週四. 5 月 23rd, 2024

中国网/中国发展门户网讯 (记者 王振红)2024年1月11日,由中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2023年世界十大科技进展新闻在山东烟台揭晓。科学家绘制迄今最全人脑细胞图谱、人工智能首次成功从零生成原始蛋白质、全球最大实验性核聚变反应堆开始运行、OpenAI正式发布GPT-4、卫星首次成功向地球传送太阳能证明天基能源可信性、講座人类眼球首次移植成功、迄今最小粒子加速器问世、科学家首次实现单原子X射线探测、全球首张昆虫大脑“地图”绘制完成、人类泛基因组首张草图发布等入选。发布会由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社、山东省科学技术厅、烟台市人民政府承办。

2024年1月11日,由中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2023年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻在山东烟台揭晓。

2023年世界十分享大科技进展新闻:

1.科学家绘制迄今最全人脑细胞图谱

10月13日,刊发在美国《科学》《科学进展》和《科学-转化医学》杂志上的21篇论文公布并阐释了迄今最全的人类大脑细胞图谱。多国科学家参与的这一系列研究揭示了3000多种脑细胞类型的特征,講座将有助于深入理解人类大脑的独特之处并推进脑部疾病和认知能力等研究。

据悉,上述研究是美国国立卫生研究院“推进创新神经技术脑研究计划——细胞普查网络”的一部分,该個人空間计划于2017年启动,此次发表的论文是数百名科学家利用最先进的分子生物学技术进行的一系列合作研究的成果。科学家表示,这项研究为人们理解人类大脑的结构和功能提供了宝贵信息,将有助于进一步的研究和临床应用。它代表了科学界在解开大脑奥秘方面的重大突破,为未来的神经科学研究开辟了新方向。

2.人工智能首次成功从零生成原始蛋白质

1月26日,美国Salesforce Research、Profluent Bio等机构在《自然-生物技术》上发表了一项研究成果,该研究创建了一个能够从头开始生成人造酶的人工智能(AI)系统。在实验室测试中,尽管人工生成的氨基酸序列与任何已知的天然蛋白质存在显著差异,但其中一些酶与自然界中发现的酶一样有效。

该实验表明,虽然自然语言处理是为读写语言文本开发的,但至少可以学习一些生物学的基本原理。Salesforce Research公司开发了名为ProGen的人工智能程序,使用下一代标记预测将氨基酸序列组装成人造蛋白质。

科学家表示,这项新技术可能比获得诺贝尔奖的“蛋白质设计技术——定向进化”更为强大,它将加速新蛋白质的开发,为已有50年历史的蛋白质工程领域注入活力。这些新蛋白质几乎可以用于从疾病治疗到降解塑料的任何领域。

3.全球最大实验性核聚变反应堆开始运行

12月1日,欧洲聚变能组织(F4E)发布消息称,欧洲和日本共同建造和运营的核聚变反应堆JT-60SA正式投入运行。该反应堆为托卡马克装置,始于2007年,于2020年完成组装,并于今年10月23日点火成功。该装置位于日本量子科学技术研究开发机构(QST)那珂研究所,被视为世界上最先进的托卡马克,其启动运行是核聚变历史上的一个里程碑。

JT-60SA计划是国际热核聚变实验反应堆计划(ITER,又称“人造太阳”计划)的先行项目。JT-60SA反应堆的目标是研究聚变作为一种安全、大规模和无碳的净能源的可行性,使它所产生的能量比消耗的能量更多。这两个项目的最终目标都是使内部的氢核融合成氦,以光和热的形式释放能量,模拟太阳内部发生的过程。

据悉,核聚变可以通过不同的方式进行,其过程都比核裂变清洁度更高,不会产生放射性废物。如果实现经济的聚变反应,将大大减少甚至完全消除人类对化石燃料的依赖。

4.OpenAI正式发布GPT-4

3月15日,OpenAI发布了多模态预训练大模型GPT-4,这是其大型语言模九宮格型的最新版本。与此前的版本相比,GPT-4具备强大的识图能力,文字输入限制也提升至2.5万字;GPT-4的回答准确性也显著提升,还能够生成歌词、创意文本从而实现风格变化。同时,GPT-4在各类专业测试及学术基教學准上也表现优良。

OpenAI称,该公司花费6个月的时间,利用对抗性测试程序和ChatGPT的经验教训迭代调整GPT-4,从而在真实性、可操纵性和拒绝超出设定范围方面取得了有史以来最好的结果。

GPT-4的发布是人工智能应用的一个里程碑事件,人工智能可实现的功能越来越丰富,未来或将成为人类得心应手的工具。

5.卫星首次成功向地球传送太阳能,证明交流天基能源可信性

6月1日,美国加州理工学院宣布,1月发射的一颗卫星已将微波束的能量导向太空中的目标,甚至还将一部分能量发送到地球的探测器上。该项目联合主任、加州理工学院电气工程师Ali Hajimiri指出:“这次的实验是一次概念验证,它表明了整个系统能够做什么。”

该任务旨在更进一步开发轻便、廉价和灵活的部件。微波发射器是一个由32个平面天线组成的阵列,排列在比餐盘稍大的表面上。通过改变发送到不同天线的信号的时间,研究人员可以控制阵列的波束。他们把它对准一对微波接收器,然后随意将光束从一个接收器切换到另一个接收器,并点亮每个接收器上的LED。

作为一种清洁、可再生的能源技术,天基太阳能利用技术被认为是实现零碳排放的可靠途径。

6.人类眼球首次移植成功

美国纽约大学兰贡医疗中心的外科团队11月9日宣布,他们成功完成了世界上首次眼球移植手术。该手术由爱德华多·罗德里格斯带领的团队完成,为遭受严重眼部损伤的阿伦·詹姆斯恢复了部分视力。

据悉,移植手术于今年5月进行,用时约21小时。手术过程中,外科团队从眼球供者的骨髓中提取成体干细胞,并在移植过程中将其注射到受者的视神经中,以期能取代受损的细胞并保护视神经。该团队表示,在手术后的六个月里,移植的眼球显示出明显的健康迹象,如血管功能良好等。尽管这只移植的眼球尚未恢复视力,但该团队认为,这一突破性成果将有助于相关医学领域的发展。目前该团队正在跟进监测,并期待找到这只眼球恢复视力的所有可能。

7.迄今最小粒子加速器问世

10月18日,德国埃尔朗根-纽伦堡大学的研究团队成功制造出了世界上最小的粒子加速器,其长度仅为0.2毫米,可以装在笔尖上。相关研究成果已发表在《自然》杂志上。

这一设备是第一个能够快速且聚焦良好的产生电子束的微型加速器,可将电子加速到每秒10万公里。该加速器采用了光波来加速粒子,通过数千根2微米高的硅柱排列成两条平行线,形成了一个狭窄的电子束。当他们制造出一个0.5毫米长的版本时,发现可以以更快速度加速电子,使电子携带的能量增加43%。

这种新技术有望应用于医学领域,为医生提供新的治疗工具或为生物实验室提供小型消毒工具。这一创新为医学领域提供了新的可能性,未来我们可以期待更多关于小型粒子加速器的研究和应用。

8.科学家首次实现单原子X射线探测

来自美国俄亥俄大学、阿贡国家实验室、伊利诺伊大学芝加哥分校等机构的科学家,首次拍摄到了单原子X射线信号,相关研究5月31日刊登于《自然》。

在最新研究中,阿贡国家实验室的韦·哈拉等人将一个铁原子和一个铽原子插入各自的分子宿主内。为检测单个原子发出的X射线信号,他们在X射线探测器内加入了一个由位于样品附近的尖锐金属尖端制成的专用探测器来收集X射线激发的电子。当X射线照射到原子上时,核心能级的电子被激发,并通过重叠的原子/分子轨道隧穿到探测器尖端,获得的光谱能揭示原子的相关信息。

研究团队强调,这项突破将为X射线和纳米科学领域开辟新天地。使用X射线检测和表征单个原子可能会催生量子信息、环境和医学研究微量元素检测等领域的新技术。这一成就也为研发先进的材料科学仪器开辟了道路。

9.全球首张昆虫大脑“地图”绘制完成

来自英国剑桥大学、美国约翰斯·霍普金斯大学等多家顶尖机构的研究人员,首次完整地对“果蝇幼虫”的大脑连接组进行重建,绘制出第一张完整的昆虫大脑图谱,包括所小樹屋有神经元和突触。这是了解大脑如何处理感官信息流并将其转化为行动的里程碑式成就。3月10日,《科学》杂志发表了这项研究成果。

研究团队使用高分辨率电子显微镜扫描了果蝇幼虫的数千张大脑切片,在计算机分析的辅助下,最终生成的图谱包含3016个神经元和54.8万个突触。他们还开发了计算工具,以识别昆虫大脑中可能的信息流路径和不同类型的电路图案。

这是有史以来第一张昆虫大脑“地图”,也是神经科学领域的一项里程碑式成就,使科学家更接近对思维机制的真正理解,为未来的大脑研究提供支持,并且还可能激发新的机器学习架构。

10.人类泛基因组首张草图发布

5月10日,《自然》杂志发表了人类泛基因组参考的“初稿”,在3篇论文的合集中,人类泛基因组参考联盟(Human Pangenome Reference Consortium)发布了首张人类泛基因组参考草图,以及两个以这一参考图为基础的新遗传学研究发现。

2003年,科学家们宣布,人类基因组序列图谱绘制成功。2022年,首个完整人类基因组序列发布,填补了人类基因组计划留下的空白。与前述两次基因主要来源于一个人不同,“泛基因组”草图是包括非洲、亚洲、美洲和欧洲的全球多地47人的脱氧核糖核酸(DNA)合集,地域和种族构成更多元化。

研究人员指出,与使用原始的线性参考基因组相比,“泛基因组”使他们能够识别出更多的基因结构变异,比如基因复制或缺失等较大的基因组变动。研究人员计划不断完善人类基因组图谱,旨在到2024年年中对350人进行测序。

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