科学家发现火星存在固态内核

近日，中国科学技术大学教授孙道远与毛竹团队联合国外学者，在行星科学研究领域取得重要进展。研究团队通过分析美国国家航空航天局“洞察”号探测器记录的火星地震（火震）数据，首次确证火星内部存在一个半径约600千米的固态内核，并揭示其主要成分构成可能是富含轻元素的结晶铁镍合金。 火星作为太阳系内与地球环境最为相似的类地行星，是行星内部结构与演化研究的重要对象，也是深空探测的核心目标之一。对行星深部结构的探测充满挑战，以地球为例，科学家直到1936年才通过地震波首次推测内核的存在，而彻底确认固态内核存在耗时近半个世纪。相比之下，对火星内部结构的探索难度更大，2018年首次获得火星震直接观测数据。目前，尽管已记录上千次火震数据，但信号微弱和噪声干扰等问题仍然限制对火星深部结构的研究。 为突破这一挑战，该团队创新性地引入火震阵列分析方法，分析23个信噪比较高的火震事件数据，提取出穿过火星核的关键震相，如在地表反射的PKPPKP以及在核幔边界反射的PKKP。特别是，实际观测PKKP时，较当前仅考虑液态核的火星速度模型所预测的结果，提前了50秒至200秒。这表明，火星核具有分层结构即外层为液态核，而更深部存在一个波速更高的固态内核。 在进一步分析中，该团队首次在火星上识别出被视为“固态内核标志”的PKiKP震相信号。这为火星存在固态内核提供了证据。结合不同火核震相，团队测得火星固态内核半径约600公里，占火星半径的1/5。若将火星按比例放大至地球大小，其内外核结构比例与地球高度接近。 同时，火震数据显示，火星外核与内核之间存在约30%的波速跳变和约7%的密度差异。在此基础上，研究团队分析了内核的矿物组成。结果显示，火星核并非纯铁镍构成，还可能包含12%至16%的硫、6.7%至9.0%的氧以及不超过3.8%的碳。这种含有轻元素的星核结构，为火星磁场从早期活跃到如今沉寂的演化历程提供了重要线索，并为对比地球与其他类地行星的内部演化差异奠定了关键基础。 上述研究首次在地球以外的行星中确认了固态内核的存在，证实了火星与地球相似的核幔分异结构。科研团队发展的火星地震学方法，为未来探月等任务利用地震学方法探测月球等星体深部结构提供了重要参考。这一成果标志着我国科研团队在行星内部结构探测领域迈出关键一步，彰显了我国在行星科学与地球物理交叉研究中的创新能力与国际影响力。 9月3日，相关研究成果以Seismic Detection of a 600-km Solid Inner Core in Mars为题，在线发表在《自然》（Nature）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项（B类）等的支持。 论文链接 PKKP、PKiKP震相的射线路径和研究利用的火震 地球和火星深部结构对比示意图

科研人员解开“东亚石笋δ18O记录缺失10万年冰期-间冰期气候旋回”谜题

深藏洞穴的石笋，如同大自然的“录像带”，记录着地球过去的气候变迁。石笋的氧同位素（δ18O）信号已成为探讨气候和环境变化的“金钥匙”。在东亚季风区，华南中部的石笋δ18O记录被视为响应夏季降水δ18O变化、指示亚洲夏季风强度变化的基准。然而，为何华南中部甚至东亚石笋δ18O记录未呈现出全球气候系统普遍存在的冰期-间冰期气候旋回特征，以及它们记录的是什么气候信号，这一谜题始终困扰科学界。 近日，中国科学院地球环境研究所科研团队联合西安交通大学、南京大学、美国俄亥俄州立大学等的科研人员，开展地质记录与数值模拟相结合的综合研究，破解了上述气候谜题。研究发现，华南中部石笋δ18O记录保存了夏季降水的信号，包含冬、春、秋季等其他季节降水的信号。这一多季节混合效应的识别，为重新理解石笋δ18O记录的气候意义打开了新视角。 现代观测显示，在华南地区，δ18O值偏负的夏季降水占全年降水不足50%，而其他季节降水占比较高，且δ18O值显著偏正。这意味着，长期以来将石笋δ18O简单解释为夏季降水δ18O信号的观点存在偏差，原因在于石笋主要由不同季节降水混合的地下滴水形成。评估夏季和其他季节降水混合效应影响的关键难点在于缺乏独立记录夏季降水δ18O信号的地质记录。 该团队利用黄土沉积中的次生碳酸盐——生物微钙体，重建了过去40万年以来夏季降水δ18O变化历史。结果显示，生物微钙体δ18O记录在2.3万年岁差周期上与石笋δ18O记录表现出相似变化，但其在间冰期强夏季风时期出现明显偏负的δ18O值，展现出10万年冰期-间冰期气候周期特征，与石笋δ18O记录仅显示2.3万年岁差周期不同。这一差异表明，华南中部石笋δ18O记录确实受到夏季和其他季节气候信号混合效应的影响，不能简单等同于夏季降水δ18O或夏季风强弱变化的信号。 数值模拟结果表明，在强夏季风时期，夏季降水的δ18O趋于偏负，但华南地区其他季节降水占全年降水的比重甚至超过60%，降低了夏季信号在石笋δ18O记录中的主导作用，解释了间冰期强夏季风时期δ18O值未展现出显著偏负状况的原因，掩盖了10万年冰期气候旋回的节律。 上述研究破解了我国东部石笋δ18O记录研究中长期悬而未决的科学谜题，强调了在解读“自然气候档案”时要关注气候季节性的关键作用。同时，这一研究为东亚和全球石笋δ18O记录物理意义的再认识提供了新思路。 相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院相关项目等的支持。 论文链接 研究地点和区域气候背景

3D打印钛合金全应力比疲劳强度刷新纪录

3D打印，又名增材制造，因其在复杂金属构件上得天独厚的自由成形能力，一定程度上满足了新一代航空装备对轻量化、高集成度的重大需求，有望替代传统制造方法，实现高端装备关键构件的智能制造。但长期以来，这一应用前景受制于增材制造材料及构件普遍较差的疲劳性能。此前，中国科学院金属研究所科研人员提出了组织与缺陷耦合调控的NAMP工艺，成功制备出具有超高拉-拉疲劳性能的近无微孔3D打印Ti-6Al-4V合金材料，突破了所有材料拉-拉比疲劳强度世界纪录，更新了学界对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识。 然而，实际工程构件的服役环境通常伴随着加载应力比的显著变化。当材料或构件承受的外部应力比变化时，循环应力幅值和最大应力分配比例也随之改变，进而诱发不同疲劳开裂机制之间的转变。这种“此消彼长”的开裂规律使传统钛合金组织难以在全应力比范围内均保持优异的疲劳性能，且一种显微组织类型往往仅在特定应力比范围内表现出抗疲劳优势。对于具有复杂结构的增材制造构件，其实际服役过程中的应力分布更复杂，且会承受具有多变应力比的疲劳载荷。因此，如何实现全应力比条件下的高抗疲劳能力是决定增材制造技术能否在航空航天等领域规模化应用的关键，也是亟待解决的科学难题之一。 针对上述问题，该研究系统揭示了钛合金易发生疲劳开裂的三类典型“疲劳短板”及其应力比敏感区间，发现了无微孔净增材制造（Net-AM）组织可实现三类疲劳短板的协同优化。同时，研究人员提出，3D打印钛合金在全应力比条件下仍具有天然高的抗疲劳特性。进一步，基于团队前期原创的NAMP工艺，研究人员制备出近似无微孔的Net-AM组织Ti-6Al-4V合金，并对其在不同应力比条件下的疲劳强度和疲劳开裂机制进行了表征。大量数据对比分析表明，在全应力比范围内，Net-AM组织Ti-6Al-4V合金的疲劳强度整体优于所有钛合金材料，且其比疲劳强度（疲劳强度除以密度）也全面优于所有金属材料。 这一研究揭示了增材制造技术制备的具有复杂拓扑结构、承受复杂载荷钛合金构件在抗疲劳方面的天然优势，为其作为动载承力构件在航空航天等领域应用奠定基础。同时，该研究为锻造钛合金不同应力比下的疲劳性能优化设计提供了新思路。 近期，相关研究成果以Naturally high fatigue performance of a 3D printing titanium alloy across all stress ratios为题，发表在《科学进展》（Science Advances）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院的支持。 论文链接 不同显微组织类型的Ti-6Al-4V合金在不同应力比条件下的疲劳强度及对应的疲劳开裂机制 Net-AM组织Ti-6Al-4V合金在不同应力比下的典型疲劳断口和对应的疲劳裂纹萌生机制 与其他Ti-6Al-4V合金和常见的金属结构材料相比，Net-AM组织Ti-6Al-4V合金在不同应力比下的疲劳强度分布

我国自主研发脑机接口成功完成脑深部肿瘤边界精准定位临床试验

近日，中国科学院空天信息创新研究院传感器技术全国重点实验室与哈尔滨医科大学附属第一医院（简称哈医大一院）神经外科合作，成功完成“基于植入式微电极阵列的脑深部肿瘤边界精准定位”临床试验。这是全球范围内首次报道的脑机接口应用于脑深部肿瘤术中边界精准定位的临床试验，标志着我国自主研发的植入式临床脑机接口技术实现重要突破。 这一技术为神经外科提供实时、高精度的“病灶导航”，有望在精准切除肿瘤的同时最大程度保护健康脑组织，提升患者术后神经功能保留率和生活质量，具有重要的临床推广价值。 神经胶质瘤、脑转移瘤等脑肿瘤具有发病率高、致死率高、复发率高的特点，其浸润性生长特性导致肿瘤组织与正常脑组织边界模糊难辨。因此，精准定位病灶边界对手术切除、放疗规划和预后评估至关重要。 临床常用的术前检查如MRI、CT能够大致定位肿瘤位置，帮助定位病变及避开功能区，但无法反映手术中的动态变化如脑组织移位，误差可达5毫米~20毫米，在肿瘤切除后期误差更明显；术中超声、黄荧光导航等技术也难以实时、精准区分正常脑组织功能区与肿瘤组织；术中皮层脑电图电生理监测技术分辨率为毫米级，检测的是场电位信号，但无法达到单细胞水平精准识别，存在检测的滞后性。因此，医学界急需一种能够在术中实时判读、精准识别的技术。 由空天院与哈医大一院联合完成的临床试验，采用空天院自主研发的临床脑机接口微电极（NeuroDepth）和多层次调控与高通量神经信号同步检测仪（AIRCAS-128）。 NeuroDepth临床微电极主要基于微机电系统工艺和纳米功能材料技术，为新型高时空分辨、多位点的脑机接口神经探针，探针最长可达9.5厘米、厚度不超过0.2 毫米（约为1根头发丝直径）、宽度可根据临床需要自主设计，空间分辨率达15微米，具有超长兼具高韧性与生物安全性，可在全脑任意位置实现单细胞水平电活动原位动态微损伤检测，通过实时信号检测与特征识别，高精度识别肿瘤边界。AIRCAS-128神经信号检测仪相当于“信号解码器”，可同步采集、分析海量神经信号，将电极捕捉的原始信号转化为精准的“病灶导航”，为肿瘤术中边界判断提供实时数据。 NeuroDepth临床微电极实时捕捉单细胞水平的神经活动信号，其优势主要体现在三个方面：一是探测范围更广，突破了传统神经电极仅能检测脑表面和浅层的局限，可探测包含脑表面、浅脑与脑深部的全脑任意区域；二是定位精度更高，空间分辨率达15微米，可识别单个神经细胞的活动，为肿瘤边界判断提供了“微观尺度”的依据；三是信息维度更全，不仅能够检测神经电信号，还能够同步检测化学信号如多巴胺、谷氨酸等神经递质，为区分肿瘤组织与正常组织提供了更全面的依据。上述性能可为及时发现病灶、精准识别病灶边界提供关键技术支撑，可用于确定脑肿瘤边界、科学开展手术规划，并可在保护大脑运动、语言、认知等功能区的同时精准切除恶性肿瘤。 本次临床试验针对一位胶质瘤患者开展。该患者术前由于脑肿瘤压迫，出现癫痫频发的症状。团队结合影像数据，通过NeuroDepth临床微电极实时反馈的单细胞水平神经信号，精准识别肿瘤边界，最终在最大程度保护功能区的同时实现了肿瘤的完整切除。术后，患者癫痫未见发作，语言表达清晰流畅，生活质量得到提高。同时，手术避免了新的神经功能受损，为后续康复和治疗奠定了基础。 NeuroDepth临床微电极的应用解决了术中动态识别的难题，有望重塑神经外科术中导航与精准切除的技术范式，为推动脑机接口领域医工融合与临床转化应用提供了示范。 空天院自主研发的NeuroDepth临床微电极（a）32位点临床硬质微电极阵列；（b）13位点临床硬质微电极阵列；（c）16位点双模柔性微电极阵列 空天院自主研发的多层次调控与高通量神经信号同步检测仪（AIRCAS-128） 空天院脑机接口器件工艺制作现场 临床微电极制作过程展示（动画） 手术现场

研究揭示全球海洋生态计量比发生系统性变化

近期，中国科学院地球环境研究所联合华中师范大学、西班牙国家科研理事会、美国耶鲁大学、美国普林斯顿大学、美国南加州大学等国内外科研机构，以全球长期观测数据为基础，系统揭示了过去50年间海洋中碳（C）、氮（N）、磷（P）这三种关键元素的摩尔比发生了持续且结构性的变化。研究人员整合了1971年至2020年间来自全球各大洋、从海表至1000米深度的逾56000个浮游生物颗粒样本和近389000个海水溶解样本，构建了迄今为止全球最大规模的海洋元素比例数据，并揭示了过去50年碳、氮、磷比例显著偏移影响全球气候模型与海洋碳汇评估。同时，研究发现，海洋并非一成不变的“化学恒温器”。这一发现挑战了被海洋科学沿用数十年的“Redfield Ratio”假设，即C:N:P比例长期恒定在106:16:1。 研究人员通过对这些数据系统分析发现，海洋中C:N、C:P及N:P比值正以可检测的速率偏离传统假设，并呈现明显的区域性与垂向结构特征。研究人员指出，浮游生物中C:P和N:P比值在全球范围内普遍升高，这表明海洋生态系统面临更广泛的磷限制，而海水中C:N和C:P比值上升意味着表层海洋的碳富集趋势愈发显著。同时，时间序列分析表明，浮游生物的C:N与N:P比值在20世纪末显著上升，但在2007年前后出现转折趋势，开始缓慢下降。这可能与近年来全球范围内农业活动、城市污水及工业排放导致的磷输入增加有关，继而缓解了部分区域的磷限制，并引发浮游生物群落结构变化。 进一步，研究发现，海洋生态计量比随水深变化呈现明显的分层结构，即深层海水中C:N和C:P比值逐渐下降，而N:P比值上升。这反映了随着有机物沉降和微生物分解，碳更容易损失，而氮和磷以溶解无机形式保留在水体中。同时，随深度变化的微生物群落组成也影响了元素循环过程。尽管出现这些动态变化，浮游生物中C:N比值却在过去50年中保持了较好的稳定性。研究人员推测，这种“生态化学计量稳态”现象源于浮游生物的代谢调节能力，反映出生物系统对外界营养变化的适应性调控机制。 这一研究首次以全球实证数据系统性证伪了“Redfield Ratio”的恒定性假设，提出了海洋生态计量结构具有时间与空间的可变性，需在未来地球系统模拟与气候预测中予以考虑。同时，在全球碳循环与气候变化挑战日益严峻的背景下，该研究为海洋生态系统如何响应人类活动提供了关键证据，并为科学界重新评估海洋与气候耦合机制以及制定相关政策提供了重要理论基础与数据支持。 相关研究成果发表在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）上。 论文链接 海洋碳氮磷生态化学计量的时空变化概念图

嫦娥六号样品研究揭示月球年轻火山活动的源区特征与热驱动机制

一直以来，科学家普遍认为月球在30亿年前便已“休眠”，火山活动基本停止。然而，我国嫦娥五号和嫦娥六号分别带回了20亿年和28亿年前形成的玄武岩样品，证实月球在所谓“晚年期”依然发生了火山喷发。这引出了一个关键科学问题——是何热动力机制支撑着月球在“晚年”仍保持活力？ 中国科学院广州地球化学研究所副研究员汪程远与中国科学院院士徐义刚团队，联合香港大学博士钱煜奇等，对嫦娥六号月球样品开展了系统性研究，揭示了月球年轻火山活动的源区特征与热驱动机制。 研究团队在嫦娥六号样品中识别出两类形成时间相近（约28亿和29亿年前）但成分和来源深度迥异的玄武岩：源自月幔深处（超过120公里）的超低钛玄武岩以及来自较浅月幔（60公里至80公里）的低钛玄武岩。研究模拟月球内部的高温高压环境发现，两类岩石来自月球早期岩浆海洋冷却后形成的两种不同岩层，即普通的辉石岩层和含钛铁矿的辉石岩层。 此前，传统观点推测月球晚期火山活动可能与源区富水或富含放射性生热元素相关，但嫦娥五号、嫦娥六号样品的源区既“干燥”又缺乏放射性生热元素，否定了这一假说。科研人员基于嫦娥六号两类玄武岩的对比，提出了新的热动力机制——随着月球冷却，其岩石圈不断增厚，深部岩浆难以直接喷出，只能滞留在月幔浅部辉石岩层的底部。这些“被卡住的”岩浆可向上传导热量，从而触发浅部月幔部分熔融，导致火山喷发。 为进一步验证该模型，科研团队分析了全月球遥感数据，发现约30亿年前后月球火山活动的热动力机制发生明显转变。30亿年前热源复杂多样，可能包括放射性物质、潮汐力和陨石撞击等；而30亿年后热源趋于单一，自下而上的热传输机制占据主导，使得年轻月球火山活动的源区集中在浅部月幔。 对全月球遥感数据的分析显示，月球正面的晚期火山岩石化学特征基本均与嫦娥五号玄武岩相近，而背面大多接近嫦娥六号超低钛玄武岩。这表明，月球正面和背面的月幔组成可能存在差异，即正面月幔浅部含钛铁矿较多，而背面相对较少。这一发现为理解月球的不对称演化提供了新线索。 上述研究刷新了科研人员对月球热演化历史的认知，也为解释其他无大气小型天体的火山活动机制提供了重要参考。 8月23日，相关研究成果发表在《科学进展》（Science Advances）上。 月球晚期火山活动想象图

研究发现热融塌陷促进土壤微生物碳利用效率

持续的气候变暖造成多年冻土大面积融化。作为剧烈的冻土融化形式，热融塌陷会在短时间内改变植被、土壤和水文等过程，从而影响土壤微生物及其介导的碳过程。微生物碳利用效率是指微生物将吸收的碳分配至自身生长的比例，在很大程度上决定土壤碳形成与损失之间的平衡关系。因此，解析土壤微生物碳利用效率对热融塌陷的响应机制，对于准确预测冻土区土壤碳动态及其与气候变暖之间的反馈关系至关重要。然而，由于缺乏直接的观测证据，学术界尚不清楚热融塌陷导致的生物和非生物因素变化如何影响微生物碳利用效率。 中国科学院植物研究所杨元合研究组依托青藏高原多年冻土区热融塌陷观测平台，采用“空间代替时间”方法，基于同位素标记和高通量测序等技术，揭示了土壤微生物碳利用效率对热融塌陷的响应及其关键驱动因素。 研究发现，微生物碳利用效率沿典型热融塌陷序列显著增加。该现象主要与热融塌陷后微生物群落结构改变和土壤磷有效性增加相关。进一步，研究通过区域尺度上5个样点内塌陷区与未塌陷区的配对比较证实，“热融塌陷促进土壤微生物碳利用效率”现象广泛存在。这意味着热融塌陷会通过提高微生物碳利用效率促进微生物来源碳积累，进而提高土壤碳稳定性。 上述研究为模型准确预测冻土碳-气候反馈关系提供了实验证据。 8月12日，相关研究成果在线发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等的支持。 论文链接 热融塌陷通过改变微生物群落组成、提高土壤磷有效性促进微生物碳利用效率

研究揭示胰腺癌化疗耐药机制及临床治疗策略

近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心高栋研究组、上海药物研究所周虎研究组、数学与系统科学研究院王勇研究组，联合上海长海医院金钢团队、上海交通大学陈洛南研究组，构建了目前规模最大、覆盖病理亚型最全面的胰腺癌类器官库，并通过多组学和药物敏感性整合分析，解析了胰腺癌化疗耐药机制，鉴定出多个具有临床转化价值的新型药敏标志物与治疗靶点。基于这些发现，团队开展了他汀类药物联合标准化疗的II期临床实验。结果证实他汀可以显著提高胰腺癌患者的化疗敏感性，为晚期胰腺癌的临床干预提供了突破性的治疗前景。 胰腺导管腺癌是最恶性的实体肿瘤。化疗是胰腺导管腺癌临床治疗的基石，但多数患者对化疗反应极差。为攻克这一临床难题，该研究构建了239例胰腺导管腺癌类器官、21例其他病理亚型类器官如IPMN、ASC、ACC、SPT以及18例胰腺正常导管类器官，对类器官进行WGS、RNA-seq、ATAC-seq、Proteome、Phosphoproteome、Glycoproteome多组学检测，并开展了超过100种药物和放疗的敏感性检测。 科研团队开发了驱动突变识别工具HNetDig，在全基因组范围内精准识别编码区与非编码区的功能突变。利用这一工具，团队在胰腺导管腺癌中识别出6个新的编码驱动突变和35个非编码驱动突变，这些突变富集于进化保守的启动子或增强子区域。团队通过CRISPR/Cas9编辑类器官的非编码区，证实了非编码突变在促进胰腺导管腺癌进展中的驱动功能。 该研究基于OncoKB和CGI数据库提供的泛癌靶向治疗靶点发现，79.6%的胰腺癌类器官携带潜在可被靶向的基因变异（AGVs），涉及PI3K、MAPK、DNA损伤修复等关键信号通路。进一步，研究开展了100种靶向药物、临床常用化疗药物及放射敏感性的大规模筛选，发现38%的AGV-Drug组合在体外类器官药敏实验中得到验证。研究利用ANOVA和LOBICO方法，鉴定出2794个与药物反应相关的分子特征（MOFs），322个与放射敏感性相关的MOFs，涵盖编码突变、非编码突变、蛋白及RNA表达水平变化、表观修饰等多维组学信息，建立了胰腺癌药物反应与分子特征之间的全景图谱。这些MOFs为胰腺癌的临床治疗提供了新型药敏标志物与治疗靶点。 研究发现蛋白糖基化水平和胆固醇代谢水平升高是胰腺癌对化疗耐药的重要标志。同时，研究表明他汀类药物可选择性抑制化疗耐药型类器官的生长。进一步，机制研究显示，他汀类药物通过抑制胆固醇代谢和糖基化通路下调EMT相关基因，进而提高类器官化疗的敏感性。研究利用原位移植和皮下移植模型，证实了他汀与化疗联用在体内协同抑制肿瘤的生长。 基于前期基础研究的成果，研究团队开展了II期临床试验，招募42例化疗平台期的晚期胰腺导管腺癌患者，在标准化疗基础上联合应用阿托伐他汀。在37名完成随访的患者中，有26人的肿瘤标志物在联合用药1个月后下降超过20%。截至随访更新日期，平均缓解维持时间达62天以上。影像结果表明，大部分胰腺癌患者肿瘤体积也显著缩小。这证实了他汀药物对耐药胰腺导管腺癌的治疗潜力，为化疗耐药胰腺癌患者提供了新的治疗机会。 后续，研究团队将进行多中心随机对照实验，以进一步证实他汀在诱导胰腺癌病人化疗敏感性中的作用。 8月13日，相关研究成果在线发表在《细胞-干细胞》（Cell Stem Cell）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。 论文链接 类器官库揭示他汀联合治疗的分子机制与临床潜力

研究利用柔性脑机接口诱导多巴胺释放和微观神经振荡改善阿尔茨海默病认知功能

阿尔茨海默病（AD）俗称老年痴呆，是一种以记忆衰退和认知功能进行性下降为特征的神经退行性疾病。科学家发现，这种病可能与大脑中一种叫“β-淀粉样蛋白”的有害物质堆积以及大脑中多巴胺系统的失调有关，但目前医学界还没有找到完全治愈的方法。现有的无创脑部电刺激治疗虽然有一定效果，但存在两个主要难题：一是难以精准刺激到大脑深部的关键区域，二是无法实时监测脑内化学物质的变化。而且，目前缺乏能够同时实现深脑精准刺激和电-化学监测的微型化器件。 中国科学院空天信息创新研究院吴一戎、宋轶琳、蔡新霞团队在微纳传感技术创新研究群体和前沿交叉研判战略研究等项目支持下，研发了一种双模双向柔性脑机接口神经微电极NeuroRevive-FlexChip。该研究集成多巴胺实时监测、神经电活动记录和原位电刺激功能，发现了40Hz微电流靶向刺激海马区后，诱发AD小鼠海马体神经元多巴胺释放和微观神经振荡，改善AD小鼠认知功能。 科研团队研究发现，采用NeuroRevive-FlexChip进行40Hz电刺激，可诱发海马体多巴胺水平短暂升高，并呈现刺激结束后多巴胺“回落-再上升”的短期重启现象。在重启期内，神经元放电模式从簇状放电，转变为持续性放电。最终，经过治疗的AD小鼠在Y迷宫测试中的认知能力增强；微观神经分子与细胞分析也证实该干预可有效减少Aβ42沉积，并诱导小胶质细胞形态重塑。 这一创新性技术实现了电生理-电化学双模态检测与神经调控的器件集成，有望为阿尔茨海默症等难治性神经疾病精准治疗提供新型脑机接口技术手段，具有科学意义和临床价值。 相关成果以Integrated dopamine sensing40 Hz hippocampal stimulation improves cognitive performance in Alzheimer’s mouse models为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。 论文链接 双模双向柔性脑机接口深脑靶向刺激改善AD小鼠认知功能 柔性脑机接口NeuroRevive-FlexChip的神经电活动和多巴胺检测性能 深脑靶向刺激引起海马体神经细胞多巴胺释放和微观神经振荡 深脑靶向刺激改善阿尔茨海默模型小鼠认知功能，减少Aβ42斑块沉积

科学家构建目前最大规模原子量子计算系统

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与上海量子科学研究中心/上海人工智能实验室钟翰森等合作，利用人工智能技术，实现了高度的并行性以及与阵列规模无关的常数时间消耗，在60毫秒内成功构建了多达2024个原子的无缺陷二维和三维原子阵列，刷新了中性原子体系无缺陷原子阵列规模世界纪录。该方法为大规模中性原子量子计算奠定了关键技术基础。 中性原子体系因优异的扩展性、高保真度量子门、高并行性和任意的连接性，成为极具潜力的量子计算和量子模拟平台。该体系使用光镊阵列囚禁中性原子，首先需要通过重排技术将初始随机填充的原子阵列转换成无缺陷原子阵列，在此基础上进行量子逻辑门操作。传统的重排方法受限于随阵列规模增长的时间复杂度、原子丢失、计算速度等，阵列规模停留在几百个原子的水平，难以进一步扩展。 为攻克该难题，研究团队创新性地研发人工智能技术，实时驱动高速空间光调制器进行动态刷新，通过对光镊阵列位置和相位的精确控制，同时移动所有原子。在该工作中，研究团队演示了二维和三维原子阵列的任意构型重排，实现了高达2024个原子的无缺陷阵列，总耗时仅为60毫秒。随着原子阵列规模增大，该重排方法耗时保持不变，因此未来可以直接应用于数万原子规模的无缺陷阵列重排。目前，该系统单比特门保真度达99.97%，双比特门保真度达99.5%，探测保真度达99.92%，已追平国际最高水平，为构建基于中性原子阵列的容错通用量子计算机奠定了技术基础。 相关研究成果于8月9日以“编辑推荐”的形式发表在《物理评论快报》（PRL）上，并被美国物理学会《物理》期刊作为研究亮点报道。审稿人认为，这一工作“通过组装2024个原子的阵列创造了新的纪录”，“标志着原子相关量子物理领域在计算效率和实验可行性方面的一次重大飞跃”。 该研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、安徽省、上海市等的支持。 论文链接 实验装置示意图 数千原子无缺陷二维和三维阵列重排实验结果图