脑死亡判定新指南发布，AI耗电量可为40个普通美国家庭供电一年 - 国际科研周报

来源：环球科学、科技日报、中国科学报、新华社等

有史以来最大的人类脑细胞图谱

科学家研究人类大脑疾病时，常常使用其他动物的大脑做为模型，不过这样做究竟能否查明人类大脑疾病的细胞根源，一直是个问题。最近，发表在《科学》《科学进展》《科学·转化医学》等杂志的21项研究，提供了人类及非人灵长类动物大脑在细胞类型水平上的图谱，其中包含前所未有的细节。研究者对人类的3000多个脑细胞类型进行了特征分析，从中找出人类脑细胞与其他灵长类动物的一些区别。以这样的精细程度观察人类大脑，可以帮助科学家了解哪些细胞类型最容易受到特定突变的影响、从而导致人类的神经系统疾病。

在这21项研究中，有3项研究代表了绘制人类脑细胞图谱的主要工作。其中，荷兰乌德勒支大学的神经科学家金伯利·西莱蒂（Kimberly Siletti）与她的团队使用三位已故男性捐赠者的组织样本，对人脑中106个位置的300万个细胞进行了RNA测序，为图谱奠定基础。他们的研究记录了脑细胞的461个大类，包含3000多个亚型。同样利用这三位捐赠者的样本，加州拉霍亚索尔克生物研究所的分子生物学家约瑟夫·埃克（Joseph Ecker）和同事对人脑进行表观遗传学研究，在超过50万个细胞中分析了打开或关闭基因的化学标志物，并由此识别出接近200种脑细胞类型。另一组科学家则研究了基因开关对疾病风险的影响，他们在那三位捐赠者的100多万个脑细胞中分析了细胞获取和使用遗传信息的方式，并发现某些脑细胞类型与神经精神障碍（如双相情感障碍、抑郁症及精神分裂症等）之间存在联系。这些研究是美国国立卫生研究院（NIH）大脑细胞普查网络项目（BICCN）的一部分，项目的目标包括对人类、非人类灵长类动物和小鼠的脑细胞类型进行编目，以增进对人们知之甚少的大脑疾病背后的细胞机制的理解。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add7046

仿生手与用户的神经和骨骼系统融合，使用多年后仍然保持功能

来源：Ortiz-Catalan et al.，Sci. Rob.，2023

机械连接与可靠控制是义肢的两个重要挑战。丧失肢体的患者常常会因为连接不适或不易操控而拒绝传统义肢，这也是一些科学家想要解决的问题。最近，一项发表在《科学·机器人》（Science Robotics）的研究介绍了一种新的仿生义肢，可以舒适地附着于用户的骨骼，并通过植入神经和肌肉的电极实现用户对义肢的控制。研究提到，一位右侧肘部以下截肢的女性患者，在使用这种义肢3年后，设备仍在正常工作。

这位患者在20多年前失去右臂肘部以下的部分，此后一直受到幻肢痛的困扰，且无法适应传统义肢。这种截肢面临的挑战是桡骨和尺骨应对齐并均匀负载，以及没有太多空间能用于植入。研究者为此开发了一种适合的神经肌肉骨骼植入物，放置在桡骨和尺骨的髓内，通过骨整合实现钛植入物的骨骼附着；并通过手术将患者的神经系统与义肢的电子控制系统连接起来，以便患者像控制生物手那样控制义肢。患者表示，这种仿生义肢可以更好地控制，并且疼痛有所减轻。目前，患者已日常生活活动（ADL）中使用这种设备超过3年，目前仍在继续使用。

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adf7360

人工智能耗电量相当于一个小国家的用电量

人工智能（AI）有望帮助程序员更快地编写代码，让司机驾驶更安全，并减少日常任务的耗时。但在10月10日发表于《焦耳》（Joule）的一篇评论文章中，Digiconomist的创始人指出，如果广泛采用人工智能，可能会产生大量的能源足迹，未来的电力需求甚至可能超过一些国家的需求。

自2022年以来，生成式人工智能经历了快速发展。训练这些AI工具需要向模型提供大量数据，是一个能源密集型的过程。总部位于美国纽约的人工智能开发公司Hugging Face报告称，其基于人工智能的多语言文本生成工具在训练期间消耗了约433兆瓦时（MWH）的电力，足以为40个普通美国家庭供电一年。而且，人工智能的能源足迹还不止于训练过程。De Vries的分析表明，每当该工具生成文本或图像时，它就会使用大量的算力和能源。例如，ChatGPT每天运行可能需要564兆瓦时的电力。这意味着，人工智能实际上属于能源密集型，所以我们也许不必在我们实际不需要AI的地方使用它。

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00365-3?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2542435123003653%3Fshowall%3Dtrue

物种性状为何可以在长时间内保持稳定

许多物种的表型特征会在很长一段时期内保持不变。对此，演化生物学家通常用“稳定选择”（stabilisation selection）理论来解释这种现象，即自然选择使物种的表型趋于稳定，因为平均表型的适应性最高。然而，最近发表于《美国科学院院刊》（PNAS）上的研究表明，物种的表型可以在没有“稳定选择”的情况下保持稳定。

研究者选取了位于美国佛罗里达州的一个岛上的四种拥有平均表型的蜥蜴，在三年的时间内每隔六个月测量一次群落中所有蜥蜴的各种身体数据。随后，研究者整合了在各个时段中，每只蜥蜴的生存数据与身体特征数据，由此分析哪些特征是预测生存的重要因素。结果发现，“稳定选择”几乎不存在。但自然选择的方向和强度随时间推移在不断地波动变化：比如，某一年腿较长的蜥蜴生存得更好，而另一年腿较短的蜥蜴则生存得更好。如果把自然选择在不同时间段的变化结合成一个长期模式来分析，所有的变化都被有效地抵消了，因此在整个长期时间段内，蜥蜴的表型仍然维持在平均水平。该研究表明，物种缺乏实质表型演化变化可能不是经典“稳定选择”假说的结果。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2222071120

美国神经病学学会等发布脑死亡判定新指南

脑死亡是指人的大脑功能完全且永久停止的一种状态。这种状态不可逆转，也就是说人类无法从脑死亡中恢复过来。脑死亡是法律意义上的死亡，在临床上判定脑死亡需要遵循严格的标准。此前，针对成人与儿童的脑死亡，有不同的判定指南。而在今年10月11日，美国神经病学学会（AAN）、美国儿科学会（AAP）、儿童神经病学学会（CNS）和重症监护医学学会（SCCM）合作制定的新指南发表，将针对成人和儿童脑死亡的临床判定指南整合为单一指南。

新指南概述了经过培训的临床医生评估脑死亡患者的标准化程序。在这套程序当中，临床医生需要做出评估，来确定大脑和脑干有无任何临床功能，包括患者能否自主呼吸等等。新的指南当中，脑死亡判定的前提条件、检查与检察人员、呼吸暂停测试以及辅助测试等内容都做出了更新。指南还提供了一种可以免费获取的应用程序，用来指引医生完成脑死亡的判定过程。指南的作者之一、纽约大学朗格尼医学中心重症监护科主任阿丽亚娜·刘易斯（Ariane Lewis）说，目前美国及世界各地的医院之间脑死亡判定政策各不相同，因此有必要采取标准化方式，指南为脑死亡评估和确定提供了高度严格和结构化的方法。

https://n.neurology.org/content/early/2023/09/13/WNL.0000000000207740

足球守门员体验世界的方式与众不同

来源：pixabay

在足球比赛中，守门员扮演着独特的角色。为了做好防守，他们必须瞬间根据不完整信息做出决定，阻止对手进球。如今，研究人员首次获得了一些确凿的科学证据，证明守门员在感知世界和处理多感官信息上与众不同。10月9日，相关研究发表在《当代生物学》（Current Biology）上。

研究人员招募了60名志愿者，包括专业守门员、其他位置球员和年龄相当的不踢足球的对照组。在每次试验中，受试者会在屏幕上看到1~2幅图像（视觉刺激）。这些图像可能伴随着一定数量（0、1、2）的哔哔声（听觉刺激）。这些刺激的呈现时间是不同的。然后，研究人员会在时间绑定窗口——来自不同感官的信号可能在感知上融合的时间窗口——中寻找这三组受试者之间的差异。结果显示，守门员在多感官处理能力上与其他人有明显的差异。具体而言，与其他位置的球员和非足球运动员相比，守门员的时间窗口更窄，这表明他们对视听线索的估计更精确且迅速。未来，研究人员希望继续探索前锋、中后卫等球员是否也会表现出感知上的差异。

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)01130-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982223011302%3Fshowall%3Dtrue

猴子接受猪肾脏移植后存活了两年之久

来源：University Of Maryland School Of Medicine/ZUMA

10月11日，在《自然》（Nature）发表的一项研究中，一支研究团队成功将基因修饰猪的肾移植到一种猴子体内，使得猴子获得长达约两年的存活率。这项临床前研究或进一步推动基因修饰猪的肾脏用于人体移植的临床测试。

动物器官移植到人体内（异种移植）或是解决全球器官紧缺的一个办法。猪是很有前景的供体动物，但在它们被认为临床可行前还有好几个障碍要克服，这些障碍包括器官排异和人畜共患病风险（动物病毒传播给人类）。之前的研究确定了猪体内表达的能被人类抗体识别和攻击的三个聚糖抗原，这会导致器官排异。猪的内源性逆转录病毒也被发现是人体移植面临的一大风险。

基于此前研究，研究人员对供体猪（尤卡坦迷你猪）进行了69处基因组编辑，敲除了被认为会引起排异的三个聚糖抗原，让7种人类转基因过表达（以减少灵长类免疫系统的对抗），同时让猪逆转录病毒基因的所有拷贝失活。这些移植的肾比只敲除聚糖抗原的移植肾存活时间显著延长（176天相对于24天），说明这些人类转基因的表达能在一定程度上预防排异。然后，通过结合免疫抑制疗法，这次移植为食蟹猴提供了多达758天的灵长类长期存活时间。这些结果显示出了今后猪器官移植到人体的前景。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06594-4#Sec6

印度计划未来20至25年建造空间站

据科学网援引《今日印度》报道，印度空间研究组织（ISRO）主席日前披露，在印度“月船3号”登月成功后，印度正在探索未来任务的各种可能性，包括建造空间站和长期载人航天飞行。印度空间研究组织计划通过印度首个载人航天任务Gaganyaan发展载人航天能力。该项目旨在送3名宇航员进入400公里轨道执行3天任务并安全返回，向空间站建设迈出重要一步。在此基础上，印度希望在未来20~25年内开始建设印度的独立空间站。

据介绍，如果一切进展顺利，目前印度预计将在10月25日左右进行Gaganyaan任务的中止能力演示。Gaganyaan任务的先决条件是开发许多关键技术，包括将宇航员安全送入太空的运载火箭、能为宇航员提供类似地球环境的生命支持系统、机组人员紧急逃生系统等。在载人航天任务之前的验证任务包括综合空投测试、发射台中止测试等，所有这些任务预计2024年第一季度之前安排，届时ISRO的目标是发射无人飞行任务。

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/10/509986.shtm

深度学习辅助术中快速肿瘤分类

近日，《自然》（Nature）发表的一项研究报道了一种给中枢神经系统（CNS）肿瘤快速分类的技术，它结合了快速测序和深度学习AI模型，或能在不到90分钟内完成分子诊断。CNS肿瘤的主要治疗方式是手术，但通常需要确保能够最大程度地降低神经系统损伤等并发症的风险。我们可以通过DNA测序获得甲基化图谱，从而获得关于肿瘤起源和预后的信息，但一般要好几天才能出结果。

为了快速获得DNA甲基化图谱，实现术中诊断，研究人员使用了测试速度较快的纳米孔测序技术。但这种技术产生数据覆盖的遗传位点不如传统测序技术的多，因此为了在如此少的数据下实现CNS肿瘤的分子分类，研究人员还开发了一种名为“Sturgeon”的神经网络工具。经过训练和校准后，研究人员用CNS肿瘤样本的数据测试了Sturgeon工具。结果显示，Sturgeon基于相当于测序20~40分钟的数据，对50个样本中的45个进行了正确分类。通过在25次手术期间测试Sturgeon的表现，研究人员发现它能准确分类72%的肿瘤，且给出诊断报告的时间不超过90分钟。这项研究表明，基于快速测序的术中深度学习诊断，或能辅助神经手术决策并有望改善患者预后。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06615-2

银河系所含暗物质的量或少于预期

来源：Jiao, Hammer et al. / Observatoire de Paris – PSL / CNRS / ESA / Gaia / ESO / S. Brunier

法国巴黎天文台科学家领导的国际团队，利用“盖亚”探测器提供的数据，实现了迄今对银河系质量的最精确测量。根据“盖亚”绘制的银河系旋转曲线，研究人员估计银河系的总质量为太阳的2000亿倍，仅为过去估值的20%~25%。其中，普通物质的量没有变化，而银河系中的暗物质比之前认为的要少得多。新的估计结果显示，银河系中的恒星和气体等普通物质约占银河系质量的三分之一，其余为暗物质——此前数据表明，暗物质约占银河系质量的85%。另外，不同于其他大型螺旋星系，银河系出现旋转曲线的原因可能要因为银河系受星系间剧烈碰撞的干扰相对较少。它最后一次大合并发生在约90亿年前，而其他螺旋星系的合并发生在约60亿年前。这项研究表明，我们可能需要重新分析大型螺旋星系的旋转曲线，以及银河系内普通物质与暗物质的量。相关研究发表于《天文学与天体物理学》（Astronomy and Astrophysics）杂志。

https://www.observatoiredeparis.psl.eu/the-revisited-mass-of-the.html?lang=en