AI玩“迷宫游戏”，击败了多年经验人类玩家｜Science日报

整理：杨利华

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科学家发现乳腺癌转移的“开关”

现有免疫疗法无法有效治疗绝大多数晚期乳腺癌。斯坦福大学研究团队及其合作者发现了一种新方法：一种名为 ENPP1 的蛋白质就像一个开关，控制着乳腺癌抵抗免疫疗法和转移的能力。ENPP1 由癌细胞和肿瘤内部及周围的健康细胞产生。研究论文发表在 Proceedings of the National Academy of Sciences 上。
这项研究有助于开发新的、更有效的免疫疗法，并更好地预测患者对现有药物的反应。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313693120

02

研究发现了海洋天气与全球气候之间的联系

罗切斯特大学研究团队及其合作者首次发现了将海洋中看似随机的天气系统与全球范围气候联系起来的直接证据，为理解气候系统提供了一个新框架。研究论文发表在 Science Advances 上。
研究人员的目标是了解能量是如何通过海洋中的不同通道传遍整个地球的。他们使用了一种能够研究从地球周长到 10 公里范围内不同模式能量传递的数学方法，发现海洋天气系统在与气候尺度相互作用时，既会被激活，也会被削弱，其模式与全球大气环流如出一辙。
该研究为更好地理解气候系统创造了一个前景广阔的框架。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi7420

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火星矿物或能助力清洁能源生产

有助于人类在火星可持续居住

苏塞克斯大学研究团队及其合作者，只采用了可持续的生产方法，包括水基化学和低能耗工艺，基于火星本地矿物创造出了具有清洁能源生产潜力的变革性纳米材料。研究论文发表在 Advanced Functional Materials 上。
该纳米材料应用范围广泛，从制造清洁氢燃料到开发类似晶体管的电子设备，再到制造纺织品添加剂。该研究证明了纳米材料在提供清洁能源和可持续电子产品方面的潜力，同时因为制造该材料只需要火星本地矿物，所以这项研究也可能为人类在火星的可持续居住打开大门。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310600

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Nature：AI发现了60年中首批新型抗生素

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员及其合作者人员发现了一类结构新颖的抗生素，是过去 60 年中发现的首批新型抗生素之一，这也是利用围绕可解释深度学习构建的人工智能驱动平台发现的首批新型抗生素。研究论发表在 Nature 上。
为确定这一类新型抗生素，研究人员虚拟筛选了 1200 多万种候选化合物，它们显示出解决抗生素耐药性问题的潜力。研究团队在实验生成的数据上训练了深度学习模型，以预测化合物的抗生素活性和毒性，最终发现了一类新的抗生素，对耐多药病原体具有强效活性。
研究表明该化合物适合进一步开发，作为治疗严重和败血症相关细菌感染的药物。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06887-8

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Nature：新型类脑晶体管，

能“像人类一样思考”

西北大学、波士顿学院和麻省理工学院的研究团队及其合作者设计出一种模拟人类智慧的新型类脑晶体管，能像人脑一样同时处理和存储信息。这种晶体管超越了简单的机器学习任务，能够对数据进行分类，并能在室温下进行高能效联想学习。研究论文发表在 Nature 上。
几十年来，电子技术的模式一直是以高耗能为代价，将晶体管集成到集成电路中。为了重新思考这种模式，研究人员探索了摩尔纹物理学的新进展，摩尔纹是一种几何设计，当两个图案相互叠加时就会产生。当二维材料堆叠在一起时，就会产生单层材料所不具备的新特性。当这些层被扭曲形成摩尔纹图案时，电子特性前所未有的可调谐性就成为可能。
在新的晶体管中，研究人员结合了两种不同类型的原子级薄材料：双层石墨烯和六方氮化硼。当叠加并有目的地扭曲时，这两种材料会形成摩尔纹。通过相对旋转一个层，研究人员可以在每个石墨烯层中实现不同的电子特性，即使它们之间只有原子尺度的距离。通过正确选择扭转方式，研究人员利用摩尔纹物理学在室温下实现了神经形态功能。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06791-1

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更快、更便宜地“创造”合成染色体

南加州大学的研究人员发明了一项突破性新技术：CReATiNG（克隆重编程和组装平铺天然基因组 DNA），它为构建合成染色体提供了一种更简单、更具成本效益的方法。研究论文发表在 Nature Communications 上。
CReATiNG 通过克隆和重组酵母的天然 DNA 片段，使科学家能够制造出合成染色体，取代细胞中的原生染色体。这项创新技术使研究人员能够结合不同酵母菌株和物种之间的染色体，改变染色体结构，并同时删除多个基因。
该研究将极大地推动基因工程的发展，促进医学、生物技术、生物燃料生产甚至太空探索领域的广泛进步。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44112-2

07

AI玩“迷宫游戏”

击败了多年经验人类玩家

能够在国际象棋和围棋等复杂的战略游戏中击败人类的人工智能机器几乎已经成为家常便饭，但到目前为止，人工智能还无法在物理领域与人类竞争。
瑞士苏黎世联邦理工学院教授、专注于无人机的初创公司 Verity 的创始人兼首席执行官拉斐尔·安德烈亚（Raffaello D’Andrea）与其学生建立了一个人工智能系统 CyberRunner，该系统能够学习如何玩“迷宫游戏”（“the labyrinth”），玩家必须引导弹珠穿过迷宫，同时避开陷阱。CyberRunner 经过六个小时的训练，比玩了多年的人类选手更快地完成了游戏。
CyberRunner 使用摄像头和物理控制装置来玩游戏，并记录下它的每次尝试结果，以便下次更有效地掌握游戏。事实证明，CyberRunner 非常聪明，当它发现可能的捷径时，研究者甚至不得不进行干预，阻止它“作弊”。
另外，安德烈亚还计划在开源平台上发布该系统的编码，以鼓励其他创新者将其应用于多种案例。他认为：“我们最大的竞争对手不是我们领域的其他公司，而是主导我们领域的那些根深蒂固的技术。”
安德烈亚的实验证明，人工智能可以用来完成需要非常精细的运动技能和空间意识的工作，并能在短时间内学会如何比人类操作员更有效地完成这项工作。当然，这个系统也再次引发人们对人工智能破坏劳动力市场的担忧。

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新型抗体有望对抗多种流感病毒

美国匹兹堡大学的研究团队及其合作者发现了一种以前未被发现的抗体。作为能够保护人体免受疾病侵袭的免疫系统蛋白，该抗体似乎能够中和多种形式的流感病毒。研究论文发表在 PLOS Biology 上。
流感疫苗能促使免疫系统产生抗体，这种抗体能与入侵流感病毒外部的一种叫做血凝素的病毒蛋白结合，阻止它进入人体细胞。不同的抗体会以不同的方式与血凝素的不同部分结合，而血凝素本身也会随着时间的推移而发生变化，从而导致能够躲避旧抗体的新流感病毒株的出现。每年都会根据对最主要毒株的预测提供新的流感疫苗。许多科学家都在研究能同时抵御被称为 H1 和 H3 的流感亚型的抗体。
研究人员发现了在某些 H1 菌株中，组成血凝素的结构单元序列发生了细微变化。某些能够中和 H3 的抗体也能中和 H1，但如果 H1 的血凝素有这种变化（即 133a 插入），则不能中和 H3。研究人员利用患者的血液样本进行了一系列实验，发现了一类新型抗体，既能中和某些 H3 菌株，也能中和某些有或没有 133a 插入物的 H1 菌株。独特的分子特征使这些抗体有别于其他能通过其他途径交叉中和 H1 和 H3 株的抗体。该研究有助于开发保护范围更广的流感疫苗。
论文链接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002415

09

消极、焦虑？

或与睡眠不足有关！

美国心理学会发表的一项研究综合了 50 多年来有关睡眠不足和情绪的研究，发现睡眠不足会破坏我们的情绪功能，降低积极情绪，并使我们出现焦虑症状的风险更高。研究论文发表在 Psychological Bulletin 上。
研究人员分析了来自 154 项研究的数据，时间跨度长达 50 年，共有 5715 名参与者。在所有这些研究中，研究人员扰乱了参与者一个或多个晚上的睡眠。在一些实验中，参与者长时间保持清醒。在另一些实验中，他们的睡眠时间短于正常睡眠时间，还有一些实验则在整个晚上定期唤醒他们。每项研究还在睡眠操纵后测量了至少一个与情绪相关的变量，如参与者的自我情绪报告、对情绪刺激的反应以及抑郁和焦虑症状的测量。总体而言，研究人员发现，所有三种类型的失眠都会导致参与者的快乐、幸福和满足等积极情绪减少，以及心率加快和担忧增加等焦虑症状加重。
这项研究是迄今为止对实验性睡眠和情绪研究最全面的总结，它提供了强有力的证据，证明长时间清醒、睡眠时间缩短和夜间觉醒会对人类的情绪功能产生不利影响。论文链接：
https://psycnet.apa.org/doiLanding?doi=10.1037%2Fbul0000410

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3100 万公里！NASA将猫咪视频传回了地球

近日，美国国家航空航天局（NASA）从深空传输了一段猫咪 Taters 追逐红色激光点的超高清视频，打破了激光长距离信息传输的纪录，视频传输距离长达 3100 万公里。 这段 15 秒钟的视频由 NASA 的深空光通信（DSOC）实验传送，该实验搭乘了 10 月份发射的 Psyche 飞船，以拦截一颗同名小行星。Taters 的视频是在发射前拍摄并上传到飞船上的。视频还展示了 Psyche 的轨道路径、加利福尼亚州帕洛玛天文台的望远镜穹顶，以及有关激光及其数据传输速率的技术信息。视频是通过激光收发器以近红外波长传输的，从飞船传输到地球需要 101 秒。 DSOC 实验将在为期两年的运行期间向地球发送高带宽测试数据，这也是 NASA 使用激光而非无线电从太空传输信息的长期计划的一部分。这将实现更宽的带宽和更快的数据传输速率，为未来的任务提供复杂的科学信息和高清图像与视频。
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