人类情感是心智的一种表现。动画片《头脑特工队》因其对大脑认知加工、情绪感受的展现而被影迷津津乐道。但近期，中国科学院自动化所基于人工智能的一项研究颠覆了影片中的一些设定。提到芯片，多数人都会想到电脑、智能手机中含有大量晶体管的集成电路。但说起器官芯片，就令人困惑了：难道是像科幻小说里写的那种嵌在人体内的硅基芯片？
基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第五十七期。
1《iScience》丨游走在科技与人文交叉地带，探索人类的情感与认知
研究框架
人类情感是心智的一种表现。动画片《头脑特工队》将小女孩莱莉的五种情绪具象化为小精灵的模样——乐乐（喜悦）、忧忧（悲伤）、怕怕（恐惧）、怒怒（愤怒）和厌厌（厌恶）。
情绪控制台、个性岛屿、造梦工厂、记忆垃圾场……《头脑特工队》因其对大脑认知加工、情绪感受的展现而被影迷津津乐道。但近期，中国科学院自动化所的一项研究颠覆了影片中的一些设定。
随着心理学的发展，科学家发现人类可以表达出更为细粒度的情绪类别，如欣赏、崇拜等。尽管先前研究提出了基本情绪类别的定位主义理论，即：离散的情绪类别由大脑的特定区域独立编码，但是这一理论难以揭示更加细粒度的情绪类别在大脑中表示的神经机制。对此，中科院自动化所神经计算与脑机交互团队结合自然视觉刺激下的神经影像数据构建体素级神经编码模型，从中挖掘出人脑基础情感空间，并基于此解析出细粒度（27类）情绪在大脑中的编码模式。
研究发现，人脑对细粒度的情绪类别的编码广泛分布在大脑皮层的多个区域。与此同时，人脑的基础情感空间揭示了细粒度的情绪类别在大脑皮层上呈现出连续的梯度编码模式，而这些梯度可以在一定程度上被另一种情绪模型——情感维度所解释。
人工情感的理论建构以及类脑情感智能模型研发，不仅有助于促进人的发展，还有利于人工智能的发展、让交互智能体验更具有温度，而随着科技与人文的深度融合，其社会意义将越发凸显。
2 一块小小的芯片里，竟藏着人体和宇宙飞行的秘密！
提到芯片，多数人都会想到电脑、智能手机中含有大量晶体管的集成电路。但说起器官芯片，就令人困惑了：难道是像科幻小说里写的那种嵌在人体内的硅基芯片？近期，随着神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，陪同三位航天员一起返回地球的就有人体器官芯片。
器官芯片（organs-on-a-chip）是一种体外仿生技术，指在体外构建三维人体器官或组织微环境，可高仿真的模拟人体器官功能。此次东南大学苏州医疗器械研究院、中国航天员科研训练中心、数字医学工程全国重点实验室、江苏艾玮得生物科技有限公司共同开发制作的太空血管组织芯片完成了国际上首次血管组织芯片在长期微重力条件下的培养实验。
该器官芯片是我国独立自主研制，是我国第一次在轨实施器官芯片项目，也是国际首次在轨开展人工血管器官芯片研究，标志我国成为世界上第二个具备在轨开展器官芯片研究能力的国家。通过开展太空器官芯片的设计研究，发展有效的对抗防护措施，对于保障长期飞行后航天员的健康和圆满完成航天飞行任务具有重要的意义。
3《Advanced Functional Materials》丨这个手套能在人与机器之间架起“三道”桥梁
跨尺度仿生触觉传感界面构建及其人机交互应用
人机交互（Human Computer Interaction，HCI）是研究人与计算机系统之间自然高效信息交换的原理与技术。这里面，可穿戴触觉传感界面是其重要组成部分，对于精确地控制设备、机器人或虚拟环境至关重要。因此，追求更高效的人机交互体验，就需要提高触觉传感界面的灵敏度和检测范围。高灵敏度使触觉传感界面能够检测细微的机械刺激，宽探测范围则允许更通用的应用场景。
近日，电子科学与技术学院陈忠教授/廖新勤副教授团队通过纳米—微米—毫米三个维度的精心设计，开发了集成跨尺度仿生触觉传感界面的数据手套。该手套凭借优异的压力辨别能力，能够充分利用指尖信息和多指协同，实现触觉界面性能的精准调控和全天候、灵活的人机交互。
4《Nature Plants》丨野生祖先揭晓！水稻的身世之谜，终于弄清楚了
水稻起源推测图。野生祖先种地理分布用不同颜色标识。绿色菱形代表起源于中国的驯化基因，棕色三角代表起源于南亚和东南亚的驯化基因。
金秋送爽，转眼又到一年秋收时，骄阳似火，稻谷飘香。水稻又称亚洲稻，是人类重要的粮食作物之一，耕种与食用的历史都相当悠久，包括粳稻和籼稻两个亚种。但关于水稻“身世”，其实一直扑朔迷离。目前存在两种主流假说，即：一次起源和多次起源假说。前者推测水稻单次起源于中国的普通野生种；后者认为，水稻不同亚种分别起源于不同的地理区域，粳稻起源于中国的普通野生稻，而籼稻则起源于南亚和东南亚的尼瓦拉野生稻。
中国科学院植物研究所葛颂研究组基于1578份水稻和野生稻样本的重测序数据，采用一种新的分析策略探讨了水稻的起源/驯化历史，即在全基因组水平上通过分析驯化基因的起源来推断水稻的野生祖先和起源地点。该研究首先厘清了水稻和野生稻的群体遗传结构和群体动态历史，明确水稻包括6个品种群（indica, aus, rayada, aromatic, temperate japonica和tropical japonica）以及两种野生稻存在4个遗传组分。
在此基础上，研究人员通过全基因组扫描，鉴定到993个在indica和japonica中同时受到选择的基因（驯化基因），进而发现其中80%与来自中国的普通野生稻，而其余20%起源于南亚和东南亚地区的尼瓦拉野生稻。这些驯化基因在水稻驯化过程中发生了持续的亚种间基因渐渗，因而共享在整个水稻的基因库中。对36个知名驯化基因进行单倍型网络分析后，研究团队发现，中国南部和印度北部是水稻的二个主要驯化中心，东南亚以及印度南部也可能是水稻的次级驯化地区。由此，就解答了水稻的身世之谜——水稻是多次起源/驯化的产物。
5《Nature Communications》丨最新热电制冷材料，朝着商业化形态再演进
(a)赝二元Mg-Bi0.75Sb0.25相图的示意图、合成步骤及三层嵌套坩埚装置、多晶块体 (b)所得Mg3.15Bi1.4975Sb0.5Te0.0025粗晶样品的电子背散射衍射图像，以及作为对比的单个CGBi1.5热电臂的照片(c) CGBi1.5样品的z值与文献数据的对比 (d) 在新材料体系热电器件中CGBi1.5/Bi0.5Sb1.5Te3 热电器件的制冷温差优势
热电材料可以实现热能和电能的直接相互转化，与一般的机械式制冷相比，它不需要压缩传动等运动部件，更不需要制冷剂，不产生任何排放与环境污染，是一种较为理想的全固态高效制冷及热管理技术。全固态热电转换技术在余热废热利用、深空探测、静音制冷及主动温控等领域都有着巨大的应用潜力。
热电器件的性能表现主要取决于其核心热电材料的热电输运性能。聚焦到近室温热电材料及热电制冷这一领域，p/n型Bi2Te3是唯一商业化的高性能材料体系。但同时，因为Bi2Te3本身存在机械性能差、使用Te元素造成的高成本等问题，限制了这类材料的进一步推广和应用。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心赵怀周研究员课题组瞄准Mg3(Bi,Sb)2材料体系，在热电性能提升、化学与热稳定性增强、界面电极材料设计与制备、热电臂加工与焊接组装等环节取得一系列突破，课题组近期对Mg3(Bi,Sb)2材料体系进行了晶界结构优化与结晶质量提升，实现商业尺寸热电制冷模块的构筑，进一步证明了该材料体系的可靠性和服役稳定性。（专栏作者 李潇潇）
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发表于 2024-2-7 09:28:15
