AI攻破60年数学难题；用人脑细胞造计算机；白日梦增强大脑可塑性…｜WE科学周报

01.

AI攻破60年数学难题

胜过人类数学家

12月14日，Nature 上发表的一篇论文显示，DeepMind团队提出的新人工智能系统FunSearch，解决了困扰数学家60多年的难题。该系统基于一个经过预先训练的大型语言模型，以计算机代码的形式提供创造性的解决方案；另外还有一个自动评估器，用于防止大模型产生幻觉和错误想法。通过在这两个组件之间来回迭代，最初的解决方案会演变成新的知识。测试中，FunSearch发现了上限集问题的新解决方案（数学中一个长期存在的开放问题），并且发现了一个更有效的算法来解决“装箱”问题。FunSearch不仅提供解决方案，还会生成程序来描述如何得出这些解决方案，这种可解释性有利于激发科学家进一步产生新的见解，推动改进和发现。团队预计，对于科学和工业中的许多问题，使用大型语言模型驱动的方法生成有效且定制的算法将成为普遍做法。

论文

02.

机器-类器官混合“生物计算机”诞生

12月11日，Nature Electronics 上发表的一篇论文显示，美国印第安纳大学伯明顿分校等机构的联合团队受人脑结构功能启发，开发出一种由传统计算硬件和大脑类器官组成的混合计算系统Brainoware，可执行如语音识别和非线性方程预测等任务。研究人员将活体脑细胞组成的脑类器官和高密度微电极阵列连接，微电极可向类器官发送电信号，传送信息到“脑”中，并可检测大脑神经细胞的放电响应，交给外部设备进行读取和解析。研究人员反复播放音频片段让其识别，但并不提供正确或错误的反馈。而该系统通过类器官的神经可塑性成功实现无监督学习，训练2天后的准确率便从51%提高到78%。不仅如此，得益于类器官较高的可塑性和适应性，Brainoware能够灵活地在电刺激反应中进行变化和重组，学习快但能耗低，有利于缓解当前AI硬件在时间和能源消耗以及热量方面的问题。

论文

03.

做“白日梦”有什么作用？

12月13日，Nature 上发表的一篇论文显示，美国哈佛大学医学院领导的研究团队发现，做白日梦或可帮助大脑训练应对一些所见事物的反应，让大脑在面临新体验时有更强的可塑性。研究人员反复向小鼠展示两张图片（每次一张），两张图片之间又让小鼠看一块灰色屏幕（小鼠此时有机会进入白日梦状态）。通过追踪小鼠大脑视觉皮层神经元的活动，研究人员发现，随着时间的推移，大脑对同一图像的反应会发生漂移。进一步的发现或许能解释其原因——视觉皮层的白日梦行为与海马体中的记忆重演活动同时发生，两个大脑区域在白日梦期间进行了交流。研究结果表明，白日梦可能会引导与两幅图像相关联的神经模式，从而引导大脑对不同图像进行区分，而学习区分这些图像有助于小鼠在未来对每个图像做出更具体的反应。这也提示我们，做白日梦可能增强了大脑的可塑性，在应对新体验时重塑自身。

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04.

孕吐原因终于找到了

约70%的孕妇都经历过孕吐。12月13日，Nature 上发表的一篇论文终于揭示了孕吐原因：剑桥大学和南加州大学的研究人员发现，妊娠期恶心呕吐与胎儿产生的GDF15激素有关。GDF15激素作用于脑干中控制呕吐的部分，而恶心呕吐和高血糖的孕妇的GDF15平均水平明显高于没有这些症状的孕妇。进一步研究发现，孕妇血液中的GDF15大部分来自胎儿，孕妇恶心呕吐的程度取决于胎儿产生多少这种激素，以及孕妇在怀孕前接触这种激素的程度和敏感度——与天然GDF15水平就高的人相比，天然GDF15水平低的人可能对缘于胎儿的GDF15水平升高更敏感，也更容易受影响。GDF15的水平快速变化是孕吐的根本原因，因此研究者认为，对于天然GDF15水平较低的女性，可以在备孕时逐步增大GDF15激素剂量，增强她们的耐受性，或者也可以给她们阻断GDF15或GDF15受体的抗体（目前至少有两种抗体正在进行临床试验），以减少恶心和呕吐。

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05.

24小时持续调节体温的新型衣物

12月15日，Science 上发表的一篇论文显示，南开大学团队研制出一种仅用太阳光驱动的全天候自持续人体热管理衣物系统。该系统通过柔性太阳能器件，用太阳光的能量驱动柔性电卡热管理器件，在太阳光（高温）下实现降温，在黑暗（低温）中实现保暖，使人体热舒适区从22—28°C扩展到12.5—37.6°C。该系统能耗低、效率高，只需12小时的太阳光能量输入，便可实现24小时可控和双模式体温调节。该研究有利于提高人类在极地、太空等极端恶劣环境中的生存能力，以及更好地利用绿色能源。

论文

DOI:10.1126/science.adj3654