兩院院士評選2024年中國/世界十大科技進展，清華大學(xué)傳感芯片技術(shù)入榜（附全名單）

1月22日上午，由中國科學(xué)院、中國工程院主辦的“兩院院士評選2024年中國/世界十大科技進展新聞”在江蘇省南京市揭曉。

兩院院士評選的2024年中國十大科技進展新聞分別是：嫦娥六號首次在月球背面采樣并發(fā)布首批研究成果；我國科學(xué)家研制出世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片；我國首艘大洋鉆探船“夢想”號正式入列；科學(xué)家研發(fā)出全球首個Pb級超大容量光盤存儲器；“天關(guān)”衛(wèi)星成功發(fā)射并獲系列成果；我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案；我國學(xué)者發(fā)表國際首個通用CAR-T治療成果；我國研制超級顯微鏡，首次全景“看到”大規(guī)模細胞交互行為；我國科學(xué)家在世界上首次觀察到凝聚態(tài)物質(zhì)中的引力子模；第二次青藏科考鉆取全球最長山地冰芯并實現(xiàn)系列突破。

兩院院士評選的2024年世界十大科技進展新聞分別是：科學(xué)家首次3D打印出功能性人類腦組織；谷歌新量子芯片跨越精度里程碑；歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學(xué)成果，包括首張“宇宙地圖”照片；科學(xué)家繪制迄今最大腦基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜；超精確癌細胞3D圖譜問世；首個雙語讀腦裝置讓失語者重新“開口”；美“星艦”第五次試飛，“筷子”成功回收助推器；世界首例干細胞治療恢復(fù)人類視力；全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植完成；長效HIV預(yù)防針劑試驗成功。

此項年度評選活動至今已舉辦31次。評選結(jié)果經(jīng)新聞媒體廣泛報道后，在社會上產(chǎn)生了強烈反響，使公眾進一步了解國內(nèi)外科技發(fā)展動態(tài)，對普及科學(xué)前沿知識起到了積極作用。

其中，“2024年中國十大科技進展新聞”中的“我國科學(xué)家研制出世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片”，由清華大學(xué)類腦計算研究中心團隊研制，這是一款全面超越現(xiàn)有傳統(tǒng)圖像傳感器和神經(jīng)形態(tài)傳感器的視覺傳感器芯片，是智能感知芯片領(lǐng)域的一個重大突破。

該研發(fā)成果相關(guān)論文以《面向開放世界感知具有互補通路的視覺芯片》（A Vision Chip with Complementary Pathways for Open-world Sensing）為題，被全球頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature》作為期刊封面文章發(fā)布。

同時，該成果也在第十一屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上榮獲2024世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技獎。該獎項由全球40多位頂尖專家評選，2024年共評選出20項，分基礎(chǔ)研究組、關(guān)鍵技術(shù)組和工程研發(fā)組三類。清華大學(xué)精儀系類腦團隊“基于原語表示的類腦互補視覺感知芯片”榮獲領(lǐng)先科技獎（基礎(chǔ)研究組，共評選出3項）。

文末，附錄2024年中國/世界十大科技進展新聞全名單及簡介。

該新型視覺傳感器芯片長什么樣？有什么特點？有什么優(yōu)勢？ 目前，我們主流中使用的視覺傳感器，主要是CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器。 然而現(xiàn)有圖像傳感器在開放世界中處理動態(tài)、多樣化和不可預(yù)測的場景時，存在許多的不足，如向高速、高分辨率、大動態(tài)范圍和高精度方向發(fā)展，受到功率和帶寬的限制。

論文通訊作者、清華大學(xué)精密儀器系教授施路平在媒體采訪中介紹，在開放世界中，智能系統(tǒng)不僅要應(yīng)對龐大的數(shù)據(jù)量，還需要應(yīng)對如駕駛場景中的突發(fā)危險、隧道口的劇烈光線變化和夜間強閃光干擾等極端事件。而傳統(tǒng)視覺感知芯片面對此類場景往往出現(xiàn)失真、失效或高延遲，限制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

“該范式借鑒了人類視覺系統(tǒng)的基本原理，將開放世界的視覺信息拆解為基于視覺原語的信息表示，并通過有機組合這些原語，模仿人視覺系統(tǒng)的特征，形成兩條優(yōu)勢互補、信息完備的視覺感知通路?！?/p>

與傳統(tǒng)圖像傳感器相比，人類視覺系統(tǒng)在開放世界環(huán)境中以其多功能性、適應(yīng)性和魯棒性而脫穎而出。人類視覺系統(tǒng)將視覺刺激解釋為多種視覺，如顏色、方向和運動，并以互補的方式將其分配給腹側(cè)和背側(cè)通路。 當(dāng)前已有一系列模仿人類視覺系統(tǒng)特定特征的器件，包括硅視網(wǎng)膜、神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器、脈沖頻率調(diào)制和近傳感器計算芯片等。然而，在有限的功率和帶寬的限制下，實現(xiàn)具有高空間分辨率、高速、高精度和大動態(tài)范圍的圖像傳感器仍然存在挑戰(zhàn)。

因此，研究團隊提出一種受人類視覺系統(tǒng)（HVS）多級特性啟發(fā)的互補感知范式，該范式涉及將視覺信息解析為基于視覺原語的表示，并通過有機組合這些原語，模仿人視覺系統(tǒng)的特征，形成兩條優(yōu)勢互補、信息完備的視覺感知通路：用于準確認知的面向認知的路徑和用于快速認知的面向行動的路徑。 為了實現(xiàn)這一范式，研究團隊開發(fā)了世界首款類腦互補視覺芯片「天眸芯」（Tianmouc），該芯片結(jié)合了混合像素陣列和并行異構(gòu)讀出架構(gòu)，利用互補視覺通路的特性，可以在極低的帶寬（降低 90%）和功耗條件下，實現(xiàn)每秒 10000 幀的高速、10bit 的高精度、130dB 的高動態(tài)范圍視覺信息采集。它不僅突破了傳統(tǒng)視覺感知范式的性能瓶頸，而且能夠高效應(yīng)對各種極端場景，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。 下圖為類腦互補視覺芯片「天眸芯」的測試系統(tǒng)。被處理的數(shù)據(jù)首先會傳輸?shù)?FPGA 版上，F(xiàn)PGA 板采集原始數(shù)據(jù)，然后通過 PCIe 傳輸?shù)街鳈C，主機再負責(zé)數(shù)據(jù)處理，以完成測試等任務(wù)。

▲“天眸芯”（Tianmouc）芯片測試系統(tǒng) 基于Tianmouc 芯片，研究團隊將其與自動駕駛系統(tǒng)集成，展示了其即使在開放道路上具有挑戰(zhàn)性的極端情況下也能實現(xiàn)準確、快速和穩(wěn)健感知的能力。基于基元的互補傳感范式有助于克服為各種開放世界應(yīng)用開發(fā)視覺系統(tǒng)的基本限制。

“天眸芯”（Tianmouc）互補視覺芯片怎么設(shè)計？采用90nm CMOS背照式技術(shù)制造！ 在物理傳感系統(tǒng)中，想實現(xiàn)互補傳感范式有幾個必須解決的挑戰(zhàn)。首先，設(shè)計像素陣列至關(guān)重要，這需要同時解析同一焦平面上相應(yīng)圖元的光電信息轉(zhuǎn)換。其次，兩條路徑的讀出架構(gòu)必須包含異構(gòu)構(gòu)建塊，這些構(gòu)建塊可以使用不同的數(shù)據(jù)分布和格式對電信息進行編碼。 如圖 2 所示，「天眸芯」采用 90 nm CMOS 背照式技術(shù)制造，由兩個核心部分組成：

用于將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電信號的混合像素陣列；

用于構(gòu)建兩個 CVP 的并行異構(gòu)讀出架構(gòu)。

受感光細胞的啟發(fā)，混合像素陣列包括錐體和桿體像素，具有不同的特性，如顏色、響應(yīng)模式、分辨率和靈敏度。這些像素可以將視覺信息解析為特定的顏色（紅色、綠色、藍色）和白色光譜，充當(dāng)顏色對立圖元。

研究團隊對「天眸芯」的量子效率、動態(tài)范圍、響應(yīng)速度、功率和帶寬等性能指標(biāo)進行了全面的評估。該芯片在 COP 和 AOP 中均表現(xiàn)出較高的量子效率，530 nm 最高可實現(xiàn) 72% 的 AOP 和 69% 的 COP。「天眸芯」通過利用互補的 COP 和 AOP 中不同增益模式的動態(tài)范圍來實現(xiàn)高動態(tài)范圍。 可以說，全面超越了現(xiàn)有的神經(jīng)形態(tài)傳感器和傳統(tǒng)圖像傳感器，同時仍能保持低功耗和低帶寬消耗。

以自動駕駛為示例，“天眸芯”（Tianmouc）的表現(xiàn)有多強悍？ 「天眸芯」的互補感知范式為自動化系統(tǒng)提供了巨大的想象空間，它可以作為感知算法的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)源。為了在開放世界場景中評估這些能力，研究人員開發(fā)了一個集成「天眸芯」的汽車駕駛感知系統(tǒng)（圖 4a），以評估在開放道路上行駛，涉及各種極端情況，例如強光干擾、高動態(tài)范圍場景、域偏移問題（異常物體）和具有多個極端情況的復(fù)雜場景。

▲圖 4：開放世界感知實驗。

為了利用天眸芯架構(gòu)的優(yōu)勢，作者設(shè)計了一種多路徑算法，專門用于利用 AOP 和 COP 的互補特性。在感知層面，圖元的完整性使得原始場景的重建和對極端照明的適應(yīng)成為可能。同時在感知層面，AOP 提供對變化、紋理和運動的即時感知，而 COP 提供精細的語義細節(jié)。通過同步這些結(jié)果，我們可以讓 AI 系統(tǒng)全面了解場景。 圖 4b 所示的第一種場景評估了突然強光環(huán)境的感知能力，在光照快速變化的情況下，傳感器的魯棒性受到了考驗。天眸芯對這種強光表現(xiàn)出了極強的適應(yīng)能力，同時在正常情況下也保持了較高的感知性能。對于實時高動態(tài)范圍感知（圖 4c），兩條通路的互補靈敏度使天眸芯能夠感知高亮度對比度而不會犧牲速度。 在感知層面，AOP 上的高速光流濾波器補充了異常檢測能力，其中 AOP-TD 和 AOP-SD 之間的協(xié)作可以精確計算運動方向和速度以識別異常（圖 4d）。圖 4e 顯示了自然光照昏暗、交通環(huán)境混亂、人造光突然干擾的復(fù)雜場景，需要在采樣速度、分辨率和動態(tài)范圍方面具有不同的感知能力。CVP 上的算法提供了互補和多樣化的結(jié)果，為這些場景中的進一步?jīng)Q策提供了充足的空間。

根據(jù) mAP_0.50（平均精度），與圖 4 中所有情況下僅使用單一路徑相比，CVP 具有更優(yōu)的整體檢測性能。值得注意的是，它在實現(xiàn)這一目標(biāo)的同時消耗了不到 80 MB s^(-1) 的帶寬和 328 mW 的平均功耗。實驗結(jié)果表明，天眸芯可以有效適應(yīng)極端光環(huán)境并提供領(lǐng)域不變的多級感知能力。 天眸芯擅長捕捉復(fù)雜的認知細節(jié)，同時可對快速不可預(yù)測的突發(fā)情況和運動作出響應(yīng)。它提供高速、高動態(tài)范圍和高精度，同時保持了自適應(yīng)低帶寬的特性。同樣重要的是，它的高可擴展性允許通過先進的制造工藝實現(xiàn)高級空間分辨率，從而促進具有低功耗和帶寬要求的分辨率敏感應(yīng)用。作者認為，新的范式為開發(fā)用于開放世界應(yīng)用的先進計算機視覺理論、算法和系統(tǒng)開辟了一條新途徑。

附錄2024年中國/世界十大科技進展新聞全名單及簡介

2024年中國十大科技進展新聞

01

嫦娥六號首次在月球背面采樣并發(fā)布首批研究成果

嫦娥六號首次在月球背面采樣。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所供圖

6月25日，嫦娥六號任務(wù)首次完成人類從月球背面采樣的壯舉，帶回1935.3克珍貴樣品，這對豐富人類月球起源和演化認知、更好地了解地球具有重要的科學(xué)價值。

11月15日，中國科學(xué)家利用這些月壤樣品做出的首批兩項獨立研究成果，同時刊登于《自然》和《科學(xué)》。兩項研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動，填補了月球玄武巖樣品在該時期的記錄空白。

研究還發(fā)現(xiàn)，月球背面42億年前存在來自富集克里普物質(zhì)源區(qū)的火山活動，月海玄武巖的分布不僅受月殼厚度影響，月幔源區(qū)的物質(zhì)組成也是重要的控制因素，刷新了傳統(tǒng)認知。

02

我國科學(xué)家研制出世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片

世界首款基于原語的類腦互補視覺芯片。清華大學(xué)類腦計算研究中心供圖

清華大學(xué)類腦計算研究中心團隊借鑒人類視覺機制，提出了基于原語表示的多通路互補類腦視覺感知新范式，將視覺信息拆解為基本原語，并有機組合成“認知”和“運動”兩條優(yōu)勢互補、信息完備的通路，突破了傳統(tǒng)圖像傳感器無法滿足開放環(huán)境中視覺感知的復(fù)雜需求的制約。

基于此，團隊成功研制出類腦互補視覺芯片“天眸芯”，降低90%帶寬，實現(xiàn)每秒10000幀、10比特、130dB的高速、高精度、高動態(tài)范圍視覺感知，并發(fā)展了軟件、算法、數(shù)據(jù)集和系統(tǒng)，在自動駕駛復(fù)雜開放道路展示了優(yōu)異的性能。相關(guān)研究成果5月30日作為封面文章發(fā)表于《自然》。

03

我國首艘大洋鉆探船“夢想”號正式入列

我國首艘大洋鉆探船“夢想”號。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局供圖

11月17日，我國自主設(shè)計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣州正式入列。該船是國家“十四五”重大科技創(chuàng)新工程，最大鉆深11000米，是全球鉆探能力最強、科學(xué)實驗功能最全、智能化水平最高、綜合運維成本最低的鉆探船。

“夢想”號可執(zhí)行大洋科學(xué)鉆探、深海油氣勘探和天然氣水合物勘查試采等國家戰(zhàn)略任務(wù)，有望率先實現(xiàn)人類“打穿地殼、進入上地幔”和“開發(fā)地球深部資源”的夢想，大幅提升我國“深海進入、深海探測、深海開發(fā)”能力，將為中國加快海洋強國建設(shè)、提高能源自主保障能力提供強大裝備保障。

“夢想”號由國家發(fā)展和改革委員會、自然資源部負責(zé)建設(shè)，中國地質(zhì)調(diào)查局具體組織實施，中國船舶集團建造、第七〇八研究所研發(fā)設(shè)計。

04

科學(xué)家研發(fā)出全球首個Pb級超大容量光盤存儲器

全球首個Pb級超大容量光盤存儲器示意圖。上海光機所、上海理工大學(xué)供圖

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所和上海理工大學(xué)等科研單位，在超大容量超分辨三維光存儲研究中取得突破性進展，對我國在信息存儲領(lǐng)域突破關(guān)鍵核心技術(shù)具有重大意義。

中國工程院外籍院士、上海理工大學(xué)教授顧敏，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所研究員阮昊團隊，上海理工大學(xué)、張江實驗室教授文靜，研發(fā)出國際首創(chuàng)的雙光束調(diào)控摻雜聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料的有機樹脂薄膜超分辨光存儲技術(shù)；實現(xiàn)了突破光學(xué)衍射極限的雙光束寫入和雙光束讀出的Pb量級光存儲；驗證了記錄點尺寸為54納米、100層記錄、材料壽命大于40年的超分辨數(shù)據(jù)存儲，單盤等效存儲容量相當(dāng)于8000張商用光盤或約100個普通商用硬盤。相關(guān)研究成果2月22日發(fā)表于《自然》。

05

“天關(guān)”衛(wèi)星成功發(fā)射并獲系列成果

“天關(guān)”衛(wèi)星藝術(shù)圖。中國科學(xué)院國家天文臺供圖

1月9日15時03分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丙運載火箭，將“天關(guān)”衛(wèi)星（又名愛因斯坦探針衛(wèi)星）發(fā)射升空。4月27日，“天關(guān)”衛(wèi)星任務(wù)發(fā)布了首批在軌科學(xué)探測圖像，引導(dǎo)國際上多個光學(xué)和射電望遠鏡、空間X射線天文臺開展了后隨觀測。10月31日，“天關(guān)”衛(wèi)星正式在軌交付給中國科學(xué)院國家天文臺等科學(xué)用戶使用。

“天關(guān)”衛(wèi)星被視為“宇宙天體爆發(fā)的捕手”，能精準捕捉到更加遙遠和暗弱的暫現(xiàn)源與爆發(fā)天體，探尋來自引力波源的X射線信號，對研究恒星活動、黑洞和中子星等致密天體的形成、演化、并合等過程具有重要科學(xué)意義。

06

我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案

我國研究人員為無液氦極低溫制冷提供新方案。中國科學(xué)院理論物理研究所供圖

中國科學(xué)院理論物理所/中國科學(xué)院大學(xué)研究員蘇剛、李偉，中國科學(xué)院物理所研究員孫培杰、博士后項俊森，以及北京航空航天大學(xué)副教授金文濤等聯(lián)合團隊，在鈷基三角晶格量子磁性材料中，發(fā)現(xiàn)了兼具固體和超流體特征的新奇量子物態(tài)—自旋超固態(tài)，這是首次在固體物質(zhì)中給出超固態(tài)存在的實驗證據(jù)。隨后他們發(fā)現(xiàn)自旋超固態(tài)可以導(dǎo)致巨磁卡效應(yīng)，通過磁場調(diào)控獲得零下273.056攝氏度的極低溫，實現(xiàn)了無液氦極低溫固體制冷。

目前團隊基于該效應(yīng)已設(shè)計出新型低溫制冷器件，實現(xiàn)了亞開溫區(qū)無液氦極低溫固體制冷。相關(guān)研究成果1月11日發(fā)表于《自然》。

07

我國學(xué)者發(fā)表國際首個通用CAR-T治療成果

我國學(xué)者發(fā)表國際首個通用CAR-T治療成果。海軍軍醫(yī)大學(xué)供圖

海軍軍醫(yī)大學(xué)教授徐滬濟團隊聯(lián)合華東師范大學(xué)和上海邦耀生物科技有限公司的研究人員，使用一種革命性的嵌合抗原受體T細胞免疫療法（CAR-T）成功治療自身免疫病。這也是在國際上首次使用異體通用型CAR-T治療風(fēng)濕免疫性疾病，幫助3名風(fēng)濕免疫性疾病患者達到長期緩解，為難治性風(fēng)濕免疫病的診治提供了新路徑。相關(guān)研究成果7月16日發(fā)表于《細胞》。

這一研究展示了異體通用型CAR-T細胞療法在有效性和安全性方面的巨大潛力，標(biāo)志著免疫性疾病的治療已進入新階段。隨著未來研究的深入和臨床試驗的擴展，該療法有望為更多患者帶來福音。

08

我國研制超級顯微鏡，首次全景“看到”大規(guī)模細胞交互行為

超級顯微鏡示意圖。清華大學(xué)供圖

生物體內(nèi)不同類型細胞間每時每刻都在發(fā)生交互作用，對此進行的研究被視為“介觀”尺度研究。

中國工程院院士、清華大學(xué)教授戴瓊海團隊自主研發(fā)出的新一代介觀活體顯微儀器RUSH3D，兼具厘米級三維視場與單細胞分辨率，可以每秒20次的高速三維成像速度，實現(xiàn)長達數(shù)十小時的全景連續(xù)低光毒性觀測。相關(guān)研究成果9月13日發(fā)表于《細胞》。

據(jù)悉，RUSH3D的研制與產(chǎn)業(yè)化填補了對復(fù)雜生命現(xiàn)象介觀尺度活體觀測的空白，標(biāo)志著我國在活體介觀是微成像領(lǐng)域處于國際前沿。目前，該儀器已支持國內(nèi)多所高校院所在腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、腦科學(xué)等領(lǐng)域開展系列創(chuàng)新性研究。

09

我國科學(xué)家在世界上首次觀察到凝聚態(tài)物質(zhì)中的引力子模

圓偏振光探測量子液體中的類引力子。南京大學(xué)供圖

南京大學(xué)教授杜靈杰團隊聯(lián)合美國哥倫比亞大學(xué)、美國普林斯頓大學(xué)、德國明斯特大學(xué)研究人員，通過自主設(shè)計、組裝的極低溫強磁場共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)，基于砷化鎵量子阱，在分數(shù)量子霍爾效應(yīng)中首次觀察到引力子模。

該成果標(biāo)志著世界范圍內(nèi)首次在真實系統(tǒng)中觀察到具有引力子特征的準粒子，同時為分數(shù)量子霍爾效應(yīng)全新的幾何描述提供了實驗證據(jù)。盡管引力子模并非作為基本粒子的引力子，但該實驗發(fā)現(xiàn)為在凝聚態(tài)物質(zhì)中探索量子引力相關(guān)物理問題開辟了全新視野，也開啟了從幾何視角研究強關(guān)聯(lián)量子體系的新方向。相關(guān)研究成果3月28日發(fā)表于《自然》。

10

第二次青藏科考鉆取全球最長山地冰芯并實現(xiàn)系列突破

科研人員在第二次青藏科考現(xiàn)場。中國科學(xué)院青藏高原研究所供圖

8月18日，我國啟動第二次青藏科考“守護水塔：一原兩湖三江”重大活動?？瓶季劢谷蛑械途暥让娣e最大的普若崗日冰原，西藏第一大湖色林錯和第二大湖納木錯，以及長江、怒江、雅魯藏布江，由10位國內(nèi)外院士領(lǐng)銜，首次在普若崗日冰原發(fā)現(xiàn)目前青藏高原最厚冰川，并創(chuàng)下長達324米的全球最長山地冰芯鉆探紀錄。

科考還開創(chuàng)了多個首次，填補了我國該區(qū)域多項科學(xué)研究領(lǐng)域空白：利用系留浮空艇觀測季風(fēng)-西風(fēng)傳輸轉(zhuǎn)換過程，在冰原區(qū)鑒定出2個疑似新種和20多個區(qū)域新紀錄種，發(fā)現(xiàn)短期高原人群心功能易損期約為30天，在念青唐古拉山主峰附近發(fā)現(xiàn)稀有金屬鈹富集，在倫坡拉盆地開展超千米鉆探。

2024年世界十大科技進展新聞

01

科學(xué)家首次3D打印出功能性人類腦組織

研究流程示意圖。圖片來源于《細胞—干細胞》

美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家首次3D打印出功能性人類腦組織，它可以像傳統(tǒng)腦組織一樣正常生長并發(fā)揮作用。相關(guān)研究成果2月1日發(fā)表于《細胞—干細胞》。

研究人員采用了水平疊層方案，將從誘導(dǎo)多能干細胞中培養(yǎng)出來的腦細胞置于柔軟的“生物墨水”凝膠中，最終培育出神經(jīng)元。打印的細胞通過介質(zhì)在每個打印層內(nèi)部和層之間產(chǎn)生連接，形成與人類大腦相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。

這種3D打印技術(shù)不需要特殊的生物打印設(shè)備或培養(yǎng)方法來保持組織健康，并可以使用顯微鏡、標(biāo)準成像技術(shù)和電極進行深入研究?？茖W(xué)家認為，這一突破對研究大腦，治療阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥等多種神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育疾病具有重要意義。

02

谷歌新量子芯片跨越精度里程碑

美國谷歌公司開發(fā)的一款量子芯片Willow，首次實現(xiàn)了“低于閾值”的量子計算，這是尋求制造足夠精確且實用量子計算機的一個重要里程碑。相關(guān)研究成果12月9日發(fā)表于《自然》。

過去幾年，包括IBM和亞馬遜的AWS在內(nèi)的多家公司和學(xué)術(shù)團體已經(jīng)證明，糾錯可以略微提高準確性。2023年初，谷歌發(fā)布了一項研究成果，在Sycamore量子處理器中使用了49個量子比特，并在超導(dǎo)電路中對每個物理量子比特進行了編碼。

Willow是該技術(shù)的改進版本，其規(guī)模更大，擁有105個物理量子比特。谷歌量子計算部門負責(zé)人表示，Willow功能強大，可以在約5分鐘內(nèi)完成全球最大的超級計算機預(yù)計需要1025年才能完成的隨機電路采樣任務(wù)。

03

歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學(xué)成果，包括首張“宇宙地圖”照片

歐幾里得空間望遠鏡公布首批科學(xué)成果。圖片來源于ESA

5月23日，歐洲航天局（ESA）公布了2023年7月發(fā)射升空的歐幾里得空間望遠鏡首批科學(xué)成果。其中一組科學(xué)圖像清晰展現(xiàn)了閃閃發(fā)光的星系團、附近的螺旋星系，以及孕育著數(shù)十萬顆年輕恒星的彩色星際氣體云。

此外，太空望遠鏡拍攝的一組拼接圖像捕捉到1400多萬個星系，首次展示了“宇宙地圖”，增進了人們對暗物質(zhì)和暗能量在宇宙結(jié)構(gòu)中所起作用的理解。這幅巨圖由260幅圖像拼接而成，是歐幾里得太空望遠鏡繪制的迄今最大、最精確的宇宙地圖的第一次展示。

在接下來的6年里，歐幾里得太空望遠鏡將自動掃描大約1/3的夜空。研究人員預(yù)計，最終地圖將顯示約80億個星系，每個星系都有數(shù)十億顆恒星，跨越100億年的宇宙歷史。

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科學(xué)家繪制迄今最大腦基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜

5月24日，研究人員在《科學(xué)》《科學(xué)進展》《科學(xué)報告》雜志上發(fā)表了15篇論文，宣稱繪制出了迄今最大、最先進的大腦基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)多維圖譜，詳細描述了協(xié)調(diào)大腦生物通路和細胞功能的許多調(diào)節(jié)元件。

這些論文按照幾個關(guān)鍵主題報告了研究結(jié)果，擴展了先前的發(fā)現(xiàn)，探索了人類大腦多個皮層和皮層下區(qū)域。這些大腦區(qū)域在一系列重要功能中起到了關(guān)鍵作用，包括決策、記憶、學(xué)習(xí)、情感、獎勵處理和運動控制。

上述研究由美國國立衛(wèi)生研究院資助，使用2500多名捐贈者的死亡后腦組織，繪制了大腦發(fā)育不同階段和與多種大腦疾病相關(guān)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

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超精確癌細胞3D圖譜問世

10月30日，在發(fā)表于《自然》的12篇論文中，人類腫瘤圖譜網(wǎng)絡(luò)（HTAN）的研究人員通過分析人類和動物組織的數(shù)十萬個細胞，繪制了超精確腫瘤細胞3D圖譜，同時創(chuàng)建了能夠追蹤導(dǎo)致癌癥的細胞變化的“分子鐘”。

科學(xué)家分析了6種癌癥的131個樣本中的細胞組織，并使用“分子鐘”追蹤正常細胞如何在腸道中失控并增殖。他們使用單細胞分析和基因編輯工具CRISPR在每個細胞的DNA中生成突變，從而記錄了每個細胞變化和分裂的時間軸。科學(xué)家將這種方法應(yīng)用于418個人類結(jié)腸息肉，發(fā)現(xiàn)高達30%的息肉起源于幾種細胞類型。這些發(fā)現(xiàn)推翻了結(jié)腸癌起源于腸道內(nèi)壁單個流氓細胞的觀點，并可能為早期診斷和干預(yù)提供更多機會。

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首個雙語讀腦裝置讓失語者重新“開口”

5月20日，美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的研究人員在《自然—生物醫(yī)學(xué)工程》發(fā)表的一項研究稱，與大腦植入物耦合的人工智能（AI）系統(tǒng)首次幫助一個無法正常說話的人用兩種語言進行交流。

這項研究只有一名綽號為Pancho的參與者，他的母語是西班牙語，在20歲中風(fēng)后學(xué)會了英語。研究團隊開發(fā)了一個包含西班牙語和英語等模塊的AI系統(tǒng)，針對Pancho說出的短語，根據(jù)第一個單詞區(qū)分英語和西班牙語的準確率為88%，而解碼正確句子的準確率為75%。

此外，研究人員分析大腦皮層直接記錄的信號后發(fā)現(xiàn)，有關(guān)西班牙語和英語的許多大腦活動實際來自同一區(qū)域。這項研究為人們了解大腦如何處理語言提供了見解，并為無法口頭交流的人恢復(fù)多語言能力帶來了希望。

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美“星艦”第五次試飛 “筷子”成功回收助推器

“筷子”成功回收助推器。圖片來源于SpaceX

當(dāng)?shù)貢r間10月13日，美國太空探索技術(shù)公司新一代重型運載火箭“星艦”實施第五次試飛?；鸺破髟诮德鋾r由發(fā)射塔上被稱作“筷子”的機械臂“夾住”，首次實現(xiàn)在半空中捕獲回收，飛船濺落在印度洋。

“星艦”火箭總長約120米，直徑約9米，由兩部分組成，第一級是長約70米的“超級重型”助推器，第二級是“星艦”飛船，兩級均可重復(fù)使用。該火箭的設(shè)計目標(biāo)是將人和貨物送至地球軌道、月球乃至火星。

這是“星艦”的第五次試飛。今年6月第四次試飛時，火箭第一、二級成功分離，分別按計劃落入墨西哥灣和印度洋。本次使用機械臂捕獲助推器的方式，有助更快地回收、重復(fù)使用助推器，提高“星艦”發(fā)射頻率。

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世界首例干細胞治療恢復(fù)人類視力

日本大阪大學(xué)的研究團隊實現(xiàn)世界首例誘導(dǎo)多能干細胞（iPSC）角膜移植手術(shù)。在接受手術(shù)的4名視力嚴重受損患者中， 3名在接受干細胞移植后，視力得到了持續(xù)一年多的顯著改善，另一名患者視力雖有所提高，但并不持續(xù)。相關(guān)研究成果11月7日發(fā)表于《柳葉刀》。

研究人員從健康的供體中提取血細胞，并重新編程為胚胎樣狀態(tài)，然后將其轉(zhuǎn)化為一層薄而透明的鵝卵石狀角膜上皮細胞。作為手術(shù)的一部分，該團隊刮掉覆蓋在患者一只眼睛的受損角膜上的疤痕組織層，然后縫合來自供體的上皮細胞，并在上面放置一個柔軟的保護性隱形眼鏡。研究人員計劃2025年3月啟動臨床試驗，以進一步評估這種方法的療效。

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全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植完成

3月16日，美國馬薩諸塞州總醫(yī)院的外科團隊完成了全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術(shù)。接受豬腎移植的是一位名叫Richard Slayman的62歲終末期腎衰竭患者。該移植手術(shù)獲得了美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的“同情使用”許可。

移植的腎臟取自一只小型豬，這只豬經(jīng)過了eGenesis公司科學(xué)家進行的CRISPR-Cas9基因組編輯， 69個動物基因被修改。這些編輯的基因組旨在防止捐贈器官的排斥反應(yīng)，并降低器官中的病毒感染接受者的風(fēng)險。

全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術(shù)的初步成功，讓研究人員燃起了對豬器官進行更大規(guī)模臨床試驗的希望。這樣的試驗可能會將“異種移植”帶入臨床。

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長效HIV預(yù)防針劑試驗成功

6月20日，美國生物制藥公司吉利德公布，其研發(fā)的一年注射兩次的HIV-1衣殼抑制劑“Lenacapavir”（來那卡帕韋），在預(yù)防艾滋病毒（HIV）方面顯示出了100%的有效性。

《科學(xué)》認為，該藥物的成功源于基礎(chǔ)研究的重大突破，即對其所靶向的HIV衣殼蛋白的結(jié)構(gòu)與功能有了全新的深入理解。鑒于許多病毒也擁有各自的衣殼蛋白，來那卡帕韋的成功應(yīng)用意味著，類似的衣殼抑制劑有望對抗其他病毒性疾病。

預(yù)計監(jiān)管部門最早到2025年中期才會批準來那卡帕韋，其價格尚未公布，因此能否加速終結(jié)艾滋病的流行尚未可知。美國國家過敏和傳染病研究所所長Jeanne Marrazzo提醒，來那卡帕韋不能替代疫苗。