据英国《每日邮报》4月12日报道,英国研究人员开发出一种新技术,可助研究人员绘制出大脑神经连接的线路并弄清其主要功能,使揭开大脑之谜、开发出计算机大脑模型的梦想离现实又近了一步。相关论文发表在4月11日的《自然》杂志网站上。
这项研究属于“神经连接组学”(connectomics),是神经科学领域近年来刚刚兴起的一个新兴学科。与基因组学要研究、绘制人体基因图谱类似,神经连接组学的基础是研究和绘制出大脑神经细胞连接(即突触)的图谱,类似于电脑等电子设备中的布线。科学家希望通过绘制出这些线路并弄清其发挥功能的方式,了解大脑产生认知、感觉以及思想的过程和机理,进而为阿尔茨海默病、精神分裂症以及中风等疾病的治疗提供帮助。
然而,对于动物身上最为精密和负责的器官——大脑来说这绝非易事。据了解,在大脑中大约有1000亿个神经元,其中每一个又与数千个其他神经细胞相连,如果这么计算的话,大脑里至少有150万亿个突触。
由伦敦大学学院(UCL)开发的这项技术,通过使用一种高分辨率的成像装置实现了这一目的,并绘制出了小鼠视觉皮层的部分神经连接的“布线图”。
据负责该项研究的汤姆·马斯琪·弗洛格尔博士介绍,他们将注意力集中在了具有数千个神经元和数百万个不同连接的小鼠视觉皮层。通过一个相同的组织切片,研究人员首先利用高分辨率成像技术探测小鼠大脑视觉皮质中神经细胞对特定刺激的反应,然后在一个神经元上施加微电流刺激,并观察通过突触相连的其他神经的反应。如此反复,最终就可以追踪视觉皮质中神经细胞的功能及连接状态。除视觉皮层外,研究人员希望该技术还能帮助他们绘制出大脑中主管触觉、听觉以及运动系统的神经突触线路。
弗洛格尔说:“我们即将揭开神秘复杂的大脑。一旦弄清了位于大脑中不同层次的神经突触的功能和连接方式,我们就能用计算机来对这一世界上最复杂最为精密的器官进行模拟。”但他同时也承认:“要实现这一目的还有大量的工作要做,科学家们为此连续工作若干年后可能才有突破,并且除此之外,一台速度超快运算能力超强的计算机也将是必不可少。”
英国维康信托基金会(Wellcome Trust)神经系统科学及心理健康部负责人约翰·威廉斯说:“理解大脑内部工作原理是科学的终极目标之一。新研究为神经系统科学研究提供了一个重要工具,可以帮助科学家们在对大脑的研究中总揽全局并获得必要的指引。”
据美国物理学家组织网4月11日报道,IBM公司的科学家林育明(音译)等人在4月8日出版的《自然》杂志撰文指出,他们研发出了新的石墨烯晶体管,其截止频率为155GHz(吉赫),比去年2月推出的100GHz石墨烯晶体管的速度增加了50%,而且块头更小。
石墨烯是只有一个碳原子厚度的单层片状结构,可由石墨剥离而成。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种,还非常牢固坚硬。作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快,因此,它有望替代硅作为顶级电子材料来制备速度更快的晶体管。
以前,科学家通过将石墨烯薄层置于一个绝缘衬底(诸如二氧化硅)的上方来制造石墨烯设备,然而,这种衬底会削弱石墨烯的电学性能。现在,IBM公司的科学家找到了办法,将衬底对石墨烯电学性能的影响减至最低。
科学家将一个“类金刚石碳”放置在一个硅晶圆衬底上,制备出了新的石墨烯晶体管。这种“类金刚石碳”是无极性介质,也不会像二氧化硅那样捕获或驱散电荷,因此,新石墨烯晶体管在温度发生改变时(包括像太空中那样的极低温度下),显示出了卓越的稳定性。
IBM表示,这种新的高频石墨烯晶体管将在手机、互联网或雷达等通讯设备领域大展拳脚。而且,现有的制备标准硅设备的技术也可以用于制造新的晶体管,这意味着新石墨烯晶体管可以随时进行商业化生产。
该晶体管的研制是IBM承接的美国国防部高级研究计划局的一项任务的一部分,美国军方希望该研究能有助于他们研发出高性能的无线调频晶体管。
3月24日,由遥感所邵芸研究员承担的国家863计划 “新型成像雷达地下目标探测与隐伏特征提取技术研究”课题顺利通过了科技部组织的验收。3年来,课题组共开展了5次野外调查,采集了大量野外样品,进行了实验室分析,探地雷达的探测验证,充分利用雷达遥感技术对干沙层、干燥盐壳层的穿透能力,探测了被埋藏的罗布泊古湖岸线,对罗布泊“大耳朵“的成因之谜提出了新的见解。
罗布泊位于新疆维吾尔自治区若羌县境内。历史上,它曾是一个烟波浩渺的湖泊,物产丰富,景色秀美,养育了众多文明,包括楼兰、米兰、小河等文明,是丝绸之路的要冲,古代中西方文明交流、多民族交融的重要区域。今天的罗布泊已经彻底干涸,只剩下广袤无边的干涸湖盆,剧烈起伏的盐壳层、风成沉积物和沙漠,没有任何生命迹象,被称为“死亡之海”,地球“旱极”,是中国和亚洲大陆的干旱中心,塔里木盆地的积水积盐中心,其环境演变对于全球变化研究具有重要的指示性意义。上世纪70年代,科学家在遥感图像上发现干涸的罗布泊呈现神奇的耳朵形状,从此,罗布泊“大耳朵”就因其特殊的形态及成因不明而引起了地学界的广泛关注。
课题通过多源雷达遥感图像解译以及极化雷达特征分析,取得以下3点重大科学发现:
(1)在遥感图像上呈现“大耳朵”形状的罗布泊是由于罗布泊古东湖的西半部分为西湖所覆盖,使得原来圈闭的湖岸线被部分切割和掩盖,因此在遥感图像上能看到古东湖的东半部份,故呈现“耳朵”形状。利用雷达遥感技术能够透视风成沉积层和极端干燥盐壳层的能力,发现了埋藏于西湖湖相沉积物之下的古东湖湖岸线,证实了古东湖连续向西延伸的湖岸线的存在,说明西湖(咸淡水混合)是叠加在古东湖(咸水)之上的。这一科学发现表明罗布泊古湖岸线原来是呈圈闭状态的,而不仅仅是“耳朵”状的。
(2)在野外科学考察中,找到了罗布泊古东湖的北部和西部湖岸线,确认了罗布泊的边界,由此推测,罗布泊古东湖分布范围可能远远大于原来测量的5350平方公里,初步测算超过1万平方公里。
(3)罗布泊古东湖的干涸过程可以划分为6期,在雷达图像上表现为明暗相间的6个条带。明条带为高含盐量湖相沉积层,代表了罗布泊较强烈的萎缩,湖面快速缩小,盐分快速结晶析出。暗条带为低含盐量湖相沉积层,代表了罗布泊的相对较弱的萎缩,湖面缩小,但是过程缓慢,依然有西侧的河水、山上的融雪水,进行一定的补给,故含盐量较低,参杂着较多的泥沙质沉积物。上述过程重复出现与持续推进,是罗布泊古湖区越来越小的真实记录,说明在罗布泊逐渐萎缩、干涸的过程中出现了6个期次的湖相沉积环境变迁,代表了至少6个期次的干-湿气候变化,对于干旱地区环境演变研究具有重要意义。
新浪科技讯 北京时间4月12日消息,美国科学家已经研制出利用思维进行控制的电脑,这项突破性成就也许有一天会为那些不会说话或瘫痪人士提供帮助。
测试过程中,试验参与者只要在脑中默念,就能移动显示器上的指针。对那些因为脑损伤或中风而失去语言能力的人来说,这具有重大意义。它能帮助残疾人控制轮椅或机械臂(robotic arm),甚至会彻底改变电脑游戏业。美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学医学院的埃里克·鲁塔德博士说:“最早的一个例子称为‘读心术’,即探测人内心深处的想法,它涉及的范围非常有限。”
鲁塔德利用ECoG技术把参与者的大脑与电脑连接在一起。他们把电极植入到这些人的大脑里,记录大脑的电活动。以前人们利用这项技术确定导致癫痫的大脑区域,并研究出有效的治疗方法。研究人员对4名年龄在36岁到48岁的患者进行研究。在检测过程中,电极发出的信号被接收到,并被记录在电脑上。这项研究成果发表在《神经工程学》杂志上,试验期间参与者都坐在电脑显示器前,通过说或者想事先确定的词来移动一个指针。例如,词“啊”是让指针右转,其他词“咿”和“哦”是让指针向上、向下和向左转。
研究人员表示,参与者很快就能熟练控制电脑,不用进行太多培训。他们希望以后能把植入物永久性植入到患者大脑,帮助他们与人交流,甚至利用电脑了解他们的想法。鲁塔德说:“我们不仅希望借助这项技术发现你的内心深处何时说了狗、树、工具或其他词,而且很想了解你的真正想法。读心术是一项令人既兴奋,又害怕的技术,但是它对那些无法与人交流和存在其他残疾的人来说,具有巨大潜能。”
过去10年间科学家已经开发了很多通过思维或脑机接口控制的电子设备。该技术曾被用来控制轮椅、电视遥控器和语音合成器。大约50%的美国截肢患者配备了由思想控制的义肢。今年2月,美国医生公布了最新版本的义肢,它通过改变大脑信号的传输路线,避开受损神经,利用完好无损的健全肌肉发送信号。佩戴者能通过思维把拇指和食指并拢在一起、抬起前臂和弯曲肘关节。(新浪科技讯 北京时间4月12日消息,美国科学家已经研制出利用思维进行控制的电脑,这项突破性成就也许有一天会为那些不会说话或瘫痪人士提供帮助。
测试过程中,试验参与者只要在脑中默念,就能移动显示器上的指针。对那些因为脑损伤或中风而失去语言能力的人来说,这具有重大意义。它能帮助残疾人控制轮椅或机械臂(robotic arm),甚至会彻底改变电脑游戏业。美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学医学院的埃里克·鲁塔德博士说:“最早的一个例子称为‘读心术’,即探测人内心深处的想法,它涉及的范围非常有限。”
鲁塔德利用ECoG技术把参与者的大脑与电脑连接在一起。他们把电极植入到这些人的大脑里,记录大脑的电活动。以前人们利用这项技术确定导致癫痫的大脑区域,并研究出有效的治疗方法。研究人员对4名年龄在36岁到48岁的患者进行研究。在检测过程中,电极发出的信号被接收到,并被记录在电脑上。这项研究成果发表在《神经工程学》杂志上,试验期间参与者都坐在电脑显示器前,通过说或者想事先确定的词来移动一个指针。例如,词“啊”是让指针右转,其他词“咿”和“哦”是让指针向上、向下和向左转。
研究人员表示,参与者很快就能熟练控制电脑,不用进行太多培训。他们希望以后能把植入物永久性植入到患者大脑,帮助他们与人交流,甚至利用电脑了解他们的想法。鲁塔德说:“我们不仅希望借助这项技术发现你的内心深处何时说了狗、树、工具或其他词,而且很想了解你的真正想法。读心术是一项令人既兴奋,又害怕的技术,但是它对那些无法与人交流和存在其他残疾的人来说,具有巨大潜能。”
过去10年间科学家已经开发了很多通过思维或脑机接口控制的电子设备。该技术曾被用来控制轮椅、电视遥控器和语音合成器。大约50%的美国截肢患者配备了由思想控制的义肢。今年2月,美国医生公布了最新版本的义肢,它通过改变大脑信号的传输路线,避开受损神经,利用完好无损的健全肌肉发送信号。佩戴者能通过思维把拇指和食指并拢在一起、抬起前臂和弯曲肘关节。
虽然“薛定谔的猫”只存在于理论中,现实里找不到一只死活并存的猫,但科学家却在实验室里造出了它的小兄弟“分子章鱼”。据美国物理学家组织网4月6日(北京时间)报道,瑞士和美国的一个跨学科联合小组在维也纳大学演示了由430个原子组成的有机大分子的量子效应,在证明纳米粒子量子属性方面创造了新纪录。
物质的波动性是量子物理学的关键,表示粒子失去了传统意义上的定域性,量子波函数能同时扩展到一个大的领域。在形式上,这种状态就类似于一只猫同时处于死活两种状态,这种状态也称为“叠加”。在这一问题上,维也纳大学马库斯·安特和他的研究小组在量子物理法则以内创造了新纪录。
有机大分子是该实验的研究对象。然而,大部分有机复合物稳定性都很差,许多分子在准备热粒子束的过程中就会断裂,这是实验的最大挑战。安特和瑞士巴塞尔大学马修·迈尔研究小组、美国特拉华杜邦发展研究中心的鲍尔·法根共同合作,利用裁剪特制的分子解决了不稳定性难题,合成的有机大分子复合物,能够挺过关键的蒸发过程。
从分子形状来看,将有机大分子称为“分子章鱼”很合适。在大小、质量和复杂性上相当于胰岛素分子,大小达到了60埃,原子量为6910,内部自由度超过1000,具有经典物体的许多性质。尽管如此,它们在实验中仍清晰地出现在不同位置。这正是经典物理学中不可能出现的“薛定谔的猫”的状态。研究人员用干涉仪研究了不断增加分子尺寸的各种量子效应和在各种位置的叠加。
研究人员指出,新实验将分子作为一个整体,集中研究其物质运动中心的波演化,这才是纯粹的德布罗意相干。实验证明了物质的波动性和复杂有机分子的非定域作用,只要将分子充分与周围环境隔离以避免退相干,就能显示出几乎完美的量子相干。