法不同，疫苗是通过使用人体的天然防御系统来选择性地破坏肿瘤细胞的，对健康细胞的损害较有限。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 此外，在初始治疗后，攻击性免疫细胞将也会对游离的癌细胞保持警惕。在人类基因组计划完成五年后的 2008 年，当遗传学家公布了癌细胞的第一个序列时，这种疫苗的诞生就不再是天方夜谭了。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 此后不久，研究人员开始将癌细胞的 DNA 与健康细胞和其他肿瘤细胞三者的 DNA 进行比较。研究证实，所有这些癌细胞都含有数百个甚至数千个特定的突变，其中大多数是这些肿瘤各自特有的。几年后，一家名为 BioNTech 的德国初创公司提供了令人信服的证据，证明含有这些突变拷贝的疫苗可以催化机体的免疫系统产生 T 细胞，从而做好发现、攻击和摧毁所有含有这些突变癌细胞的准备。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 目前正在进行的试验针对至少 10 种实体癌症，目标是在全球各地招募 560 名以上的志愿者。目前，这两家公司正在设计新的生产技术，以期能廉价快速地生产数千种私人订制疫苗。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 但这会是块“硬骨头”，因为制造疫苗需要对病人的肿瘤进行活检，对其 DNA 进行测序和分析，并将这些信息迅速传递到生产现场。一旦生产出来，疫苗就必须及时送到医院，而任何延误都可能是致命的。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 人造肉汉堡& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：实验室培育的人造肉和植物制成的素肉，能在不破坏环境的情况下接近真实肉类的味道和营养价值。人造肉的出现，可以缓解畜牧业生产造成的毁灭性的森林砍伐、水污染和温室气体排放。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：美国人造肉企业Beyond Meat& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：目前已经有成形的植物性素肉；2020年左右可研制成功实验室人造肉。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 根据联合国的预测，世界人口数量将在 2050 年达到 98 亿，人口富裕水平也会上升。但这于对气候变化来说可不是什么好事——人类一旦脱贫致富，就往往要吃掉更多肉。据预测，到 2050 年，人类吃掉的肉会比 2005 年多 70%。事实证明，饲养供人类食用的动物，是对环境的最大伤害之一。根据动物种类的不同，以西方工业化方法生产一磅肉类蛋白要比生产等量植物蛋白多用 4 到 25 倍的水，6 到 17 倍的土地，6 到 20 倍的化石燃料。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 而问题在于，人肯定不会马上就戒掉肉类。也就是说，实验室培养的人造肉和植物制成的素肉可能是抑制环境恶化的最好办法。实验室人造肉的过程，是从动物身上提取肌肉组织，然后放入生物反应器进行培育。虽然最终成品的口感可能有待提高，但外形上已经与我们正常吃的肉差不多了。荷兰马斯特里赫大学的研究人员已在为实验室人造肉的量产而努力。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 他们认为，到明年，人造肉汉堡的生产成本可能都比牛肉汉堡还低。但人造肉也不完美，生产人造肉对环境到底有多大改善，我们还只能粗估。世界经济论坛最近的一份报告说，生产实验室人造肉的温室气体排放量也只比生产牛肉生产少大概 7%。对环境更友好的肉类替代品，就是 Beyond Meat 和 Impossible Foods（比尔· 盖茨投资了这两家美国人造肉初创企业）等公司研发的植物制成的“素肉”。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 他们用豌豆蛋白、大豆、小麦、马铃薯和植物油来还原动物肉的质地和口感。Beyond Meat 公司在加州新开了一家占地 26000 平方英尺（约 2400 平方米）的工厂，已经在 3 万家商店和餐馆售出了超过 2500 万个汉堡。密歇根大学可持续系统中心分析显示，Beyond Meat 制作汉堡产生的温室气体可能比传统牛肉汉堡少 90%。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 捕获二氧化碳& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：实用且经济地从空气中直接捕获二氧化碳的方法，可以吸走超量排放的温室气体。从大气中去除CO2可能是阻止灾难性的气候变化最后的可行方法之一。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：Carbon Engineering、Climeworks、Global Thermostat& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：5到10年 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 即使我们降低目前的二氧化碳排放速度，温室气体造成的变暖效应依然会持续数千年之久。为防止气温攀升至危险范围，联合国气候变化委员会当前得出的结论是，在本世纪，全世界将需要从大气中去除高达 1 万亿吨的二氧化碳。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 去年夏天，哈佛大学气候科学家大卫· 凯斯（David Keith）计算之后惊喜地发现，一种叫做直接空气捕获（Direct Air Capture，DAC）的方法，理论上可以将机器捕集二氧化碳的成本降低到每吨 100 美元以下。先前估计的成本要比这个数字高出一个数量级，因而许多科学家曾认为这项技术太过昂贵，不具备可行性。不过，直接空气捕获仍需至少数年的时间，才有可能将成本降低到接近 100 美元的范围。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 然而，一旦成功实现了二氧化碳的捕集，还要想办法处理。由凯斯在 2009 年参与共同创办的加拿大初创企业碳工程公司（Carbon Engineering），计划扩大其试验工厂的规模，来提高合成燃料的产量。这种合成燃料的关键原料之一，就是所捕获的二氧化碳。（比尔· 盖茨是碳工程公司的投资方。） /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 直接从大气中吸取 CO2，是一种高难度的应对气候变化的方法，但我们已经没有多少选择了。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 总部位于苏黎世的 Climeworks 在意大利的直接空气捕获工厂，将利用捕集到的二氧化碳和氢气一起生产甲烷，而他们位于瑞士的第二家工厂则会把二氧化碳出售给汽水企业。纽约的 Global Thermostat 也是如此，该公司于去年在阿拉巴马州完成了第一家商业化碳捕集工厂的建设。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 不过，如果二氧化碳被用于合成燃料或生产汽水，那么它们中的大部分最后还是会回到大气中去。我们的终极目标，是实现温室气体的永久封存。其中的一些会被封存在类似于碳纤维、聚合物或混凝土这样的产品中去，但更多的需要深埋于地下。目前还没有可行的商业模式来支持这项成本高昂的工作。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 事实上，从工程学的角度来看，从空气中吸取 CO2 是应对气候变化最困难、也是最昂贵的方法之一。但鉴于目前我们降低排放的进程太过缓慢，我们并没有多少别的选择。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 可穿戴心电仪& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义： 随着监管机构的批准和相关技术的进步，人们可以轻松通过可穿戴设备持续监测自己的心脏健康。可检测心电图的智能手表可以预警如心房颤动等潜在的危及生命的心脏疾病。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：苹果、AliveCor、Withings& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：现在 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 健康监测装置并不是真正的医疗设备，剧烈的运动或表带没系紧都会干扰传感器读取脉搏。而心电图则是在病人中风或心脏病发作之前，医生就可以用其来诊断心脏异常，但需要去正规诊所才能检查，因此人们经常不能及时就诊。随着监管部门新法规的出台和软、硬件的相关创新，心电监测智能手表已经问世，它具有可穿戴设备的便利性，并且能够提供接近医疗设备的精度。硅谷初创公司 AliveCor 推出了一款与苹果手表兼容的腕带，该腕带可以检测出心房颤动，这是导致血栓和中风的常见原因。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 去年，苹果发布了带有心电图 (ECG) 功能的 Apple Watch，并且该功能已经通过 FDA 认证。随后，健康设备公司 Withings 也宣布计划发布一款配有心电图功能的手表。现阶段的可穿戴心电图监测设备仍然只有一个传感器，而真正的心电图设备则有 12 个传感器。目前还没有任何一种可穿戴设备能够诊断心脏病。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 但这种情况可能很快就会改变。去年秋天，AliveCor 就一款应用程序和双传感器系统向美国心脏协会 (American Heart Association) 提交了初步审查，据称该系统可以检测到某种类型的心脏病。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 无下水道卫生间& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义： 节能厕所可以在没有下水道系统的情况下使用，并且可以就地分解粪便。23亿人缺乏安全的卫生设施，并许多人因此死亡& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：杜克大学、南佛罗里达大学、Biomass Controls、加州理工学院& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：1-2年 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 全球大约有 23 亿人没有良好的卫生条件。由于缺乏卫生的厕所，人们将粪便倾倒在附近的池塘和溪流中，这会传播细菌、病毒和寄生虫，从而导致腹泻和霍乱。全世界每 9 名儿童中就有 1 名死于腹泻。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 现在，研究人员正在努力开发一种新型厕所，这种厕所对发展中国家来说也足够便宜，不仅可以处理粪便，还可以对其进行分解。2011 年，比尔· 盖茨提出重新发明厕所挑战，并设立了 X 大奖。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 自从挑战开始以来，有几个团队已经将设计的厕所原型投入使用。所有的粪便都是就地处理的，不需要用大量的水把它们送到遥远的处理厂。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 大多数的厕所原型都是独立的，不需要下水道，但他们看起来像传统的厕所，装在一个小隔间里并且有马桶。由南佛罗里达大学设计的 NEW generator 马桶用一种厌氧膜过滤污染物，这种厌氧膜的孔径比细菌和病毒都小。另一个来自康涅狄格州 Biomass Controls 的项目则像是一个海运集装箱大小的炼油厂，它能加热粪便，使其转化成一种富含碳的物质，用作土壤肥料。但是这些厕所有一个缺点，它们并不是在所有场合都能使用。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 例如，Biomass Controls 的产品每天能为成千上万的用户提供方便，因此它不太适合较小的村庄。相反，杜克大学开发的另一套系统则只能供少数家庭使用。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 所以，现在的挑战是如何让这些厕所更便宜，更能适应不同规模的社区。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 来自南佛罗里达大学、领导 NEW generator 小组的 Daniel Yeh 副教授表示:“建造一两个原型厕所非常棒，但要真正让技术影响世界，唯一的办法就是让这些设备进行大规模生产。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 流利对话的 AI 助手& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 重大意义：捕捉单词之间语义关系的新技术正在使机器更好地理解自然语言。人工智能助手现在可以执行基于对话的任务，如预订餐厅或协调行李托运，而不仅仅是服从简单命令。& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 主要研究者：谷歌、阿里巴巴、亚马逊& nbsp /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 成熟期：1-2 年后 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 我们已经习惯了人工智能助手——Alexa 在客厅里播放音乐，Siri 在你的手机上为你定闹钟——但它们并没有真正做到所谓的智能。它们本应简化我们的生活，但却收效甚微。它们只识别很小范围的指令，稍遇偏差就很容易出错。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 但最近的一些进展将增加你的数字助理的功能。2018 年 6 月，OpenAI 的研究人员开发了一种技术，可以在未标记的文本上训练人工智能，以减少人工对数据进行分类标记时花费的成本和时间。几个月后，谷歌的一个团队推出了一个名为 BERT 的系统。该系统在研究了数百万个句子后学会了如何预测漏掉的单词。在一个多项选择测试中，它在填空方面的表现和人类一样好。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这些改进加上更好的语音合成系统，让我们从简单的向人工智能助手下指令转向与它们交谈。它们将能够处理日常琐事，如做会议记录、查找信息或网上购物。这样的人工智能助手已经面世，如谷歌助手的逆天升级版谷歌 Duplex，可以帮你接听电话，甚至过滤掉垃圾邮件及电话推销。它还可以打电话帮你预约餐厅或沙龙。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在中国，消费者正在习惯阿里巴巴 (Alibaba) 的 AliMe。AliMe 通过电话协调包裹递送，还可以与顾客讨价还价。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 尽管人工智能程序能更好地找出你的需求，它们仍然不能理解一个完整的句子。脚本化或由统计生成的回答反映了向机器灌输真正的语言理解是多么困难。一旦我们解决了这个难题，我们也许会看到人工智能的另一种进化：从物流协调员到保姆、老师，甚至朋友。 /p p br style=" text-indent: 2em text-align: left " / /p

p 　　MIT发布2018年全球10大突破性技术。作为全球最为著名的技术榜单之一，《麻省理工科技评论》全球十大突破性技术具备极大的全球影响力和权威性，其中提到将人工智能搬上云端，让人工智能与各行各业更经济的合作。仪器信息网摘录如下： /p p 　▍给所有人的人工智能 /p p 　　入选理由：将机器学习工具搬上云端，将有助于人工智能更广泛的传播 /p p 　　技术突破：基于云端的人工智能正在降低这项技术的使用难度和价格 /p p 　　重大意义：目前，人工智能的应用是受到少数几家公司统治的。但其一旦与云技术相结合，那它将可以对许多人变得触手可及，从而实现经济的爆发式增长。 /p p 　　主要研究者包括：亚马逊、谷歌、微软、百度、腾讯、阿里巴巴、科大讯飞、第四范式等 /p p 　　成熟期：现在 /p p 　　人工智能一直以来都只是亚马逊、百度、谷歌和微软等大型科技公司，以及少数初创公司的玩物。对于其他领域的众多公司来说，人工智能太贵也太难，无法全面普及。这个问题该如何解决?基于云端的机器学习工具正在将人工智能带给更广泛的群体。如今，亚马逊旗下的 AWS 子公司几乎统治了云 AI 市场。谷歌则试图通过 TensorFlow 这款可以开发机器学习系统的开源人工智能框架来挑战它的地位。而谷歌近日刚公开的 Cloud AutoML 也是一套经过预先训练，可以让人工智能变得更容易使用的系统。 /p p 　　以 Azure 平台加入云服务大战的微软则选择与亚马逊合作，推出了一款开源深度学习框架 Gluon。在理论上，Gluon 可以让创建神经网络——一款试图复制人脑学习方式的重要人工智能技术——变得和开发手机 APP 一样简单。虽然我们不知道究竟哪家公司将会成为人工智能云服务市场的领头羊，但赢家一定会获得巨大的商业机会。如果人工智能革命会扩散至经济领域的各个角落，那么机器学习工具也将会随之成为必需品。 /p p 　　如今的人工智能技术绝大多数仅用于科技行业，为这个领域带来了效率的提升以及多种新的产品和服务。但是其他的公司与行业一直难以利用人工智能技术的发展。如果可以在医疗、制造以及能源等行业里更全面地推行人工智能技术，将极大提高各产业的生产力。可惜，绝大多数的公司依然缺乏了解如何使用云端人工智能的人才。所以，亚马逊与谷歌也创办了咨询服务。当这项技术通过云端来到每个人的面前的时候，真正的人工智能革命才会开始。 /p p 　　专业解读： /p p 　　Lightelligence 联合创始人兼 CEO 沈亦晨：计算硬件是人工智能的核心之一，算力更高的计算硬件可以在更短的时间里完成神经网络的训练，而由于 AI 处理器(如 NVIDIA 的 GPU)更新换代很快，售价高，更换硬件也比较麻烦，个人用户每年更换处理器并不经济，而云计算平台把有限的资源集约化共享给大众。AI 算法共享也是云平台的一大优势，目前有一些已经被广泛使用的 AI 算法，如人脸识别，语音识别，图像识别等，都是定义非常清晰的，公众也只需要一个结果最好的算法。 /p

日前，中国国家质检总局局长支树平介绍说，国家质检总局编制了“十二五”科技发展规划草案。从2011年到2015年，中国质检将实现八个创新突破。 　　——计量科技：建立新能源、新材料与纳米、环境、医疗、生物安全与食品安全等国家急需的计量基标准和溯源体系。 　　——标准化科技：开展战略性新兴产业、现代农业、先进制造业和现代服务业等产业共性技术标准研制。 　　——认证认可科技：大力开展碳排放和碳减排、新能源的认证认可关键技术研究与示范。 　　——进出口商品检验科技：重点加强对进出口机电产品、轻纺消费品、危险化学品的安全性评价关键技术、综合管理技术的研究。 　　——出入境检疫科技：研究突破风险评估、疫情监测、检测鉴定、应急预警、检疫处理等环节核心技术，研发专用装备，加快口岸检疫核心能力建设，构建功能齐全、科学有效、达到WHO规范要求的口岸安全科技支撑体系。 　　——食品安全科技：重点加强食品安全风险监测、风险分析、风险预警、风险管理、干预和快速处置食品安全事件科技支撑能力建设。 　　——质量检测和质量管理科技：重点开展产品质量控制与可靠性、质量综合评价体系、质量信用监管与评价等技术研究与应用 　　——在特种设备安全与节能监管科技上，也要实现创新突破。 　　在即将过去的“十一五”期间，中国质检大力实施科技兴检战略，收效显著。2006年到2010年，中国质检系统共承担各类科研课题12000多项。其中，铯原子喷泉钟基准、量子化霍尔电阻基准等成果，使中国时间频率计量达到世界一流水平，精确度相当于1500万年不差一秒 电阻计量领域在国际上处于领先地位。 　　期间，中国还主导制定国际计量标准345 项，参加计量国际关键比对231 项，获得国际互认测量能力735 项。 　　支树平介绍说，“十一五”时期，一系列质量安全科技项目的启动实施，为淘汰20%的落后产能、节能技术进步、第三代通信产业规范发展、钢铁、汽车等十大重点产业振兴等都提供了支持。 　　此外，“十一五”时期，中国不合格进出口商品检出率、疫病疫情检出率、有害生物截获率明显提高。这些为有效规避贸易风险，打破国外技术贸易壁垒 防控非洲猪瘟、舞毒蛾等外来疫病疫情传入，都提供了技术支撑。

北京时间12月23日消息，《科学》杂志近日评出2011年度10大科学突破，一项名为HPTN 052的艾滋病病毒(HIV)临床研究位列首位。HIV预防临床研究项目“HPTN 052”由美国北卡罗来纳大学医学院麦伦科恩(Myron S. Cohen)教授领衔。 　HPTN 052的艾滋病病毒(HIV)临床研究位列《科学》2011年度10大科学突破首位 　　其余9项一同入选的项目包括： 　　2“隼鸟”小行星取样返回计划 日本“隼鸟”号小行星探测器着陆正在进行取样 　　在经历了一系列灾难性的技术故障，却最终实现惊人成功的返回之后，日本航天局的“隼鸟”号探测器携带着取自25143号小行星“丝川”表面的尘土物质样本回到了地球。 　　3揭开人类起源之谜 尼安德特人复原图 　　通过对现代人和古人的基因分析研究，科学家们发现很多现代人的体内依旧携带有古人的基因变体，包括亚洲神秘的丹尼索瓦人和目前仍无法确认的非洲祖先。 　　4首次成功获取光合成蛋白质 　　 植物用以将水分解成氢原子和氧原子的蛋白质 　　日本的研究人员今年详细绘制出了光系统Ⅱ(PSⅡ)的结构。这是植物用以将水分解成氢原子和氧原子的蛋白质。 　　5发现宇宙中最原始的气体云 　　凯克望远镜观测到遥远宇宙中具有最原始化学成分的气体云 　　天文学家们采用位于夏威夷的凯克望远镜探测到遥远太空深处的两团氢气体云，其似乎仍保留着大爆炸20亿年后的原始化学成分。 　　6 更好地了解人体肠道微生物群落 　　对人体肠道内的微生物群落进行的研究发现每个人的体内都有一种占据主导地位的菌类 　　对人体肠道内的微生物群落进行的研究发现每个人的体内都有一种占据主导地位的菌类，如拟杆菌、普氏菌或瘤胃球菌。 　　7 开发出新的疟疾疫苗 新的研究显示，开发出有效的疟疾疫苗是有可能的 　　一种名为RTS,S的新型疟疾疫苗今年进行的测试显示了良好结果。对7个非洲国家的1.5万名儿童进行的免疫接种以及后续的跟踪调查显示，尽管科学家们已经习惯了失望，但是此次结果却向人们显示，开发出一种有效的疟疾疫苗仍是可能的。 　　8 奇异的“太阳系” 　　2011年在对其他“太阳系”的研究方面取得了巨大的进展 　　今年以来，天文学家们首次获得了一系列遥远的行星系的清晰影像，并目睹一些新奇的景象。 　　9 新的人工合成沸石产品 　　新的人工合成沸石产品 　　沸石是一种多孔矿物，一般被用作净化水和空气和洗涤用品等的催化剂和分子筛。今年，化学家们设计出了多种更廉价、更薄但功能更强的新型沸石产品，可用于处理更大的有机分子。 　　10 清除身体衰老细胞 　　清除身体衰老细胞 　　在老鼠身上进行的实验显示，清除衰老细胞(即那些停止分裂的细胞)能够推迟与衰老相关症状的出现，如白内障和肌肉无力。

实验站现场执行经理李小男研究员正在介绍探测器运行情况。 　　深圳特区报讯(记者 綦伟 文/图)日前，美国《科学》杂志公布2012年度十大科学突破中，中国大亚湾发现中微子第三种振荡模式位列其中。《深圳特区报》一直关注大亚湾中微子实验，曾在2011年12月7日、2012年3月9日、3月21日、12月22日 进行跟踪报道，引起强烈反响。 　　昨天，《人民日报》头版头条刊发《大亚湾中微子实验成果世界瞩目》的消息，对大亚湾中微子实验发现新的中微子振荡模式的成就和意义进行报道。 　　10年前，我国中微子物理研究还几乎为零 今天，来自大亚湾中微子实验的发现已上榜《科学》2012年度十大科学突破第4位。历经4年准备和4年建设，一个“抢”字贯穿大亚湾中微子实验过程，这是“抢”出来的世界级科学突破。 　　国际竞争中“抢”出国际领先 　　近日，记者再次来到位于大亚湾核电站内的中微子实验站，发现这里的科研人员们一如往常，正一丝不苟监测探测器运行取数情况，或进行实验设备的日常维护。实验站现场执行经理李小男研究员说：“入选年度十大科学突破当然高兴。但最感到痛快的，还是去年10月到12月大家抢着把探测器安装到位，成功开启运行的那一刻。” 　　那是一次果断的变阵提速。面对日本、美国、法国和韩国中微子实验的竞争，大亚湾实验国际合作组决定将计划安装的8个中央探测器改为先安装运行6个，力争最先发现中微子混合角θ13参数值。 　　“真抢!”李小男说，那一段时间没有节假日，天天从清早忙到深夜。不仅现场抢安装、抢调试、抢运行，远在北京中科院高能所的数据分析人员也抢先开发出分析软件并进行了多次演练。去年12月24日，6个中央探测器开始运行捕获中微子事例，两个月后，实验组便在置信度大于99.9999%的水平上测得θ13不为零，向世界宣布首次发现了中微子的第三种振荡模式。如此快的速度，让合作组内的美国伙伴们都感到不可思议。 　　国内多家单位在帮着实验组一起抢。科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、广东省、深圳市和中国广东核电集团，共同出资1.57亿元对大亚湾实验给予支持。“用核反应堆来测量θ13参数值是最便利的，这个几乎所有高能物理科学家都知道。但是有哪个核电站会允许在离反应堆仅几百米的地方施工建设一个大型地下实验站呢?”当了解到实验的重要意义后，中广核集团不仅同意工程建设，而且还出资3500万元。深圳市政府为此专门召开了有20多个委办局领导参加的协调会，中心内容就是如何保证大亚湾实验工程顺利开工。 　　多方努力，保证了大亚湾实验工程安全高效建成投入使用。李小男感慨：“这恐怕只有在中国才办得到。” 　　实验运行6年 精测值50年领先 　　乘电动车进入幽暗的隧道，记者来到位于地下百米的实验大厅。今年8月，实验曾暂停，将另外两个中央探测器安装到位后，10月19日大亚湾中微子实验开始进入全部探测器同时运行的完整测量阶段。 　　“现在我们正用新的物理分析方法，以求更精确地分析这一物理结果。”李小男说，之前是数测到的中微子个数，现在加入能谱分析，即不仅知道有多少个，而且知道每个的能量是多少。两种分析方法可以互相验证。 　　由于新方法对探测器性能的要求更高，实验组已经在8月份对全部探测器进行了一次新的全体积不同能量的标定。“现在物理结果的统计误差约有10%。估计全部8个探测器运行约6年左右，将可把统计误差降到约5%的精度目标。50年内，这都将是最精确的测量数值。” 　　大亚湾中微子实验首席科学家、中科院高能物理研究所所长王贻芳研究员介绍,实验使我们更深入地了解中微子的基本特性，也对未来中微子物理的发展方向起着决定性作用。只有得到这一结果，才能设计下一代中微子实验，如为不同种类的中微子质量排序，或测量中微子振荡中的宇称和电荷对称性破坏，以理解宇宙中物质—反物质不对称现象，即宇宙中“反物质消失之谜”。 　　实验二期项目初步选址开平 　　大亚湾中微子实验组仍在“抢”。10月份到现在，李小男到处跑，开始为大亚湾中微子实验二期项目忙碌。“本来想喘几口气，没想到这么快就启动了。” 　　王贻芳透露，中微子实验二期选址已基本上定在江门开平，在距离阳江核电站和台山核电站都是53公里左右的地方。“正在立项中。我们计划能够在2014年前开始动工，用6年时间建成。” 　　王贻芳说，中微子实验二期工程建成后，将可期待在测量三种中微子的质量顺序上有一个重大突破。届时，我国对于中微子的研究将达到真正的国际领先。　　“一个方面的领先，不算全面的领先。”王贻芳说，计划中的我国中微子研究发展分三步走。第一步目标已经在大亚湾反应堆中微子实验站实现，在精确测量θ13值方面取得国际领先 第二步，中微子实验二期瞄准多个科学目标，将在很多方面开展中微子研究，取得突破后，我国便真正达到在国际中微子物理科学研究中的领先水平。之后为第三步远期目标，将利用加速器产生的中微子更精确测量中微子物理参数。 　　“在中微子实验二期中，中微子探测器将更大。”王贻芳说，一期8个中央探测器总共800吨，二期将达到2万吨。“探测技术上也将实现一个大的跨越。”

如今，量子计算研究已成为全球科技发展的一大热点，各主要国家高度关注量子计算的发展，启动国家级量子战略行动计划，大幅增加研发投入，同时开展顶层规划以及研究应用布局。同时，国际产业界也纷纷投资量子计算，如谷歌、IBM、英特尔、微软等巨头企业更是积极推动量子计算产业的发展，其中以谷歌公司在 2019 年首次实现量子霸权，为产业界在量子计算方面发展的标志。据波士顿咨询公司（Boston Consulting Group）预测，量子计算机将很快开始解决许多今天的计算机无法解决的工业问题。那么量子计算机离我们还有多远呢？从当前硬件、算法和计算机架构上来说，量子计算机还不是很成熟。在 20 多年前，澳大利亚的量子计算机专家 Bruce Kane 在《自然》上发表了名为“A silicon-based nuclear spin quantum computer”论述了搭建硅基量子计算机的问题，并指出之中的关键是要将量子比特放置在间距 10—20nm 时所能够实现的一种两比特门。众所周知，我们的电脑是由很多具有特定功能的复杂电路组成，其中就有很多逻辑门电路。这些逻辑门电路及其有序组合就是电脑中形形色色的功能的基础，进而成就了人类数字社会的今天，而逻辑门操作的稳定性和开关特性决定了电脑的很多关键性能，例如计算速度等。这种特殊的两比特门就像是我们通向通用硅基单原子量子计算机的最后一道门一样，来自南方科技大学的贺煜副研究员也许就是开启这扇通向单原子级别硅基量子计算大门的开门人。他和团队成员一起，利用高精度微纳加工方式，将两个磷原子构成的量子点分别放置在相距 13nm（也就是130）的位置上，实现了第一个适用于量子计算机的高速两比特门。图 | 《麻省理工科技评论》中国区“35 岁以下科技创新 35 人”榜单入选者贺煜贺煜现在是南方科技大学量子科学与工程研究院的副研究员、独立 PI、硅量子器件和量子计算方向团队带头人。多年来，他在量子计算和量子网络方面取得了系列开创性成果，利用前沿量子技术操纵单个原子、电子和光子，在微观世界构建未来信息技术。突破关键量子门，推进量子计算机构建从硬件的角度来说，如果能基于硅制作量子计算机无疑是最方便的，因为从材料上来说，硅在地球上的含量是十分富足的。再者，如今的半导体工艺大都基于硅材料，那么与传统半导体工艺的兼容性也能使得量子计算机的构建变得更加方便。在 2019 年，贺煜带领团队证明了硅基磷原子体系第一个两比特门，是满足通用量子计算判据的最后一条，也正是 Bruce Kane 提出的量子计算方案中关键的一环。来自南方科技大学的俞大鹏院士以此推荐贺煜博士入选“35 岁以下科技创新 35 人”榜单，并表示：“这个工作为大规模量子计算芯片奠定了坚实基础，是一个里程碑式的工作。”该成果以封面文章发表在《自然》上，贺煜为第一作者，且该工作被列为“2019 年量子计算实验十大进展”。图 | 贺煜发表在《自然》的论文贺煜创造性地采用扫描隧道显微镜技术（STM）实现纳米尺度芯片加工，成功地以单原子级别的精度将两个磷原子构成的量子点放置在 13 纳米间距上，在硅基量子芯片上实现了第一个高速两比特门——800 皮秒的根号交换门，并实现了利用全统计计数方法对比特读出保真度的优化、参与构建比特读出保真度分析的理论工作等。这是一种高精度的微纳加工方式，可用于制备单原子、单电子量子器件以及人工量子材料，并能够实现单原子尺度的量子计算，为大规模可扩展的硅基量子计算奠定了坚实基础。师从潘建伟院士和陆朝阳教授多年来，贺煜在量子计算和量子网络方面取得了系列开创性成果，用前沿量子技术操纵单个原子、电子和光子，在微观世界构建未来量子信息技术平台。回顾他的求学之路，用“根正苗红”来形容再合适不过。自本科起，贺煜就在中科大这片量子的土壤中成长，并以优异的成绩保送本校硕博连读。期间在导师潘建伟院士和陆朝阳教授的指导下，贺煜主要研究砷化镓自组装量子点，核心成果包括一系列单光子源方面开创性工作，以及首次观察到自发辐射谱线擦除效应——实现量子光学的实验突破，以及单光子向单电子自旋的量子传态等。谈及选择量子技术作为研究方向的原因，他告诉 DeepTech：“之所以一直选择量子物理、量子计算的方向，首先是兴趣爱好，是自己对于微观世界的好奇心和对量子世界的喜爱所驱动，其次是因为量子计算是一个将改变人类未来的前沿科技，尤其是硅量子计算芯片具有很大的产业潜力，希望通过自己的耕耘为社会贡献一份力量，为科学发展做一份努力。”图 | 贺煜发表在《自然-光子学》的论文2015 年以后，贺煜继续在陆朝阳教授团队做了半年的博后研究，结合博士期间的工作，实现了当时世界最高光子数玻色抽样——证明了量子计算机对于第一台电子管计算机 ENIAC 的超越和第一台晶体管计算机 TRADIC 的超越，研究成果以论文形式发表于 2017 年的《自然-光子学》上，并入选“2017 年中国十大科技进展新闻”。论文指出，为完成高性能玻色抽样实验，研究团队克服的技术难点有两个：一是基于砷化镓量子点，研究团队设计了稳定的高亮度单光子源；二是设计并使用了性能卓越的多光子干涉仪（multiphoton interferometers），其传输效率高达 99%。研究团队完成并实现了 3 光子、4 光子以及 5 光子玻色抽样实验，采样率分别为 4.96kHz、151Hz 和 4Hz，都达到之前实验的 24000 倍以上。图 | 贺煜团队开发的高性能玻色抽样实验平台这是一项十分惊人的突破，是首次量子计算机超越传统计算机的案例。火车刚刚出现时比马车还慢，飞机刚刚问世时只能在空中短暂停留，如今都是改变生活的重要科技成果。量子计算机从理论上来说，会比传统计算机快很多，是基于量子比特运行的计算机。通过量子物理学中的两个奇异的原理——“纠缠（entanglement）”和“叠加（superposition）”，量子计算机能以指数形式扩展计算机的处理速度。着眼未来，布局固态量子网络从根本上来说，量子计算机目前仍处在产业发展的初期阶段，但军工、金融、石油化工、材料科学、生物医疗、航空航天、汽车交通等行业都已注意到其巨大的发展潜力。随着时间的推移，预计 2050 年左右将达到每年 3000 亿美元的营业收入，将成为改变世界的下一代技术革命关键领域之一。回顾计算机的发展历史，世界上的第一台计算机是 ENIAC，它生于第二次世界大战，主要任务是计算弹道，是一台军用计算机。而计算机的全面普及其实与商业计算机的出现和网络的构建息息相关。那么量子计算机会不会也沿着这一条“老路”发展呢？这也是一个值得思考的问题。贺煜认为，量子计算机要走向应用，量子网络和通信是十分关键的技术，必须做以突破。如今他任教于南方科技大学，除了量子计算之外，主要研究方向还有量子网络。2017 年，他和团队实现了单光子到单电子的量子传态，开发了一整套全新的单光子频率比特控制和测量方案，验证了单个光子和电子之间的纠缠，并且把光子的量子信息传递到 5 米远的电子自旋上去，为固态量子网络研究的重要突破。图 | 贺煜及研究团队完成的“单光子-单电子”量子传态而谈及接下来的研究方向，贺煜表示：“根据硅量子计算的发展趋势，在南方科技大学量子科学与工程研究院，我将带领硅量子计算团队，研究硅基量子计算芯片和量子计算，从根本问题入手，解决目前的一些技术瓶颈：进行硅基单原子量子器件的基本物理研究；研究新型的硅基原子比特和研究比特耦合技术；利用低温扫描隧道显微镜直写技术构建新型芯片等。并将研发的新工艺和半导体芯片产业化进行对接，为将来的广阔商业前景奠定基础。”

2014，从追梦的起点遥遥望去，我们赞叹，我们唏嘘。每一年生命科学人撰写出自己走过的痕迹，或是令人惊叹的里程碑成果，或是引入深思的事件记录，在他们划下的这个圈里面，有人实现了自己的&ldquo 科学梦&rdquo ，也有人将&ldquo 信奉科学，信奉真理&rdquo 的理念抛之脑后。 　　我们见证了十年大项目的精彩演绎，也期待科研政策的重大变革 我们手持最尖端技术，在基础研究和临床研究中游走，希望带来人类更多的希望，我们也渴望发现更多生命的痕迹，在地球的最南端探讨活跃的生态系统 我们&hellip &hellip 　　2014年第十届&ldquo 生命科学十大新闻评选&rdquo 候选新闻共计30个，共获得投票上千份，最终选出了十大新闻，它们分别是： 　　CRISPR技术在各个领域广泛探索应用 　　曾被Science杂志评选为2012年突破性技术之一的CRISPR，今年再度入选Nature Methods杂志十周年十大技术之一。2014年，各种CRISPR研究成果如井喷之势，该技术的应用领域不仅从DNA扩展至RNA。还被进一步用于探索癌症、艾滋病、杜氏肌营养不良等疾病的病理机制以及临床个体化治疗。 　　埃博拉全面爆发 　　今年2月从西非国家几内亚开始的埃博拉疫情，重创了几内亚、利比里亚、塞拉利昂等西非国家，并从非洲蔓延到了欧洲、美洲等地区。根据世界卫生组织的统计，这种超级病毒已造成全球9000余人感染，死亡率则超过50%。如今，全世界都在谈埃博拉而色变。 　　全身透明的小鼠 　　厚组织都是不透光的，要进行成像就得把组织切得特别薄，问题是这样就无法获得完整的3D信息。因此，生物学家们一直梦想着能够透过整个机体，亲眼看到细胞连接和精细结构，现在这一梦想成为了现实。 　　STAP细胞造假事件与领军人物自杀 　　今年一月份Nature发表的两篇文章，曾被认为是干细胞制备的一次革命。然而在论文发表后不久，其演变为了令世人震惊的STAP造假丑闻。其不仅动摇了人们对于日本干细胞领域的信心，著名干细胞科学家笹井芳树也因此自杀身亡。 　　首次证实南极冰层之下也有生命 　　南极位于地球的最南端，是世界上发现最晚的大陆，覆盖着厚度极高的冰层。美国蒙大拿州立大学的研究团队首次发现，庞大的南极冰盖之下也存在着生命，而且这些生命组成了活跃的生态系统。 　　世界首例人类iPS细胞治疗 　　日本理化所(RIKEN)发育生物学中心(CDB)的眼科学家高桥雅代(Masayo Takahashi)成为了将诱导多能干(iPS)细胞衍生的组织植入到人体的第一人。今年9月日本理化所的研究人员宣布，他们利用iPS细胞培育出视网膜色素上皮细胞层，移植到了一名70多岁的老年黄斑变性女患者的右眼中。这是世界首例利用iPS细胞完成的移植手术。 　　新一代测序技术正革命性地改变生物医学研究 　　近年来，随着测序技术的迅猛发展，新一代测序技术(NGS)正在革命性地改变整个生物医学研究的生态，它已广泛应用于生物医学研究领域。2014年报道了几个新一代测序技术成功挽救生命的案例，预示着这一新技术将对疾病的预防、诊断、个性化用药的指导、用药监测等领域产生重大影响。 　　细胞重编程生成首个完全器官 　　再生医学的核心目标是，从体外培养的细胞生成可移植的替代性器官。尽管人们进行了多番尝试，但迄今为止还没有获得功能完全的完整器官。然而今年Edinburgh大学的科学家们做到了这一点，他们将体外培养的细胞移植到小鼠体内，首次生成了完全功能的器官。这一项目的完成标志着，体外培养替代性器官离我们又进了一步。 　　里程碑成果：人类蛋白质组草图公布 　　今年5月，两个国际小组分别公布了人类蛋白质组第一张草图。 　　虽然之前其它一些大型蛋白质组数据集也收集了接近上万个蛋白数据，但是这两项成果确实是真正的突破性成果，全面覆盖了超过80%的人类预期蛋白质组，其中还有一些之前未曾被发现的蛋白。 　　首次利用人类干细胞培养出胰岛素分泌细胞 　　今年科学家们开发出一种程序，可有效快速地将干细胞转化为胰岛素分泌细胞。这一新程序可能是应对I型糖尿病过程中的重要一步。该程序可以在大约六周的时间内，将干细胞转化为可靠的胰岛素分泌细胞，远远快于使用以前方法所用的四个月时间。

2024年2月29日，国家自然科学基金委员会发布2023年度中国科学十大进展，以下10项重大科学进展入选：1. 人工智能大模型为精准天气预报带来新突破2. 揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制3. 发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制4. 农作物耐盐碱机制解析及应用5. 新方法实现单碱基到超大片段 DNA 精准操纵6. 揭示人类细胞 DNA 复制起始新机制7. “拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子8. 玻色编码纠错延长量子比特寿命9. 揭示光感受调节血糖代谢机制10. 发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制，时长06:30“中国科学十大进展”遴选活动旨在宣传我国重大基础研究科学进展，激励广大科技工作者的科学热情，开展基础研究科学普及，促进公众了解、关心和支持基础研究，在全社会营造浓厚的科学氛围。自2005年启动以来，已成功举办18届。“中国科学十大进展”遴选活动坚持由第三方推荐的原则，并由基础研究领域的高水平专家学者广泛参与投票，确保遴选结果的公正性和代表性。历年入选进展较为全面地记录了我国基础科学研究的重要成果，得到了社会各界广泛关注，已成为盘点我国基础研究领域年度重大科学成果的品牌活动。2023年度第19届“中国科学十大进展”遴选活动由国家自然科学基金委员会主办，国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心（基础研究管理中心）和科学传播与成果转化中心承办，《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》《科学通报》协办，分为推荐、初选、终选、审议4个环节。《中国基础科学》等推荐了2022年12月1日至2023年11月30日期间正式发表的600多项科学研究成果，由近100位相关学科领域专家从中遴选出30项成果，在此基础上邀请了包括中国科学院院士、中国工程院院士在内的2100多位基础研究领域高水平专家对30项成果进行投票，评选出10项重大科学研究成果，经国家自然科学基金委员会咨询委员会审议，最终确定了入选2023年度“中国科学十大进展”的成果名单。2023年度中国科学十大进展简介1 人工智能大模型为精准天气预报带来新突破盘古气象大模型的三维神经网络结构天气预报是国际科学前沿问题，具有重大的社会价值。现有数值天气预报范式源于20世纪50年代，即通过超算平台的大规模计算来求解大气运动偏微分方程组，实现对未来天气的预报。近些年使用该传统方法提升预报水平面临越来越大的挑战。华为云计算技术有限公司田奇、毕恺峰、谢凌曦等基于人工智能技术，提出了一种适配地球坐标系统的三维神经网络，能够有效处理天气数据中的复杂过程，并通过层次化时域聚合策略来有效减少迭代误差，成功实现了精准的中期天气预报。在1979-2017年全球天气再分析数据上训练后，构建了盘古气象大模型。该模型能够预报7天内的地表层和13个高空层的温度、气压、湿度、风速等气象要素，并将全球最先进的欧洲中长期天气预报中心（ECMWF）集成预报系统的预报时效提高了0.6天左右，在热带气旋的路径预报误差相较于ECMWF预报系统降低了25%。该模型仅需10秒即可完成全球7天重要气象要素的预报，计算速度较数值方法提升1万倍以上。该研究展示了人工智能和大数据在解决天气预报问题上的突破。2023年度中国科学十大进展2 揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制古病毒复活开启衰老的潘多拉魔盒人类基因组是生命活动的“密码本”，它控制器官再生和机体稳态，亦影响器官退行及衰老相关疾病的发生。在该密码本中，素有“暗物质”之称的非编码序列约占98%，其中约8%为内源性逆转录病毒元件，为数百万年前古病毒整合到人类基因组中的遗迹。古病毒序列在衰老过程中的作用及其机制是尚未开拓的科学疆域。中国科学院动物研究所刘光慧、曲静和中国科学院北京基因组研究所张维绮等利用多学科交叉手段，揭示人类基因组中沉睡的古病毒“化石”在细胞衰老过程中，可因表观遗传失稳等因素被再度唤醒、进而包装形成病毒样颗粒并驱动细胞和器官衰老的重要现象。并据此提出古病毒复活介导衰老程序性及传染性的理论以及阻断古病毒复活或扩散以实现延缓衰老的多维干预策略。通过对人类基因组中蛋白编码区域的“逆老”基因进行系统排查，发现可重启人类干细胞、运动神经元和心肌细胞活力，逆转关节软骨、脊髓及心脏衰老的新型分子靶标，并构建一系列针对器官退行的创新干预体系。以上发现为衰老生物学和老年医学研究建立了新的理论框架，为衰老及老年慢病的科学干预和积极应对人口老龄化奠定了有益的基础。2023年度中国科学十大进展3 发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制初级纤毛——生物钟的“有形”指针昼夜节律紊乱与睡眠障碍、精神抑郁相关，严重时可导致肿瘤、糖尿病等重大疾病的发生和发展。由于缺乏对生物节律调节机制的认识，当前国际上尚未研发出针对节律紊乱性疾病的有效治疗药物。军事科学院军事医学研究院生物医学分析中心李慧艳、张学敏等发现大脑视交叉上核（SCN）神经元的初级纤毛，这一细胞“天线”样结构，每24小时伸缩一次，犹如生物钟的指针，初级纤毛可能通过调控SCN区神经元的“同频共振”调节节律，其机制与Shh信号通路密切相关。因此，SCN神经元的初级纤毛可能作为机体中的“中央生物钟”的结构基础，参与生物钟内稳态的维持，而靶向SCN初级纤毛的Shh信号通路可能是治疗与昼夜节律紊乱相关的人类疾病的潜在治疗策略。该“有形”生物钟的发现，对于理解生物钟的构造以及分子层面与细胞层面生物钟的联系具有重要意义。2023年度中国科学十大进展4 农作物耐盐碱机制解析及应用利用AT1成果培育的甜高粱在宁夏平罗盐碱地生长情况土壤盐碱化又称土壤盐渍化，是指土壤中积聚盐分形成盐碱土的过程。我国有近15亿亩盐碱地，其中高pH的苏打盐碱地约占60%。据估计，约5亿亩盐碱地具有开发利用潜能。长期以来，我们对植物耐盐碱性的机制认识尚有不足，阻碍了耐盐碱作物的培育和盐碱地的开发利用。中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗、中国农业大学于菲菲、华中农业大学欧阳亦聃等研究团队合作利用起源于非洲萨赫勒高盐碱地的高粱自然群体材料定位克隆到一个与耐碱性显著相关的主效基因AT1，并揭示了AT1在碱胁迫条件下调控水通道蛋白磷酸化水平来促进植物细胞中H2O2的外排从而赋予植物高耐盐碱性的机制。在盐碱地进行大田实验发现，基于耐盐碱等位基因AT1改良的作物耐盐碱能力显著提高，其中水稻、高粱和谷子等粮食作物均有效增产20%～30%。该研究为综合利用盐碱地和保障粮食安全提供了新思路。2023年度中国科学十大进展5 新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵单碱基编辑到大尺度DNA精准操纵基因组编辑在生物学和医学领域具有广阔的应用前景。然而，基因组编辑在编辑精度、DNA操控尺度和灵活性等方面仍有较大的限制。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队联合北京齐禾生科生物科技有限公司赵天萌团队利用人工智能辅助的大规模蛋白结构预测方法对基因组编辑新酶进行发掘。他们建立了基于三级结构的全新蛋白聚类分析方法，鉴定出多个全新脱氨酶家族成员，并开发了一系列适用于多样化应用场景的新型碱基编辑工具，解决了利用单个AAV进行递送和大豆高效碱基编辑的难题。为突破植物大尺度DNA精准操纵的瓶颈，他们整合优化引导编辑系统与位点特异性重组酶，开发了植物大片段DNA精准定点插入技术PrimeRoot，可实现对10 Kb以上大片段DNA的高效定点整合。此外，他们通过对基因上游开放阅读框的从头设计与理性改造，开发了精细下调靶蛋白表达的全新技术体系，并创制了产量相关性状呈梯度变化的系列水稻新种质，为作物性状精细改良提供了新方法。以上研究通过开展基因组编辑元件挖掘方法和技术体系创新，实现了对基因组的精准操纵，为作物改良和基因治疗提供了重要支撑。2023年度中国科学十大进展6 揭示人类细胞DNA复制起始新机制人体MCM2-7双六聚体（MCM-DH）冷冻电镜结构及DNA复制起始调控步骤DNA复制起始的精准调控是维持人类基因组稳定、抑制遗传疾病和癌症发生的关键生命过程之一。6个MCM基因编码的MCM2-7蛋白的双六聚体（DH）在成千上万个复制原点的组装是解开双链DNA和启动复制的必经过程。但是MCM-DH在染色体上具体的组装和作用机制尚不清楚。香港大学翟元梁、香港科技大学党尚宇、戴碧瓘等解析了人类MCM-DH复合物（hMCM-DH）的2.59-Å高分辨率冷冻电镜结构。在该结构中，hMCM-DH可直接降低DNA双链的稳定性，将位于两个六聚体结合处的DNA双链解开，并拉伸产生初始的开口结构（IOS）。IOS在基因组中成簇且广泛地分布于无转录活性的基因间区，并与偶发的DNA复制起始区域高度重合。干扰IOS会抑制hMCM-DH的形成，进而抑制相应DNA复制的启动。该研究不仅揭示了人类MCM-DH组装及初始DNA解旋以促进复制起始的新机制，也为开发以DNA复制为靶标的抗癌药物提供了重要基础。2023年度中国科学十大进展7 “拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子拉索观测到的伽马暴GRB 221009A高能光子爆发的全过程伽马射线暴是宇宙大爆炸之后最剧烈的天体爆炸现象，万亿电子伏特（TeV）以上辐射观测对揭示其爆炸过程、辐射机制和探索新物理前沿都具有重要意义。2022年10月9日史上最亮的伽马射线暴GRB 221009A爆发信号飞越24亿光年的时空抵达地球。由中国科学院高能物理研究所曹臻领导的高海拔宇宙线观测站（简称“拉索”，英文LHAASO）国际合作组凭借拉索前所未有的高灵敏度和大视场优势，在国际上首次完整记录了伽马射线暴万亿电子伏特以上高能光子爆发的全过程，包括高能光子亮度在早期的快速增强过程，以及后期亮度突然快速减弱，由此确定此伽马射线暴的极端相对论喷流具有迄今已知最小的张角，揭开了此伽马射线暴成为史上最亮的秘密。拉索还精确测量了该伽马射线暴亮度随光子能量的变化，发现其亮度随能量变化的规律保持稳定，观测能谱延伸至十万亿电子伏特以上，超出了理论预期，挑战了伽马射线暴余辉辐射的标准模型。2023年度中国科学十大进展8 玻色编码纠错延长量子比特寿命量子纠错过程目前超导量子比特的错误率离实用化还相差十多个数量级，需要进行量子纠错以构建错误率更低的逻辑量子线路。量子纠错旨在充分利用无限维希尔伯特空间的冗余度来保护逻辑量子比特免受噪声的干扰。通过对错误的实时探测和纠正，逻辑量子比特的相干寿命将得以延长。然而，传统的量子纠错过程通常会不可避免地引入新的错误，使得量子纠错面临“越纠越错”的尴尬局面。如何使编码保护的逻辑量子比特的寿命超过体系中最佳物理量子比特，超越盈亏平衡点，是衡量量子纠错是否有效的关键判据。南方科技大学俞大鹏、徐源，福州大学郑仕标，清华大学孙麓岩等展示了一种基于超导电路量子电动力学架构的量子纠错方法，其核心技术是将逻辑量子比特二项式编码在一个与辅助超导比特色散耦合的微波谐振腔的离散光子数态中，其编码子空间与错误子空间严格正交。通过在辅助比特上施加截断频率梳脉冲，可高保真度地重复读取错误症状，并通过实时反馈控制反复纠正错误，从而有效延长逻辑量子比特的相干寿命，并超越盈亏平衡点达16%，实现了量子纠错正增益。该研究展示了量子纠错的优越性，表明了硬件高效的离散变量编码在容错量子计算中的潜力。2023年度中国科学十大进展9 揭示光感受调节血糖代谢机制“眼-脑-棕色脂肪轴”介导光调节血糖代谢神经机制2023年度中国科学十大进展10 发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制电化学原位透射电子显微镜技术研究锂硫电池界面反应

今日视点 　　美国《科学》杂志20日公布了本年度10大科学突破，科学家在难以捉摸的希格斯玻色子亚原子粒子研究领域取得的成果被评为2012年最重要的科学发现。40多年前，科学家假定了希格斯玻色子的存在，它是解释其他基本粒子(诸如电子和夸克等)如何获取其质量的关键。 　　1.希格斯玻色子 　　7月4日，科学家宣布找到了希格斯玻色子存在的证据，从而完成了粒子物理标准模型。该模型解释了粒子如何通过电磁力、弱核力和强核力相互作用以组成宇宙中的物质。然而，在今年之前，科学家无法解释这些基本粒子如何获得它们的质量。 　　《科学》新闻记者艾德里安表示，物理学家假设空间由与电场类似的“希格斯场”所填充。粒子与“希格斯场”相互作用以获取能量以及质量。“希格斯场”是由分布在真空中的希格斯玻色子组成，物理学家现在将它们从真空中轰出并进入短暂的存在状态。 　　但是，观察到希格斯玻色子可谓来之不易甚或代价不菲。在瑞士日内瓦附近的粒子物理实验室中，与造价高达55亿美元的原子加速器相伴的数千名研究人员借助两台巨型粒子探测器(ATLAS和CMS)发现了盼望已久的玻色子。 　　除希格斯玻色子的发现外，《科学》杂志及其发行机构美国科促会确认的本年度其他9项具有开创性的科学成就如下： 　　2.丹尼索瓦人基因组 　　一种将特定分子绑定在DNA(脱氧核糖核酸)单链上的新技术帮助研究人员仅用一块远古人的小指骨碎片，就完成丹尼索瓦人完整的基因组测序。该基因组序列让研究人员能够将丹尼索瓦人——这是与尼安德特人密切相关的古老人类——与现代人进行比较。研究显示，该指骨属于生活在7.4万年至8.2万年之间的一个眼睛、毛发和皮肤均为棕色的女孩，她死于西伯利亚。 　　3.让干细胞形成卵子 　　日本研究人员证实，小鼠的胚胎干细胞可被诱导成为具有生育能力的卵细胞。在研究中，他们让实验室中受精的细胞在代孕母体发育并产下小鼠幼仔。这种方法要求发育中的卵子在雌性小鼠体内存留一段时间。虽然这没有达到科学家追求的完全在实验室中得到卵细胞的终极目标，但是它为研究基因和其他影响生育力和卵细胞发育的因素提供了强有力的工具。 　　4.好奇号的着陆系统 　　尽管无法在火星条件下测试其探测器所有的着陆系统，但在加州帕萨迪纳美国宇航局喷气动力实验室里承担探索火星使命的工程师们仍安全并准确地将好奇号探测车抵达火星表面。这个3.3吨的飞行器因过重而无法以传统的方式登陆，为此该团队从起重机和直升飞机那里得到灵感，创建了“空中起重机”着陆系统，它将带轮的好奇号吊挂在3根线缆的末端让其着落。这一完美无暇的着陆让设计人员再次获得了信心，宇航局希望未来在已有的探测车附近让第二辆探测车着陆，并将第一辆探测车取得的样本收集起来送回地球。 　　5.X射线激光解开蛋白质的结构 　　研究人员用一种比传统的同步加速辐射源亮10亿倍的X射线激光确认了布氏锥虫所需的一种酶的结钩，这种寄生虫是引起非洲昏睡病的原因。新的研究进展证明了X射线激光解密蛋白质的潜力，而这是传统的X射线源所无法做到的。 　　6.基因组的精密工程 　　通常，人们无法确定对高级生物的DNA进行修改和删除的最终结果。然而，在2012年，名为“转录激活子样效应因子核酸酶”(TALENs)的工具赋予研究人员改变或关闭斑马鱼、蟾蜍、牲畜及其他动物甚至病人的细胞中特定基因的能力。这种技术以及其他新兴的技术与已有的基因靶向技术一样廉价和有效，同时它能让研究人员在健康人和病人中确认基因及变异的特定作用。 　　7.马约拉纳费米子 　　人们有关马约拉纳费米子是否存在的问题的争论已有70多年，该粒子会作为它们自己的反物质并湮灭它们自己。今年，由荷兰物理学家和化学家组成的研究小组首次提出了马约拉纳费米子以准粒子形式存在的可靠证据，它们是相互作为的电子群，其行为像单个粒子。该发现促使人们努力将马约拉纳费米子结合到量子计算中，因为科学家们认为由这些神秘粒子组成的“量子比特”与目前数字计算机中所拥有的比特相比，能够更有效率地存储和处理数据。 　　8.ENCODE项目 　　今年，超过30篇文章报道的一项长达10年的研究显示，人类基因组比研究人员曾经认为的更具“功能”。尽管只有2%的基因组会为实际蛋白编码，但“DNA元素百科全书”(ENCODE)研究项目表明，基因组的大约80%是有活性的，可帮助开启或关闭基因。这些新的细节有望帮助研究人员理解基因受到控制的途径，以及澄清某些疾病的遗传学风险因子。 　　9.大脑/机器界面 　　曾经用大脑神经记录移动电脑荧幕上光标的同一个研究团队在2012年向人们展示，瘫痪的病人能够用他们的思想来移动一个机械臂并从事复杂的三维运动。该技术虽然仍处于试验阶段且极端昂贵，但科学家希望更先进的计算程序可改善这种神经性假体以帮助因中风、脊髓损伤及其他疾病导致瘫痪的病人。 　　10.中微子混合角 　　数百名在中国大亚湾反应堆中微子实验中工作的研究人员报告了一个模型的最后的未知参数，该模型描述了被称作中微子的这种难以捉摸的粒子在以接近光速穿行时，如何从一种类型或“特色”变形为另一种类型。这些结果显示，中微子和反中微子可能会以不同的方式改变其特色，并提示中微子物理可能有朝一日帮助研究人员解释为什么宇宙含有如此多的物质及如此少的反物质。如果物理学家无法发现超越希格斯玻色子的新粒子，那么中微子物理可能会代表粒子物理学的未来。(驻美国记者 毛黎)

p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/bfc1d7fc-d737-4946-bb84-116c77959082.jpg" title=" 2019121134640301.jpg" alt=" 2019121134640301.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 榜单主题选自过往近十年数十个年度科学突破 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 近日，由中国科学技术协会（简称“中国科协”）指导、腾讯公司主办的首届“青少年科学小会”在深圳举行。会上，腾讯联合国际权威学术杂志《科学》发布了全球首个《青少年科学看点榜单》（Science Breakthroughs for Youth）。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 《中国科学报》记者了解到，入围这份《青少年科学看点榜单》的候选主题，均由《科学》的新闻团队以及《科学》/美国科学促进会（AAAS）定制出版办公室的权威科学编辑与全球顶尖科学家，从过往近十年数十个年度科学突破中精心挑选出来；而后由腾讯公司运用社交平台、大数据和综合调研分析，结合超过10万名年轻用户的兴趣，从入围主题清单中最终遴选出了10个科学突破主题，形成了首份《青少年科学看点榜单》。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 按照年轻用户对这些主题的排列次序，这十大科学看点依次是：火星上发现液态水、发现操纵记忆的原理、揭示睡眠有可能对清洁神经连接的作用、“芯片上的大脑”（神经拟态芯片）、摩洛哥智人化石改写人类起源、“基因剪刀”CRISPR的发明、270万年前“冰芯气泡”揭示的气候变化、通过合成生物学升级细菌（生命的2.0版本）、协作式机器人“Cobots”崛起、微生物揭示的健康状况。其中最受关注的五项热门看点，被制作成科普短视频在首届“青少年科学小会”现场首映。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在首届青少年科学小会现场，腾讯还邀请一代物理学大师斯蒂芬· 霍金的女儿、儿童科普作家露西· 霍金，哈佛大学医学院睡眠医学部主任、NASA国家空间生物医学研究所首席研究员查尔斯· 采斯勒，斯坦福大学脑神经科学家、《西部世界》科学顾问大卫· 依格曼，中山大学天文与空间科学研究院院长、知名理论物理学家李淼，《科学》杂志新闻主编蒂姆· 阿彭策勒，美国知名科技作家蒂姆· 厄班等科学家、科普学者与百位“问号少年”面对面交流，解读榜单中火星液态水、睡眠“清洁管家”、人类起源、记忆操控等前沿科学领域的奥秘。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 之所以取名“科学小会”，腾讯集团副总裁、腾讯影业首席执行官程武解释道，“小”指代“面向小观众、聚焦小目标、关注小问题”。“伟大的科学突破也常常起源于一些小问题。”他还宣布，腾讯还将推出“青少年科普创作计划”，鼓励具备专业知识的青少年在腾讯内容平台上创作科普内容，让科学知识持续惠及更多人。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “我希望科学小会能成为一次有意义的尝试，每一个孩子都应该为我们生活的世界着迷。”腾讯董事会主席兼首席执行官马化腾寄语科学小会，呼吁更多人携手参与青少年教育，“共同呵护孩子的想象力与好奇心”。 /p

2月29日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”。2023年度“中国科学十大进展”主要分布在生命科学和医学、人工智能、量子、天文、化学能源等科学领域。2023年度“中国科学十大进展”分别为：• 人工智能大模型为精准天气预报带来新突破• 揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制• 发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制• 农作物耐盐碱机制解析及应用• 新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵• 揭示人类细胞DNA复制起始新机制• “拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子• 玻色编码纠错延长量子比特寿命• 揭示光感受调节血糖代谢机制• 发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制1、人工智能大模型为精准天气预报带来新突破天气预报是国家重大战略需求，也是国际科学前沿问题。华为云计算技术有限公司田奇团队在天气预报领域取得了新突破。基于人工智能方法，他们构建了一个三维深度神经网络模型，称为盘古气象大模型。其主要技术贡献有三点。一是采用了三维神经网络结构，更好地建模复杂的气象过程。二是采用地球位置编码技术，提升训练过程的精度和效率。三是训练具有不同预测时效的多个模型，减少迭代误差、节约推理时间。盘古气象大模型在某些气象要素的预报精度上超越了传统数值方法，且推理效率提高了上万倍。在全球高分辨率再分析数据上，盘古气象大模型在温度、气压、湿度、风速等重要天气要素上，都取得了更准确的预测结果，将全球最先进的欧洲气象中心集成预报系统的预报时效提高了0.6天左右。盘古气象大模型也可用于极端天气预报。在2023年汛期，盘古气象大模型成功预测了玛娃、泰利、杜苏芮、苏拉等影响我国的强台风路径。2、揭示人类基因组暗物质驱动衰老的机制在人类基因组中，“暗物质”——非编码序列占据了98%，其中有约8%是内源性逆转录病毒元件，它是数百万年前古病毒入侵并整合到人类基因组中的残留物，通常情况下处于沉默状态。然而，随着年龄的增长，这些沉睡的古病毒“化石”的封印是否会被揭开，进而加速我们身体的衰老进程尚不得而知。中国科学院动物研究所刘光慧研究员带领研究团队，通过搭建生理性和病理性衰老研究体系，结合高通量、高灵敏性和多维度的多学科交叉技术，揭示在衰老过程中，表观遗传“封印”的松动将导致原本沉寂的古病毒元件被重新激活，并进一步驱动衰老的“程序化”和“传染性”。这项工作提出了古病毒的“复活”驱动衰老及相关疾病的新理论，为理解衰老的内在机制和发展衰老干预策略提供了新依据，为科学评估和预警衰老、防治衰老相关疾病以及积极应对人口老龄化提供新思路。3、发现大脑“有形”生物钟的存在及其节律调控机制生物钟的准确性和稳定性与健康息息相关。由于缺乏对生物节律调节机制的认识，当前国际上尚未能研究出基于生物节律的有效治疗药物。大脑的视交叉上核（SCN）是生物钟的指挥中枢，但SCN如何维持机体内部节律稳定性，从而抵御外界环境的干扰，尚不清楚。军事医学研究院李慧艳研究员和张学敏研究员通过合作研究发现了大脑“有形”生物钟的存在。他们发现大脑生物钟中枢SCN神经元长有“天线”样的初级纤毛，每24小时伸缩一次，如同生物钟的指针，通过它可实现对机体生物钟的调控。大脑SCN区域具有大约2万个神经元。神奇的是，这2万个神经元始终保持着“同频共振”，维系着生物钟的稳定性，但机理始终是个谜团。他们发现初级纤毛可能通过调控SCN区神经元的“同频共振”调节节律，其机制与Shh信号通路密切相关。该“有形”生物钟的发现，对于理解生物钟的构造以及分子层面与细胞层面生物钟的联系具有重要意义，为节律调控新药研发开辟了新的路径。4、农作物耐盐碱机制解析及应用我国有15亿亩盐碱地未被有效利用，通过培育耐盐碱农作物，可提高盐渍化土地产能，将为我国粮食安全提供有效保障。尽管学术界对于植物耐盐性有较深入认知，但对植物耐碱胁迫的认识严重不足，这阻碍了耐盐碱作物的培育。盐碱地资料图。图片来源：视觉中国中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗领衔的8家单位科研团队联合攻关，在粮食作物耐盐碱领域取得重要突破。通过对耐盐碱差异大的高粱资源全基因组大数据进行关联分析，研究团队发现一个主效耐碱相关基因AT1，编码G蛋白亚基。不同的AT1基因突变型在调控这一过程中发挥决定作用，为作物耐碱理论研究提供了新视角。研究还发现在水稻、玉米及小作物谷子等主要粮食作物中AT1调控机制也是类似的，为主要作物的耐盐碱分子育种奠定了理论基础。在取得理论突破的基础上，团队对高粱进行耐盐碱育种改良。在宁夏平罗盐碱地进行的田间实验表明，AT1基因的利用能够使高粱籽粒产量和全株生物量增加。AT1基因还可用于改善主要禾本科作物水稻、小麦、小米和玉米等的耐盐碱性。5、新方法实现单碱基到超大片段DNA精准操纵基因组编辑是生命科学领域的颠覆性技术，将对医疗和农业等领域的发展产生重要影响。但是，精准基因组编辑技术的底层专利目前被国外垄断，我国亟待创制具有自主产权的新技术。另外，大片段DNA的精准操纵技术研发刚刚起步，将是全球基因组编辑技术竞争的制高点。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队与北京齐禾生科生物科技有限公司的赵天萌团队合作，实现了基因组编辑在方法建立、技术研发和工具应用的多层次创新。研究团队首次运用人工智能辅助的结构预测建立了蛋白聚类新方法，率先将基于结构分类的理念引入工具酶挖掘领域，并基于此开发了系列具有重要应用价值的新型碱基编辑器和我国完全拥有自主产权的、首个在细胞核和细胞器中均可实现精准碱基编辑的新型工具CyDENT。此外，研究团队开发了首个植物大片段DNA精准定点插入技术，为高效作物育种和植物合成生物学奠定了技术基础。研究团队还利用基因组编辑实现了作物性状的精准调控。该成果有望进一步拓宽基因组编辑的育种应用，助力作物种质创新。6、揭示人类细胞DNA复制起始新机制DNA复制从染色体上多个地方开始，这些地方被称为复制起始位点。复制起始过程分两步：一是在起始点上组装MCM双六聚体。二是激活MCM双六聚体，成为复制体，启动复制。如果这个过程出现问题，会导致严重的疾病，比如癌症、早衰和侏儒症等。为了深入了解人体细胞DNA复制是如何开始的，该项工作解析了人体内的MCM双六聚体复合物的冷冻电镜结构。在这个结构中，复制起点DNA，被固定在MCM的中央通道里，形成一个初始开口结构。形成该结构，DNA双链需要被拉伸和解开。该研究还发现，如果初始的开口结构被破坏，那么所有的MCM-DH就无法稳定地结合在DNA上，导致DNA复制完全被抑制，就像是复印机坏了，无法开始复印文件一样。这一发现对癌症治疗有重要的应用价值。因为癌症细胞在生长过程中必须进行DNA复制。在不影响正常细胞运作的情况下，通过阻止癌细胞在DNA上组装MCM双六聚体，将会是一种全新的、有效的、而且非常精准的抗癌疗法，为抗癌药物的研发开辟了新的道路。7、“拉索”发现史上最亮伽马暴的极窄喷流和十万亿电子伏特光子伽马射线暴（简称伽马暴）是天空中突然发生的短暂伽马射线爆发现象。近些年，一些望远镜发现了伽马暴在万亿电子伏特能段随时间下降的余辉，但早期起始阶段一直未被探测到。我国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）首次记录了伽马暴万亿电子伏特光子爆发的全过程，探测到早期的上升阶段，由此推断喷流具有极高的相对论洛伦兹因子。“拉索”还看到了GRB 221009A（史上最亮伽马暴，起源于24亿光年外的大质量恒星死亡瞬间）的余辉在700秒左右出现了快速下降，这一光变拐折现象被认为是观测者看到了喷流的边缘所致。从光变拐折的时间得到喷流的半张角仅有0.8度。这是迄今发现最窄的伽马暴喷流，意味着它实际上是一个典型结构化喷流的核心。我国高海拔宇宙线观测站“拉索”。图片来源：中国科学院高能物理研究所“拉索”还精确测量了高能伽马射线的能谱，呈现单一的幂律，延伸至十万亿电子伏特以上。这是伽马暴观测到的迄今最高能量的光子。在余辉标准模型下，高能余辉辐射起源于相对论电子的逆康普顿散射，理论预期这样的能谱在高能段会逐渐变软。但“拉索”的观测没有发现能谱变软现象，这对伽马暴余辉标准模型提出了挑战，意味着十万亿电子伏特光子可能产生于更复杂的粒子加速过程或者存在新的辐射机制。8、玻色编码纠错延长量子比特寿命理论上，量子计算机具有超越经典计算机的算力，但受噪声干扰后容易出现量子退相干，导致错误率比经典计算机至少高十多个量级。量子纠错是解决该问题的重要途径，通过量子编码使得一个被保护的逻辑量子比特的相干寿命，超过量子电路中最好的物理比特的相干寿命。此时，意味着纠错过程超越了量子纠缠的盈亏平衡点，这是构建逻辑量子比特的必要条件。但量子态具有不可克隆性，量子计算机无法通过备份来纠正错误，量子纠错过程会引入新的错误，造成误差累积，甚至出现越纠越错的局面。南方科技大学和深圳国际量子研究院的俞大鹏院士与徐源研究团队，联合福州大学郑仕标、清华大学孙麓岩等团队依据玻色编码量子纠错方案，开发了基于频率梳控制的低错误率宇称探测技术，大幅延长逻辑量子比特的相干寿命，超盈亏平衡点达16%，实现了量子纠错增益。该成果是通往容错量子计算道路上的一项重要成果。9、揭示光感受调节血糖代谢机制国内外多项公共卫生调查研究显示，夜间过多光暴露显著增加罹患糖尿病、肥胖等代谢疾病风险。然而，光是否以及如何调节机体的血糖代谢，是尚未解决的重要科学问题。中国科学技术大学薛天研究团队发现光暴露显著降低小鼠的血糖代谢能力。哺乳动物感光主要依赖视网膜上的视锥、视杆细胞和对蓝光敏感的自感光神经节细胞（简称ipRGC）。利用基因工程手段，研究团队发现光降低血糖代谢由ipRGC感光独立介导。进一步研究发现光信号经由视网膜ipRGC，至下丘脑视上核、室旁核，进而到达脑干孤束核和中缝苍白核，最后通过交感神经连接到外周棕色脂肪组织，并最终确定了光降低血糖代谢的原因，是光经由这条通路抑制棕色脂肪组织消耗血糖的产热。进一步研究表明，光同样可利用该机制降低人体的血糖代谢能力。这项研究发现了全新的“眼-脑-外周棕色脂肪”通路，回答了长久以来未知的光调节血糖代谢的生物学机理，拓展了光感受调控生命过程的新功能。这项工作发现的感光细胞、神经环路和外周靶器官，为防治光污染导致的糖代谢紊乱提供了理论依据与潜在的干预策略。10、发现锂硫电池界面电荷存储聚集反应新机制锂硫电池具有极高的能量密度和较低的成本，然而，锂硫电池的广泛应用还未能实现。因为它在充放电过程中，电池性能会快速下降。受限于传统原位显微研究技术的时空分辨率低及锂硫体系不稳定等因素，人们对其内部发生的化学反应过程尚不清楚，无法针对性解决问题。厦门大学廖洪钢、孙世刚和北京化工大学陈建峰等开发高分辨电化学原位透射电镜技术，耦合真实电解液环境和外加电场，实现对锂硫电池界面反应原子尺度动态实时观测和研究。近百年来，电化学界面反应通常被认为仅存在“内球反应”和“外球反应”单分子途径。该研究揭示出电化学界面反应存在第三种“电荷存储聚集反应”机制，加深了对多硫化物演变及其对电池表界面反应动力学影响的认识，为下一代锂硫电池设计提供指导。

1月10日，中国科协生命科学学会联合体公布2021年度“中国生命科学十大进展”评选结果，8个知识创新类和2个技术创新类项目成果入选。2021年度“中国生命科学十大进展”分别为：从二氧化碳到淀粉的人工合成、脊椎动物从水生到陆生演化的遗传创新机制、新型冠状病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒药物的机制、转录起始超级复合物组装机制、提高中晚期鼻咽癌疗效的高效低毒治疗新模式、异源四倍体野生稻快速从头驯化、冠状病毒的跨种识别和分子机制、揭开鸟类长距离迁徙之谜、干涉单分子定位显微镜、全脑单神经元多样性研究及信息学大数据平台。据介绍，本次入选项目具有原创性突出、社会意义重大的特点。其中，知识创新类项目“从二氧化碳到淀粉的人工合成”，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响；知识创新类项目“新型冠状病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒药物的机制研究”和“冠状病毒的跨种识别和分子机制”对当今国际社会复杂的抗疫形势有重大意义；技术创新类项目“干涉单分子定位显微镜”为开辟新的交叉学科研究领域奠定基础。据悉，中国科协生命科学学会联合体自2015年起开展年度“中国生命科学十大进展”评选工作，已连续开展7年，旨在推动生命科学研究和技术创新，充分展示和宣传我国生命科学领域的重大科技成果。每年公布评选结果后，邀请入选项目专家编写和出版科普书籍，并举办交流会暨面向青少年的科普报告会，向公众揭示生命科学的新奥秘，为生命科学新技术的开发、医学新突破和生物经济的发展提供新的思路，极大提高了生命科学和相关技术的社会影响力。2021年度中国生命科学十大进展1、从二氧化碳到淀粉的人工合成淀粉是粮食最主要的成分，也是重要的工业原料。中国科学院天津工业生物技术研究所联合大连化物所等单位，抽提自然光合作用的化学本质，从头设计创建了从二氧化碳到淀粉合成的非自然途径，解决了途径代谢流从头计算、关键酶元件设计组装、生化途径精确调控等科学问题，以生物催化与化学催化耦合的11步反应，颠覆了自然光合作用固定二氧化碳合成淀粉的复杂生化过程，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成，能效和速率超越玉米等农作物，突破了自然光合作用局限，为淀粉的车间制造打开了一扇窗，并为二氧化碳原料合成复杂分子提供了新思路。在国际上引起强烈反响，被认为是一项里程牌式突破，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响。该成果发表在《科学》（Science，2021，373(6562):1523-1527）。2、脊椎动物从水生到陆生演化的遗传创新机制4亿多年前脊椎动物从水生到陆生是包括人类在内的陆生脊椎动物演化史上的重大事件，但长期以来对这一重大事件的遗传创新机制知之甚少。西北工业大学生态环境学院王文、王堃团队与中科院水生生物研究所何舜平和昆明动物所张国捷等团队合作，发现硬骨鱼祖先已进化出了陆生适应性相关的初步遗传基础，在肺鱼代表的肉鳍鱼内得到进一步加强，到四足动物最终完善而成功登上了陆地。Science报道该成果揭示了“隐藏在现生鱼类中水生到陆生演化的遗传奥秘”；瑞典科学院院士Per Alhberg教授撰文指出该项成果克服了化石研究难以研究软组织器官和生理学问题的挑战，美国科学院院士、国际著名脊椎动物登陆研究专家Neil Shubin撰文指出该成果为理解脊椎动物水生到陆生的研究“提供了关键认知和长久期待的数据”。该成果两篇研究论文以封面故事发表于《细胞》杂志（Cell，2021，184(5):1362-1376；1377-1391）。3、新型冠状病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒药物的机制新冠病毒肺炎疫情已持续两年，不断出现的突变株对发展广谱药物提出急迫需求。由病毒复制酶组成“转录复制复合体”，负责病毒转录复制的全过程，在各突变株中高度保守，是开发广谱药物的核心靶点。清华大学饶子和院士、娄智勇教授课题组，在国际上首次发现和重构了新冠病毒转录复制机器的完整组成形式。以此为基础，首次明确了病毒mRNA“加帽”成熟的关键酶分子，回答了冠状病毒研究中近30年来悬而未决的问题，并且该分子在各突变株中高度保守，在人体中没有同源物，为发展新型、安全的广谱抗病毒药物提供了全新靶点。同时，他们还首次发现病毒以“反式回溯”的方式对错配碱基和抗病毒药物进行“剔除”，阐明了瑞德西韦等药物效果不良的分子机制，为优化针对聚合酶的抗病毒药物提供了关键科学依据。以上研究成果分别发表于《细胞》杂志（Cell, 184(1):184-193 Cell, 184(13):3474-3485）。4、转录起始超级复合物组装机制转录起始超级复合物是中心法则中转录步骤的核心，对理解基因表达调控和相关生理病理过程具有重要意义，一直是国际生命科学研究的核心和前沿问题。复旦大学徐彦辉团队解析转录起始复合物PIC及其与Mediator（中介体）组成的转录起始超级复合物结构的三维结构，系统地展示转录机器识别不同类型启动子并完成组装的全过程，揭示了转录为何发生在几乎所有基因的启动子上，颠覆了关于启动子识别和转录起始复合物组装的传统认识，阐明了Mediator促进PIC组装和转录激活的机制。上述成果以2篇研究长文发表于《科学》杂志（Science 372, eaba8490；Science 372, eabg0635），其中一篇被Science杂志选为封面文章，题目为“转录如何起始”。5、提高中晚期鼻咽癌疗效的高效低毒治疗新模式鼻咽癌是“中国特色”肿瘤，年新发病例占全球一半。放疗后的全身微小残留肿瘤是其治疗失败的根源，而由于放疗后患者身体状况差，难以耐受既往高强度的传统化疗（完成率仅约40%-50%），成为制约疗效提高的瓶颈。中山大学肿瘤防治中心马骏研究团队提出了小剂量、长时间口服细胞毒药物卡培他滨的节拍化疗模式，其可通过抗血管生成、杀伤肿瘤干细胞等机制持续抑制肿瘤，同时提高机体耐受性。马骏教授通过牵头一项多中心、前瞻性临床研究发现，在放疗后使用“卡培他滨节拍化疗”可将失败风险显著降低45%，且严重毒副作用发生率减少了3/5，完成率达74%。同时卡培他滨口服用药方便可及，易于向基层推广。由此，该研究打破了传统化疗的疗效瓶颈，建立了鼻咽癌国际领先、高效低毒且简单易行的治疗新标准。该成果发表于《柳叶刀杂志》（Lancet, 2021, 398(10297): 303-313）。6、异源四倍体野生稻快速从头驯化当前的栽培稻是从祖先二倍体野生稻经过数千年的人工驯化而来，同时伴随着遗传多样性的降低与优异基因的丢失。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队首次提出异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略，对应对未来粮食危机提供了新的可行路径，开辟了全新的育种方向。以此策略为蓝图，该项目筛选出一份四倍体高秆野生稻资源，建立了高效的组培再生、遗传转化与基因编辑体系，组装了高质量参考基因组，并成功创制了改良落粒性、芒性、株高、粒长、茎秆粗度、生育期等不同类型的四倍体水稻新材料，突破了全部技术瓶颈，证明异源四倍体野生稻快速从头驯化策略高度可行。未来四倍体水稻新作物的成功培育将有望对世界粮食生产带来颠覆性的革命。该成果发表于《细胞》杂志（Cell，2021，184(5):1156-1170）。7、冠状病毒的跨种识别和分子机制近20年，人类遭受了三次由冠状病毒引发的重大疫情。大多数感染人的冠状病毒来源于动物，而我们发现病毒在人际间传播往往是滞后的，疾病防控的关口需要在“时间”上前移。中国科学院微生物研究所高福院士团队建立了高效评估冠状病毒跨种识别能力的方法，利用这些方法对蝙蝠源性冠状病毒 RaTG13和穿山甲源性冠状病毒 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017 的跨种传播潜在风险进行评估，并阐明其跨种识别的分子机制，研究发现上述三种冠状病毒存在跨种传播的潜在风险，提示我们要持续对动物源性冠状病毒进行监测，预防新的冠状病毒引发疫情，同时为理解病毒进化提供分子基础。相关研究成果发表于《细胞》杂志（Cell,2021, 184(13):3438-3451.e10）和《欧洲分子生物学》杂志 （EMBO J, 2021, 41(1):e109962）。8、揭开鸟类长距离迁徙之谜鸟类迁徙是最受关注的自然奇观之一。迁徙路线的形成过程、维持机制和在气候变化下的未来趋势，以及迁徙策略的遗传基础，一直是学界的研究热点和难点。中国科学院动物研究所詹祥江团队历时12年，通过整合多年卫星追踪数据和种群基因组信息，建立了一套大陆尺度的的北极游隼（Falco peregrinus）迁徙研究系统。研究人员阐明了气候变化在鸟类迁徙路线形成、维持及未来变化趋势中的驱动作用，发现一个和记忆能力相关的基因ADCY8在迁徙距离更长的游隼种群中受到正选择，揭示了长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。该研究全面结合遥感卫星追踪、基因组学、神经生物学等新型研究手段，展现了学科交叉型的创新性研究在回答重大科学问题中的关键作用。该成果以封面文章发表于《自然》杂志（Nature，2021，591(7849):259-264），并被《自然-生态进化》杂志评为12项年度回顾工作之一。9、干涉单分子定位显微镜

2021年1月13日，中国科协生命科学学会联合体公布了2020年度“中国生命科学十大进展”（排名不分先后）：【蝗虫聚群成灾的奥秘：4-乙烯基苯甲醚是蝗虫的群聚信息素】【首个新冠病毒蛋白质三维结构的解析及两个临床候选药物的发现】【器官衰老的机制及调控】【新冠肺炎动物模型的构建】【人脑发育关键细胞与调控网络】【发现行为调控抗体免疫的脑-脾神经通路】【进食诱导胆固醇合成的机制及降脂新药靶发现】【提高绿色革命作物品种氮肥利用效率的新机制】【小麦抗赤霉基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用】【抗原受体信号转导机制及其在CAR-T治疗中的应用】一、蝗虫聚群成灾的奥秘：4-乙烯基苯甲醚是蝗虫的群聚信息素蝗灾对农业、经济和环境构成重大威胁。中国科学院动物研究所康乐院士团队鉴定到一种由群居型蝗虫特异性挥发的气味分子4-乙烯基苯甲醚（4VA），并从化学分析、行为验证、神经电生理记录、嗅觉受体鉴定、基因敲除、野外验证等多个层面证明4VA是飞蝗群聚信息素。实验室合成的低剂量4VA能够吸引到大量野生蝗虫种群。该研究不仅揭示了蝗虫群聚成灾的奥秘，还被认为是昆虫学和化学生态学领域的一个重大突破，对世界蝗灾的控制和预测具有重要意义。研究中提出的基于昆虫化学感受操控的4种防治策略被认为是未来害虫绿色防控的新方向。《自然》杂志（Nature）配发编者按和专门评述文章，F1000 Prime评价推荐系统给予最高推荐，世界主要媒体都争相报道了这一重大发现。该成果发表于《自然》杂志（Nature，2020，584：584-588）。飞蝗群居型与散居型蝗蝻（幼虫）二、首个新冠病毒蛋白质三维结构的解析及两个临床候选药物的发现新冠疫情对人类社会造成了巨大影响。解析新冠病毒关键药物靶点的三维结构，揭示药靶的重要特征，开发特效药迫在眉睫。新冠病毒的主蛋白酶在病毒生活周期中起关键调节作用，是一个备受瞩目的药物靶点。上海科技大学等单位组成抗新冠联合攻关团队，在国际上率先解析了新冠病毒关键药靶主蛋白酶与抑制剂复合物的高分辨率三维结构，这也是世界上首个被解析的新冠病毒蛋白质的三维空间结构；阐明了抑制剂精确靶向主蛋白酶的作用机制；发现依布硒和双硫仑等老药或临床药物是靶向主蛋白酶的抗病毒小分子，且二者已被美国FDA批准进入临床II期试验，用于新冠肺炎的治疗。上述成果为抗新冠药物的研发奠定了重要基础。该成果发表于《自然》杂志（Nature，2020，582：289-293）。新冠病毒主蛋白酶（红色）与抑制剂（黄色）的复合物结构三、器官衰老的机制及调控积极应对人口老龄化是我国的重大战略举措，而科学研究衰老是应对老龄化的重要基础。中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组，中国科学院北京基因组研究所张维绮研究组及北京大学汤富酬研究组合作，系统解析了灵长类动物重要器官衰老的标记物和调控靶标；揭示了老年个体易感新冠病毒的分子机制；在系统生物学水平阐明热量限制通过调节机体免疫炎症通路延缓衰老的新机制；发现基于核心节律蛋白过表达的基因治疗可缓解增龄性小鼠骨关节变性并促进关节软骨再生。这些研究成果加深了人们对器官衰老机制的理解，为建立衰老及相关疾病的早期预警和科学应对策略奠定了重要基础。相关研究成果发表于《细胞》（Cell，2020，180：585-600；Cell，2020，180：984-1001）和《细胞研究》（Cell Research，2020，10：1-18）等杂志。系统解析灵长类动物器官衰老的标记物和调控靶标四、新冠肺炎动物模型的构建在新冠疫情防控中，动物模型是科研攻关五大主攻方向之一，是阐明致病机制和传播途径、筛选药物和评价疫苗的基础研究工作。发现与鉴定对新冠病毒敏感的动物、研制检测动物体内病毒的试剂、使动物准确模拟疾病临床表现，是造模的三个关键难题。中国医学科学院医学实验动物研究所的研究团队与中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、中国医学科学院病原生物学研究所合作，通过比较医学分析，培育了病毒受体高度人源化的动物，建立了模型特异的检测技术，证实了病毒入侵受体，遵循科赫法则证实了致病病原体，揭示了新冠肺炎免疫特征和病理特征，再现了病毒感染、复制、宿主免疫和病理发生过程，系统模拟了新冠肺炎的不同临床特征，在国际上第一个构建了动物模型。应用动物模型，阐明了系列疾病机理，筛选到了系列有效药物，完成了国家部署的80%以上疫苗评价，模型研制方法和标准提供给世界卫生组织（WHO），供国际研究使用。该成果发表于《自然》（Nature，2020 Jul；583：830-833）和《动物模型与实验医学》杂志（Animal Model & Experimental Medicine，2020 Mar 30；3：93-97）。不同年龄恒河猴感染新冠病毒后影像学及病理学改变五、人脑发育关键细胞与调控网络脑是人类智能活动的物质载体，研究发育过程中脑结构功能的建立，将揭示智能形成的细胞和分子机制，同时为相关医学应用提供理论线索与技术方案。中国科学院生物物理研究所王晓群课题组、北京师范大学吴倩课题组和北京大学汤富酬课题组展开合作，通过高通量单细胞组学分析对人类胚胎发育关键期的海马体、下丘脑、大脑皮层多亚区以及视网膜进行了细胞构成图谱及基因调控网络研究，对关键细胞类型的功能发育进行了追踪，揭示了多个脑区发育的关键时间节点与基因，详细绘制了人脑的动态发育蓝图，为相关疾病的诊疗提供了坚实基础。多篇研究成果相继发表在《自然》（Nature, 2020, 577：531-536）、《自然-通讯》（Nature communications，2020，11：4063）等杂志。人脑海马体发育过程中的细胞构成及基因调控网络六、发现行为调控抗体免疫的脑-脾神经通路我们的生活经验暗示，从冥想到体育锻炼等行为可能增强免疫力。然而，大脑活动是否可以直接控制发生在脾脏等淋巴器官内的免疫反应，长久以来并没有严格的实验证据支持。清华大学免疫学研究所祁海课题组、上海科技大学胡霁课题组以及清华大学麦戈文脑科学研究所钟毅课题组通力合作，在小鼠模型里发现，脾脏如果丧失神经支配，疫苗接种后机体就不能正常产生抗体。进一步实验表明，这是因为大脑内被称为中央杏仁核和室旁核的区域有一类CRH神经元与脾神经相连。激活CRH神经元，会增加脾神经活动，进而可以增进疫苗接种产生的抗体；反之，抑制CRH神经元会降低疫苗的效力。进而他们还设计出了一种小鼠的行为范式，可以通过激活这一新发现的脑-脾神经通路来达到增强抗体产生的效果。这些发现，首次建立了大脑活动可以增进抗体产生的一条神经通路，指出了将来利用锻炼、冥想等行为增强疫苗效果、加强人体免疫力的可能。该成果发表于《自然》杂志（Nature，2020，581：204-208）。“勤動”与增强免疫的大脑神经核团与通路 七、进食诱导胆固醇合成的机制及降脂新药靶发现胆固醇是生命活动必不可少的脂质，但太多会引起心脑血管疾病。人在进食碳水化合物时，胆固醇主要靠自身合成获得。合成胆固醇需要消耗很多能量，因此哺乳动物只在进食后才上调合成，饥饿时则抑制，这其中的机制长期不清楚。武汉大学宋保亮实验室在胆固醇领域取得新的突破，该团队发现进食碳水化合物后，血液中升高的葡萄糖和胰岛素促使肝脏中USP20蛋白被磷酸化修饰，USP20稳定胆固醇合成途径限速酶HMGCR，从而上调胆固醇合成。抑制USP20，降低血脂、减肥及增加胰岛素敏感性。该发现不仅揭示了人体的营养感应机制，还证明USP20可以作为新的降脂药物研发靶点。这一研究成果及其应用将惠及全民健康。该成果发表于《自然》杂志（Nature，2020，588：479-484）。进食诱导胆固醇合成的机制八、提高绿色革命作物品种氮肥利用效率的新机制面向国家粮食安全和农业可持续发展的重大战略需求，中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究团队在水稻高产和氮高效协同调控机制领域获得重要突破。研究发现了赤霉素信号转导途径新组分NGR5通过介导组蛋白甲基化修饰来调控植物响应土壤氮素水平的变化，同时与生长阻遏因子DELLA蛋白竞争性结合赤霉素受体GID1，实现赤霉素调控植物生长发育。在高产水稻品种中增加NGR5的表达可在减少氮肥的条件下，仍可获得高产。该发现找到了一条既能保证高产提高又能降低氮肥投入、减少环境污染的育种新策略，为培育“少投入、多产出、保护环境”的绿色高产高效新品种奠定了理论基础，在农业生产上有广阔的应用前景，能产生巨大的经济效益和社会效益。该成果以封面论文形式发表于《科学》杂志（Science 367 eaaz2046, 2020）。NGR5协同调控水稻产量和氮肥利用效率的新机制九、小麦抗赤霉基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用镰孢菌引起的小麦赤霉病被称为小麦“癌症”，抗源稀缺，是威胁粮食安全的重大国际性难题。山东农业大学孔令让研究团队历时20年，从小麦近缘属植物长穗偃麦草中首次克隆出主效抗赤霉病基因Fhb7并阐明其功能、抗病机理和水平转移进化机制。同时，利用远缘杂交将Fhb7转移到推广小麦品种中，赤霉病抗性表现稳定，且对产量没有显著负面影响。目前团队选育的多个抗赤霉病小麦新品系已进入国家及省级区域试验或生产试验，并被纳入我国小麦良种联合攻关计划，为解决小麦赤霉病世界性难题提供了“金钥匙”。另外，Fhb7对镰孢菌分泌的单端孢霉稀族毒素的广谱解毒功能，有望应用于其他作物抗镰孢菌病害的遗传改良，以及解决粮食和饲料中的霉菌毒素污染问题。该成果发表于《科学》杂志（Science，2020，368：eaba5435）。镰孢菌（Fusarium）侵染小麦籽粒后导致减产毁质十、抗原受体信号转导机制及其在CAR-T治疗中的应用CAR-T细胞治疗已经成功地应用于肿瘤的临床治疗，但面临细胞因子释放综合症和细胞持续性低等挑战。CAR的信号元件来自抗原受体TCR的CD3ζ链以及共刺激分子如CD28。目前对CAR的改造主要集中在共刺激信号元件，而忽视了抗原信号元件。中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所许琛琦研究组、北京大学医学部黄超兰研究组和美国加州大学圣地亚哥分校惠恩夫研究组合作，通过定量质谱和生化方法发现TCR的CD3ζ链具有特殊的信号转导功能，可以同时招募抑制性分子Csk和活化性分子PI3K。将CD3ζ胞内区加入临床使用的CAR序列中，可使得CAR-T细胞持续性更好，抗肿瘤功能更强，并且细胞因子释放综合症的风险降低。该成果发表于《细胞》杂志（Cell，2020，182：855-871）嵌合性抗原受体（CAR）的信号原件改造中国科协生命科学学会联合体自2015年起开展年度“中国生命科学十大进展”评选工作，旨在推动生命科学研究和技术创新，充分展示和宣传我国生命科学领域的重大科技成果。目前评选活动已连续开展6个年度。每年公布评选结果后，邀请入选项目专家编写和出版科普书籍，并举办交流会暨面向青少年的科普报告会，向公众揭示生命科学的新奥秘，为生命科学新技术的开发、医学新突破和生物经济的发展提供新的思路，极大提高了生命科学的社会影响力。本年度的评选，联合体成员学会推荐的项目较往年数量明显增加，体现了“中国生命科学十大进展”评选日臻完善，社会影响力与关注度不断扩大；获奖项目中非院士主导项目所占比例较往年大，体现了我国生命科学研究领域后备力量强大。更为显著的是，本次入选项目具有原创性突出、社会意义重大的特点，其中知识创新类项目“蝗虫聚群成灾的奥秘：4-乙烯基苯甲醚是蝗虫的群聚信息素”，在全球范围内首次揭示了蝗虫群聚成灾的奥秘，对世界蝗灾的控制和预测，解决世界粮食问题具有重要意义。知识创新类项目“首个新冠病毒蛋白质三维结构的解析及两个临床候选药物的发现”和技术创新类项目“新冠肺炎动物模型的构建”对解决当前全球面临的新冠肺炎疫情有重大意义。技术创新类项目“小麦抗赤霉基因Fhb7的克隆、机理解析及育种利用”和知识创新类项目“进食诱导胆固醇合成的机制及降脂新药靶发现”聚焦国计民生和全民健康等热点问题。