众所周知，阿尔兹海默症很难诊断。医生通常会综合运用认知测试、脑成像和行为观察进行诊断，这种做法昂贵且耗时。但如果自己在家中轻松采集的快速语音样本就能帮助识别阿尔兹海默症患者呢？名为 Canary Speech 的公司正在创造此类技术。其算法使用深度学习分析短语音样本，寻找阿尔兹海默症和其他疾病的迹象。深度学习提供商 Syntiant 最近宣布与 Canary Speech 合作，这将使 Canary 能通过医疗设备将主要用于医生办公室和医院的技术带入家中。虽然一些研究发现，使用语音和其他类型数据的深度学习技术在实验室环境中对患有阿尔兹海默症和其他疾病的人进行的分类非常准确，但现实世界中的结果可能会有所不同。尽管如此，人工智能和深度学习技术可能成为困难诊断的有用工具。

大多数人认为阿尔兹海默症——这种最常见的痴呆症会影响记忆力。但是研究表明，阿尔兹海默症即使是在疾病的早期阶段也会影响说话和语言，那时候大多数症状都还难以察觉。虽然人们通常无法察觉这些微妙的影响，但是用成千上万患有/未患有这种疾病的人的语音训练出来的深度学习模型或许能分辨差异。Canary Speech 的首席执行官兼联合创始人 Henry O'Connell 表示：“你感兴趣的是，中枢神经系统在通过语言创造向你传达什么信息？”“这就是 Canary Speech 所做的——我们分析这些数据集。”

O’Connell 表示，到目前为止，该算法一直是基于云端，但是 Canary 与 Syntiant 的合作让应用程序可以基于芯片，速度会更快，内存和存储容量也更大。新技术旨在集成到可穿戴设备中，在不到一秒的时间里分析 20 或 30 秒的语音样本，以分析阿尔兹海默症，并评估焦虑、抑郁甚至是一般能量水平。O’Connell 表示，在正确区分患有和未患有阿尔兹海默症的人的语音方面，Canary 系统的准确率约为 92.5%。一些研究表明，抑郁和焦虑等症状也会影响语言，O’Connell 表示 Canary 正在努力测试并提高算法的准确性，以检测此类状况。

干扰素反应在预防重症感染方面的重要性将成为新的诊断和治疗基础。根据伦敦大学学院Wellcome Sanger 研究所及其合作者的最新研究，成人和儿童免疫反应的根本差异有助于解释为什么儿童不太可能因 SARS-CoV-2 患重病。研究报告发表在《自然》期刊上，是比较成人和儿童 SARS-CoV-2 多器官感染方面最全面的单细胞研究。研究人员发现，以干扰素快速部署为特征的儿童呼吸道中更强的“先天”免疫反应有助于在早期限制病毒复制。成年人体内的免疫反应较慢，这意味着病毒能更好地侵入身体其他部位，感染在那里更难控制。用于测量新感染成年人免疫反应的鼻拭子可以识别出那些风险较高的人，他们可能是预防性单克隆抗体疗法的候选人。最近的研究还表明，吸入干扰素可能是一种可行的疗法。

科学家发现了一种新的解剖结构，让鲸鱼在冲刺式进食（lunge feeding）时可以吸入大量的水又不会窒息。为捕捉猎物，座头鲸和小须鲸等使用了一种被称为冲刺式进食的策略。它们加速——将嘴巴张开到近 90 度——吞下相当于整个身体体积的水。不列颠哥伦比亚大学研究鲸鱼生理学的动物学家 Kelsey Gil 表示：“这太疯狂了。想象一下把整个人塞进嘴里。”当水涌入鲸鱼嘴里，喉囊会膨胀，让它看起来像一只臃肿的蝌蚪。约一分钟之后，喉囊收缩，大部分的水从鲸鱼的嘴里流出，回到海里。小鱼和磷虾会留在鲸鱼的鲸须上——这是鲸鱼嘴上悬挂的角蛋白板，样子有点像牙刷上的刷毛，然后这些小鱼和磷虾会被吞入鲸鱼的胃中。科学家以前不知道鲸鱼在冲刺式进食的过程中是如何避免充满了猎物的水流进呼吸道并导致窒息的。现在 Gil 博士和同事发现了一个巨大的球状结构，他们将其称为“口塞”，这是一种从未在其他动物身上发现过的结构，他们认为这种结构让冲刺式进食成为可能。

NASA 宣布詹姆斯韦伯太空望远镜抵达了地球和太阳之间的第二拉格朗日点（L2）。NASA 局长 Bill Nelson 对地面工程师团队表示祝贺。韦伯望是红外线望远镜，于 12 月 25 日发射，过去一个月，在飞往 L2 点途中它先后完成了遮光罩和主镜的展开。主镜由 18 块六角形的镜片构成，每块镜片背部都装有 7 个马达，能在 10 纳米的精度内调整镜片的形状和方向。接下来三个月里地面工程师将把这些镜片调整到纳米级精度。韦伯望远镜预计将在今年夏天开始观察。

西南研究所（SwRI）的一位科学家想要证明土星最内层的微小卫星是一颗冰冻的惰性卫星，但是却发现了令人信服的证据，证明土卫一 Mimas 上有一个液态的内部海洋。在 NASA 卡西尼号任务的最后几天，它在卫星的自转中发现了一种奇怪的振动或者振荡，通常表明这是一个能支撑内部海洋的地质活跃天体。SwRI 的 Alyssa Rhoden 博士表示：“如果土卫一有海洋，它代表了一类新的小型‘隐形’海洋世界，其表面不会暴露海洋的存在。”Alyssa Rhoden 博士是冰卫星——尤其是含有海洋的冰卫星以及巨行星卫星系统演化领域的地球物理学专家。

MIT、Brigham 和妇女医院的研究人员正努力解决糖尿病治疗中令人头痛的问题。他们正在开发一体化的设备，测量血糖、计算必要的胰岛素剂量并完成相应的注射。第一种设备包括采血针、葡萄糖试纸和胰岛素针。用户首先用智能手机应用程序拍下他们的餐食，以估计食物量和碳水化合物水平。然后设备将开始自动采集血液、计算血糖（再次通过应用程序）并提供适量的胰岛素。第二种小工具只需要一个针刺，它将葡萄糖传感器内置到胰岛素针中，并注射适量的胰岛素。你得等上五到十秒钟，但你不用扎自己两次了。这项技术还有一段路要走。虽然第一种设备使用的是经过 FDA 批准的部件，但它还没有进行过人体测试。同时使用新型传感器的第二种设备可能需要进行更多的工作才能进行人体测试。科学家已为这两种设备申请了专利，希望同企业合作进行进一步的开发。至少将这些设备推向市场的动机很充足。糖尿病患者只需要在用餐时使用一个设备，混合传感器/针头可能会减轻疼痛。反过来，这可以鼓励稳定的治疗，改善整体健康状况。

科学家在火星上发现了数千条地震之后巨石翻滚形成的痕迹。火星尘埃和沙堆上的 V 字型痕迹大部分会在几年内逐渐消失。太阳系的其他地方，包括月球甚至彗星上都发现了落石。但发生的时间却是个巨大的谜团——它们是持续发生的，还是主要发生在过去？上个月发表在《地球物理通讯（Geophysical Research Letters）》上的一篇论文研究了火星上这些短暂存在的特征，表明巨石痕迹可用于查明红色星球近期的地震活动。未参与研究的布朗大学行星科学家 Ingrid Daubar 表示，新证据表明火星是一个充满活力的世界，这与该星球上瞩目的地质现象发生在过去的观点相悖。

印度 Ahmadabad 物理研究实验室的行星科学家 Vijayan 和同事研究了数千张火星赤道地区的图像，得到了这一发现。这些图像是由 NASA 火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）上的高分辨率成像科学实验（HiRISE）摄像头于 2006 年至 2020 年期间拍摄的，显示了小至 10 英寸宽的细节。Vijayan 表示：“我们可以区分单个巨石”。研究团队在撞击坑倾斜的壁上手动搜索类似链状的特征——岩石从斜坡上滚下来的明显特征。Vijayan 和合作者发现了超过 4,500 条这样的巨石痕迹，其中最长的一条长度超过一英里半……

研究人员找到的痕迹中大约有三分之一在早期的图像中不存在，意味着它们一定是 2006 年以来形成的……研究人员认为，持续扫过火星表面的风会吹动尘埃和沙子，抹平这些痕迹。研究小组表示，由于巨石坠落的痕迹消退得如此之快，看到这样的痕迹意味着最近有一块巨石滚过。地震活动是地球和其他地方落石的一个常见原因……自 2019 年以来，NASA 的洞察号（InSight）着陆器探测到数百次火星地震，其中最大的两次地震去年发生在 Cerberus Fossae 地区。

空气污染会干扰为农作物和野花授粉的昆虫的嗅觉，降低它们找到授粉作物的能力。科学家发现，当存在常见地面污染物如氮氧化物（NOx）时，授粉昆虫数量会减少最多七成，访问花朵的次数会减少最多九成，测试植物的授粉量减少了 31%。研究报告发表在《Environmental Pollution》期刊上。研究人员猜测，常见污染物会与花朵反应改变气味，让它们更难被昆虫探测到。昆虫授粉支持了全世界农业食品生产价值的 8%，对粮食安全和经济有重大贡献。

三项大型研究表明加强针有助于对抗新冠 Omicron 变种。第一项研究分析了从去年 10 月到今年 1 月美国 10 个州的住院、急诊和紧急护理中心的病例，发现辉瑞或 Moderna 的三剂疫苗在预防急诊和紧急护理相关新冠病例上的效果最好，效率从 Delta 的 94% 降至 Omicron 的 82%。但两剂疫苗的保护率较低，尤其是如果第二剂疫苗接种超过了 6 个月。第二项研究调查了美国 25 个州的新冠病例和死亡率，发现接种加强针能提供对 Delta 和 Omicron 变种的最高程度保护。第三项研究的结论类似，两剂疫苗保护作用随着时间而显著降低，没有提供对 Omicron 变种的显著保护作用。

在联合国支持下达成的一项具有里程碑意义的协议规定，亚洲、非洲和中东近 30 家仿制药制造商将可以生产低成本版的默克公司新冠口服药，使较贫穷国家能够更多地获得这种被视为抗击疫情武器的药物。默克公司提前为其他公司在疫情期间生产其抗病毒口服药莫努匹拉韦(molnupiravir)开了绿灯，这在制药行业十分罕见，通常制药商对自己公司申请专利的治疗方法会进行长期保护。不过莫努匹拉韦也存在一些问题，药物试验显示疗效不高，有引起副作用的担心，而且申请审批程序漫长，许多贫困国家可能要多等几个月才能获得该药物的供应。联合国支持的药品专利池(MPP)与默克公司谈判达成协议，疫情期间该公司不会对这款低价版口服药的销售收取专利费。MPP 表示，协议规定该药品将配送给 105 个欠发达国家。中国有五家制药公司允许生产仿制药，其中包括复星医药、朗华、龙泽等。

科学家可能偶然发现了一种全新的宇宙学研究方法。宇宙学家通常通过尽可能多地观察宇宙确定其组成。但研究人员发现，机器学习算法可检查单个模拟星系预测其所在数字宇宙的整体构成——这一壮举类似于在显微镜下随机分析沙粒并计算出欧亚大陆的质量。这些机器似乎找到了一种模式，可能会让天文学家有朝一日能仅研究真实宇宙的基本组成部分就得出全面的结论。

纽约 Flatiron 研究所的理论天体物理学家、论文主要作者 Francisco Villaescusa-Navarro 表示：“这是个完全不同的想法。不用测量数百万个星系，你可以只选一个。这就可以了，真的很神奇。”事情不应该是这样的。这个不可思议的发现源于 Villaescusa-Navarro 让普林斯顿大学本科生 Jupiter Ding 做的一个练习：建立一个了解星系属性并估计出部分宇宙学属性的神经网络。这项任务只是为了让 Ding 熟悉机器学习。然后他们注意到计算机在确定物质的整体密度。

Villaescusa-Navarro 表示：“我当时认为学生犯了个错误。说实话，这对我来说有点难以置信。”随后进行的调查结果出现在 1 月 6 日的预印本论文中，论文已提交出版。研究人员们析了CAMELS（机器学习模拟宇宙学和天体物理学）项目生成的 2000 个数字宇宙。这些宇宙包含了多种成分，有 10% 到 50% 的物质，其余的是暗能量，推动着宇宙越来越快地膨胀。（我们真实的宇宙是由大约三分之一的暗物质和可见物质以及三分之二的暗能量组成。）随着模拟的进行，暗物质和可见物质一起旋转形成星系。模拟还包括对从超大质量黑洞喷发的超新星和喷流等复杂事件的粗略处理。

Ding 的神经网络研究了这些不同的数字宇宙中的近 100 万个模拟星系。它从神一般的角度，知晓了每个星系的大小、组成、质量以及其他十几个特征。它试图将这个数字列表同母宇宙的物质密度联系起来。它成功了。在用其之前未检查过的数十个宇宙中的数千个新星系进行测试时，该神经网络能够测宇宙物质密度，误差在 10% 以内。

悉尼新南威尔士大学领导的一项研究为用于实际制造和应用的大型硅基量子处理器铺平了道路。澳大利亚的研究人员证明，几乎无错误的量子计算是可能的，为构建与当前半导体制造技术兼容的硅基量子设备铺平了道路。这篇论文是《自然》杂志今天发表的三篇论文之一（其它两篇分别来自荷兰代尔夫特理工和东京理化学研究所），这些论文独立地证明了强大可靠的硅量子计算现已成为现实。这一突破刊登在期刊的封面上。

领导这项工作的新南威尔士大学教授 Andrea Morello 等人使用离子注入技术，在硅中引入了一个由一个电子和两个磷原子组成的三量子比特系统，实现了高达 99.95% 的 1 量子比特操作保真度和 99.37% 的 2 量子比特操作保真度。由 Lieven Vandersypen 领导的荷兰代尔夫特团队使用由硅和硅锗合金(Si/SiGe)堆叠形成的量子点中的电子自旋，实现了 99.87% 的 1 量子比特保真度和 99.65% 的2量子比特保真度。由 Seigo Tarucha 领导的日本理化学研究所团队在使用 Si/SiGe 量子点的双电子系统中同样实现了 99.84% 的 1 量子比特保真度和 99.51% 的 2 量子比特保真度。新南威尔士大学和代尔夫特团队使用了一种被称为门集断层扫描的复杂方法对其量子处理器的性能进行了认证，这种方法是由美国桑迪亚国家实验室开发并向研究界公开的。Morello 之前曾证明，由于核自旋与环境的极端隔离，量子信息可以在硅中保存 35 秒。但这种做法的代价是隔离让量子比特无法彼此交互，而这是执行实际计算所必需的。今天的论文描述了他的团队如何通过使用围绕着两个磷原子核的电子克服这个问题。

抗生素耐药性对人类构成了重大威胁，一项研究表明，它已经成为全球死亡的一个主要原因，每天导致 3500人 死亡。根据迄今对抗生素耐药性（AMR）全球影响最全面的估计，2019 年有超过 120 万人（也许还有数百万人）死于耐抗生素细菌的感染。研究分析发表在《柳叶刀》上，涵盖了 200 多个国家和地区的严峻情况。它表明 AMR 杀死的人比艾滋病或疟疾更多。研究称，数十万人死于常见的、以前可以治疗的感染，因为导致这些感染的细菌对治疗产生了抗药性。这项新的全球抗生素耐药性研究（Gram）报告估算了 2019 年在 204 个国家和地区与 23 种病原体和 88 种病原体-药物组合相关的死亡人数。研究人员从系统文献综述、医院系统、检测系统和其他数据源获得的超过 4.7 亿条个人记录，他们使用统计模型评估 AMR 在所有地区的影响——包括那些没有数据的地区。分析显示，在 2019 年，AMR 同全球大约 127 万人的死亡直接相关，并与大约 495 万人的死亡相关。据估计，艾滋病和疟疾在 2019 年分别导致了 86 万人和 64 万人死亡。研究发现 AMR 对所有年龄段的人都构成威胁，而幼儿的风险特别高，在五岁以下儿童的死亡中，有五分之一可以归因于 AMR。

世界心脏联盟（World Heart Federation，WHF）正在挑战一种普遍观点，即适量饮酒可减少心脏病风险。WHF 指出任何程度的饮酒都对身体有害。2019 年有 240 万人死于酒精，占全球死亡总数的 4.3%，占 15 到 49 岁男性死亡人数的 12.6%。酒精是一种有害的精神活性物质，会对人体造成伤害，是非传染性疾病如心血管疾病和癌症等，以及部分传染性疾病的可避免风险因素。WHF 报告的合作者 Monika Arora 称，将酒精描绘成充满活力的社交生活必要的一部分，转移了对饮酒危害的关注，就像对适度饮酒的广泛宣传，如每天喝一杯红酒可提供对心血管疾病的保护，往好说是误导，往坏说是酒精行业试图误导公众对其产品危险性的认识。

宇宙中究竟有多少个黑洞？意大利国际高等研究院（SISSA）科学家在《天体物理学杂志》上撰文称，他们首次对恒星级黑洞的数量进行统计，计算出了其在整个宇宙中的分布情况，并据此计算出目前可观测宇宙中黑洞的数量约为 4000 亿亿个。恒星级黑洞的质量介于几个到几百个太阳质量之间，源于大质量恒星生命的末期，新研究指出，宇宙中约 1% 的普通物质被“锁”在恒星级黑洞内。除了估算出可观测宇宙中黑洞的数量外，研究团队还与帕多瓦大学的科学家们合作，探索了不同质量黑洞的各种形成渠道，包括孤立的恒星、双恒星系统以及恒星团等。最新研究表明，质量最大的恒星黑洞主要来源于恒星团中的动力学事件。

量子计算机的功能越来越强大，可我们对其理解仍然很混乱。两位计算机科学家的工作让我们能深入了解这些未来机器可以计算什么。研究成果由芝加哥大学的 Bill Fefferman 和 Zachary Remscrim 于 2020 年 6 月发布，证明任何量子算法都可以重新编排，将在计算中执行的测量转移到过程结束，而不会改变最终结果或者大幅增加执行任务所需的内存量。此前计算机科学家认为这些测量的时机会影响内存需求，对量子算法的复杂性存在分歧。

Fefferman 表示：“这很烦人，我们不得不讨论两种复杂性类别——一种具有中间测量值，一种没有。”由于量子计算独特的工作方式，只有量子计算机才有这个问题。量子计算机和传统计算机之间基本的区别在于它们存储信息的方式。量子计算机并不用 0 和 1 的典型比特编码信息，而是将信息编码为更高维的比特组合，这些组合被称为量子比特。

这种方法可以实现更密集的信息存储，可加快计算速度。但它也带来了一个问题。在计算中的任何时候，你需要访问包含在一个量子比特中的信息并对其进行测量，那么该量子比特就会从同时可能的比特的组合坍缩成一个确定的比特，这可能会影响系统中的所有其他的量子比特。

这可能是一个问题，因为几乎所有算法都需要在计算过程中知道计算的值。例如一个算法中可能包含这样的语句：“如果变量x是一个数字，则将它乘以10；如果不是，别管它。”执行这些步骤似乎需要知道计算中那个时刻的x是什么——这对量子计算机来说是一个潜在的挑战，因为测量粒子的状态（以确定x是什么）就必然会改变它。

但是在 28 年前，计算机科学家证明有可能避免这种必输局面。他们确定，对于量子算法，你可以等到计算结束之后再进行中间测量，而不会改变最终结果。该结果的一个重要部分表明，你可以将中间测量推到计算的末尾，而不会显著增加总运行时间。量子算法的这些特征——测量可以延迟而不影响答案或运行时间——被称为延迟测量原则。

这一原则强化了量子算法，但要付出代价。延迟测量使用大量额外的内存空间，基本上每个延迟测量需要一个额外的量子比特。虽然在具有 4 万亿比特的经典计算机上，每次测量占据一个比特这点代价不算什么，但鉴于目前最大的量子计算机中的量子比特数量也很有限，这个代价就高昂得令人难以承受了。

Fefferman 和 Remscrim 的工作以一种令人惊讶的方式解决了这个问题。通过一个抽象的证明，他们表明，受制于一些注意事项，任何需要中间测量计算的东西都可以在没有它们的情况下被计算出来。他们的证明提供了一种节省内存的方法来推迟中间测量——避免了这种测量产生的内存问题。

几家初创公司的生物学家正将基因工程的最新进展应用于秃顶这个古老的问题，创造新的生发细胞去恢复人的头发生长能力。研究人员对《麻省理工科技评论》表示，他们正运用这项技术，在实验室中甚至是动物的身上培养人类的生发细胞。名为 dNovo 的初创公司发来了一张老鼠的照片，照片上的老鼠长出了一团浓密的人类毛发——这是移植了该公司所说的人类毛发干细胞的结果。公司创始人 Ernesto Lujan 是斯坦福大学一位训练有素的生物学家。他表示可以通过对血细胞或脂肪细胞等普通细胞进行基因“重编程”来产生毛囊成分。虽然还有很多工作要做，但 Lujan 希望这项技术最终能够“根治脱发”。

在阅读一个电话号码并将其输入手机期间，你可能会发现部分数字神秘地忘记了——即使你将第一个数字牢牢记住，最后一个数字仍会变得模糊，这种情况真的难以解释。6 是在 8 之前还是之后？能确定吗？将信息碎片保留足够长时间以根据它们采取行动，这需要一种被称为视觉工作记忆的能力。科学家多年来一直在争论工作记忆是否一次只能容纳几个条目，或者它是否只有有限的空间存储细节：也许我们的大脑容量中有少量清晰的记忆或者是大量拿不准的记忆碎片。

纽约大学神经科学研究人员最近在《Neuron》期刊上发表论文，认为工作记忆的不确定性可能与大脑监控并使用模糊性的方式有关，这种方式令人吃惊。使用机器学习分析进行记忆任务的人的脑部扫描，他们发现信号编码了人们认为自己看到的东西是什么的估计——信号中噪声的统计分布编码了记忆的不确定性。感知的不确定性可能是大脑对记忆的表示的一部分。这种不确定的感觉可能有助于大脑如何使用记忆做出更好的决定。

论文作者、纽约大学心理学和神经科学教授 Clayton Curtis表示，研究结果表明“大脑在使用这些噪音”。这项工作和越来越多的证据表明，即使人类似乎并不善于理解日常生活中的统计学，大脑也会常规地根据概率解释其对世界的感官印象——无论是当下的还是回忆中的感官印象。这种观点提供了一种新的方式，以理解我们对不确定世界的感知赋予了多少价值。

视觉系统中的神经元会对特定的景象做出反应，例如倾斜的线条、特定的图案，甚至是汽车或面孔，然后向神经系统的其他部分发出闪烁信号。但就其本身而言，单个神经元是嘈杂的信息来源，Curtis 表示，因此“大脑不太可能用单个的神经元推断它所看到的东西”。

NASA 科学家对上周六汤加附近海底火山喷发的强度进行最新估计，认为相当于 10 兆吨 TNT 当量，是广岛原子弹的 500 倍以上。美国地质调查局地球物理学家 Michael Poland 称，这可能是一个多世纪以来最大的声音制造事件之一，远在阿拉斯加都能听到火山喷发的声音。它可能是 1883 年印尼 Krakatau 火山喷发以来声音最响亮的喷发，19 世纪的火山喷发导致了数千人死亡，释放出了大量火山灰。火山喷发至今，由于通讯中断，汤加基本上仍然与世隔绝。

属于食肉动物的大熊猫如今 99% 的食物是竹子，而其牙齿和消化道还保留着食肉动物的特征。它能消化竹子关键在于梭菌类的肠道微生物。根据发表在《Cell Reports》期刊上的一项新研究，中科院动物研究所的研究人员识别了一种关键的肠道细菌——丁酸梭菌。“我们发现，在大熊猫以竹笋为主要食物的季节，肠道中的丁酸梭菌会更加富集。这让大熊猫对竹笋中的粗纤维降解消化更加充分，产生了更多的丁酸盐。”论文共同第一作者、中国科学院动物研究所助理研究员黄广平说，“这跟大熊猫在食笋期体重显著增加的现象相匹配，证明食笋期是大熊猫补充能量和营养物质的关键时期。”