AI读心新突破；死前走马灯回忆的原因；基因编辑治愈HIV…｜WE科学周报

近日，Nature Neuroscience 和 Nature 上接连发表了两项重要研究成果，前者使用脑部扫描和AI实现了对人类想法的解析，后者使用AI重现了小鼠看过的电影画面。第一项研究中，美国德克萨斯大学奥斯汀分校团队开发出一款语义解码器，通过分析功能性磁共振（fMRI）数据，将一个人在听故事或默想讲述故事时的大脑活动翻译成连续的文本流。在先期训练阶段中，研究人员会利用基于GPT-1的大型语言模型，将fMRI数据显示的大脑活动，与参与者听到的故事里的语言特征相匹配。训练之后的实验中，语义解码器“翻译”出的文本并非100%准确，但可读出大意，比如参与者听到“我还没有拿到驾照”，解码器生成为“她还没有开始学开车”。该系统或许能帮助那些有精神意识但无法说话的人（如中风患者、聋哑人）进行清晰的交流。

第二项研究中，瑞士洛桑联邦理工学院团队通过一种名为“CEBRA”的人工智能算法来构建神经网络模型，将小鼠观看的电影特征和大脑数据相结合，然后通过解析小鼠的大脑活动信号，重构出小鼠观看到的电影片段，几乎与电影原作一致。经过训练后，CEBRA可直接根据大脑信号预测，一秒内能够以95%的准确率正确预测下一帧画面。CEBRA不仅可用于神经科学研究，还可应用于涉及多重信息的数据集，包括动物行为与基因表达数据。

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https://www.nature.com/articles/s41593-023-01304-9

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06031-6

许多人在濒临死亡时会“走马灯”般回忆起自己一生中的重要时刻。5月1日，PNAS 上发表的一项研究揭示了背后的机制：美国密歇根大学的神经学家发现，心脏跳动停止后数秒，大脑中伽马波高频神经元活动突然剧增。研究者分析了4名昏迷濒死患者在取下呼吸机前后的脑电图(EEG)，发现缺氧显著刺激了2名患者大脑的伽马波活动，并且随着心脏状况恶化，伽马波活动进一步激增。激增情况出现于大脑后部的“后皮质热区”，这是一个被认为对有意识处理至关重要的区域。研究者认为，大脑活动爆发可能是濒死时的一种求生模式——器官释放大量信号分子，并产生不同寻常的脑电波模式，试图使自己苏醒。

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https://doi.org/10.1073/pnas.2216268120

目前治疗HIV的长效抗逆转录病毒疗法（ART），无法清除整合到基因组的HIV病毒DNA，因此一旦停药，HIV病毒水平就会反弹。5月1日，PNAS 上发表的一项研究提出了一种新的治疗策略，科学家结合ART疗法，使用CRISPR技术进行了两次基因编辑，最后大约60%的HIV小鼠完全清除了病毒。实验中，HIV小鼠先接受ART一个月治疗，然后研究者对表达CCR5（CCR5是HIV病毒进入T细胞的途径）受体的基因进行编辑，让CCR5受体表达水平降到最低，再进行第二次基因编辑，从小鼠基因组中去除整合的HIV病毒DNA。两个月后，10只小鼠中有6只已完全找不到HIV病毒，第二轮重复实验中，9只中有5只完全无病毒。该研究展现了CRISPR基因编辑技术在治愈HIV感染方面的潜力。

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https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217887120

数万只加州黑色蠕虫在几分钟内就能缠绕成一个错综复杂的球，但在面临捕食威胁时，几毫秒内就可以解开这个结。日前，Science 上发表的一项研究将蠕虫快速打结与松结的力学机制与高深的拓扑学联系起来。佐治亚理工学院的研究人员利用超声观测蠕虫复杂的缠结内部，并手动追踪绘制了46000个数据点。他们发现，蠕虫8字形的螺旋步态（下图）可能是快速打结与松结的关键。

麻省理工学院的数学家进一步建立数学模型进行模拟，发现蠕虫缠结是高度互动的系统，每个蠕虫至少与另外两个蠕虫形成缠结，因此十分紧凑。而螺旋步态以及每个蠕虫运动产生的共振调谐螺旋波，使得快速缠结与解缠结成为可能。受蠕虫运动背后的拓扑动力学原理和模型启发，未来的生物材料可能会借助力学、几何与运动之间的相互作用，突破传统结构极限。

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https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade7759

火星低纬度地区是否存在液态水，一直缺少直接的观测证据。近日，Science Advances 上发表的一篇论文填补了这一空白：中国科学院地质与地球物理研究所等联合团队发现“祝融号”着陆区（位于火星低纬度地区）的沙丘表面存在与液态水有关的多个特征，而且这些特征并非是地下水和二氧化碳导致的，而是因为降霜或降雪。基于“祝融号”火星车观测数据，我国科研人员首次发现“祝融号”着陆区的沙丘表面存在结壳、龟裂、团粒化、多边形脊、带状水痕等含水特征。另外，沙丘表面还富含含水硫酸盐、蛋白石、含水铁氧化物等含水矿物。沙丘形成于距今约40-140万年前以后，当时低纬度地区曾多次出现湿润环境，降霜降雪使得沙丘表面留下了液态水的活动痕迹。这项研究有助于探索火星气候演化历史、寻找宜居环境，并为未来寻找生命存在提供了关键线索。