PDF《6 前沿 FRONTIER》

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834909 2017 年8月17 日 星期四 Tel: (010)

62580722 前沿 FRONTIER 名誉主编: 韩忠朝 执行主编: 赵广立 编辑: 李惠钰 校对: 何工劳 E-mail押glzhao@stimes.

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6 生物质成型燃料是以农业废弃物、 林业三剩物为原材料, 经过粉碎、 烘干、 成型等工艺, 制成粒状、 块状、 柱状, 具有一定规格和密度, 可在生物质能锅炉直接燃烧的新型清洁燃料. 取暖季的燃料采购给生物质成型燃料带来不少订单, 但生物质成型燃料面临的诸多问题, 不是一个 采暖季就能解决的. 自达尔文时代起,物理作用力 对生物体的影响就被研究者大大低 估.然而, 上世纪

80 年代兴起的一 个物理学、 生命科学、 工程学等学科 交叉的前沿领域―― ―力学生物学, 正在探究外界的机械刺激对细胞、 组织及个体命运的重要影响,帮助 解开生命的各种谜题. 近日,新加坡国立大学力学生 物学研究所 (MBI) 的负责人埃里 克・王就最新研究在该大学举行了 学术报告会. 据介绍,力学生物学的基本概 念为:生物细胞可以感知外界的机 械作用力;

而力学生物学研究的主 要任务,即是探究外界的机械刺激 如何被生物体感知,并转换为生物 化学信号,继而影响细胞及组织的 增殖、 发育等生命活动. 埃里克・王报告中的主角, 是一 对名叫 YAP 和YAZ 的蛋白.YAP 和YAZ,以及控制它们的 Hippo 通路, 早已被生物学领域熟知.Hippo 是一个庞大的包含多个生物调控因 子的网络,可以调节器官发育的大 小、 抑制肿瘤生成, 而YAP/YAZ 作为Hippo 通路下游的功能因子, 可 以调控细胞增殖、 存活与分化, 也是 潜在的 促癌因子 . 研究者早已发现,外界的机械 刺激可以影响细胞、组织的发育或 恶化, 而近年来的力学生物学研究, 将这一现象同YAP/YAZ 和Hippo 通路联系起来:除了执行传统的生 物化学功能, YAP/YAZ 还具有感受 机械信号,并将其转化为生物化学 信号的独特作用. 反复的拉伸与复原, 是生物组织, 特别是软组织在 生命活动中经常感受到的机械信号之一.科学家们发 现, 外界的拉伸及复原刺激, 可以在 YAP 等蛋白的参与 下, 加快成纤维细胞的生长速度, 并促进应力纤维的形 成, 而这种纤维与细胞间黏着、 细胞迁移、 细胞形态发 生有重要关系. 近年来的研究发现, YAP/YAZ 的活性受到细胞微 环境 (比如细胞附着面的硬度与拓扑结构) 的严格调 控.另外,细胞的骨架重构、形态的拉伸也会激发 YAP/YAZ 调控细胞的发育、 分化或恶性化. YAP/YAZ 的相关研究, 让科学家看到了力学生物 学手段与传统生物学手段在解构生命蓝图上的高度互 补作用;

特别是在生命科学重点关心的干细胞分化阶 段,以及涉及细胞再生的伤口愈合、组织修复等过程 中, 机械刺激扮演的角色正在逐渐浮出水面. 科学家还需要弄清楚细胞内的各种生物元件如何 进行团队协作,如何将感受到的机械信号转换为调控 复杂生命功能的生物化学信号;

还需要探索机械刺激 在细胞与细胞之间、 细胞与基质之间的传导机制, 了解 相邻的细胞与基质如何通过 力 来通话.在组织层面, 力学生物学研究可能更有实际意义:正在发育中的胚 胎、 受损后等待修复的成体组织, 都是生命科学与医学 之 手 难以干预的 黑箱 . (陶朵朵编辑) 前沿点击 物理作用力:掌控生物命运的另一把钥匙可穿戴产品的技术障碍之一是消除 产品的材料和尺寸限制.鉴于目前的电 池技术,可穿戴产品依然没有办法脱离 电池形状来进行更灵活的外形设计.不过,近日美国研究人员开发了一种灵活 的柔性纺织电池,它不仅可以正常为可 穿戴设备供电,同时还可以像普通的棉 布一样柔韧. 曼彻斯特大学的研究人员纳兹穆 尔・卡里姆是这项发明项目的研究者之 一, 他表示柔性纺织电池造就了智能布 料的诞生, 让可穿戴式电脑成为一种现 实.研究人员称这种柔性电池设备, 可 以为可穿戴设备进行供电, 这将促成可 穿戴产品屏幕直接使用在衣服布料中, 实现更好的健康监测功能和显示设备 的可穿戴化. 研究人员介绍, 柔性纺织电池基于 低成本的石墨烯材料制成, 外部采用简 单的丝网印刷技术, 电极会因为油墨和 纺织品之间的强烈相互作用而表现得 非常稳定, 并具有良好的操作安全性和 很长的循环寿命, 电池本身还支持快速 充电, 柔性材料允许水洗. 研究人员希望他们的发现可以打 开可穿戴智能电脑和智能布料的大门, 目前他们正在编写这份研究的论文.曼 彻斯特大学目前正投入

6000 万英镑建 设大型石墨烯工厂, 该工厂将于明年建 成, 并为国际石墨烯研究所提供国际研 究设施. (贡晓丽编辑) 可穿戴技术的未来: 印在衣服上的柔性电池 印在衣服上的柔性电池. 图片来源: 百度图片 近日,即将于

8 月底在央视综合频道晚间 黄金时段首播的 《机智过人》 各个项目正在紧锣 密鼓的录制之中.这款由中国科学院和中央电 视台共同打造的人工智能 (AI) 现象级节目 , 据信已筛选二十多个可代表 AI 最高水准的项 目,将在人工智能领域多个应用场景中通过电 视屏幕上演史上最大规模的 人机大战 . 在这些项目的比拼中, AI 的对手不仅有世 界围棋冠军柯洁、全美职业篮球联赛巨星林书 豪和羽毛球国手鲍春来,还有来自全国各地三 甲医院的专业医生. 阅片机器人是如何炼成的 由中国科技大学、 中科曙光、 健培科技联手 打造的 医学影像阅片机器人 (又名 医学影像 机器人医生 , 下简称 阅片机器人 ) 将在医疗 影像诊断方面与有着多年阅片经验的影像科医 生同台竞技.他们要比拼的项目是: 找出在若干 张CT 光片中隐匿着的少量病人的 CT 片. 于大量 CT 片中找出病例, 是影像科医生职 业所长, 而且经验越丰富眼光越老到.但是, 冷 冰冰的机器如何练就这项绝技? 答案是优质医疗大数据 + 高性能计算环 境+优化的深度学习方法. 申报并参与该项目 录制的中国科技大学计算机科学与技术学院计 算机系统结构研究室主任安虹在接受 《中国科 学报》 记者专访时说: 三者结合就能构建起不 断进化的自主学习模型. 大数据、 计算力以及人工智能算法是 AI 近 年来崛起的基石,医学影像阅片机器人的诞生 也正基于此. 曙光公司智能计算技术总监许涛向 《中国 科学报》 记者透露, 医疗影像大数据方面, 机器 人医生 已经用一个月的时间恶补了一万多张 高质量的人工标注的 CT 影像;

在计算力方面, 中科曙光专门为其量身打造了适用于 AI 的高 性能计算机 (HPC) 设备;

算法方面, 有着多年超 算应用大赛经验的中科大的安虹教授团队对用 于影像识别的 3D 卷积神经网络算法进行了优 化, 可快速识别图片中病灶的位置. 这些工作都是在阅片机器人上台之前的 '

操练'

, 经过训练后阅片机器人就可以以一个模型的 形态嵌入任何服务器甚至手机上. 许涛说, 上台 比拼的阅片机器人不再是复杂的 HPC 系统, 而是 一个类似应用程序的东西 , 这种形态使 AI 能够 在社区、乡镇等医疗条件不太好的地方赋予基层 医生 顶级专家看病的本事 . 战胜人已不是问题, 问题是…… 与李世石、 柯洁大战 AlphaGo 一样, 与AI 的 过招实则是一名专业选手与一群专业选手之间 的对抗.同样的, 专业医生与阅片机器人的 PK, 结果不言而喻. 事实上, 类似的医疗影像甄别 人机大战 的 剧情已在国内上演. 今年

4 月, 首都医科大学附属 北京友谊医院举办了以 甲状腺结节超声图像的 性质判定 为主题的人机大战.当时代表 AI 出战 的是由北京市计算中心 起宏图 人工智能研发团 队研发的 视诊通―医学图像辅助诊断工具 .在 那场比赛中, AI 以73%的准确率胜过了 94%的专 业医生 (获得第一名的人类医生的准确率为 76%) , 并且在用时上远远少于人类选手. 基于此, 有理由相信有国家级科研院所、 国 内优质科技创新企业加持的阅片机器人能有同 样惊艳的表现, 与此同时, 许涛和安虹在专访中 也表达了尽快 AI 将用于临床的愿望. 这也是临床医生的心声.安虹告诉记者, 当前, 医学影像数据占医院医疗大数据的 85%~90%, 影像科医生每天都要与数万张影像图片打交 道.而且随着医学影像设备精度的提高, 密度更 大、像素更高的影像在带来更高诊断精确度的 同时, 也意味着医生更繁重的阅片工作量.不言 而喻, 能与顶尖医生处于同等水平的 AI 更适合 承担这些工作量中 繁重 的那部分. 距离应用有多远 要使阅片机器人做到这一点, 安虹认为, AI 算法和计算力的 平民化 正为这一切打开........