破解恐龍滅絕之謎的“彩虹元素”

  銥的英文名 Iridium 來源於彩虹女神,寓意美好。古希臘傳說中,女神 Iris 是彩虹的化身,她作為人和神之間的中介者,向普羅大眾傳達天神的旨意。化學元素銥沒有辜負她的名字,它向我們講述了多彩的世界、稀缺的資源和脆弱的地球生態圈,而這一切都值得我們倍加珍惜。


圖源:uwaterloo.ca

  撰文:李研

  銥是一種十分稀有的貴金屬,我們在日常生活中接觸銥的機會不多,但很多人或許對“銥”的名字並不陌生,這可能源於知名度很高的“銥星計劃”。


“銥星計劃”示意圖。圖源:satphonecity.com

  “銥星計劃”想要解決的是現代人的一大痛點:手機沒信號。人們曾設想,如果在地球的 7 條軌道上均勻地分佈着 11 顆衛星,那麼這些衛星就可以覆蓋全球,用戶用手機直接連通衛星就可以進行全球範圍內的通訊,而無需直徑只有幾米拋物面的地面基站。這樣即使我們在深山老林、天涯海角也不用發愁手機沒有信號了。

  之所以被稱為“銥星計劃”,是因為銥的原子序數為 77,核外有 77 個电子,這好比計劃中的 77 顆衛星圍繞地球旋轉。後來經過進一步計算,發現其實 6 條軌道就夠了,也就是說衛星總數減為 66 顆。然而核外有 66 個电子的元素是“鏑”,鏑的英文 Dysprosium 來源於希臘語“Dysprositos”,意為“難以獲取”,以此命名顯得太過負面。而銥的英文名 Iridium 則來源於彩虹女神,寓意美好,所以“銥星計劃”的名字至今仍然沿用。

  銥(Ir)的名字雖然取自古希臘的女神,但它可是化學元素中的“硬漢”。金屬銥呈銀白色,熔點非常高,質地也非常硬。而且銥的密度很大,以X射線晶體結構分析試驗測出的密度為 22.56 g/cm3,僅比密度排名第一的鋨(Os)金屬低 0.03 g/cm3,比我們常見的重金屬鉛(Pb)高出一倍之多。

  銥耐腐蝕性極好。和貴金屬釕(Ru)類似,它也是在鉑礦石經王水(濃硝酸和濃鹽酸的混合)“洗禮”后,留下黑色的殘渣中發現的。當時人們普遍認為這些黑色殘渣是石墨。然而,英國人史密森·特南特(Smithson Tennant)對此卻持懷疑態度,他對殘渣的成分進行了深入的研究。既然這種殘渣不溶於王水這樣的強氧化劑,他就嘗試用強鹼和強酸反覆處理,並於 1803 在其中提取出銥(Ir)和鋨(Os)兩種新元素。

  這兩種元素的命名來源很有趣。銥的名字取自彩虹女神 Iris ,很可能是由於銥的氧化物在水中析出時呈現出非常豐富的顏色變化。因為鋨的氧化物有令人不快的刺激性氣味,坦南特稱這種元素為“Osmium”,源自希臘語的“臭味(Osme)”。 

  稀有而貴重

  銥很可能是地球上最稀有的元素,在地殼中含量只有千萬分之一,常與其他鉑族元素一起分散於衝擊礦床和沙積礦床的礦石中。一些科學家相信,銥在整個地球的含量比在地殼中的含量高很多,只不過由於銥的密度大,又具有親鐵性,所以在地球仍處於熔融狀態時,就已經沉到地球的內核了。


各種元素在地殼中的丰度。圖源:維基百科

  雖然銥十分稀有而貴重,但在現代科技所需的極端條件下,特別是對机械強度和耐腐蝕、耐高溫要求很高的領域,還是離不開銥元素。

  銥在高端發動機的火花塞中一直是不可或缺的。鎳銅等其他金屬製作的普通火花塞和銥金火花塞性能差距很大,普通火花塞的壽命在 3 萬公里左右就需要更換,而銥金火花塞則可以達到 6 萬~10 萬公里,主要用於高檔轎車、賽車和飛機的發動機中。

  銥還被用於製作科學實驗儀器,例如坩堝、熱電偶、電阻線和電極等。銥的高溫抗氧化性和熱電性能,使得銥/銥銠熱電偶成為唯一能在大氣中測量達 2100℃ 高溫的測溫材料,而銥坩堝能在 2100~2200℃ 工作幾千小時,多用於生長難熔的氧化物晶體,是重要的貴金屬實驗器皿。

  和其他鉑族金屬合金一樣,銥離子也有形成配合物的強烈傾向。隨着配體所處的化學環境變化,化合物可以呈現出非常豐富的顏色。因為銥磷光配合物具有良好的發光性能,而且能夠實現一個較大波長範圍內的變化,所以可以用於構建新型發光探針,標記細胞的微細結構,在生物和醫療領域有着廣闊的應用前景。此外,銥金屬能牢固吸附有機物,有機化合物中的銥可以在 +2,+4 和 +6 等多個價態之間轉換,所以在銥在催化劑材料中也有廣泛使用。

  銥還是一個很重要的合金化材料,可以用來增強其他金屬的硬度。它與鉑形成的合金(10% 的 Ir 和 90% 的 Pt),因膨脹係數極小,常被用於製造國際標準米尺,著名的世界千克原器也是由鉑銥合金製作的。


國際千克原器(複製品)。圖源:wikipedia

  由於銥資源的稀缺,人們歷來重視對它的回收利用。在富含鉛、銠、銥、鋨、釕的混合物殘渣中,經過一系列浸出、煅燒、熔融、蒸餾、溶解等過程,可重新獲得銥粉。

  隨着科學技術的進步,人們也在試圖減少對銥的依賴。一個經典的例子是,銥早期被用來製作鋼筆的筆尖,但鋼筆越來越普及而貴金屬來源卻非常有限,所以現在的鋼筆尖已基本被更廉價的鉻、鎢等其他金屬合金取代。

  開發少銥甚至無銥的催化劑也是目前電催化劑領域的研究熱點。析氧反應(OER)在水裂解和金屬空氣電池中意義重大。酸性電解池中進行電催化反應具有更高的傳質速度、產物純度以及效率等優勢,但銥是在酸性 OER 條件下唯一可以保持穩定的金屬。為了降低 OER 的成本,商用的 OER 催化劑普遍使用 IrO2 或 Ir/C代替純銥。

  科學家還發現,電催化反應是一個表面反應,可以將銥金屬盡可能地集中在納米催化劑的外層,或摻雜在特殊的晶體結構中,在提升反應活性的同時,近一步降低銥的用量。

  事實上,釕(Ru)的地球儲量更豐富,也更廉價。但 RuO2 在酸性 OER 條件下不穩定。2019 年,中國科學技術大學的科研團隊利用表面缺陷工程技術捕獲和穩定單原子的方法成功製備了 Ru 單原子合金催化劑,並在酸性 OER 中獲得了更好的活性和抗過氧化能力,這為突破電催化能源轉化反應的發展瓶頸提供了新的思路。

  破解恐龍滅絕之謎

  值得一提的是,銥雖然在地球上可能是最稀缺的元素,平均質量比例只有百萬分之 0.001,但在宇宙中的一些隕石里含量卻比較豐富,可以達到百萬分之 0.5 以上。這一差距使得銥元素為科學家尋找恐龍滅絕的原因提供了重要線索。


宇宙中的很多隕石富含銥元素。圖源:DOI : 10.1002/chem.201804692

  白堊紀後期,火山活動極為頻繁,地球上海陸分佈急劇變化,動物界也在白堊紀末發生重大變化,曾一度在地表佔據統治地位的恐龍在此時滅絕。這一切的起因,究竟在地球內部,還是來自地外天體的撞擊?


白堊紀恐龍滅絕事件。圖源:Wikimedia Commons

  由於缺乏堅實的證據,這一問題在科學界長期以來都有爭論。20 世紀 80 年代,以物理學家路易斯·阿爾瓦雷茨(Luis Walter Alvarez)和他的兒子為首的科研團隊走進古生物學領域,他們發現在 6600 萬年前,也就是白堊紀到古近紀交界的地層中,黏土中銥的含量異常的高。這表明那時的地球很可能遭受過外來天體的撞擊。

  後來,人們在中美洲尤卡坦半島地底的確發現了約 6600 萬年前形成的大型撞擊坑,並在坑的周圍找到了高含量的銥,和只有在高溫高壓下才能形成的衝擊石英。在這些強烈證據的支持下,巨大的“天外來客”撞擊導致包括恐龍在內的白堊紀大滅絕成為目前科學界公認的理論。


彩虹女神 Iris。圖源:wikimedia.org

  古希臘傳說中,女神 Iris 是彩虹的化身,她作為人和神之間的中介者,向普羅大眾傳達天神的旨意。化學元素銥沒有辜負她的名字,它向我們講述了多彩的世界、稀缺的資源和脆弱的地球生態圈,而這一切都值得我們倍加珍惜。 

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我國雲計算髮展仍然落後發達國家

  近日,國務院發展研究中心國際技術經濟研究所在“中國智能化轉型與技術創新高層研討會”上,權威發布了《中國雲計算產業發展與應用白皮書》(以下簡稱“白皮書”),白皮書通過詳盡的數據介紹了當前國際和國內雲計算產業發展的概況,並分析了未來發展趨勢,對我國雲計算產業的發展具有重要的參考意義。

  一、“5G+ 雲 +AI”成為数字經濟驅動新引擎

  白皮書中提到,當前處於五次產業周期的第五周期——ICT 技術加速應用階段,在這一階段中,“5G+ 雲 +AI”成為数字經濟的重要賦能技術。

  “5G+ 雲 +AI”三者彼此間緊密融合,會形成飛輪效應,釋放出巨大能量。正如白皮書中寫到的“如果將 5G 連接比作無處不在的空氣,那雲計算資源就相當於陽光,持續賦能,人工智能則如雨霧,廣泛滲透。”

  “5G+ 雲 +AI”已經給我們的社會生活帶來的深刻影響,未來三者的融合發展模式將進一步加強現實世界與数字世界的互動互促,創造“智能製造”“智能網聯車”“智慧城市”等潛力巨大的数字經濟產業,成為我國数字經濟發展的重要引擎。因此,進一步推動雲計算、5G 等信息基礎設施建設,是我國数字經濟邁向新台階的必由之路。

  二、我國雲計算髮展仍然落後,仍有較大增長空間

  白皮書中提到,我國雲計算的發展程度和發達國家還有較大差距。例如,與美國相比,2018 年中國雲計算市場規模僅相當於美國雲計算市場的8% 左右,這與同期中國 GDP 約佔美國 GDP 的 66% 的現狀差別顯著,我國雲計算產業仍有較大增長空間。

  結合白皮書來看,筆者認為我國雲計算產業的發展有以下三個特點

  1、雲計算髮展和經濟發展有密切的聯繫

  2、互聯網行業目前還是雲計算的主力。此外在交通物流、金融、電信、能源等其他行業,雲計算也被得到較為廣泛的應用。

  3、雲計算是推動 IT 產業發展最好的方式,而芯片是重中之重,“芯雲協同”是關鍵制約因素。

  白皮書詳細地介紹了上游核心硬件,中游 IT 基礎設備,下游雲生態的情況,結合當前產業發展狀況並參考白皮書內容,不難分析出——想要推動我國 IT 產業發展,雲計算和自主芯片的研發是重中之重。原因有以下兩點

  • 雲的底層是服務器,服務器的關鍵在芯片。

  數據显示,在我國雲計算市場中,主要雲服務提供商的計算、網絡和存儲資源中,絕大多數設備的芯片來自於國外企業。隨着全球电子製造業的轉移以及雲計算產業的發展,中國已經成為全球最大的半導體市場,也成為增長最快的雲計算市場之一。由於國際競爭局勢日趨複雜,貿易摩擦加劇,發達國家已經將禁止芯片技術和產品出口作為遏制競爭對手發展的重要工具。

  因此,無論從积極應對新技術競爭,還是從保障國家安全的角度,中國雲計算芯片產業勢必要加大研發力度,力爭核心芯片不出現受制於人的情況。否則,我國的雲計算從根基上將受制於人,5G 和 AI 也將成為空中樓閣。

  • 雲計算的特性決定了只要有足夠大的規模,就可以支撐持續創新,最終達到完全自研的目標

  一些雲計算廠商近年的動作就反映了這一趨勢,比如像 HAT(華為、阿里、騰訊)這樣的頭部廠商,目前都在研發芯片、服務器,特別是華為在自主技術的研发上已經取得了矚目的成就。

  三、雲計算全產業鏈端到端能力成為我國雲計算髮展的關鍵制約因素

  從我國雲計算髮展的現狀來看,端到端的能力是雲計算髮展的關鍵制約因素。結合白皮書中的數據,這裏簡單分析下國內頭部的雲計算廠商 HAT(華為、阿里、騰訊)從芯片研發到應用服務的端到端能力。

  芯片研發能力

  在服務器芯片方面,HAT 三者中只有華為有生產環境可用的產品,即華為鯤鵬 920;阿里雖然有平頭哥半導體科技有限公司,但是目前發布的主要是 AI 芯片;騰訊目前還沒有發布過服務器芯片。

  服務器和網絡設備能力

  華為目前有整機的製造能力,並且在國內市場出貨量名列前茅;阿里雲雖然有神龍服務器,但是是由其他廠商定製,並且只是自己使用;騰訊雲的黑石服務器也一樣僅限自己使用。另外,華為還有網絡設備的製造、銷售、服務能力。

  雲基礎平台

  • 2019 年,華為雲發布鯤鵬雲服務和解決方案,鯤鵬雲服務聚合華為自研的芯片和硬件設備、支持多款國產服務器操作系統。
  • 2013 年,阿里雲自主研發了大規模分佈式計算平台“飛天”。2019 年,阿里雲發布了基於飛騰 CPU 平台的阿里專有雲安可敏捷標準雲計算平台。
  • 2019 年,騰訊雲發布基於飛騰硬件平台的騰訊雲 TStack。

  儘管都有各自的雲計算平台,但 HAT 中只有華為擁有從硬件到系統的全面解決方案。

  數據庫

  • HAT 目前都有自研的數據庫,並且各有所長,在功能和性能上都有獨到之處。
  • 騰訊雲自研數據為 CynosDB,根據 Gartner 發布的相關報告显示,騰訊雲數據庫增速達到 123%。
  • 華為推出了分佈式數據庫 GaussDB,採用 MPP(Massive Parallel50Processing)架構,支持行存儲與列存儲,提供了 PB( Petabyte)級別數據量的處理能力。
  • 阿里雲的國產數據庫平台 OceanBase 已在 Github 開源,獲得海內外開發者關注。不久之前,TPC-C 基準測試中,還獲得了全球第一。

  雲原生

  • 雲原生是雲計算髮展的必然趨勢,HAT 目前都有雲原生解決方案。
  • 華為雲在 2015 年將雲原生列入戰略技術投資範圍,2019 年,華為推出 KubeEdge 1.0,支持以 GPU,FPGA 和 ARM 為代表的異構計算,為雲上和邊緣提供計算資源。
  • 2019 年阿里雲發布了邊緣容器和雲原生應用管理與交付體系,邊緣容器可實現雲、邊、端一體化的應用分發,支持不同系統架構和網絡狀況下應用的分發和生命周期管理。
  • 騰訊雲也發布了適用於企業不同場景的雲原生技術產品,包括企業級容器服務平台 TKE、容器服務網格、 Serverless 2.0、一站式 DevOps。

  整體來看,國內廠商中,只有阿里和華為具備芯雲協同能力,只有華為有全產業鏈的能力,在對雲的理解以及對技術的積累上它們也都形成了各自的獨到之處。

  四、總結:持續進行研發投入,做實基礎才能被市場認可

  儘管與發達國家還有較大差距,但我國雲計算的發展面臨的機遇也是前所未有的。當前,我國經濟發展進入新常態,產業升級、供給側改革不斷深化,企業面臨尋找業務、發展新驅動力的任務,数字化轉型需求日益迫切。

  雲計算作為重要支撐環節,其自主研發已成為中國加速進入新数字經濟周期、促進各產業發展、維護國家網絡信息安全的迫切需要,而從芯片、IT 硬件設備到雲生態系統的核心技術自主研發,更成為保障我國雲計算產業長遠可持續發展的必由路徑。雲計算廠商需要持續加強研發水平,才能高質量發展,佔領市場頭部地位。在一系列政策的扶持下,在像華為這樣勇於投入研發的企業領頭下,推進產學研用協同攻關,就可以不斷加強我國雲計算的能力,從而形成 5G+ 雲 +AI 齊頭並進的格局,最終達到世界先進水平。

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宇宙中磁性最強的天體又起新爭議

  1.

  對於我們而言,夜空中那些閃爍的繁星似乎是永恆存在的。然而,就像地球上的生命一樣,恆星也有其生命周期。那些比太陽質量大 8 倍的恆星,會在超新星爆炸中結束生命,並留下兩個產物:中子星(質量更大的會形成黑洞)和超新星遺迹。由於這兩個物體都有一個共同的起源,並且是在一次爆炸中產生的,因此一同研究它們將有助於更好地理解這些物體及其起源。

  中子星隱藏着許多的秘密,它們並非都一樣,有的中子星非常難以描述。有一些中子星具有很強的磁場,被稱為脈衝星,會向空中釋放出強烈的光束。有的則擁有比正常高出很多倍的磁場——是太陽磁場強度的千萬億倍。這些高度磁化的中子星會釋放出無可估量的X射線伽馬射線,它們就是磁星。目前,天文學家在銀河系、大麥哲倫星系、小麥哲倫星系中發現了大約 30 個磁星和磁星的候選。

  一直以來,研究人員都在為這些磁場是如何形成而苦思冥想,爭論不休。最近,一項關於磁星的新研究所得到的結果似乎可以將一個廣受支持的理論排除在外。

  2.

  一開始,天文學家認為磁星是在超新星爆發的過程中獲得磁場的。當一顆中子星在最初形成時,如果它開始以每秒 1000 轉的速度快速地旋轉,那麼它就有可能引發劇烈的內部運動,從而在一種所謂的“發電機效應”下放大磁場。

  多年來,也有其他機制被相繼提出,但發電機模型仍然是最受歡迎的。2006 年,天體物理學家Jacco Vink將產生磁星的爆炸與產生普通中子星的爆炸進行了比較。他發現這兩種超新星爆炸所釋放的能量規模差不多,而根據發電機模型的預測,產生磁星的爆炸應該比典型的超新星爆炸能量更高。Vink 的這一發現讓一些科學家倍感驚訝。

  如果事實真如 Vink 所發現的那樣,那麼發電機模型就無法解釋磁星的產生。那還有怎樣的過程可能產生磁星呢?另一個主要的觀點認為,並非所有的普通恆星都具有相同的磁場強度,也許磁星只是那些本身就具有特彆強的磁場的恆星所遺留下的最終產物。天體物理學家稱之為“化石場”模型,即磁星的磁場是原恆星磁場的遺迹,或者說是化石。

  然而,這些都只能算是合理的想法,天體物理學家們卻無法確認它們的正確性。

  3.

  最近,阿姆斯特丹大學天體物理學家Ping Zhou與 Vink 等人進行了一項新的研究,他們通過分析最初產生磁星的超新星遺迹,來確定磁星與其他的差異。

  如果一顆磁場超大的大質量恆星坍縮,它的超新星看起來應與普通超新星差不多。但是,通過發電機效應產生的磁星應該來自超大質量的恆星。這些巨型恆星會產生具有獨特元素特徵的超新星遺迹。


超新星殘骸 R103 的中心是一顆磁星。圖片來源:NASA/CXC/University of Amsterdam

  研究人員先從 10 個已知包含磁星的超新星遺迹開始。他們檢查了其中能發射出足夠的X射線輻射的 3 顆星體,對它們的輻射進行了詳細的分析。接着,研究小組將每一顆超新星殘骸分割成小塊,明亮區域的被分成更小的塊(因為這些區域會釋放出大量輻射),以此最大化從中能獲得的細節;較暗的區域被分成較大的塊。

  研究小組從每一塊都提取出那裡的氣體元素的構成信息,這種方法使它們得到了一幅關於超新星殘骸組成的更精確圖像。據他們估計,這些超新星來自於質量是太陽 10 到 20 倍的恆星——這意味着它們的質量比發電機模型所預測的產生磁星所需的質量要小得多。

  他們還發現,這些超新星的能量與典型的超新星相似,並沒有如發電機模型預測的那樣更高。有天體物理學家認為,Zhou 和 Vink 的發現為支持化石場模型提供了一個很好的故事。

  4.

  雖然就目前證據來看,發電機模型似乎已徘徊在“出局”的邊緣,但研究人員慎重地表示,這個問題並沒有得到解決。Zhou 指出,雖然他們的發現更多地支持了化石場模型,但這並不代表他們已經確認可以排除發電機模型。其中一個挑戰便是樣本不足,天文學家只知道 10 個有超新星遺迹的磁星,而這其中又只有 3 個具有足夠的亮度可供詳細研究。

  即使研究人員最終確定化石場模型可以解釋磁星的產生機制,這個故事也仍不完整。到那時,關於磁星的另一個問題又會應運而生:為什麼有的普通恆星可以擁有極高的磁場?而關於這個問題,類似的爭論也在繼續……

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擁有超級記憶力就能成學霸?不!你可能會生不如死

  在知乎問答,有這麼一個問題“得了超憶症是什麼感覺?”底下很多答案都是用親身經歷回答的。有的答主描述自己能在一周內背下一本六級英文字典;有的答主稱自己能過目不忘,看一遍書便能全部記住等等。

  然而,超憶症其實非常罕見。美國一項研究指出,目前全世界約有 80 個,低於答主的數量。

  最引人關注的是,那些擁有神奇超能力的超憶症患者生活得並不如意。因為他們會不自主地記下各種雞毛蒜皮的細節,使其精神備受折磨。那麼,超憶症究竟是怎麼回事?我們正常人的遺忘機制是怎樣的、有什麼意義呢? 

  01

  吉爾·普萊斯(Jill Price),於 1965 年 12 月 30 日在美國紐約出生。當她剛滿 5 歲時,全家人搬到了新澤西。才在那裡住了 3 年,8 歲的吉爾又隨着家人搬到其他的地方。為了記住生活中的美好事物,她養成了寫日記的習慣。俗話說好記性不如爛筆頭,吉爾的記憶力也因此越來越好。可是突然有一天,她發現自己的記憶力似乎好到過了頭。她能像錄像機一樣記錄自己每天干了什麼。

  不費吹灰之力,她就能會記住她聽過的,看過的,經歷過的事情,而且它們會自動保存在大腦中,隨時隨地都能提取出來。


吉爾·普萊斯(Jill Price)一開始,吉爾還以為大家都是這樣的,等長大后才意識到別人並沒有這樣超強的記憶能力

   對大多數人來說,我們沒有辦法記住每一天具體的生活。試想一下,你還記得自己周末都做了什麼嗎?很多人會大腦一片空白,像是什麼也沒發生過一樣。每當我們懊惱記性的時候,便會渴望自己能擁有叮噹貓的記憶麵包。 

  看到這裏,你可能以為要是能擁有吉爾這樣的記憶力,就再也不用怕考試了。然而吉爾的考試能力並沒有比一般人更強,有時甚至表現得更差。比如當看到一道題的時候,她的腦子里卻因為裝了太多的東西,回憶出一大堆不相關的東西。  

  誰能想到,讓我們羡慕的超強記憶力,帶給她更多的是困擾。根據吉爾的自述,她的大腦時常會控制不住地閃回過去的回憶。

  每當想起那些讓自己悲傷的東西時,吉爾就會陷入無盡的痛苦當中。她常常因為回憶往事而影響工作,嚴重時還會導致失眠多夢,精神萎靡不振。 

  等到吉爾 34 歲時,她終於忍受不住這種痛苦的折磨了,便寫了封郵件給加利福尼亞大學的詹姆斯·麥克高(James McGaugh)教授,一位美國研究記憶力的神經科學家。 


詹姆斯·麥克高

  郵件的內容是說自己的記憶力似乎出了某些問題,並毫無誇張地稱自己能回憶起 12 歲以來每一天的生活,以及自己備受的折磨。 

  她的種種經歷,引起了麥克高的注意。他立馬邀請吉爾前往實驗室進行研究測試。

  結果發現,只要他隨機說出過去的一個時間點,她便能脫口而出當天發生過的事情或是新聞頭條,並且正確率幾乎能達到了 100%。後來麥克高成為了首位提出“超憶症”現象的科學家。 

  02 

  自從吉爾的事迹被曝光后,美國威斯康星州 51 歲男子布拉德·威廉斯也和麥克高取得了聯繫。他也是從小時候開始,就擁有超強的記憶力。

  他能清楚地記住過去一生中每天發生的任何大小事情。由於他回憶某些事件的速度,比別人通過搜索引擎“谷歌”搜索的速度還要快,因此布拉德也被人稱做是“人體谷歌”。 

  但與吉爾一樣,他並沒有比普通人聰明多少,甚至會顯得更加笨拙。雖然他們能把生命中的事發生的時間、地點和經過等等重複提取出來,但他有時候卻弄不清一些複雜句子的含義。 

  伴隨着研究的深入,科學家發現“超憶症”的記憶都是高度自我中心化的。所以,這種現象又被稱為“高度發達的自傳性記憶”(Highly superior autobiographical memory,HSAM)。 

  他們像是寫自傳一樣,記住自己生活的每一個細節,但對其他事件的記憶力水平就跟平常人沒什麼不同了。很多時候他們也會跟正常人一樣出現虛假記憶等等。

  那麼,為什麼這些人會對自己的生活擁有超強的記憶力呢?圍繞着這個問題,很多研究者展開了激烈的研究。一名叫 Gary Marcu 的心理學家,通過走訪包括吉爾在內的多個超憶者患者,給出了自己的假設: 

他認為這些超憶者可能並不是記憶力超群,只是他們極度痴迷自己的過去,才會讓他們對過去格外熟知。原因在於,他發現這些幾乎所有超憶者都患有不同程度的強迫症。比如吉爾的工作就是學校的管理員,她每天都會把所有文件管理得井然有序才肯作罷。 

  又比如就有一位超憶者 Bob Petrella 直接表達出了自己對自我記憶的痴迷。除了努力記住自己的每一天以外,他還會把這些記憶都記錄在案,經常拿出來回顧、總結。 

  有沒有可能是這些超憶者把自己的記憶當成了整理的對象,每天強迫自己在大腦里不斷整理、重複過去每一天的回憶?由此看來,這也並不是完全不可能。

  不過,超憶者患者並不同意這一觀點,畢竟他們常常情不自禁地陷入超強記憶力所帶來的痛苦之中,誰願意整天沒事去回憶那些瑣碎無用的事呢? 

  加利福尼亞州歐文分校的克雷格·斯塔克(Craig Stark)則提出了另一種研究思路。他認為超憶症群體有着比常人在還原事件的細節上表現得更好。 

  對我們來說,當事件發生一個月後,我們就會變得模糊不清了。但超憶症患者的記憶就卻還能像剛開始發生過一樣猶新。這是否意味他們大腦存儲信息的某些機制跟常人不同呢? 

  然而令人失望的是,腦部掃描显示他們的大腦並沒有特別的地方。他們既沒有多餘的腦恭弘=叶 恭弘,也沒有類似第三腦半球這樣的組織。儘管如此,研究發現他們的腦前額恭弘=叶 恭弘和海馬體之間的腦迴路會相對發達。 

  可對我們而言,反覆提取記憶也會有助於在腦中形成更有效的神經網絡。所以,這也有可能是他們超強記憶力所導致的結果,並不是產生的原因。 

  迄今為止,全球只有 80 人有類似的狀況,但具體的發病原因仍在進一步研究中。但巧合的是,這些人也都有類似強迫症的癥狀:收集東西、排列東西、潔癖、恐懼症、癔症等等。這也是為什麼說記憶力好過了頭也並不是件好事。 

  03 

  不過,對我們大多數人來說,想記卻記不得東西仍舊是一件很難受的事情。

  中學時期,我們就知道了德國心理學家艾賓浩斯(H.Ebbinghaus)研究發現了人類大腦對新事物遺忘的規律,所作的圖像被稱為艾賓浩斯記憶曲線。 

  根據這一曲線我們可以了解到,信息輸入大腦後,遺忘也就隨之開始了。遺忘率隨時間的流逝而先快后慢,特別是在剛剛識記的短時間里,遺忘最快。 

  那麼,我們人類為什麼需要遺忘呢?換言之,遺忘對人類有什麼意義呢? 很長一段時間以來,科學家認為遺忘是一個被動的過程。那些你平時沒有使用的記憶,就會主動消失。可在過去的十年裡,越來越多的證據表明,記憶的丟失並不是一個被動的過程。 

  相反,遺忘更像是一種主動的過程,我們的大腦在不停地遺忘。對絕大多數動物而言,遺忘是大腦預設的功能。 


果蠅腦中兩個桿狀的蕈形體,它是昆蟲大腦中儲存嗅覺和其他感官記憶的緻密神經元網絡

  2012 年,美國斯克利普斯研究所的神經科學家 Ron Davis 就通過一個實驗,發現了果蠅主動遺忘的證據。他當時研究的是記憶在果蠅蕈形體中形成的複雜過程,尤其是與這些結構相連的多巴胺分泌神經元會產生哪些影響。

  他們讓轉基因果蠅對特定氣味和電擊形成條件反射,訓練它們躲避這類氣味。緊接着,他們激活了果蠅腦中的多巴胺能神經元,並觀察到果蠅很快就忘記了上述條件反射;當阻斷多巴胺能神經元時,反倒能將記憶保存在果蠅的大腦里。

  因此研究者認為,多巴胺作為一種神經遞質,它不僅對記憶形成有一定作用,也是遺忘產生的必要元素之一。 

  進一步研究后,他們發現果蠅體內的多巴胺能神經元能保持長時間活躍。這使得它們不斷忘記那些已經學到的信息。 

  到了 2017 年,科學家正式確認了一種主動遺忘的機制,稱為本質性遺忘。這種機制牽涉到大腦內部的一部分特定細胞,並且暫時將這些細胞叫做為遺忘細胞。它們可以分解記憶細胞中的印跡。

  與果蠅類似,我們體內多巴胺也扮演着雙重角色,它既有助於記憶形成又會導致遺忘。在一段新記憶形成之後,以多巴胺為基礎的遺忘機制就會開始擦除它。

  之所以會出現這種擦除現象,是因為細胞使那些創造了記憶印跡的結構進行反轉。這是因為,細胞的自然傾向就是要回到它們習得記憶之前的狀態,除非大腦認為這段記憶很重要,有必要保留。

  在這之後,這類記憶印跡就通過某種鞏固過程保留了下來,最終在記住和遺忘狀態之間保持一種平衡。

  簡單地理解就是,當這種預設模式遇到了一些值得長期記憶的信息的時候,才會告訴大腦忽略遺忘過程。從這個意義上來說,如果大腦不會遺忘,那麼我們根本就不會有真正好的記憶。畢竟與記不得東西帶來的難受相比,忘不掉無用的東西才是真正的折磨。 

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AMD第三季度凈利潤1.2億美元 同比增長18%

  騰訊科技訊,據外電報道,AMD 周二發布了 2019 財年第三季度財報。報告显示,AMD 第三季度營收為 18.0 億美元,同比增長9%;凈利潤為 1.2 億美元,同比增長 18%。

  AMD 第三季度營收略低於華爾街分析師平均預期,調整后每股收益符合預期,且 2019 財年第四季度的營收展望符合市場預期,該公司股價在盤后交易中上漲近1%。

  在截至 9 月 28 日的這一財季,AMD 的營收為 18.0 億美元,較去年同期的 16.5 億美元增長9%,這一營收略低於分析師此前預期。湯森路透的調查显示,分析師平均預期 AMD 第三季度營收為 18.1 億美元。

  按業務部門劃分,AMD 第三季度來自於計算和圖形部門的營收為 12.76 億美元,高於去年同期的 9.38 億美元;運營利潤為 1.79 美元,相比之下上年同期的運營利潤為 2200 萬美元。企業、嵌入和半定製業務的營收為 5.25 億美元,不及上年同期的 7.15 億美元;運營利潤為 6100 萬美元,不及上年同期的 8600 萬美元。其他所有業務的營收在第三季度和去年同期均為零;第三季度其他業務的運營虧損為 5400 萬美元,相比之下去年同期的運營虧損為 3600 萬美元。

  AMD 第三季度運營支出為 5.91 億美元,較去年同期的 5.11 億美元增加 8000 萬美元。其中,AMD 第三季度研發支出為 4.06 億美元,高於上年同期的 3.63 億美元;營銷、總務和行政支出為 1.85 億美元,高於上年同期的 1.48 億美元。

  AMD 第三季度凈利潤為 1.2 億美元,每股攤薄收益為 0.11 美元,這一業績好於去年同期。2018 財年第三季度,AMD 的凈利潤為 1.02 億美元,每股收益為 0.09 美元。不計入某些一次性項目(不按照美國通用會計準則),AMD 第三季度調整后凈利潤為 2.19 億美元,調整后每股收益為 0.18 美元,這一業績符合分析師此前預期。湯森路透調查显示,分析師平均預期 AMD 第三季度調整后的每股攤薄收益為 0.18 美元。

  AMD 第三季度運營利潤為 1.86 億美元,相比之下去年同期的運營利潤為 1.50 億美元。AMD 第三季度毛利潤率為 43%,比去年同期的 40% 高出 3 個百分點。

  截至第三季度末為止,AMD 所持現金、現金等價物和有價證券的總額為 12 億美元,高於截至 2019 年第二季度末的 11 億美元。

  AMD 預計,2019 財年第四季度公司營收約為 21 億美元,加減 5000 萬美元,較去年同期增長 48%;不按照美國通用會計準則計算的毛利率約為 44%。湯森路透的調查显示,分析師平均預期 AMD 第四季度營收為 21.5 億美元,不按照美國通用會計準則計算的每股收益為 0.31 美元。

  AMD 股價周二在納斯達克證券市場常規交易中下跌 0.66 美元,跌幅為 1.96%,報收於 33.03 美元。在隨後的盤后交易中,至發稿時,AMD 股價上漲 0.31 美元,漲幅為 0.94%,股價為 33.35 美元。過去 52 周,AMD 最低股價為 16.03 美元,最高股價為 35.55 美元。按照周二的收盤價計算,AMD 市值約為 364 億美元。(騰訊科技編譯/明軒)

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時空不是連續的?這些華人科學家,在實驗室里模擬量子時空


圖片來源:quanta magazine

  撰文:張華

  我們所處的空間與時間,或許不是連續的?一個名為“圈量子引力”的量子理論,就提出了離散時空的概念。現在,一項由多位華人科學家主導的研究,讓該理論進入全新的階段——在實驗室中模擬圈量子引力中的時空量子態。

  20 世紀上半恭弘=叶 恭弘,量子理論的出現讓物理學進入全新的階段。這時,離散化成為物理學的新潮流。比如,玻爾通過對應原理計算出氫原子的电子能量是離散的,從而得出氫的光譜線;銀原子與不均勻磁場相互作用后,自旋角動量的方向也是離散的,這給出了斯特恩-蓋拉赫實驗中兩股銀原子飛行軌跡。

  根據這個思路,一個很容易想到的問題是:既然能量與角動量都是量子化,也就是離散化的,那麼時間與空間是不是離散的呢? 

  圈量子引力的誕生

  一個誕生於 1987 年的全新理論,就提出了時空是離散的觀點。這種物理學思想,就是圈量子引力(loop quantum gravity)理論。

  在圈量子引力出現之前,最流行的量子引力理論是惠勒-德威特方程。這個方程類似於量子力學的薛定諤方程:在惠勒-德威特方程中,整個宇宙空間可以看成波函數,這個波函數的演化滿足薛定諤方程。但是,惠勒-德威特方程存在很多問題,因此後來被淘汰了。

  20 世紀 80 年代中期,卡洛·羅韋利(Carlo Rovelli)和阿比耶·阿什特卡爾(Abhay Ashtekar)、李·斯莫林(Lee Smolin)開始重新考慮這個問題。他們在惠勒-德威特方程的基礎上,創建了圈量子引力理論。

  羅韋利在接受《環球科學》採訪時,介紹了圈量子引力的誕生經歷:“1987 年夏天,我還是一個對量子引力問題感興趣的年輕博士后,到處拜訪這個領域的科學家。當我去耶魯大學拜訪斯莫林時,他告訴我,他發現了惠勒-德威特方程的一些奇怪的解——在那裡,空間中每個圈都有一個可能的解。於是,我開始和斯莫林合作。我們意識到,他的解可以成為量子引力的新基礎。”隨後,羅韋利和斯莫林去了美國錫拉丘茲大學,和當時在該校任職的阿什特卡爾合作,三人共同發展了圈量子引力理論。

  這個理論涉及到一個積分,這個積分是沿着時空中的一些小圈而進行的,所以這個理論叫做“圈”量子引力,它沒有像惠勒-德威特方程那樣採用薛定諤方程,而是採取了海森堡方程的模式(需要找到一對正則變量來進行量子化)。該理論認為,時間和空間由離散的塊組成。物理學家定義了圈量子引力中基本單元的體積算符面積算符,這些算符都有離散的本徵值。這些最小的面積、體積不是連續變化的,因此該理論實現了時空的量子化。


圈量子引力概念圖

  量子自旋網絡

  前面說到,在圈量子引力中,空間是離散的。因此,三維空間可以被分成無數個基本的量子四面體。那麼,物理學家如何刻畫這些量子四面體呢?這與 1971 年物理學家羅傑·彭羅斯提出的量子自旋網絡有關。

  量子自旋網絡的構造用到了對偶的思想。如果存在一個多面體的空間量子,在量子自旋網絡中,可以用多面體的中心點表示這個多面體的體積,而用穿過各個表面的線條來表示其面積。

  以下圖為例,a圖是一個正方體,假設這個正方體的邊長是 2 普朗克長度,那麼每個面的面積是 4 個普朗克面積,這個正方體的體積是 8 個普朗克體積。因此,如果用量子自旋網絡來表示,那麼就是b圖。圖上的這些数字,均與各個面對應的自旋有關。

  在圈量子力學的模型中,最基本的空間量子是一些量子四面體。這些量子四面體對應的量子自旋網絡如下圖所示。當然,這種量子四面體是在普朗克尺度下才出現的。對於量子四面體來說,其四個面的面積可以存在量子波動

  論文共同第一作者,美國佛羅里達大西洋大學的物理系教授韓慕辛告訴《環球科學》:“雖然空間的基本量子不一定是正四面體,而是各種形狀的四面體,但無論四面體形狀存在什麼樣的量子漲落,其漲落的規律還是滿足海森堡不確定原理的。”

  四面體每個面的面積都是量子化的,其面積算符可以用表示自旋的角動量算符J來刻畫。(角動量算符J標記了每個面的有向面積)

  如同电子具有波函數,作為一個量子對象,量子四面體的波函數狀態可以用量子態來刻畫。從幾何意義上來說,因為四面體是封閉的,所以這個量子態必須滿足一定的條件,那就是四個角動量算子求和以後,作用到這個量子態必須等於零。即:


J1、J2、J3、J4 分別為 4 個面的角動量算符

  將量子四面體中各個面的面積固定后,四面體的形狀還可以改變,因為面與面之間的二面角沒有確定。而量子空間的演化信息,就包含在二面角里。

  論文通訊作者之一、復旦大學物理系教授萬義頓告訴《環球科學》:“量子四面體基本單元之間的相互作用,造成量子空間的演化,從而形成四維的量子時空。其中最基本的相互作用是 5 個量子四面體之間的 5 點相互作用,這可以類比於粒子物理中的相互作用。”

  核磁共振模擬圈量子引力

  在這項發表於《物理學通訊》的最新研究中,萬義頓、魯大為、曾蓓三位通訊作者組織的研究團隊用量子計算機模擬圈量子引力,也就是通過量子計算機構造量子四面體,然後模擬量子態
以及它的演化。

  無論什麼類型的量子計算機,都要先有一個量子系統。核磁共振系統作為發展較早的量子計算平台,由於可控性較高,被廣泛運用在数字量子模擬當中。在這項模擬工作中,物理學家使用核磁共振量子系統製備了量子四面體對應的量子態。這一實驗是在加拿大滑鐵盧的量子計算研究所完成的。

  研究團隊使用了用碳 13 標記的巴豆酸分子。這種分子的分子式為C4H6O2,包含 4 個碳原子,其退相干時間很長,適合做量子計算。在室溫下使用 700 兆赫茲的布魯克核磁共振譜儀,對量子比特進行操控和測量。通過這個 4 量子比特系統,他們構造出一個可以模擬量子四面體的空間。


巴豆酸分子的結構 

  “在碳 13 同位素標記后,由於巴豆酸分子中碳原子核的個數是奇數,即核自旋是1/2,核自旋為1/2 的碳原子在磁場中發生能級分裂,形成 2 能級系統。這就是一個量子比特的來源。”深圳鵬城實驗室的助理研究員李可仁解釋道。作為論文共同第一作者,他參与了整個模擬實驗。

  在實驗中,他們用巴豆酸分子製備量子四面體對應的量子態,並通過測量面與面之間的夾角以及各個面的面積,來驗證量子四面體的性質。依據這些輸出數據,可以檢驗實驗製備量子四面體的角動量是否滿足這個關鍵方程:

  通過對 10 個上述量子四面體的研究,研究團隊驗證了所製備的量子態與圈量子引力中的量子四面體的對應關係。他們的工作說明,通過量子計算機,可以實現對量子時空的模擬。這是華人科學家為主的研究團隊首先用量子計算機模擬量子引力,他們所取得的這些進展,在一定程度上把量子引力拖入到一個可用實驗室實驗進行檢驗的新階段。

  原始論文:

  https://www.nature.com/articles/s42005-019-0218-5

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Waymo全自動無人駕駛汽車開始在鳳凰城接載乘客

  作者:站長之家編輯 

  據 engadget 的消息,谷歌母公司旗下的 Waymo 自動駕駛公司在近日正式為顧客提供全自動無人駕駛汽車服務,目前已經率先在美國鳳凰城進行測試。

  根據 Waymo 公司 CEO John Krafcik 的介紹,他們已經首先為數量有限的乘客提供“只有乘客”的接載。也就是說,這些車輛上是沒有司機在場,可謂是真·自駕車接載之旅。根據協議,參与了這次測試的乘客不可以跟媒體分享車程的體驗。

  同時,Krafcik 表示,他們在底特律的全球首個 L4 自駕車工廠已經啟用生產線,而且更與貨車品牌 Peterbilt 合作測試應用其自駕系統,希望未來達成自駕貨車的商用化。

  Waymo 此前就拿到了加州 DMV (機動車輛管理局)頒發的完全自動駕駛測試牌照,測試時可以不用安全員。

  Waymo 很早就開始了自動駕駛的測試,在 2009 年,當時他們還是谷歌旗下的一個項目,就開始研究自動駕駛技術,直到 2016 年從谷歌獨立出來。這家公司目前已經收集了超過 1500 萬公里的公共道路測試數據,在自動駕駛領域屬於頭部玩家之一。

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三星公開下一代摺疊手機設計方案 回歸翻蓋機

  原標題: Samsung Teases New Clamshell Design for Next Folding Phone

  網易科技訊,10 月 30 日消息,據國外媒體報道,當地時間周二三星透露了下一代 Galaxy 可摺疊手機的設計。據悉,這是一款可以從上到下摺疊的迷你翻蓋手機,而不再是像第一代智能手機一樣從側面摺疊。

  三星在一段視頻中展示了這款手機的設計,幫助開發人員開始思考如何為這款手機開發新軟件。該公司沒有透露何時發布這款方形手機的信息。

  今年早些時候有報道稱,三星正計劃在明年年初正式發布一款新的可摺疊手機。其內屏為 6.7 英寸,機身更薄,價格低於 1980 美元。三星還與美國設計公司 Thom Browne 合作,以提升其對奢侈品消費者的吸引力。

  與當前的可摺疊手機一樣,新款可摺疊手機也將運行 Android 軟件和應用程序。這款手機的屏幕上會有一個打孔攝像頭,此外還會有兩個後置攝像頭。(辰辰)

  

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微信支付大面積崩潰!

  作者:上方文Q

  10 月 29 日晚間,微信支付突然大面積出現故障,全國各地網友紛紛反饋無法使用。

  從網友經歷來看,微信支付這次故障涉及面非常廣,包括線上的京東、美團等諸多 APP,以及商店、超市等各種線下掃碼支付,很多人還以為是機器出現了故障。

  “微信支付崩了”這一話題也迅速登上微博熱搜,閱讀量很快突破 1.3 億,討論超過 7500 條。

  @微信支付官方微博很快回應稱:“今日晚間微信支付出現部分用戶支付功能不可用,目前已全部修復。非常抱歉給大家帶來不便。 ​​​​”

  PS:今天可是馬化騰生日啊……

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腸菌教你不害怕!通過影響神經元的連接方式,消退恐懼記憶

  作者:應雨妍

  奇點糕記得,有一段時間,不少人在網上討論“腦控”,還有些人說自己被什麼高科技“腦控”了,高科技這事兒奇點糕不敢說,但是“腦控”,你要不問問腸道微生物呢?

  是的,我們今天又要講神奇的腸道微生物了。這次,美國康奈爾大學威爾康奈爾醫學院的研究人員們發現,腸道微生物竟然會調節大腦對恐懼記憶的消除!接受過抗生素治療的小鼠,無法像普通小鼠一樣很快意識到“威脅它們生命的事情已經結束了”這一點。

  這是因為腸道微生物的變化通過一些分子,改變了大腦中的小膠質細胞的基因表達,導致神經元的連接方式也發生了改變。如果在生命早期恢復小鼠的腸道微生物的話,小鼠的這種認知能力也會恢復正常。研究發表在了《自然》雜誌上。

  聽起來有點玄學,到底是怎麼一回事呢?

  首先,關於感知危險,主要指的是巴甫洛夫式習得恐懼,這是一種在進化上保守的聯想學習過程。

  巴甫洛夫的狗的故事,不用奇點糕說,大家也都很熟悉,而在經典的恐懼條件反射範式中,當刺激不再和提示一起出現時,就會發生“消退學習”,受到刺激的個體也會相應地學習改變自己的行為,不再因為提示的出現就做出與刺激有關的行為。

  所以說,假如一個人(一隻動物)消退學習有缺陷的話,在刺激,或者是危險已經過去之後,ta 可能也很難去改變自己的行為。

  一般來說,一些精神障礙,例如創傷后應激障礙(PTSD)和其他的一些焦慮障礙就和消退學習的缺陷有關患者在危險過去之後,仍然無法恢復到正常生活中,思維、記憶還會不由自主地反覆出現見證過的或經歷過的危險情境,在熟悉的環境下甚至會感覺到創傷性事件再次發生。

  除此之外,還有過度警覺、注意力不集中、焦慮、易怒和迴避相關情境或活動等表現。

  幾個月前,我們才介紹了腸道微生物與常見的精神障礙——抑鬱症的關聯,而且,更早的一些動物實驗也發現,腸道微生物的缺少或改變會影響神經發生、血腦屏障功能和小膠質細胞的成熟,以及與壓力相關的反應等等。

  但是研究們對於微生物如何影響行為的闡釋有些是互相矛盾的,而且這其中的神經生物學機制也不是很清楚。

  為了解釋清楚這個問題,研究人員給小鼠進行了抗生素治療,這些小鼠們的微生物載量是普通小鼠的1/600,微生物群結構也發生了改變。

  研究人員接着開始幫助小鼠形成恐懼記憶,他們反覆對小鼠進行電擊,同時播放一些聲音,讓小鼠一聽到聲音就會聯想到電擊,表現出一些與恐懼有關的行為,比如說僵直。在恐懼記憶形成方面,普通小鼠和抗生素治療小鼠是沒有什麼區別的。

  接下來,他們進行了消退學習的實驗:只播放聲音,但不進行電擊。重複幾次后,普通小鼠很快意識到,這回雖然有聲音,但沒有電擊了,它們的僵直行為逐漸消失,但抗生素治療小鼠則不然,它們仍然在聲音響起的時候出現僵直行為,一直沒從恐懼記憶中“緩過來”。

  同樣的實驗結果也發生在了無菌小鼠的身上。


在恐懼記憶的消退過程中,普通小鼠(藍)和抗生素治療小鼠(d紅)、無菌小鼠(e紅)發生僵直的比例變化

  由此看來,恐懼記憶的形成或許與腸道微生物沒什麼關係,但是恐懼記憶的消退學習應該是由腸道微生物介導的。

  以前的研究已經表明,恐懼記憶的消退很大程度上取決於大腦前額恭弘=叶 恭弘皮層[9]。研究人員對小鼠的大腦進行了掃描,發現普通小鼠比抗生素治療小鼠有更少的樹突棘的減少。


前額恭弘=叶 恭弘皮層內側,皮質神經元(綠),小膠質細胞(紅),圖片來自於研究人員 Christopher Parkhurst and David Artis

  樹突棘是樹突分枝上的棘狀突起,是神經元間形成突觸的主要部位。產生突觸和維持突觸的能力是突觸可塑性的重要組成部分,而突觸可塑性對於記憶和學習是至關重要的。因此,抗生素治療小鼠后,小鼠的突觸可塑性受損,也難怪它們在消退學習上的表現要比普通小鼠差了。

  另外,雖然有研究發現,腸道微生物的變化可以影響整個前額恭弘=叶 恭弘皮層的基因表達譜[10],但是研究人員還是想知道,究竟是哪些具體的腦細胞直接影響了小鼠的消退學習能力。

  利用單細胞測序,他們發現,小膠質細胞中的基因表達變化最為可疑。抗生素治療小鼠的小膠質細胞似乎在“發育方面”有些問題,它們的一些與細胞未成熟狀態相關的基因表達水平很高,與普通小鼠差異很大。


抗生素治療小鼠小膠質細胞中的一些和普通小鼠表達有差異的基因相關的功能

  小膠質細胞作為大腦中的免疫細胞,有吞噬和降解不需要突觸的功能,大腦可以根據自己的需求來對神經元的連接進行修剪和維持。不成熟的小膠質細胞或許在這個過程中,沒有好好執行自己的任務,一定程度上影響了小鼠的消退學習的能力。

  說到這裏,大家可能會覺得,這個影響鏈條中間好像還差了一環,是的,腸道微生物是如何跨越萬水千山影響了大腦的呢?這一點研究人員也給出了解釋。

  對於大腦,雖然腸道微生物“身不能至”,但是有代謝產物可以為它們跑腿啊。通過對小鼠的腦脊液進行分析,研究人員發現,有四種代謝產物的水平發生了變化,明顯低於普通小鼠,而這些代謝產物的水平變化也曾在人類精神分裂症和自閉症等精神疾病中出現過。


腸道微生物通過代謝產物調節小鼠恐懼消退的過程

  最後,研究人員嘗試了給無菌小鼠移植腸道微生物,看看是否能夠恢復它們的消退學習能力,結果發現,確實可以,不過,這得建立在小鼠剛出生后就迅速進行移植的前提下。研究人員表示,這說明,腸道微生物在生命早期的學習能力的建立上就很重要。

  雖然這不是第一個研究恐懼記憶和腸道微生物關係的研究,但是卻是第一個發現恐懼記憶消退的特殊缺陷的研究這項研究的潛在應用是很廣泛的,因為包括創傷后應激障礙在內,幾乎所有的神經精神疾病患者都有突觸可塑性的缺陷,研究會為它們提供新的思路。

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