环球科学：新型脑机接口让患者说话拥有自然语调，甚至...

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　　· 神经科学 ·

　　制造“赛博格”蝌蚪，帮助解开神经发育障碍之谜

　　柔性电极阵列逐步植入青蛙胚胎的示意图。（图片来源：原论文）

　　美国哈佛大学为首的研究团队开发了一种新型柔性电极阵列，可以植入青蛙、小鼠等胚胎的大脑中，用于监测大脑发育过程中的神经活动，且不会对胚胎造成伤害。这种技术未来可能有助于研究和治疗儿童的神经发育障碍，如自闭症谱系障碍。相关研究于近期发表于《自然》（Nature）杂志。

　　由于大脑是复杂的三维结构，直接将电极植入其中可能会在植入过程中造成损伤。因此，研究团队选择在胚胎大脑仍处于二维层状时植入电极。随着胚胎发育，这些干细胞会折叠成三维结构，电子网格也随之折叠，从而将电极分布到整个大脑中，形成所谓的“赛博格胚胎”。他们使用一种更柔软的含氟弹性体材料，这种材料可以拉伸并跟上动态组织的变化。最终制成的柔性电子设备厚度小于1微米，并在青蛙、蝾螈、小鼠的胚胎上做了测试。结果显示，新型电极阵列能够以稳定、连续的方式在发育过程中记录大脑的神经电活动，并且对大脑发育或功能没有明显影响，行为测试（如蝌蚪对物体的回避行为）也未发现异常。这种柔性电子设备可以随着大脑发育而拉伸和适应，非常适合需要长期监测的应用场景，成功解决了在胚胎大脑发育过程中监测神经活动的难题，为未来开发用于儿童神经发育障碍的诊断和治疗技术奠定了基础。（IEEE Spectrum）

　　· 脑机接口 ·

　　新型脑机接口让患者说话拥有自然语调，甚至可以哼歌

　　据《科学》新闻（Science news）报道，最近，一项发表于《自然》（Nature）的研究结合了脑机接口与人工智能（AI）技术，让患者得以用接近正常的语速“开口说话”，甚至能带上语调强调语句，或哼唱简单的旋律。患者是一位47岁的气候活动家，肌萎缩侧索硬化症（ALS）导致他的大脑运动皮层与舌头、嘴唇、喉部肌肉的连接受损，失去了语言能力。

　　研究团队通过捕捉患者尝试朗读屏幕句子时的脑电信号，训练AI算法将神经活动转化为语音波形。通过识别这些语音波形，该系统不仅能实时生成“啊”“哦”“嗯”等语气词和自创词汇，甚至还能生成包括未训练过的词语。利用患者病前的录音，系统还合成了与他原声几乎一致的语音，让交流更显亲切自然。测试表明，患者通过接口的语音清晰度高达60%，远超无接口时的4%，虽然比不上他日常使用的脑-文本系统（准确率98%），但后者无法实现语调变化或实时互动。同时这一技术的语音生成仅需25毫秒，比以往技术快40倍，让真实、自然的对话成为可能。专家指出，这项技术是基于直接解码声音而非固定词汇，因此未来有望适应像汉语这样的声调型语言及各种口音。研究团队正计划启动新临床试验，测试配备1600个电极的升级设备，帮助更多中风或神经退行性疾病患者重获流畅的沟通能力。（Science news）

　　· 微生物学 ·

　　缺少食物时，它们最终选择同类相食

　　视频来源：Glen D'Souza/ASU

　　此前已经有大量研究显示，细菌会互相残杀。但最近发表于《科学》（Science）的一项研究深入了解了细菌互相残杀的细节，他们发现，在营养有限的条件下，细菌会使用一种名为“VI型分泌系统”（T6SS）的特殊武器杀死其他细菌，并缓慢吸收它们的养分。

　　T6SS就像一把弩，细菌会向相邻的细胞发射针状“武器”，从而向相邻细胞注入致命的毒素，使其破裂。传统观点认为，这一机制主要用于细菌间争夺地盘。然而，研究团队观察到在海洋细菌和人类肠道菌群中，装备有T6SS的细菌会在缺乏营养时攻击邻近的细菌，然后摄取它们的养分。研究团队进一步对一些细菌进行了基因编辑，“关闭”了它们的T6SS，结果发现这些细菌无法在营养匮乏的环境中生存，而那些没有经过基因编辑的细菌则繁荣生长。研究团队表示，这种现象在自然界普遍存在，揭示了我们未曾主义道德微生物食物链新环节。（Arizona State University）

　　· 教育 ·

　　女孩数学能力落后或由学校环境引起

　　近日，一项由法国学者领导的大规模研究发现，数学成绩的性别差距在入学四个月后开始显现，并在一年内显著扩大，且这一差距与入学年龄无关。这表明，差距由学校环境引起，而非源于生理或发育差异。

　　尽管已有研究表明婴儿在数感和逻辑能力方面并无性别差异，但在数学领域中，女性比例长期偏低。为探究其成因，法国国家健康与医学研究院（INSERM）的研究人员开展了一项涵盖近三百万名法国学童的大规模研究。该研究基于一个极为庞大的纵向数据集，涵盖了2018年至2021年间法国所有适龄的一年级和二年级儿童（约265万人），每位儿童完成了46项认知测试，研究周期长达四年。结果显示，刚入学时，男女生在数学成绩上的差异几乎可以忽略；然而，入学仅四个月后，男生的表现已开始显著优于女生；至入学一年后，性别差距的效应量达到了约0.20。重要的是，这种趋势在每年的研究样本中均重复出现，且不受地区、学校类型或社会经济背景的影响。研究人员比较了出生时间只相差几天、但入学时间不同的孩子。结果发现：早入学的儿童出现了性别差距，而晚入学的儿童之间则没有差距。因此研究人员得出结论，数学能力的性别差距是在入学后出现的，而非由于年龄差异所致。相关论文6月11日发表于《自然》（Nature）。（《自然》新闻，公众号“环球科学科研圈”）

　　· 材料学 ·

　　我国科学家发现新型 X 型反铁磁体

　　由于内部子晶格贡献的自旋输运性质互相抵消，反铁磁材料通常不具有自旋极化的输运特性，很难实现电子学应用。如果能够有选择性地利用反铁磁体的单个子晶格，就有可能开辟探索新物理现象与发展高性能自旋电子学应用的崭新路径。但传统观点认为，固体材料的宏观性质来源于所有原子的集体贡献，单独选择部分原子加以利用通常是不可行的。近日，中国科学院合肥物质科学研究院研究员邵定夫、杜海峰与合作者通过分析反铁磁体实空间堆叠方式，提出自然界中存在一种具有形状如同英文字母“X”的交叉链结构共线性反铁磁体，即“X型反铁磁体”。相关研究发表于《牛顿》（Newton），并被选为封面论文。

　　通过结构搜索和高通量计算，研究者从材料数据库中筛选出15种潜在的X型反铁磁体候选材料，并根据对称性和结构特征提出了交叉链晶格模型，归纳出X型反铁磁体的三种基本类型。他们还根据理论计算预测，通过选择电场方向，可以在X型反铁磁体中利用特定的子晶格来进行自旋传输。这种前所未有的独特性质允许人们挑选出反铁磁体中特定的子晶格来加以利用，实现传统磁性材料中无法具有的功能属性。这项研究提出的X型反铁磁体，是对70年前发现的G型、A型、C型反铁磁结构家族的重要扩展，其独特的子晶格选择性输运性质，展示了在固体材料中选择利用部分原子的可能性，同时为实现反铁磁自旋电子学高效信息读写和新型器件设计开辟新方向。（中国科学院合肥物质科学研究院）

　　撰写：克里斯、王怡博、二七