斯坦福大学的科学家们设计细胞来进行基因引导的建设项目

斯坦福大学的研究人员已经开发出一种技术,可以利用科学家提供的合成材料对细胞进行重新编程,从而构建能够在体内执行功能的人工结构。

斯坦福大学的科学家们已经开发了一项涉及生物相容聚合物(以黄金表示)的技术,这种聚合物可以是电绝缘的或导电的。当有选择地沉积在细胞上时,就像这里显示的神经元,它们调节目标细胞的特性。(图片来源:Ella Maru工作室和Yoon Seok Kim/Jia Liu, deisthrth /Bao实验室,斯坦福大学)

“我们把细胞变成了某种化学工程师,利用我们提供的材料来构建功能性聚合物,以特定的方式改变它们的行为,”生物工程和精神病学与行为科学教授卡尔·戴瑟罗斯(Karl deis血清)说,他是这项研究的负责人之一。

在3月20日的《科学》(Science)杂志上,研究人员解释了他们是如何开发出基因靶向化学组装(GTCA)的,并利用这种新方法在哺乳动物的脑细胞和秀丽隐杆线虫(C. elegans)的神经元上构建人工结构的。这些结构是用两种不同的生物相容性材料制成的,每一种材料都具有不同的电子性能。一种材料是绝缘体,另一种是导体。

该研究的负责人之一、化学工程教授鲍哲南(音)说,虽然目前的实验主要集中在脑细胞或神经元上,但GTCA也应该适用于其他类型的细胞。鲍说:“我们已经开发了一个技术平台,可以利用人体细胞的生化过程。”

探索的工具

研究人员首先对他们想要影响的细胞进行基因重组。他们通过使用标准的生物工程技术来传递指令,向特定的神经元中添加一种叫做APEX2的酶。

接下来,科学家们将蠕虫和其他实验组织浸泡在含有两种活性成分的溶液中——极低的、非致死剂量的过氧化氢,以及他们想要细胞用于建筑工程的数十亿分子原料。

过氧化氢与带有APEX2酶的神经元之间的接触引发了一系列的化学反应,这些化学反应将原料分子熔合在一起形成一种称为聚合物的链,从而形成网状物质。通过这种方式,研究人员能够在他们想要的神经元周围编织具有绝缘或导电特性的人工网络。

聚合物改变了神经元的性质。根据形成的聚合物不同,神经元的反应是快还是慢,而当这些聚合物在秀丽隐杆线虫的细胞中生成时,线虫的爬行运动发生了相反的变化。

在哺乳动物细胞实验中,研究人员在老鼠大脑的活体切片和培养的老鼠大脑神经元上进行了类似的聚合形成实验,并验证了合成的聚合物的导电或绝缘性能。最后,他们将一种低浓度的过氧化氢溶液和数百万的原材料分子注入活老鼠的大脑,以证实这些元素在一起是无毒的。

deis血清思说:“我们有的不是医学应用,而是探索的工具。“但是这些工具可以用来研究由神经周围的髓磷脂绝缘层磨损引起的多发性硬化,如果能诱导病变细胞形成绝缘聚合物作为替代,多发性硬化可能会有什么反应。”研究人员可能还会探索,在自闭症或癫痫患者失火的神经元上形成导电聚合物,是否可能改变这些情况。

接下来,研究人员想要探索他们的细胞靶向技术的变体。GTCA可用于生产多种功能材料,通过不同的化学信号实现。“在这个化学和生物学的新界面上,我们正在想象一个充满各种可能性的世界,”戴瑟罗斯说。

Karl deis血清是D.H. Chen教授,生物工程和if精神病学及行为科学教授,霍华德·休斯医学研究所研究员。他是斯坦福大学生物x和吴仔神经科学研究所的成员。李的鲍哲南株式会社是工程学院的教授,研究能源研究所高级研究员和教授,礼貌,材料科学与工程和化学。她是斯坦福生物x、斯坦福化学h和斯坦福伍兹环境研究所的成员。其他斯坦福的作者包括:病理学和生物学教授沈康;精神病学和行为科学助理教授Sergiu P. Pasca;化学工程实验室主任Jeffrey B. Tok;Lief Fenno,研究型精神病学住院医师;生命科学研究教授Lydia-Marie Joubert;博士后或访问学者刘佳,Claire Richardson, Xiao Wang, Cheng Wang, Toru Katsumata, Huiliang Wang, Yuanwen Jiang, Fikri Birey;PdD学生Yoon Seok Kim, Ariane Tom,和Shucheng Chen;以及生命科学研究助理Charu Ramakrishnan。

该研究人员得到了美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、斯坦福生物x、乌仔神经科学研究所、宽正国际奖学金、美国先进光源能源部设施和斯坦福纳米haredfacilities的部分支持。

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斯坦福学生提供博士论文答辩

斯坦福大学的博士生Anjali Bisaria不会让全球流行病阻止她完成她的博士学位。周二,她在校外住所通过视频电话会议进行了辩护。

Anjali Bisaria presents her defense

博士生Anjali Bisaria通过客厅里的Zoom会议展示了她的辩护。(图片来源:Anjali Bisaria)

Bisaria是第六年博士生学习化学和系统生物学在斯坦福医学院的托拜厄斯梅尔实验室的一员。经过数月准备她的斯坦福大学生涯最大的一天,她登录到一个变焦会议捍卫她的研究在一个虚拟的观众约60人,其中包括顾问,同学,朋友和家人。

“我确实有点担心,”Bisaria说。“我担心,我为制作幻灯片和演示文稿付出的所有努力可能都付诸东流了。”

掩蔽场所

在过去的几周里,随着新型冠状病毒威胁的增加,Bisaria的防御情况变得越来越不确定。尽管她的演讲日期和时间从未改变,但她将在哪里以及如何进行演讲成为了一个迅速演变的问题。周一,当圣克拉拉县的居民被要求避难时,比莎莉娅和她的顾问们决定,她必须在门洛帕克的家中进行一次完全虚拟的演讲。

Bisaria的辩护从下午2点开始,在她的客厅里进行,她把她的电脑放在一个纸箱上。尽管在网上展示她的辩护词并不是她一直想象的那样,但她说这确实给了她一些安慰。“我穿着睡衣一直到下午1点15分。她补充说,她还光着脚做了演示。

在她的演讲中,Bisaria为她关于细胞迁移的研究进行了辩护,特别是她开发了一种工具来测量细胞骨架部分的密度和分布,这在以前是无法测量的。在一场持续了一个多小时的演讲后,比莎莉娅被宣布为一名医生。随后,她与五名学院考生进行了一场私下的“放大”讨论。

尽管在合适的地方避难并不是纪念她完成博士学业的理想方式,但Bisaria说她明白每个人的幸福是很重要的。

“我知道,为了社区的安全,这样做是正确的,”她说。“但我有点难过,因为这可能是我在学校的最后一个学期了。因此,无法与同学互动,无法享受研究生院的蜜月期,让我觉得很不礼貌。”

虚拟的庆祝活动

在斯坦福大学,完成博士论文答辩通常会有同学和导师为之庆祝。尽管他们之间有物理距离,Bisaria的同事们还是坚持了这个传统。

Anjali Bisaria

斯坦福博士生Anjali Bisaria。(图片来源:Anjali Bisaria)

她说:“之后,我实验室的每个人都参加了一个不同的Zoom会议,我们都远程敬酒,在一起呆了大约30分钟,以此来纪念这个时刻。”

Bisaria来自田纳西州的诺克斯维尔,她在普林斯顿大学完成了分子生物学的本科学习。她也是家里第二个在斯坦福大学学习的人;她的姐姐Namita于2015年完成了生物化学博士学位的学习。

现在Bisaria已经顺利完成了她的博士学位,她将在春季学期完成毕业论文。她已经开始申请生物技术行业的职位,并进行虚拟面试。她希望利用自己在斯坦福大学接受的培训,帮助改善未来药物的研发方式。

在全球大流行的背景下为自己辩护,并不是她希望自己在斯坦福的职业生涯就此结束的方式。尽管有这些不寻常的情况,Bisaria说她很在意这次经历带来的好处。

“随着所有事情的发生和所有的不确定性,对我来说评估所有积极的事情是非常重要的,比如来自我的社区的支持。我的委员会、实验室、朋友和家人一直在一起努力,以确保我能完成这一里程碑。”她还表示,她对斯坦福社区为彼此提供支持和帮助所做出的更大努力感到惊讶。

她说:“无论是实验室捐赠用于检测的物资,还是个人自愿提供杂货送货服务或帮助人们搬家,我认为我们的社区正在展现出它最好的一面。”“即使与世隔绝,我们仍然可以依靠斯坦福大学和我们更广泛的社区。”

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斯坦福虚拟会议关注COVID – 19和人工智能

Russ Altman(图片来源:Russ Altman提供)

COVID-19对社会的影响,以及如何利用人工智能来增进对病毒及其传播的了解,将成为4月1日由斯坦福大学人类中心人工智能研究所(HAI)主办的虚拟会议的焦点。

COVID-19和AI:一个对公众开放的虚拟会议,将召集来自斯坦福大学和其他大学的专家。它将被直播,以吸引广泛的研究团体、政府和国际组织以及民间社会的参与。

会议主席之一Russ Altman是HAI的副主任,也是Kenneth Fong教授和生物工程、遗传学、医学、生物医学数据科学以及计算机科学的教授。他也是天狼星广播节目《万物的未来》的主持人。他讨论了会议的目的。

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会议的目的是什么?

在HAI,我们觉得这是一个机会,利用我们对人工智能和人性的独特关注,在危机时刻为公众服务。大流行涉及的问题既微妙又复杂。从多个专业领域着手将有助于加速我们找到解决方案。我们的目标是提供前沿和跨学科的研究,汇集来自不同学院和院系的专家网络。

我们在斯坦福医学院有一批世界级的医生和生物科学家,他们当然会参与进来。我们还将邀请人工智能、社会科学和人文科学方面的专家,就这种病毒现在和将来的影响给出他们的学术观点。会议将完全是虚拟的,每位发言者都远程参与,为我们了解我们所尊重的思想家的思想提供了一个未经修饰但真实的窗口。

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会议将得出什么有用的信息?

我们要求我们的演讲者在开始他们的演讲时先谈谈他们正在解决的问题以及为什么它很重要。他们将展示他们正在使用的方法,无论是科学的、社会学的还是人文的,他们所看到的结果——即使他们的工作是初步的——以及对他们结论的警告。然后,他们将深入研究对学术研究人员和同事来说非常有趣的细节。重要的是,我们打算有一个总结的关键外卖后,以及链接到信息,人们可以了解更多。

我们不会提供有关如何确保个人安全的医疗建议或信息。疾控中心和其他公共卫生机构被动员起来做这件事。

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你认为AI在对抗像COVID-19这样的病毒时能提供什么?

人工智能非常擅长发现跨多个数据类型的模式。例如,我们现在能够通过社交媒体上的情绪来分析人类对大流行压力的反应模式,甚至通过地理空间数据的模式来了解社会距离在哪里可能起作用,在哪里不起作用。当然,我们正在使用人工智能来寻找病毒的基因组和生物学模式,看看我们可以在哪里攻击它。

这一跨学科会议将展示如何利用分子、细胞和基因组数据、病人和医院数据、人口数据——所有这些都可以用于深入研究。我们总是通过更传统的方法来检查这些数据源。但现在,在全球危机的关键时刻,我们第一次有能力使用人工智能更深入地研究数据,并发现以前不可见的模式,包括这次大流行的社会和文化影响。这将使我们能够作为一个学术、科学共同体共同努力,帮助人类的未来。

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你希望谁来参加?

核心受众是学者和研究人员。我们希望就抗击这种病毒的研究挑战和机遇进行有意义的讨论。话虽如此,我们知道有许多人对科学家、研究人员、社会学家和人道主义者在危机时刻如何提供帮助感兴趣。所以我们把会议向所有有兴趣参加的人开放。这将是一个现场视频流从我们的网站上的链接,并可作为录音后。

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你希望这次会议能产生什么样的政策效果?

好的政策总是来源于好的研究。HAI的一个主要目标是促进高质量的研究,我们希望这些研究能引起决策者的注意,因为他们正在努力制定应对COVID-19和未来大流行威胁的对策。因此,这将让政策制定者对未来几个月将要发布的内容有更深入的了解。

报名参加4月1日的会议。

了解更多关于斯坦福大学人类中心人工智能研究所(HAI)的信息。

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斯坦福设备为大脑研究和假肢带来了硅计算能力

斯坦福大学(Stanford University)的研究人员开发了一种新设备,可以将大脑直接与基于硅的技术连接起来。虽然脑机接口设备已经存在,并被用于假肢、疾病治疗和大脑研究,但与现有设备相比,这种最新的设备可以记录更多的数据,而且干扰更小。

Abdulmalik Obaid and Nick Melosh

Abdulmalik Obaid(左边)和Nick Melosh带着他们的微波阵列。这束微型电线可以让研究人员实时观察大脑中数百个神经元的活动。(图片来源:Andrew Brodhead)

斯坦福大学材料科学与工程研究生Abdulmalik Obaid说:“在此之前,还没有人将这些二维硅电子器件与大脑的三维结构相匹配。”“我们不得不抛弃我们已知的传统芯片制造技术,设计新的工艺,将硅电子技术带入第三维度。我们必须以一种容易扩大规模的方式来做这件事。”

3月20日发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一篇论文的主题就是这种装置,它包含一束微型导线,每根导线的宽度还不到最薄的人类头发的一半。这些细电线可以轻轻插入大脑,并在外部直接连接到一个硅芯片上,记录通过每根电线的脑电信号——就像制作神经电活动的电影。该设备目前的版本包括数百个微型电线,但未来的版本可能包含数千个。

“电活动是观察大脑活动的最高分辨率方法之一,”斯坦福大学材料科学与工程教授、该论文的联合高级作者尼克·迈洛什(Nick Melosh)说。“有了这个微波阵列,我们可以看到在单神经元水平上发生了什么。”

研究人员分别在大鼠和活老鼠的视网膜细胞上测试了他们的脑机接口。在这两种情况下,他们都成功地通过阵列的数百个通道获得了有意义的信号。正在进行的研究将进一步确定该设备能在大脑中停留多久,以及这些信号能揭示什么。研究小组特别感兴趣的是这些信号能告诉他们什么是学习。研究人员还致力于假肢的应用,尤其是语音辅助。

值得等待的

研究人员知道,为了实现他们的目标,他们必须创造一个不仅持久,而且能够与大脑建立紧密联系,同时造成最小伤害的脑机接口。他们专注于连接基于硅的设备,以利用这些技术的进步。

microwire array

微波阵列的特写。这种装置的顶部装有硅芯片,底部的电线轻轻插入大脑,可以帮助研究人员拍摄神经活动的视频。(图片来源:Andrew Brodhead)

“硅芯片是如此强大,有一种难以置信的能力来扩大规模,”Melosh说。“我们的阵列技术非常简单。你可以直接把芯片压在暴露在外的那一端,就能得到信号。”

研究人员解决的一个主要挑战是如何构造数组。它必须坚固耐用,尽管它的主要部件是数百根微型电线。解决办法是用生物安全聚合物把每根金属丝包起来,然后把它们捆在一个金属环里。这保证了电线的间距和正确的方向。在领子下面,聚合物被移除,这样电线就可以单独地进入大脑。

现有的脑机接口设备被限制在大约100根电线上,提供100个信号通道,每根电线都必须用手费力地放在阵列上。研究人员花了数年时间来改进他们的设计和制造技术,使之能够创建一个有数千个频道的阵列——他们的努力部分得到了吴仔神经科学研究所Big Ideas基金的支持。

“该装置的设计完全不同于任何现有的高密度记录设备,在制造过程中,阵列的形状、大小和密度可以简单地改变。这意味着我们可以同时记录大脑不同深度的不同区域,几乎可以用任何3D方式。”“如果广泛应用,这项技术将大大超出我们对健康和疾病状态下大脑功能的理解。”

在花了多年时间来追求这个雄心勃勃但又不失优雅的想法之后,直到这个过程的最后,他们才有了一个可以在活体组织中测试的设备。

“我们必须用几公里长的微线来生产大规模的阵列,然后直接把它们连接到硅芯片上,”奥贝德说,他是这篇论文的联合第一作者。“在多年的设计工作之后,我们第一次在视网膜上测试了它,它立刻就起作用了。这让人非常安心。”

在视网膜和小鼠身上进行了初步测试之后,研究人员现在正在进行更长期的动物研究,以检查阵列的持久性和大规模版本的性能。他们还在探索他们的设备可以报告什么样的数据。迄今为止的结果表明,他们可能能够观察学习和失败,因为它们正在大脑中发生。研究人员很乐观地认为,将来有一天,这种芯片能够用于改善人类的医疗技术,比如机械修复术和帮助恢复语言和视力的设备。

其他斯坦福大学的合著者包括米娜-埃拉赫布·汉娜(共同领导),她曾是迈洛什实验室的博士生;吴玉伟(联合领导),前丁实验室博士后,现任中央研究院分子生物学研究所;Nora Brackbill, Chichilnisky实验室的研究生;还有e·j·奇契尔尼斯基,约翰·r·阿德勒神经外科教授,眼科学教授。其他合著者包括弗朗西斯克里克研究所(共同领导)、伦敦大学学院(共同领导)、天堂制药公司(共同领导)和苏黎世联邦理工学院。

奇契尔尼斯基是斯坦福大学生物x和吴仔神经科学研究所的成员。丁是斯坦福Bio-X的一员,该公司是一家妇产医院。儿童健康研究所(MCHRI)和乌仔神经科学研究所。Melosh是斯坦福大学Bio-X和吴仔神经科学研究所的成员;Precourt能源研究所的附属机构;斯坦福大学化学系h。

这项研究得到了美国国家卫生研究院、美国国防部高级研究计划局、吴仔神经科学研究所、弗朗西斯·克里克研究所、惠康基金会、人类前沿科学项目和医学研究委员会的支持。

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斯坦福大学的研究人员发现,自动语音识别更容易误解黑人演讲者

斯坦福大学工程学院(Stanford Engineering)的研究人员进行的一项新研究显示,为美国领先的自动语音识别系统提供动力的技术,在解读非裔美国人说的话时,出错率是白人说的话出错率的两倍。

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斯坦福大学研究人员进行的测试显示,五种主要的语音识别程序对非裔美国人的识别错误是白人的两倍。(图片来源:Getty Images)

研究人员总结道,虽然这项研究只关注了美国黑人和白人之间的差异,但类似的问题可能会影响到那些操地方口音和非英语母语口音的人。

如果不加以解决,这种转化失衡可能会对人们的职业甚至生活造成严重后果。现在,许多公司都通过语音识别的自动在线面试来筛选求职者。法院使用该技术来帮助转录听证会。此外,对于不能使用手的人来说,语音识别对于访问计算机是至关重要的。

这项研究结果发表在3月23日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)杂志上。研究人员对亚马逊(Amazon)、IBM、谷歌、微软(Microsoft)和苹果(Apple)开发的系统进行了测试。前四家公司提供收费的在线语音识别服务,研究人员使用这些服务进行测试。第五步,研究人员构建了一个定制的iOS应用程序,使用苹果的自由语音识别技术进行测试。测试是在去年春天进行的,从那时起语音技术可能已经更新了。

研究人员无法确定公司的语音识别技术也使用他们的虚拟助理,如Siri的苹果和Alexa的亚马逊,因为公司不透露他们是否使用不同版本的技术在不同的产品。

但是人们应该期待美国该研究的主要作者Allison Koenecke说,他是计算和数学工程的博士研究生,与语言学家和计算机科学家合作进行这项工作。“现在,他们似乎并没有对所有人都这样做。”

不平等的错误率

Koenecke和她的同事测试了每家公司的语音识别系统,从对非裔美国人和白人的采访记录中提取了2000多个语音样本。黑人的语音样本来自于区域非裔美国人语料库,白人的语音样本来自于加利福尼亚之声的访谈,其中记录了对加利福尼亚不同社区居民的访谈。

所有五种语音识别技术的错误率,黑人几乎是白人的两倍——即使说话者的性别和年龄相匹配,而且他们说的是相同的单词。平均而言,这些系统误解了35%的黑人词汇,而只有19%的白人词汇。

非裔美国男性的错误率最高,而在大量使用非裔美国本土英语的人群中,错误率的差异也更大。

研究人员还进行了额外的测试,以确定五种语音识别技术对单词的误读频率有多高,以至于这些转录实际上毫无用处。他们测试了数千个语音样本,平均长度为15秒,以计算这些技术通过一个阈值的频率,即每个样本中至少有一半的单词被搞砸了。这种令人无法接受的高错误率发生在超过20%的黑人口语样本中,而白人口语样本的错误率不到2%。

隐藏的偏见

研究人员推测,所有五种技术的共同差异源于一个共同的缺陷——用于训练语音识别系统的机器学习系统可能严重依赖美国白人所说的英语数据库。一个更公平的方法是包括反映其他说英语的人口音和方言更大多样性的数据库。

与其他制造商不同的是,提供语音识别系统的公司没有这样的义务。法律或习俗通常要求其他制造商解释他们的产品中含有什么成分,以及它们应该如何工作。

斯坦福大学(Stanford)的计算工程学教授沙拉德·戈埃尔(Sharad Goel)负责监督这项工作,他说,这项研究强调了对语音识别等新技术进行审计的必要性,因为这些技术可能会把已经被边缘化的人排除在外。这样的审核需要由独立的外部专家来完成,需要花费大量的时间和精力,但是确保这项技术的包容性是非常重要的。

“我们不能指望公司自我监管,”戈埃尔说。“这不是他们的初衷。我可以想象,如果有足够的公众压力,一些人可能会自愿接受独立审计。但政府机构可能也有必要加强监督。人们有权利知道影响他们生活的技术有多有效。”

此外,戈埃尔还是计算机科学、社会学和法学的教授,斯坦福大学计算政策实验室的执行主任。斯坦福大学的其他合著者还包括丹•朱拉夫斯基(Dan Jurafsky)、杰克逊•伊莱•雷诺兹(Jackson Eli Reynolds)人文学科教授、语言学教授兼讲座教授、计算机科学教授;约翰·r·里克福德,J.E.华莱士·斯特林人文学科教授,名誉退休;斯坦福大学计算政策实验室研究员乔·纽德尔;研究生Andrew Nam, Emily Lake和Zion Ariana Mengesha;还有大学生Connor Toups。这个研究小组还包括乔治城大学的研究生敏妮·夸特。

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斯坦福大学的研究人员调查乌贼在黑暗中是如何交流的

在太平洋表面以下1500英尺的寒冷海水中,数百只与人一般大小的洪堡乌贼正在吃一块手指长度的灯笼鱼。掠食者们飞快地从彼此身边经过,动作异常精准,从不互相碰撞或争夺猎物。

一群洪堡乌贼在蒙特利湾水下200米处成群游动。(图片来源:©2010 MBARI)

他们是如何在海洋的昏暗地带建立这种秩序的呢?

根据斯坦福大学和蒙特里湾水族馆研究所(MBARI)的研究人员的研究,答案可能是视觉交流。就像电子书阅读器上的发光字一样,这些研究人员认为,乌贼能够利用肌肉中的发光器官发出微弱的光,从而产生一种背光来改变皮肤上的色素沉着模式。这些生物可能利用这些变化的模式来互相发出信号。

这项研究发表在3月23日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)杂志上。

“许多乌贼生活在浅水,没有这些的发光器官,所以有可能这是一个关键的进化创新能够居住在开放海域,“本杰明Burford说,研究生在生物学斯坦福大学人文科学学院和论文的主要作者。“也许他们需要这种发光和显示这些色素沉着模式的能力来促进群体行为,以便在那里生存下去。”

看深海

洪堡乌贼的行为几乎不可能在人工环境中进行研究,所以研究人员必须在它们生活的地方与它们见面。在这项研究中,该论文的资深作者、MBARI公司的布鲁斯·罗宾逊(Bruce Robison)利用遥控操作的潜艇(ROVs),即无人驾驶的机器人潜艇,拍摄到了洪堡乌贼在加利福尼亚海岸附近活动的画面。

虽然ROVs可以记录乌贼的皮肤图案,但摄像机所需的光线太亮,无法记录它们细微的发光,因此研究人员无法直接测试他们的背光假设。相反,他们在对捕获的鱿鱼的解剖研究中发现了支持这一观点的证据。

在蒙特利湾水下300米处,一只洪堡乌贼在遥控操作的潜水器的灯光下展示自己的颜色。(图片来源:©2010 MBARI)

利用ROV拍摄的视频,研究人员分析了单个鱿鱼在进食和不进食时的行为。他们还注意到,这些行为是如何随着周围其他乌贼的数量而改变的——毕竟,如果是和朋友说话,而不是和一大群听众说话,人们的交流方式是不同的。

这段视频证实,乌贼的色素沉着模式似乎与特定的环境有关。有些图案非常详细,足以说明乌贼可能在传递精确的信息,比如“那边的鱼是我的”。“也有证据表明,它们的行为可以被分解成不同的单元,鱿鱼可以重新组合形成不同的信息,就像字母表里的字母一样。”尽管如此,研究人员强调,现在下结论说乌贼的交流是否构成了一种类似人类的语言还为时过早。

“现在,就在我们说话的时候,深海里可能有乌贼在互相发送信号,”斯坦福大学霍普金斯海洋站丹尼实验室的成员Burford说。“谁知道他们说的是什么信息?基于这些信息,他们会做出什么样的决定?”

尽管这些乌贼在昏暗的光线下能看得很清楚,但它们的视力可能不是特别敏锐,因此研究人员推测,这些发光器官通过增强皮肤图案的对比度,帮助乌贼进行视觉交流。他们研究了这一假说,绘制了洪堡乌贼身上这些发光器官的位置图,并将其与这些动物身上最详细的皮肤模式进行了比较。

他们发现,发光器官最密集的区域——比如乌贼眼睛和鳍薄边之间的一小块区域——与那些图案最复杂的区域相对应。

熟悉的外星人

自从乌贼被拍摄以来,ROV技术已经发展到可以在下一次在加利福尼亚看到乌贼时直接看到他们的背光假设。Burford还想创造一些虚拟的乌贼,这样团队就可以在真实的乌贼面前进行投射,看看它们是如何对网络乌贼的模式和动作做出反应的。

到目前为止,研究人员对他们的发现感到很兴奋,但他们渴望在深海做进一步的研究。虽然研究深海里的生物是一项令人沮丧的困难的工作,但这项研究有可能为我们了解生命的功能提供新的信息。

“我们有时认为乌贼是生活在这个陌生世界的疯狂的生命形式,但我们有很多共同点——它们群居,它们是社会性的,它们彼此交谈,”Burford说。“研究它们和其他深海居民的行为对于了解生命如何在陌生环境中生存是很重要的,但它也更广泛地告诉我们在我们自己的星球上的极端环境中使用的策略。”

这项研究是由David and Lucile Packard基金会和斯坦福大学生物系资助的。

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斯坦福大学学者说,冠状病毒的爆发可能促使决策者认真考虑普及基本收入的利弊

到目前为止,普遍基本收入的概念——给予所有社会成员无条件、有保证的现金支付——在美国政策制定者中受到的关注有限。但是冠状病毒大流行可能会改变这一切,斯坦福大学的历史学家Jennifer Burns说。

当立法者们在寻找方法来减轻疫情对经济的冲击时,一个想法是给合格的美国人一笔钱。这种一次性的施舍能让美国人更认真地考虑保证收入的问题吗?伯恩斯认为如此。

燃烧,是谁在斯坦福商学院的副教授历史人文和科学和胡佛研究所的研究员,讨论了复杂的历史无论何时以及如何阻止它的政治僵局严肃讨论的一个话题在华盛顿可能最终被打破。

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拟议中的冠状病毒刺激计划的一部分是直接向合格的美国人支付现金。你认为目前的建议是全民基本收入(UBI)的一个例子吗?

Jennifer Burns

历史学副教授珍妮弗·伯恩斯说,全民基本收入计划可以帮助保护那些已经跌入谷底的工人。(图片来源:洛杉矶西塞罗)

拟议中的改革实际上只在一个方面类似于UBI:支付现金福利,而不是实物福利,如食品券、代金券或医疗费用覆盖。然而,也有类似的理由。在危机情况下,需求可能是普遍的和高度多样化的,例如冠状病毒紧急情况,现金支付在许多层面上似乎是最有效的。它可以更快地送达接受者,他们可以立即使用它来满足他们最迫切的需要,这是由个人和家庭的最佳判断所决定的。类似的好处也适用于长期的UBI。

UBI和现在正在讨论的措施之间的主要区别是,它们被认为是一种紧急的权宜之计,而不是一个正在进行的项目。这消除了UBI的一个好处,即它提供了收入稳定性的度量,并支持长期规划。

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为什么UBI在国家政策制定者中没有得到更多的关注?

在过去的五年里,有一个关于UBI的强大的哲学和政策对话,产生了一系列的新建议和试点项目。杨念祖是最著名的支持者,但他只是冰山一角。然而,这种对话大多发生在民主党人和自由派之间。这在UBI的整个历史中是不寻常的,在20世纪60年代和70年代UBI有广泛的两党支持。因此,冠状病毒最重要的影响可能是打破保守派或共和党讨论现金补助和保证收入的利弊的僵局。

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在历史上,这些类型的施舍/刺激计划何时是有益的?

美国有一个长期运行的UBI类型的计划,以阿拉斯加永久基金红利的形式,从各方面来看,这几十年来对阿拉斯加人都很有效。这项计划面临的主要挑战是政治方面的,即如何在更大范围的预算危机中保住资金。政治是权衡利弊的艺术,由于UBI的结果是分散和多样化的,它可能比一个针对同情的人口群体的有针对性的项目更难捍卫。从历史上看,老年人、退伍军人、寡妇和母亲都被认为是值得慈善的,一般来说,他们不愿意帮助低收入工人。

冠状病毒是不会区别对待的,它似乎暂时停止了这种计算,但可能不会持续太久。

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经济学家米尔顿•弗里德曼(Milton Friedman)主张采取与UBI非常相似的措施。作为研究弗里德曼著作的学者,你认为他现在会提出什么样的条件?他认为付现金够吗?

虽然弗里德曼被认为是一个极端的自由市场经济学家,但在经济萧条和战争等紧急情况下,他却非常灵活,在这些情况下,他明确地看到了政府的作用。他最著名的研究是关于美联储在缓解经济紧缩方面的作用。因此,他将赞赏美联储的总体做法,即迅速采取行动,走出困境。就UBI或现金补助而言,这是他长期支持的政策,因此他可能也会将其作为短期措施予以支持。在他看来,现金补助远比最低工资或有保障的工作等干预措施更可取。

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你对UBI再次被认真对待感到惊讶吗?

作为一名研究思想的历史学家,观察一个超出合理范围或礼貌交谈之外的想法如何突然让聚会陷入僵局,总是很有意思的事情。在我的研究中,我不断地提醒自己,有多少我们认为是常识的想法或态度是非常新颖的,甚至在上一代人之前都被认为是完全奇怪或不可思议的。就弗里德曼而言,这一点可以反复看到。他支持志愿军、公立学校的代金券、毒品合法化以及浮动的国际汇率,当他第一次为这些主张辩护时,这些都被认为是荒谬的,甚至是危险的想法。到他死的时候,这些都是现实,或者在毒品合法化的情况下,正朝着那个方向发展。

事实上,UBI是他极力主张但没有通过的少数政策之一。个人和社会很快就会适应并忘记之前发生的事情。我们现在可能正处在UBI的时代——一个几个月前还显得古怪和边缘的政策理念,现在成了华盛顿特区的一个主要讨论话题。

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新的爆发,熟悉的焦虑:斯坦福历史学家研究了19世纪新奥尔良爆发的黄热病

根据斯坦福大学历史学家Kathryn Olivarius的说法,今天人们对这种新型冠状病毒的不确定性和焦虑感与许多美国人在19世纪新奥尔良黄热病暴发期间所经历的恐惧相似。

Kathryn Olivarius

凯瑟琳Olivarius。(图片来源:Kathryn Olivarius提供)

奥利瓦里乌斯说:“大约两百年前,黄热病使许多人感到恐惧,因为当时没有治愈的方法,没有接种疫苗,也没有为这种蚊媒病毒接种疫苗。在购买路易斯安那州和内战之间的60年里,这种病毒在新奥尔良累计杀死了15多万人。”抵御这种毁灭性疾病的唯一保障是生病并存活下来。

在这篇文章中,奥利瓦利斯谈到了黄热病的免疫力如何为人们提供了特权和机会——只有那些在黄热病中幸存下来的“适应环境的公民”才能得到工作和银行贷款——在一个已经被收入、种族和地位深深划分了阶层的社会中。奥利瓦里乌斯认为,这种模式催生了新奥尔良的经济和政治精英,但也让社会的大部分人付出了毁灭性的社会代价。

奥利瓦利斯是斯坦福大学人文科学学院的历史学助理教授。她的研究集中在19世纪的美国,主要是南北战争前的南方,大加勒比海地区,奴隶制和疾病。她最近在《美国历史评论》上发表了一篇论文,题为《内战前新奥尔良的豁免权、资本和权力》。

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你认为新冠状病毒爆发和美国历史上的其他流行病有什么相似之处?

作为一位研究19世纪美国南部黄热病的历史学家,他的研究重点是周期性流行病对社会、经济和种族的影响。我们今天所面临的困惑和焦虑是那个时代的人应该认识到的。两百年前,预防黄热病的唯一办法就是活下来,但没人能确定他们是否真的穿过那扇门。黄热病很容易被误诊为疟疾或其他发烧。并不是每个人都有黑呕吐的症状。在接种疫苗或验血(20世纪的发展)之前,免疫是无法证实的。因此,它是主观的和思辨的,既是信仰的问题,也是事实的问题。

这种症状上的模糊也反映了我们的流行病。

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从过去的疫情中可以得到什么教训?

流行病天生具有破坏性。但它们也会在致命的尾流中产生新的社会规范我们必须注意这些新的规范是积极的。历史学家认为,黑死病是一个“伟大的平均主义者”,它减少了中世纪的社会不平等。

然而,黄热病加剧了新奥尔良的不平等。社会已经被收入、种族和自由地位严格地划分了等级:白人、自由的黑人氏族和奴隶。但与此同时,还有一种无形的等级制度:“适应环境的公民”凌驾于所有人之上,紧随其后的是“不适应环境的陌生人”(那些正处于等待黄热病的试用期的人),然后是死者。

黄热病的幸存者被称为“公民的洗礼”:一名白人幸存者掷出了流行病学的骰子,将自己确立为棉花王国的合法永久玩家。他们拥有“免疫资本”:社会上公认的终身免疫能力,为他们提供了进入以前无法进入的经济、政治和社会权力领域的途径。对现代人来说,这听起来像是科幻小说里的情节,但这正是社会的基础。

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对黄热病的免疫在哪些方面影响了新奥尔良的经济?

没有一个白人不经过适应就能找到好工作。银行不会发放贷款,商人也不会与那些拿不出适应证的人建立合作关系。免疫状况会影响你住在哪里,你的薪水,甚至你和谁结婚。许多移民,尤其是在19世纪40年代大量移民到美国的爱尔兰人和德国人,认为他们通往繁荣的唯一途径就是逐渐适应新环境,并积极寻求生病。甚至1841年新奥尔良健康委员会主席爱德华·霍尔·巴顿博士也宣称“适应的价值是值得冒险的!”

成功的适应融入了几乎所有新奥尔良政治和经济精英的故事。他们声称战胜疾病是上帝的意志、男子气概、道德、清醒和荣誉的产物。死亡成为一种诅咒的标志,而不是免疫学或运气。然而,免疫的益处是由种族决定的。豁免权使黑人奴隶对白人奴隶主的货币价值增加了25 – 50%。

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在你研究的一些病例中疾病控制是怎样的?

目前,我们正在处理两个相互关联的问题:一是无法控制导致数百万人死亡的冠状病毒大流行的前景,二是由病毒导致的大规模失业、死亡和疾病导致的全球经济萧条。“解决”一个问题可能会使另一个问题恶化。我们可能已经太迟了,无法完全挽救其中任何一个。

战前的奥尔良人总是把钱看得比公共卫生更重要。事实上,疾病和灾难已经变成了市场规范。高死亡率被证明是有利可图的——经济上,并最终在社会上——为其最强大的演员。在疫情最严重的时候,报纸仍然会发表关于气候健康程度的热情洋溢的报道,试图吸引更多的移民来挖运河和防洪堤,而这些人的死亡并不重要。

这种唯利是图的做法解释了为什么在美国最致命的地区,政客们在公共卫生上几乎分文不花。在路易斯安那州,效率低下的卫生委员会来来去去;隔离检疫是零星的和贫血的;那家慈善医院是个臭名昭著的死亡陷阱。不愿花纳税人的钱来保护生命,特别是穷人,但是,通过消毒和排水移民社区,政客们(热季节期间通常离开自己)认为最好的解决方案黄热病是黄热病:水泵和检疫只是延缓了不可避免的。本质上,唯一的公共卫生是私人适应。

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你认为历史上还有哪些教训与我们今天的情况有关?

如果没有广泛的COVID-19检测,就不可能看到这次大流行在美国和全球范围内的全面爆发。我们必须进行严格的接触追踪,如果我们不想被压垮,也要充分利用那些已经免疫的人。如果对COVID-19的免疫力是持久的和保护性的(这是一个很大的假设),那么那些已经康复的人将是非常有价值的。免疫系统可以照顾年老的邻居,在拥挤的医院里帮忙,然后回去工作。

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斯坦福大学的研究人员解释了人类是如何“创造了一个适合大流行的世界”

大流行随时可能发生。在动物间传播的一种病毒中,只需要一卷正确的基因骰子,然后偶然遇到一个人或一些中间物种,如猪或蚊子。但随着这种新型冠状病毒以现代出现的几种传染病无法匹敌的速度在全球肆虐,它提出了一个问题:为什么是现在?

Virus spreads

新出现的传染病越来越有可能发生,部分原因是由于人们在地球上的移动以及与自然世界的联系。(图片来源:Getty Images)

根据斯坦福大学生物人类学家詹姆斯·霍兰德·琼斯的说法,我们总是会有溢出事件,即疾病从动物传染给人类。他说:“现在的不同之处在于,在世界某个地区的溢出效应可能会对世界其他地区产生重大影响。”“我们已经创造了一个大流行的世界。”

这种脆弱性的核心是这样一个事实:我们的物种在世界各地频繁、快速地迁移——无论是出于商业、休闲、安全、教育、经济需要还是其他原因。许多疾病都能随着我们一起移动。斯坦福大学(Stanford)生物学教授艾琳·莫迪凯(Erin Mordecai)说,事实上,判断病原体将在何处传播的最成功指标之一是城市间的航班连接数量。莫迪凯研究的是气候、物种互动和全球变化如何影响人类和自然生态系统中的传染病动态。

所有这些相互联系在COVID-19这样的疾病中尤其成问题,这种疾病可由没有症状的人传播。“从控制的角度来看,这种疾病真的很可怕,”莫迪凯说。他是人文科学学院的生物学助理教授,也是斯坦福大学伍兹环境研究所的研究员。“如果你不知道自己生病了,你可能会登上飞机,到处传播病毒。”

一个工程的世界

我们高度流动的生活方式不仅为流行病在全球的传播提供了平台。这也是我们在日益密集的城市中挤在一起,与野生动物互动,改变自然世界的方式。

“大流行是一个罕见的事件,但如果你给它足够的时间,一个罕见的事件成为必然,”琼斯说,他是斯坦福大学地球、能源和能源学院地球系统科学的副教授。环境科学(斯坦福地球)。“说实话,这种情况并不少见。例如,季节性流感病毒来自一种经常从野禽传染给家畜的疾病。他说:“每隔一段时间,我们就会发生基因重组,出现一种新的大流行病毒株。”这就是导致1918年、1957年、1968年和2009年流感大流行的原因。

“我们做了很多工作来构建这样一个世界,在这个世界里,新出现的传染病更有可能发生,也更有可能产生后果,就像我们在这个世界里,野火、洪水、干旱和气候变化的其他局部后果更有可能发生,后果也更严重。”

——詹姆斯琼斯荷兰

冠状病毒,例如导致这种疾病的COVID-19,在蝙蝠种群中传播。“它们对蝙蝠来说不是很致命,”末底改解释说。“但它们会扩散到另一种动物身上,然后再扩散到人类身上。”

将病毒从蝙蝠传播给人类的中间动物目前仍不清楚,但这种新型冠状病毒的出现已经被确定是在中国武汉的一个活动物市场。“这是一种动态,与过去的疫情有关,那里有许多人和许多不同类型的动物,”末底买说。“特别是在食品市场,那里的动物可能会被宰杀,有可能发生血液混合、传播和溢出。”

这一最新的、致命的溢出效应的更大背景是,人类主宰了地球的大部分地区。“我们侵犯了像热带森林这样的生物多样性区域,用无数的和积累的对这些环境的适应——包括潜在的病原体——取代了土著人,并使我们暴露在新的传染媒介中,”琼斯说,他也是伍兹的高级研究员。

与此同时,通常使用抗菌素药物来加速牲畜生长或防止在拥挤的饲养环境中饲养的动物患病的农业做法,也导致了超级细菌的进化——这些微生物对抗生素、抗病毒药物或其他药物产生了抗药性。

“我们已经做了很多新兴传染病都是工程师一个世界,更有可能的是,更有可能是重要的,”琼斯说,“正如我们改造世界,火灾,洪水,干旱和其他当地气候变化后果的可能性更大,更重要的。”

行为问题

当然,疾病爆发的后果远非预先注定。人类对疾病的反应很重要。例如,2003年爆发的严重急性呼吸系统综合症(SARS)通过积极的社会疏远、检测、隔离和治疗得到了控制。琼斯说:“新加坡和香港是受非典型肺炎影响最严重的两个地方,它们利用这一经验,为不可避免的再次发生类似的呼吸道感染做准备。到目前为止,这两个地方是第19次非典型肺炎大流行中最成功的两个地方。”

但是我们行为改变的时机也很重要。“在疫情爆发的早期,当感染数量较低时,随机性占主导地位,很难预测。随着疫情的扩大,它开始变得更加可预测,”琼斯说。因此,即使在疫情变得明显之前,它也会形成惰性。“这就是为什么我们需要及早行动,通常是在一种相当糟糕的不确定性状态下。”

关于这种新型冠状病毒将如何与以往的流行病相比较,仍有许多未知之处。Mordecai说,学校关闭、社会疏远和待在家里的命令已经到位,有可能在足够长的时间内阻止流感大流行,从而开发出一种疫苗。她的团队目前正在研究不同的身体距离策略对疾病传播的影响。“但即使我们今天停止,我们也会看到更严重的疾病和死亡,因为那些已经被感染的人病情恶化了。”

Erin Mordecai是Bio-X的成员,也是全球卫生创新中心和King全球发展中心的教员。

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斯坦福大学的工程师发现脚踝外骨骼有助于跑步

跑步是很好的运动,但不是每个人都感觉很好。斯坦福大学的工程师们正在研究一种装置,人们可以把它绑在腿上,使跑步变得更容易。

到网站上观看视频。

Farrin雅培

研究人员发现,安装在脚踝和脚周围的电动装置可以大大降低跑步的能量消耗。

在模拟这些设备的电动系统——外骨骼模拟器——的实验中,研究人员研究了两种不同的运行辅助模式:电动辅助和基于弹簧的辅助。研究结果发表在3月25日的《科学机器人》(Science Robotics)杂志上,令人惊讶。

仅仅是穿戴一个被关闭的外骨骼装备,就会增加跑步的能量消耗,使跑步比没有外骨骼的跑步要困难13%。然而,实验表明,如果适当地由电动机供电,外骨骼可以降低跑步的能量消耗,使跑步比不带外骨骼的跑步容易15%,比不带外骨骼的跑步容易25%。

相比之下,这项研究表明,如果外骨骼能够模仿弹簧,那么能量需求仍然会增加,使其比没有外骨骼的跑步难度增加11%,比没有动力的外骨骼跑步难度仅增加2%。

“当人们跑步时,他们的腿表现得很像弹簧,所以我们非常惊讶地发现,弹簧一样的辅助没有效果,”斯坦福大学机械工程副教授、该论文的资深作者史蒂夫·柯林斯(Steve Collins)说。“我们对如何跑步或走路都有一种直觉,但即使是顶尖的科学家也在探索人体如何让我们更有效地运动。”这就是为什么这样的实验如此重要。”

如果未来的设计能够降低佩戴外骨骼的能源成本,那么跑步者可能会从脚踝处的弹簧辅助装置中得到一点好处,因为这种辅助装置预计会比电动装置更便宜。

驱动你的步骤

脚踝外骨骼仿真器的框架围绕着用户的胫骨。它与鞋相连,在鞋跟下有一圈绳子,在鞋底靠近脚趾处插入一根碳纤维棒。位于跑步机后面的发动机(但不在外骨骼上)产生两种模式的辅助——尽管基于弹簧的外骨骼实际上不会在最终产品中使用发动机。

顾名思义,春天模式模拟的影响弹簧小腿平行运行,储存能量在开始的步骤和卸载,能源作为动力的脚趾推。模式,汽车拉电缆贯穿的外骨骼从脚跟到小腿。它的作用类似于自行车的刹车线,在脱脚趾时向上拉,帮助在跑步结束时伸展脚踝。

“动力辅助系统减轻了小腿肌肉的很多能量负担。与普通跑步相比,它非常有弹性,非常有弹性,”斯坦福大学的研究生德莱尼·米勒(Delaney Miller)说,他正在研究这些外骨骼,并帮助测试这些设备。“从经验来看,这感觉真的很好。当设备提供这种帮助时,你会觉得自己可以永远跑下去。”

11名有经验的跑步者在跑步机上测试了这两种辅助方式。他们还完成了在没有打开任何辅助机制的情况下佩戴硬件的测试。

每个跑步者必须在测试前熟悉外骨骼模拟器——它的操作是定制的,以适应他们的步态周期和阶段。在实际的测试中,研究人员通过一个面罩测量跑步者的能量输出,这个面罩记录了他们吸入的氧气量和呼出的二氧化碳量。每种辅助方式的测试持续6分钟,研究人员根据每次锻炼的最后3分钟得出结论。

研究人员观察到的能量节约表明,使用动力外骨骼的跑步者可以将他们的速度提高10%。如果跑步者有更多的时间进行训练和优化,这个数字可能会更高。考虑到所涉及的可观收益,研究人员认为有可能将动力骨架变成一种有效的不受束缚的装置。

未来

研究人员认为,通过提供身体支持、信心和可能的速度提高,这种技术可以在不同方面帮助人们。

“你几乎可以把它当成一种交通工具,”机械工程专业的研究生关荣谭(音)说。他和米勒一样,正在继续这项研究。“你可以下了公共汽车,穿上外骨骼,在五分钟内跑完最后一到两英里的路程而不出一身汗。”

柯林斯说:“这是我们所见过的所有辅助跑步设备在能源经济方面取得的最大进步。”因此,你可能不能在比赛的排位赛中使用这个,但它可以让你跟上比你跑得快一点的朋友。例如,我的弟弟参加了波士顿马拉松比赛,我希望能和他并驾齐驱。”

来自卡内基梅隆大学、根特大学和耐克公司的研究人员是本文的共同作者。柯林斯也是斯坦福大学Bio-X的成员。

这项研究是由耐克和国家科学基金会资助的。

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