前沿 第4期

时间:2022-08-26 05:58:23

IQ的大脑秘密

智商一直是一个有争议的概念。目前流行的IQ测试,其原理是基于测试人的空间能力、数学能力、语言能力和记忆能力。这些分数有高有低,因此有种观点认为人类一般智力水平取决于大脑特定区域的功能强弱。

发表于2月份《国家科学院院刊》(PNAS)上的一项最新研究成果却显示,一般智力水平的高低通常取决于大脑两个半球共同组成的网络所发挥功能的强弱,而并非单一的结构所能控制。该文章第一作者格兰舍认为,大脑当中存在着一种分布式系统,若干个大脑部位的联同作用是决定一般智力水平高低层次的关键。

该研究一共对241名患有大脑功能障碍病人的IQ测试结果进行了仔细地分析。研究人员将每位病人大脑中存在功能障碍的部位进行了定位,同时,他们根据病人参加IQ测试所得的分数,划定出了大脑中可能影响智力水平的区域。

与基于还原论的研究结果不同,这一成果为从整体论的角度理解智力提供了有效的论据。

用“混沌”理论思考的机器人

如何提高机器人处理复杂环境信息的能力?确实,在这点上机器人还远远不如一只昆虫。

这不仅仅是机械结构上的设计和材料问题,如何将不同性质、不同时空的信息进行整合、快速处理,然后迅速地输出行为,一直是机器人研究的难点。

英国《自然―物理学》(NaturePhysics )杂志报道,德国科学家团队设计了一个6条腿的机器人,它通过18个微型马达驱动,另有18个光、热和触觉传感器获得外界信息。这个机器人的重要特点,是将“混沌控制”应用于控制行为的神经回路中,这种神经回路在动物节律运动中就是所谓的“中央模式发生器”(CPGs)。当这个发生器没有被控制时,机器人就处于一种“混沌”的活动模式。当有信息输入时,发生器就进入到另一种模式来决定采用何种行为。

在“混沌”的神秘控制下,该机器人的中央模式发生器虽然只是一个由两种电路元件构成的简单神经回路,但能够应付复杂环境,比如可以在困难的地形里爬山、下山,并且同时绕开障碍物。如果机器人掉入陷阱,它会主动放弃控制,而不是做无谓的努力直到能量耗尽或者损坏。

月球上又发现了6亿吨水冰

去年10月,美国宇航局向月球南极投下两颗撞击器,通过分析撞击产生的尘埃云团,发现云团里有大量水和水蒸气,为月球存在水冰提供了确凿的证据。

3月1日,美国宇航局宣布在月球北极的陨石坑内又发现了大量水冰。总共有40多个直径从1英里(2公里)到9英里(15公里)的陨石坑里都存在水冰,他们总含量至少有6亿吨。

对于该发现的意义,休斯顿月球和行星研究所Mini-SAR实验首席研究人员保罗•施普迪斯认为,月球上水诞生、转移和堆积等现象,使月球成为比过去更加有趣和更具吸引力的科研、探索及操作目的地。这项研究成果将在《地球物理研究快报》上进行详细介绍。

这些存在于北极和南极的水,因为不会受到阳光的照射,所以能永久地保持冰冻状态。水冰资源十分重要,它为人类探索和开发月球提供了可选择的区域,为宇航员提供饮用水,或者制成氧气或火箭燃料,供给月球基地。

朊蛋白使神经高兴

令人“谈牛色变”的疯牛病是由朊病毒(prion)导致。朊病毒不是常见的微生物病毒,而是一种错误折叠的蛋白,它的积累使动物脑的灰质发生海绵状病变,引发脑功能紊乱。

尽管朊病毒声名狼藉,但它在诞生之初是健康正常的蛋白,即PrP,并在脑里无处不在。消灭朊病毒,必须先了解PrP的功能,可是PrP的作用一直知之甚少。

1月份的《自然―神经科学》(Nature Neuroscience)报道,一个研究团队初步发现了PrP在神经系统里的功能。信息在生物体内由神经细胞的轴突传递,神经细胞的轴突一般会被髓鞘(myein)包围,往往髓鞘外面还有一层神经膜,即施旺细胞(Schwann cells)。

通过观察缺失了髓鞘的小鼠,研究结果发现,当PrP仅存在于轴突上时,能够防止脱髓鞘疾病的发生。当PrP在轴突里缺失,而存在于施旺细胞里时,小鼠表现出病症。

简单地说,朊蛋白只要在轴突里出现就能防止病变的发生。这说明PrP是轴突里一个的信号分子,用领导该团队的Aguzzi话说:“它让施旺细胞保持高兴”。

量子纠缠在固态电路中完美实现

《物理评论快报》(PRL)杂志报道,一个由法国、德国和西班牙物理学家组成的研究团队,首次在固体状态的装置中确凿地实现了量子纠缠。这一现象与光的量子纠缠相似,只不过代替在光学系统的光子,在电路中使用了其他粒子。

量子纠缠是量子世界里的一个著名现象,呈现出量子纠缠的两个粒子仿佛“心有灵犀”,即使两者处于很远的距离,双方都能知道对方的状态,一旦其中一个的状态发生变化,另一个也会立刻发生相应的变化。

比如一个粒子发生衰变,发射出了两个光子,当其中一个光子在某个时刻被阻挡,另一个也会同时表现出同样的阻挡状态,仿佛两颗电子拥有超光速的秘密通信一般。

此次,实验人员在超导材料中用电子取代了光子,通过碳纳米管实现了粒子的分离。尽管两个粒子分离的距离只有1微米,但对于此类实验来说,这个距离已经足以展现纠缠态。

这一研究成果开启了在固体材料里研究量子机械纠 .的新前景,意味着量子力学真正走进了电子元件中。

虽然无论是在光学态还是在固体状态,都能通过量子纠缠实现量子计算和安全通讯,但后者显然更容易最终纳入电子设备里。掌握了量子纠缠这一“钥匙”,意味着打开了量子密码、量子通讯和量子计算机的大门。

DNA物质通过“筑堤”助长寿

意大利博洛尼亚大学日前发表公告说,该校科学家詹皮耶罗•斯帕达和在法国斯特拉斯堡大学工作的意大利人保罗•萨莫里用高分辨率显微镜,观察到DNA的组成物质之一,鸟嘌呤,通过“筑堤”的方式,从直线排列转变成四个一组,然后聚集在一起,将端粒包围在中心,起到保护端粒的作用。

端粒是染色体末端的DNA重复序列,在正常细胞中,端粒会随着细胞分裂而逐渐缩短。端粒随年龄增加而越来越短。端粒最终消失时,染色体发生畸变,从而使人类细胞丧失复制能力,最终导致细胞衰老。同时端粒的状态也与肿瘤细胞紧密相关,比如,端粒酶可能参与肿瘤的恶性转化。

科学家还发现,只要给予简单的化学刺激,比如在细胞中加入盐或者抽出盐,就可以对鸟嘌呤的排列进行控制。

这一发现表明,鸟嘌呤既在细胞老化过程中也在肿瘤细胞繁殖中起关键作用。因此,深入了解鸟嘌呤排列形态和组合机制,就可以为研制治疗肿瘤或延年益寿的药物开辟新道路。

基因揭示猫科动物斑纹的秘密

发表在2 0 1 0 年《遗传学》(G e n e t i c s )杂志1月刊上的研究,首次报道找到了与猫科动物斑纹有关的基因,为揭示老虎身上条纹、美洲豹身上的斑点和家猫纹理模式提供了线索。理解形成斑纹的基因原理,也为治疗人类皮肤病提供了新的策略。

科学家将不同纹理模式的家猫,比如条纹和斑点,进行杂交,在它们的后代里追踪这些模式的遗传情况。实验的原理是,基因样本被标上各种分子标记。如果发现当某种模式的斑纹出现在小猫上,同一种分子标记也同时出现,这说明该分子标记和控制该纹理模式的基因位于同一DNA区域内。

利用称为连锁图谱的统计程序,科学家确定了2个基因的位置。科学家希望识别出所有相关的基因,并确定基因的功能是否适用于其它的哺乳动物。这项研究可为治疗人类皮肤疾病提供更多的科学依据。

《遗传学》杂志主编约翰斯顿(Mark Johnston)说:“这项研究可以帮助我们更好的了解其它哺乳动物头发和皮肤颜色相关的基因。同时,可以为皮肤疾病提供新的治疗手段。”

压力导致肿瘤

环境压力会导致癌症,但压力怎样导致肿瘤的发生却一直是个谜。来自霍德华休斯医学院,复旦大学生科院复旦-耶鲁生物医学研究中心的研究团队,发表于《自然》1月份的在线版的论文里报道肿瘤形成的新途径,并同时描述了压力促使细胞演变成肿瘤的信号途径。

研究观察了两个与癌症有关的重要基因,一个是RAS的基因,它牵涉到30%的癌症。另一个是叫做scribble的抑癌基因,它发生突变时会促进肿瘤的发展。正常情况下,当细胞里只有其中一种基因发生突变时,不会引发癌变。

该研究发现,当变异的RAS细胞核和有缺陷的scribble基因细胞相邻时,可能会诱发癌变,发展成恶性肿瘤。而且他们还发现诸如创伤之类的压力情况也会诱发癌症的形成,原因就在于两种现象都会导致被称为JNK的信号产生过程,而这一过程会受到环境压力情况的激发。

这一研究结果突破了一个常见的观点:只有当单个细胞内发生一个以上的致癌突变时才能促使肿瘤生长。这说明癌症要比人们先前了解的更容易在人体内发生,也为预防和治疗癌症提供了新的思路和线索。

母乳的成分影响幼儿行为

美国科学家通过监测母猴的母乳营养成分和幼猴行为,发现不同的母乳成分会对幼猴的行为造成显著影响,幼猴可以从母乳中获得环境信息,并表现出相应的行为和性格。该研究发表在《美国灵长类动物杂志》(AmericanJournal of Primatology)。

科学家给圈养的59只母猴提供相同的食物,并在幼猴1个月和3.5个月时收集母猴的母乳,分析母乳中糖、蛋白质和脂肪的成分,然后换算成能量。

结果表明,相比体重轻、第一次育儿的母猴,体重大、有过生产经验的母猴的母乳能提供更高的能量。在3〜4个月时,将幼猴从母亲身边带走,聚集在一起观察,分别记录每只幼猴的行为和性格。科学家发现,能够在母乳中提供更高能量母猴的幼猴能够更有效的处理环境,比如更好动,更多探索行为,以及吃喝;在性格上也更加自信,表现在玩耍、好奇心和积极性上。那些母乳能量低的幼猴则表现得不够积极和自信。

该文章的作者Katie Hinde认为,母乳所含能量的多少可能是一种营养的线索,传达出的信息能调控出生后的幼猴对环境和母体状态的行为。

恐龙的祖先是四条腿?

一个多世纪以来,人们一直在寻找恐龙起源的线索。舆论的观点一直在两种观点之间摇摆。一种认为恐龙的祖先是爬行动物,用四条腿走路;另一种观点是两足动物,身体呈鸟形,但不能飞。两足动物祖先的观点已经获得了胜利,但最新发现的恐龙化石又将舆论的趋势拉回到四足动物上。

2007年,科学家在坦桑尼亚南部发现了14块恐龙化石,这足以让他们拼成完整的骨架,并命名为新物种Asilisaurus kongwe。

经过3年对骨头的分析研究,小组得出结论认为,Asilisaurus的体型和拉布拉多犬大小差不多,用四条腿走路。牙齿的形状表明它主要吃植物,也许还吃点肉。它与一种年代较近的恐龙Silesaurus在许多特点上十分相似,Silesaurus身体苗条、四足站立、长尾巴。该结果发表在《自然》(Nature)杂志3月刊上。

通过分析发现这些化石所在的岩石,Asilisaurus在240万年前游荡在非洲东部,比真正意义上第一只恐龙的出现时间还要早25万年。该团队的领导者SterlingNesbitt认为,这一发现将再次引发对恐龙的起源问题的讨论。

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