脑机接口帮助渐冻症患者重新“开口”说话；蜘蛛操控萤火虫发光吸引更多好兄弟 | 一周趣科学vol.32
1. 蜘蛛操控萤火虫吸引更多好兄弟；
2. 保质期九个小时的心脏移植快递；
3. 帮助渐冻人重新说话的新型脑机；
4. 年轻人患结直肠癌与饮食有关系；
5. 巨石阵祭坛取材地远至八百公里。
萤火虫利用腹部的发光器进行交流。
例如，一种被称为边褐端黑萤的萤火虫，它的雄性个体有两个发光器，可以发出多脉冲的闪光，而它的雌性个体只有一个发光器，能发出单脉冲的闪光。华中农业大学的萤火虫专家付新华在田间工作时发现，圆网蜘蛛会用网捕捉萤火虫作为食物。他还发现了一个奇怪的现象：蜘蛛捕食的萤火虫大部分都是雄性，很少有雌性。于是，付新华教授与湖北大学的张士昶教授和李代芹教授合作，对这一现象展开了进一步研究。
在长时间的观察后，他们发现了一个新的现象：如果蜘蛛不在蜘蛛网上，那么蛛网捕获雌性萤火虫和雄性萤火虫的概率基本是五五开。但是，如果蜘蛛已经在蛛网上捕获了一只萤火虫，那么它后续捕捉到的萤火虫大部分都是雄性，而雌性就很少了。经过进一步分析，他们发现，当雄萤被困在有蜘蛛的网上时，它会发出单脉冲的光，只使用一盏灯，而不是两盏灯，与飞行的雌萤相似。
这就能解释为什么捕到雄萤之后就能够捕到更多的雄萤了：因为被捕捉到的雄萤发出了像雌萤的光信号，于是就吸引了更多的雄萤前来，然后它们也就“落网”了。那么，为什么雄性萤火虫会改变自己的信号模式呢？会不会是在求救呢？进一步的观察发现，雄性萤火虫单独被困在蜘蛛网里时，它仍然会发出雄性特有的多脉冲光；但是当蜘蛛来攻击并试图吃掉它的时候，它就会开始发出类似雌萤的单脉冲光了。
于是，科学家提出了一个很新奇的想法：蜘蛛通过特殊的攻击手段，操纵了被捕的雄性萤火虫，迫使它只能发出单脉冲新号，从而吸引更多的雄萤“落网”。这样一来，捕捉到雌性萤火虫时，它原本发出的单脉冲光就会吸引来很多雄萤；而捕捉到雄性萤火虫时，蜘蛛会操控它们也发出单脉冲光，这样还是会引来很多雄性。
目前，科学家还在进行进一步研究，探索蜘蛛是如何“操控”雄萤发出单脉冲光的，是蜘蛛的物理攻击让雄萤发出伪装信号，还是蜘蛛的毒液操控了雄萤的神经系统。
想要成功移植一颗心脏是很不容易的。当捐献者去世后，医生必须立即进行手术，取出心脏，经过检测、识别后，再转移到受体患者处，马上进行移植手术。这整个转移过程需要在4小时之内完成，一旦超时，不但成功率会大幅下降，还会增加并发症的可能性。
之所以只有4小时的转移时间，是因为心脏的活体保存方法有限。现有的方法，是将心脏放在钾溶液中，并将其温度保持在4度左右。这种方法虽然可以保证心脏细胞不会快速死亡，但是溶液中是没有氧气的，因此心脏缺氧，还是会发生缓慢死亡。所以，一旦时间超过4个小时，就有可能会导致心脏移植失败。近日，一家名为XVIVO AB的瑞典公司发明了一种新型的心脏转移装置，命名为HOPE。
研究表明，这一装置可以将心脏的“保质期”从4小时延长至9小时。这一装置使用的原理是，把心脏用特殊方法连接在特殊的泵上，通过这个特殊的泵，向心脏内部提供富含氧气和养料的溶液，就好像有血液流经心脏一样。这样一来，心脏得到了氧气和营养的供应，心肌细胞的死亡就被进一步延缓了，于是医生就有了比原来多一倍的时间来进行心脏的检测和转移工作了。该公司之前用同样的策略设计了肝脏、肾脏等器官的转移装置，都取得了成功。
这样一来，时间延长不仅可以让他们有更多时间找到可行的器官匹配，还可以扩大潜在移植接受者的地理范围。对204例心脏移植术的研究表明，术后第一个月内，用HOPE转移心脏的接受者出现并发症的可能性仅有11% ，而用传统方法转移心脏的接受者中则有28%。同时，与传统方法的接受者相比，HOPE转移的接受者发生重大不良心脏移植事件的可能性也下降了50%。
展望未来，研究人员打算在移植手术后的第一年对接受者进行监测，同时继续完善该系统以获得监管部门的批准。
美国加州大学戴维斯分校健康中心开发的新型脑机接口 (BCI) 可以将脑信号转化为语音，准确率高达 97%——是同类系统中最准确的。今年45岁的美国人Casey曾经是“气候行动”组织的一名员工，2010年后他患上了肌萎缩侧索硬化症，也就是“渐冻症”。
随着病情的逐渐恶化，他逐渐四肢瘫痪，只能生活在轮椅中，而且嘴巴的肌肉也逐渐失去了控制，无法清楚地说话，因此也无法表达自己的需求。2023年，美国加州大学戴维斯分校的神经外科医生Brandman将Casey招募为受试志愿者。Brandman的团队正在研发一种将脑信号转化为语音的装置，而这种装置将极大地方便渐冻症患者与外界交流。团队向Casey的大脑植入了研究用的脑机接口设备。
四个微电极阵列被放入大脑的左中央前回，这是大脑中负责协调言语的区域。当人们试图说话时，大脑的这一区域会向口腔和喉咙的肌肉发出神经信号，进而使人们能发出音节，组成想说的话。虽然渐冻症患者的肌肉不受控制，但是他们的大脑仍然可以正常发出这些信号。研究者让Casey试图发出不同的音节，然后通过电极检测对应的大脑信号，并且用机器学习的方式将两者进行匹配训练。
经过多次训练之后，系统就开始能够识别他大脑中的信号，并且拼出他想说的单词了。另一方面，团队还通过病人之前的视频资料，用AI合成了他的声音。于是，与系统连接后，病人只需要脑中想出他要说的话，并且试图发声，那么系统就能识别出这些信号，判断出他想要说什么。在经过他确认后，系统就会用他的合成声音替他说出他想说的那句话。“这真的很像我。”Casey在实验成功之后“说”道。
目前，他想说的话中有超过97%的部分可以被系统正确识别并表达出来。现在，他可以很轻松自如地面对面交谈，也可以参加网络视频会议。有关这项工作的研究近日发表在《新英格兰医学杂志》上。研究者认为，这项技术是具有变革性的，因为它为想说话但不能说话的人带来了希望。这种技术将帮助他们重返生活和社会。
美国克利夫兰诊所的一项新研究发现，饮食中产生的代谢物是年轻人患结直肠癌的主要驱动因素，尤其是与红肉和加工肉类相关的代谢物。研究者在《NPJ精准肿瘤学》上发表报告，分析了患者的代谢物和微生物组数据集，强调年轻人（<60 岁）预防结直肠癌的最佳方法之一是控制自己的饮食。研究者表示，对于60岁以上的人群来说，每年接受一次结肠镜检查是防治结直肠癌的有效方法。但是年轻人往往不愿意，也没必要这样做。
因此，研究者们找到了一种更简单的测试方法，他们通过判断受试者是否含有结直肠癌风险的生物标志物来进行测试，这种方法对年轻人来说更有效。如果这种标志物的含量过高，那么就提示该被试者的患癌风险较高，可以对这些人群进行更有针对性的结肠镜筛查。于是，研究人员对在克利夫兰诊所接受结直肠癌治疗的患者数据进行了大规模分析。
该团队在之前的一项研究中发现，年轻病人与老年病人相比，他们体内的代谢物质存在差异；而在另一项研究中，他们发现年轻病人的肠道微生物群也有一些特殊之处。但是这些差异非常复杂，难以找到主要的差异因素充当癌症标志物。因此，团队开发了一种人工智能算法，用于整合和分析现有研究的数据集，并明确哪些因素与结直肠癌最为相关。令人惊讶的是，分析显示，年轻患者与老年患者之间存在的差异中，饮食差异占了很大一部分。
与年长的患者相比，年轻的结肠癌患者体内有两种代谢途径更加活跃：一是与精氨酸相关的代谢途径，二是与尿素循环相关的代谢途径。这些差异可能与长期食用红肉和加工肉类有关。团队目前正在进一步分析全美国的数据集，以验证他们的这一猜想。研究者表示，尽管还需要更多的研究来确切了解饮食因素如何导致结直肠癌，但他们已经将目前的发现融入到了对年轻人的癌症预防教育中。
作者接受采访时称：“现在我总是向我的病人以及任何健康人提起这个问题，告知他们红肉和加工肉类代谢产物与结直肠癌的关系，让他们对自己的生活方式做出明智的选择。”
巨石阵是位于英格兰南部索尔兹伯里平原的新石器时代石圈，几个世纪以来一直吸引着考古学家、古物学家和观光客。没有人知道它是谁建造的，也不知道为什么建造它。几千年来，它的建造者众说纷纭，可能是罗马人、维京人、撒克逊人等。
更有甚者，在英国有一个流传近千年的传说，认为巨石阵是亚瑟王的老师梅林建造的，他用魔法将巨石从爱尔兰运过大海，跨越上千公里。这一传说虽然很“玄幻”，但它居然说对了一部分——科学家近日发现，巨石阵最核心的一块祭坛石，确实来自800公里外的苏格兰。巨石阵是一圈人工排列的岩石，圆圈中心是祭坛石，这是一块绿色的砂岩，重约6吨，长5米，宽1米，被压在另外两块石板下，处于半埋藏状态。巨石阵的标志性石板分为两组。
约30块高大直立的砂岩组成外圈和内圈，大多数成对出现，顶部有异形楣石。研究已确定它们来自于 25 公里外的丘陵。其他石块包括约80块蓝砂岩，这些砂岩来自威尔士西部的山脉。由于这些石头都来自于不算太远的地方，因此之前的科学家认为祭坛石应该也是来自于周边。但是岩石成分的分析却与附近的任何地方都对不上。澳大利亚珀斯科廷大学的研究者决定来个刨根问底。
他们利用祭坛石碎片中的微小锆石、金红石和磷灰石晶体进行年代测定和化学分析，并与全球范围内的岩石数据逐一对比。锆石这类矿物的性质非常稳定，它们不会因为地质运动而磨损，因此可以作为确定岩石来源的标志物。最终结果表明，祭坛石的成分与苏格兰东北部和奥克尼群岛的的旧红砂岩地层完全匹配。地质学家已经排除了冰川夹带石头到英格兰南部的可能性。
那么，这里距离巨石阵有将近800公里远，几千年前的人是如何从这么远的地方运一块石头的呢？并且，苏格兰和巨石阵之间的地势崎岖，徒步行走十分困难。但海上航行同样危险。这个问题还需要进一步探索。更重要的是，古人费劲力气把这样一块大石头运来，而不是像巨石阵的其它石头那样就地取材，到底有什么目的。