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来源： 发布时间：2024-05-11
深度强化学习的无人机
《自然》封面：无人机竞赛。《自然》杂志第7976期封面文章报道了一个能参加真实世界无人机比赛的自动驾驶系统。人工智能在许多棋盘游戏或虚拟世界中战胜过人类选手，比如国际象棋、星际争霸、赛车等。专业级无人机竞速需要操控无人机沿复杂的三维赛道飞行，这对机器人来说是艰巨的挑战，因为它需要在高速飞行的同时通过机载传感器估算速度和位置。研究团队通过结合深度强化学习和物理世界数据研发了新型自动驾驶无人机。在与人类飞行员（包括世界冠军）的对战中，这架无人机赢得了25场比赛中的15场，并打破了最快用时纪录。
热带森林正在接近临界温度
《自然》封面：感受压力。《自然》杂志第7977期封面文章报道了热带森林树冠的少量树叶或已接近46.7℃的临界温度，超过临界温度光合作用将开始失效。科学家利用国际空间站在亚马孙、刚果盆地和东南亚上空的高分辨热测量估算了树冠的峰值温度。研究发现，在干旱期，树冠温度平均在34℃左右，而有些会超过40℃。上冠层的树叶有0.01%的时间会超过临界温度，而在对上冠层进行人为升温的实验中，这一比例为1.3%。实验估计，如果变暖超过3.9℃就会出现大规模树叶死亡和损失；而对气候变化最坏的预计显示，气温可能会上升4℃。
科学家需要助力可持续发展
《自然》封面：偏离目标。《自然》杂志第7978期特刊文章报道了人类社会在可持续发展方面取得的进展。2015年9月，193个国家共同承诺将努力实现17项旨在改善世界人民生活的目标。从消除贫困到减少饥饿，再到应对全球变暖和保护生物多样性，可持续发展目标（Sustainable Development Goals）自此在企业计划和政府政策中占有一席之地。可持续发展目标已经进入了全球词典，它们在政府和企业计划中占据重要地位，它们的彩色标志被贴在世界很多教室的墙上。但如今，距离2030年实现这些宏伟目标的时限已经过半，而要做的还有很多。
2000年至2019年全球人口的景观火灾空气污染暴露情况
《自然》封面：烟雾警报。《自然》杂志第7979期封面文章报道了野火对空气污染的影响。科学家估算了2000年至2019年全球人口对来自景观大火（主要为野火，也包括计划和可控的旷地大火）的空气污染的暴露情况。研究认为，2010年至2019年的景观大火导致了全年臭氧总暴露量的3.6%，以及直径小于2.5毫米的颗粒物（PM2.5）的总暴露量的6.1%，每年人均对大火来源污染的暴露时间为9.9天。全球人口越来越多地暴露在来自景观大火的污染中，但暴露水平有差异，低收入国家人群对火灾来源的PM2.5和臭氧的暴露水平是高收入国家人群的4倍。
越爱复杂发声的鸣禽可能越聪明
《科学》封面：蓝鸦。《科学》杂志第6663期封面文章报道了一项新的研究，通过研究测试鸟类发声，发现声音学习能力更强的物种有更强的解决问题的能力和更大的大脑。鸟类以它们的叫声而闻名，尽管许多人认为这些声音是本能的，但事实上，许多鸟类都是灵活的声音学习者。科学家研究测量了23种鸟类物种214只个体的一系列认知技能，包括问题解决、联想和逆向学习等，发现物种发声学习能力越强，它们的问题解决技巧更好，相对的大脑尺寸也越大。结果表明鸣禽的发声学习、问题解决和更大大脑之间存在相同的遗传与认知机制。
预测致病蛋白变异
《科学》封面：热图拼贴（红色和蓝色方块）的人形。《科学》杂志第6664期封面文章报道了谷歌推出的一个新模型，这个模型能够预测出基因中错义突变的致病性。基因组测序揭示了人类群体中广泛的遗传变异。错义变异是改变蛋白质氨基酸序列的遗传变异。致病性错义变异破坏蛋白质功能，降低机体适应性。机器学习方法可以通过利用生物学数据中的模式来预测未注释的变异的致病性，从而缩小变异解释的差距。预测可能阐明变异对蛋白质功能的分子效应，有助于鉴定致病性错义突变和以前未知的致病基因，并提高罕见遗传疾病的诊断率。
不健康的气候
《科学》封面：热与健康。《科学》杂志第6665期特刊文章报道了一些人类健康的威胁因素及如何减轻它们的影响。印度的一个夏季场景展示了气候变暖是如何挑战人类忍耐力极限。除了使人体的自我降温能力变得紧张之外，全球变暖还助长了病媒和水媒疾病的传播，也许还会让其他隐藏的病原体暴露出来。媒介传播疾病是一个特别令人担忧的问题，气候变暖有利于传播登革热的蚊子大量繁殖。热对人体有着直接影响，每年夏天都有数千人死于热浪，孕妇和胎儿也最容易受到极端高温影响。因此，加强公共卫生干预迫在眉睫。
远古DNA一瞥
《科学》封面：艺术家渲染的古代DNA生物体，包括猛犸象、桑葚、古人类和花粉。《科学》杂志第6666期特刊文章报道了科学家对古代DNA进化史的理解。尽管我们永远无法全面了解过去，但对古代DNA的研究继续揭示了生物体历史中以前未知的方面。每个古代DNA样本都是地球上一个地点和时间的快照，让我们对过去有一个简短的认知，欣赏这些快照所赋予的更精细的细节。科学家深入探讨了当今研究古代DNA的进展情况，包括以前未开发的资源、技术的进步和伦理挑战，以及通过对古代DNA的分析加强对人类自身的了解。
祁连山党河源区冰冻圈水文气象综合观测平台
中国科学院青藏高原研究所王磊等人系统阐述了党河观测平台建立的科学目标、站网设计、观测要素等详情及取得的亮点研究成果。相关成果发表于《美国气象学会公报》（Bulletin of the American Meteorological Society）。研究团队以不同类型降雨事件为纽带，将天气学与水文学在天气尺度上进行了有机连接，并系统总结了区域天气过程和降雨的海拔梯度性、土壤冻融循环过程、冰冻圈径流模拟方面取得的亮点成果。党河观测平台的建成为陆面过程数值模拟、区域天气预报提供了科学依据，提升了区域水文气象的综合监测能力，为党河流域综合水资源管理、生态环境保护提供了坚实科技支撑，服务区域高质量发展。
我国植被变绿对近地表气温和极端高温的降温作用
南京大学大气科学学院葛骏、郭维栋等人基于两套高分辨率气候数据集与卫星遥感资料，利用时空转换的方法分析量化21世纪以来中国植被变绿对近地面气温和极端高温事件的影响。相关成果发表于《环境研究快报》（Environmental Research Letters）。近地面气温与人类的生活息息相关，也是极端高温事件的主要判断标准。中国区域植被变绿虽然会通过降低地表反照率引起增温，但同时引起的地表粗糙度增加和潜热增加会产生冷却作用，从而总体上呈现出降温效应。潜热与植被的蒸腾作用关系密切，对温度变化更敏感，这可能是干旱与半干旱地区植被在高温时表现出更强冷却效应的原因。
3-4月东亚大槽异常的持续特征及其可能机制
中国科学院大气物理研究所于水、孙建奇等人揭示中纬度北大西洋和热带印度洋海温异常，以及东北亚积雪异常，这对理解和预测3—4月东亚大槽的持续异常具有重要意义。相关成果发表于《大气科学进展》（Advances In Atmospheric Sciences）。东亚大槽是北半球对流层中层的准定常行星槽，槽后偏北风引导中高纬冷空气向南入侵，深刻影响东亚地区的天气气候。春季是东亚大气环流重要的转变时期，月际尺度环流异常的不同演变过程会产生不同的气候异常。春季东亚大槽月际变化间的联系存在显著差异，这对春季东亚气候的季节预测带来影响。持续性是3—4月东亚大槽月际演变的重要特征，有利于东亚出现持续性气候异常。
大气二次有机气溶胶研究进展
山东大学环境研究院李坤教授团队揭示了中等挥发性有机物在生物质燃烧二次有机气溶胶形成中的显著贡献。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review）。以森林大火和居民取暖为代表的生物质燃烧会排放多种大气污染物，这些污染物在大气中的传输和演化影响着平流层臭氧、辐射平衡、云的形成等。研究指出，生物质燃烧排放中，中等挥发性有机物贡献了约70%的二次有机气溶胶，比挥发性有机物的贡献高出两倍以上，以往开展的二次有机气溶胶生成研究可能严重低估了较低挥发性化合物在复杂排放源中的贡献。这些研究结果有助于准确模拟大气化学过程和理解复杂排放源的二次有机气溶胶形成机制。
遗传性耳聋基因疗法
复旦大学附属眼耳鼻喉科医院（上海市五官科医院）李华伟、舒易来等人在国际上首次证明了基因治疗在遗传性耳聋患者临床治疗中的安全性和有效性，展现了基因治疗对治愈遗传性耳聋的应用潜力。相关成果发表于《柳叶刀》（The Lancet）。研究团队研发出针对表达耳畸蛋白基因突变的耳聋基因治疗药物，并自主创新开发出精准、微创的耳部递送路径和装备。
临床试验共有6名患儿接受基因治疗，通过耳部微创的方式，将药物一次注射到患者内耳，随访期间展示出良好的安全性和耐受性。5名患儿在接受治疗后听力和言语功能得到明显恢复。这是全球第一个取得疗效的耳聋基因治疗临床试验。
主动脉瘤与主动脉夹层的发病新机制
南京医科大学、哈尔滨医科大学、南京鼓楼医院联合研究团队中的季勇、谢利平、王东进等人揭示了蛋白质巯基亚硝基化修饰在调控巨噬细胞功能及主动脉瘤/夹层中发挥的重要作用及分子机制。相关成果发表于《循环》（Circulation）。巨噬细胞积聚在动脉瘤主壁上，通过影响细胞外基质降解和炎症，促进了动脉瘤和夹层的发生。研究发现，浸润于主动脉瘤血管壁及夹层的大量巨噬细胞高度表达诱导型一氧化氮合成酶，可催化产生大量一氧化氮，并通过蛋白硫-亚硝基化发挥多种病理生理作用。蛋白硫-亚硝基化是将一氧化氮部分可逆的共价加成到半胱氨酸硫醇上，形成硫-亚硝基蛋白，参与动脉粥样硬化等多种心血管疾病的发病。
结直肠癌耐药新机制研究
南开大学生命科学院陈佺团队、中国科学院动物研究所杜蕾团队和南开大学统计与数据科学学院胡刚团队合作，阐明某信号通路调控肿瘤细胞铁死亡与肿瘤化疗药物抵抗，并首次筛选并制备出靶向耐药结直肠癌的单克隆抗体。相关成果发表于《自然·癌症》（Nature Cancer）。结直肠癌临床上通常采用氟尿嘧啶、伊利替康、奥沙利铂等单独或联合化疗方案，但部分肿瘤尤其是晚期病人对药物不敏感。研究以结直肠癌病人来源的肿瘤类器官为样本，结直肠肿瘤类器官可以真实反映出患癌病人在临床化疗中的治疗效果，并可以作为体外筛选抗癌药物的工具，预测肿瘤对化疗药物的敏感性。
T细胞在靶器官损伤中的关键调控作用
中南大学湘雅二医院周胜华教授团队揭示了高血压细胞高表达导致其免疫调节功能损害的病理新机制，为免疫系统在高血压病理进展中的核心作用提供了新证据和思路。相关成果发表于《循环研究》（Circulation Research）。免疫炎症在心血管疾病中发挥核心作用，但其如何调控高血压靶器官损伤仍不清楚。免疫炎症调控是近年相关领域研究的前沿热点，有望揭开当前全球高血压流行的关键原因，而如何降低难治性高血压患者的心血管事件及平稳控制血压则是当前高血压领域重要难题。研究发现了能够增强具有免疫抑制功能的细胞功能的潜在靶点，这对提高系列治疗方法实际应用具有重要意义。
透明吸波材料研发
中国科学院西安光学精密机械研究所光子功能材料与器件研究室王鹏飞研究团队综合研究了碘化银含量对一款透明导电玻璃的结构、光电性能、电磁参数和微波吸收性能的影响，并通过雷达反射截面模拟对其隐身性能进行了评估。相关成果发表于《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）。现有的透明吸波材料主要以普通的光学玻璃作为基底，而普通的光学玻璃均为透波材料，并不具备吸波性能，兼具高光学透明度和高微波吸收的新型玻璃材料的研究是透明吸波领域的难点。新研究发现，玻璃中碘化银含量的增加导致玻璃网络结构的紧密性降低，显著提高了玻璃的电学性能、电磁参数和微波吸收性能。
里德堡原子开放体系观察遍历性破缺现象
中国科学技术大学郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组在里德堡原子开放系统的研究中取得重要进展。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。通过双光子激发室温下的里德堡原子，研究人员在实验中观察了强相互作用里德堡原子气体中的非遍历多体动力学现象。现象是由激光相干驱动、里德堡原子相互作用和耗散共同影响。研究团队通过调节激光参数，观察到了非平衡相变，其中出现了遍历相和弱非遍历相之间的分岔。遍历相中的原子分布均匀，而弱非遍历相中的里德堡态粒子数显示出非平凡的振荡。他们观察到了持续毫秒级的长时间多体集体振荡，这种振荡远远超过了相关耗散的时间尺度。
二维极性材料中光学声子的奇异行为
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心朱学涛研究员、郭建东研究员等人全面研究了典型二维极性材料单层六方氮化硼中纵向光学声子的非解析行为。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。光学声子对材料的光、电、热等物理性质起着至关重要的作用。特别是纵向光学声子的行为由于材料的极性而与众不同。自主研发的具有能量-动量二维成像解析能力的高分辨率电子能量损失谱仪作为测量二维声子极化激元的新方法，能够与当前主流的探测手段形成互补。研究结果进一步揭示了二维极性材料中纵向光学声子行为的基本规律，为将来二维声子极化激元的研究和应用打下了基础。
新型纳米光子存储技术研究
上海理工大学、中国科学院上海光学精密机械研究所顾敏、文静、阮昊等人利用光存储技术提出了绿色、长寿命、大数据存储解决方案。相关成果发表于《自然》（Nature）。目前常用的传统激光直写机、光学显微技术、光存储技术等，无一不被光学衍射极限所限制。新研究在光存储领域成功突破了光学衍射极限这一物理学难题，开发出的三维纳米光子存储可以将存储空间节省至一台电脑大小，极大地降低了经济成本。实验结果首次证实三维空间内可以实现多至百层的、超分辨尺寸下的信息点的写入和读出，单张盘容量可以高达贝脱比特级（千万亿比特），相当于至少一万张蓝光光盘或者一百个大容量硬盘。
基于厄米特-伽辽金谱方法的噪声相关非线性滤波算法
清华大学数学科学系丘成栋教授与合作者利用厄米特-伽辽金谱方法直接求解滤波问题系统状态条件密度函数所满足的随机偏微分方程，给出了一种新型的求解噪声相关情形非线性滤波问题的数值算法。相关成果发表于《自动化》（Automatica）。作为现代控制理论的重要分支，滤波问题及其解法在国防工业、航空航天及信号处理、图像传输等领域有着重要的应用。在理论上，研究给出了算法收敛性的严格证明；在数值实验中，通过引入伊藤-射流格式，算法有力地提升了现有的谱方法在求解随机偏微分方程中的求解效率和稳定性，从而实现了对噪声相关非线性滤波问题的准确实时求解。
生成对抗网络的模式崩溃机理研究
中国科学技术大学数学科学学院杨周旺等人研究了模式崩溃发生的根本机理，基于数学理论分析提出了一种新方法定量检测和解决生成对抗网络中的模式崩溃问题。相关成果发表于《IEEE模式分析与机器智能汇刊》（IEEE Transactions on
Pattern Analysis and Machine Intelligence）。由于生成对抗网络及其训练过程的复杂性，涉及多种可能的因素和环节，一直无法明确究竟是何种机理导致模式崩溃的发生。理论分析表明，当真实数据存在多个模式时，生成器损失函数关于其参数是非凸的。新方法通过对可观察的判别器输出设置相应阈值，检测出生成器无法生成的样本（崩溃样本），继而划分训练集、训练动态条件的生成模型。
数模混合存算一体芯片研究
中国科学院微电子研究所刘明院士团队等研发出基于外积运算的数模混合存算一体宏芯片，提出了模拟与数字存算宏的混合方法，达到了整体上高能量效率与面积效率。相关成果发表于《2024国际固态电路会议》（ISSCC 2024）。基于边缘智能计算设备运行的人工智能应用日趋复杂和高精度。如何有效结合模拟存算与数字存算模式优势，保证高能效高精度，以及数模混合方案的空间设计，仍是存算一体宏领域亟须解决的问题。研究通过残差式数模转换器架构，使数模转换器所需分辨率仅为输入位精度的对数，实现了高吞吐率和低开销。通过基于矩阵外积计算数学原理的浮点/定点存算块架构，矩阵-矩阵-向量计算可通过累加器元件完成。
多元循环码的迭代译码研究进展
