生物干细胞技术与器官再生展望

问人工智能(Deep seek):

生物干细胞技术能实现器官再生吗?什么时候可以实现?

人工智能(Deep seek)答:

这是一个非常好的问题,也是当前生命科学领域最前沿、最令人期待的方向之一。

简短的回答是:是的,生物干细胞技术有巨大潜力实现器官再生,但除了少数简单组织外,大多数复杂器官的“按需再生”和“功能移植”仍处于临床前研究或早期临床试验阶段,距离大规模临床应用还有一段路要走。

下面我们来详细分解一下这个问题:

第一部分:干细胞技术如何实现器官再生?

干细胞是一类具有自我更新和分化成多种特定功能细胞能力的细胞。利用它们进行器官再生,主要有以下几种策略:

  1. 在体再生(In vivo Regeneration):
    · 原理: 利用药物、生物因子或干细胞本身,激活人体内固有的干细胞或刺激受损部位的细胞,使其自我修复和再生。
    · 例子: 这是我们身体本身就有的能力,比如皮肤伤口的愈合、肝脏部分切除后的再生。科学家正在研究如何增强这种能力,例如通过注射间充质干细胞来修复心肌梗死后的心脏损伤,或促进骨缺损的修复。
  2. 类器官(Organoids):
    · 原理: 在实验室里,将人多能干细胞(包括胚胎干细胞或诱导多能干细胞iPSC)在特定的3D培养条件下,诱导它们自发组织分化,形成类似真实器官的微型简化结构。
    · 进展与局限:
    · 已成功培养出 微型肝、肾、脑、肠、肺等类器官。
    · 主要用途: 目前主要用于疾病建模、药物筛选和毒性测试,极大地促进了基础医学研究。因为它们缺乏血管、神经和免疫系统,尺寸也很小,所以还不能直接用于移植替代整个器官。
    · 未来方向: 科学家正在努力解决类器官的“规模化”和“血管化”问题,希望有一天能培养出足够大、有功能、能移植的器官。
  3. 器官生物打印(Bioprinting):
    · 原理: 类似于3D打印,但使用特殊的“生物墨水”(由水凝胶、生长因子和活细胞——通常是患者自身的干细胞分化而来的细胞)逐层打印,构建出具有复杂三维结构的器官支架。
    · 进展与挑战: 目前可以打印出简单的组织结构,如皮肤、软骨和膀胱。打印像心脏、肾脏这样结构复杂、细胞种类繁多且需要精密血管网络的器官,是极其巨大的技术挑战。
  4. 脱细胞支架再细胞化(Decellularization/Recellularization):
    · 原理: 这是一个非常巧妙的思路。首先从一个捐赠的器官(因某些原因不适合移植)中,用温和的洗涤剂将所有细胞成分移除,只留下一个完整的、由胶原蛋白等构成的“蛋白质支架”(这个支架保留了器官原有的复杂结构和血管网络)。然后,将患者来源的干细胞分化成的功能细胞,“种植”回这个支架上,希望它们能重新长成一个有功能的、免疫相容的器官。
    · 进展: 在实验室中,已在啮齿类动物和大型动物模型上成功再造了心脏、肺、肾和肝脏等,并实现了短期功能。这是目前被认为最有可能率先实现复杂器官再生的技术路径之一。

第二部分:什么时候可以实现?

这是一个很难给出确切时间表的问题,因为不同器官的难度差异巨大。我们可以做一个分阶段的预测:

现在和近期(未来5-10年)

· 简单组织再生已成为现实或接近现实:
· 角膜、皮肤、软骨 等结构相对简单的组织,利用干细胞技术进行修复和再生已经进入临床应用或晚期临床试验阶段。
· 复杂器官的“修复”而非“替换”:
· 利用干细胞(如间充质干细胞)注射来改善心脏病、肝硬化、糖尿病、神经系统退行性疾病(如帕金森病)的症状、延缓疾病进展,是当前临床研究的热点。部分疗法已进入三期临床试验。但这属于“修复受损功能”,而非“再生一个全新的器官”。

中期展望(未来10-20年)

· 中空器官和相对简单实体器官的再生:
· 像膀胱、气管这样的中空器官,结构相对简单,有可能通过生物打印或脱细胞支架技术率先实现。
· 部分肝脏和胰腺功能单元(例如用于治疗肝衰竭的“肝类器官团”或用于治疗糖尿病的“胰岛组织”)的移植可能取得成功。这虽然不是替换整个器官,但能有效恢复关键生理功能。
· 复杂器官的实验室“原型”诞生:
· 在实验室中,利用类器官和生物打印技术制造出具有基本功能的微型心脏、肾脏,用于药物测试,这将非常普遍。

长期愿景(20-50年甚至更久)

· 完整复杂器官的按需再生与移植:
· 实现像心脏、肾脏、肺这样高度复杂、高度血管化器官的“按需制造”和成功移植,将是再生医学的“圣杯”。这需要整合生物打印、脱细胞技术、类器官技术和先进的生物反应器技术,确保再生的器官不仅结构完整,而且能与宿主完全融合,实现长期的神经连接、内分泌功能和免疫耐受。

总结与挑战

实现器官再生的道路上,我们仍面临几个核心挑战:

  1. 血管化(Vascularization): 如何让再生器官内部长出密集、功能完善的血管网络,以保证氧气和营养供应,这是最大的瓶颈。
  2. 神经支配(Innervation): 再生的器官需要与宿主的神经系统连接才能被精确调控(如心跳、胃肠蠕动)。
  3. 免疫排斥(Immunorejection): 即使使用患者自身的iPSC,分化过程也可能引入突变,需要确保其安全性。
  4. 规模与成本(Scale and Cost): 制造一个完整的人类器官过程极其复杂、耗时且昂贵,如何实现规模化、标准化和可负担是未来必须解决的问题。

结论:
生物干细胞技术为实现器官再生描绘了激动人心的蓝图,并且正在以惊人的速度发展。我们正处在一个从“组织修复”向“器官再造”过渡的时代。虽然等待一个全新的、可按需定制的心脏或肾脏可能还需要几十年,但在这个过程中,干细胞技术已经并将继续为无数疾病提供新的治疗策略和希望。

Wi-Fi测量心率误差仅0.5 次/分钟

IT之家 9 月 3 日消息,Wi-Fi 现在不仅能让你上网,还能感知你的心跳。美国加州大学圣克鲁兹分校的工程师们研发出一套系统,可将日常使用的无线信号转化为医疗检测工具。

这项概念验证研究表明,无需智能手表、胸带或医院监护仪,一套简单的 Wi-Fi 发射器和接收器就能以临床级精度测量心率。

这套名为 Pulse-Fi 的技术,所使用的廉价硬件在家庭和办公场所中十分常见。通过将机器学习算法应用于 Wi-Fi 信号,该系统能捕捉到心跳引发的微弱信号变化,并过滤掉人体活动、环境干扰等背景噪音。

据IT之家了解,研究人员对 118 名参与者进行了系统测试,结果显示其测量精度与传统监护仪几乎一致。仅需 5 秒的信号处理时间,Pulse-Fi 测量心率的误差便可控制在每分钟 0.5 次以内。而且无论参与者处于坐着、站立、躺卧还是行走状态,延长监测时间都能进一步提升精度。

Wi-Fi 迎来“健康监测”新功能

心率是最基础的健康指标之一,与压力水平、身体水分状况及体能状态密切相关。但以往监测心率通常需要佩戴可穿戴设备或使用临床专业仪器。而 Pulse-Fi 的出现,预示着未来 Wi-Fi 路由器有望兼具无接触式健康监测功能。

“我们的研究结果表明,该系统在日常环境中即可使用,无需特殊定位,也不需要昂贵设备。”该项目联合负责人、博士生纳扬・巴蒂亚表示,他与计算机科学教授卡蒂亚・奥布拉茨卡共同主导了这项研究。

研究团队使用的是成本极低的 ESP32 芯片(零售价仅 5 至 10 美元)和树莓派开发板(约 30 美元)。即便使用这些低成本硬件,系统仍能保持较高精度。研究人员称,若改用商用级路由器,其性能可能还会进一步提升。

该系统的工作原理是分析无线电波在空间中传播时的行为特征。当 Wi-Fi 信号遇到人体时,会被部分吸收和散射,心跳会使这些信号产生细微但可检测到的变化。Pulse-Fi 的算法通过学习标准血氧仪采集的真实数据,掌握了识别这类信号变化的能力。

为构建数据集,研究人员在加州大学圣克鲁兹分校的科学与工程图书馆内开展实验。他们将 Wi-Fi 信号波动与实际心率测量结果进行对比,训练神经网络建立二者间的关联模型。此外,团队还利用巴西研究人员此前用树莓派设备采集的现有数据集对该方法进行测试,进一步验证了其精度。

功能不止于测心率

目前,研究团队已着手拓展该系统的功能,计划加入呼吸频率监测模块 —— 这一功能或有助于睡眠呼吸暂停等疾病的诊断。尚未发表的早期研究结果显示,该方向具有良好前景。

研究还发现,Pulse-Fi 在最远 3 米的距离内仍能准确测量心率。得益于其搭载的机器学习模型,即使距离增加,测量性能也不会下降。

“我们发现距离对测量结果基本没有影响,而这正是以往同类技术面临的一大难题。”高中生研究员普拉纳伊・科切塔表示,他通过加州大学圣克鲁兹分校的科学实习项目加入了该研究团队。

该研究成果已发表于 2025 年 IEEE 分布式计算智能系统与物联网国际会议(DCOSS-IoT)的会议论文集中。

转自:https://www.ithome.com/0/880/204.htm

Linux 系统三种显示管理器的切换

在 Linux 系统中,GDM3SDDMLightDM 是三种常见的 显示管理器(Display Manager, DM),负责图形化登录界面(登录、会话选择)并启动桌面环境(如 GNOME、KDE Plasma)。它们各有特点,适用于不同的桌面环境和需求。以下是它们的详细介绍和对比:


1. GDM3(GNOME Display Manager)

特点

  • 默认搭配 GNOME:Debian/Ubuntu 等 GNOME 桌面环境的默认显示管理器。
  • 技术栈:基于 GTK(GNOME 技术栈),支持 Wayland 和 X11。
  • 功能
  • 提供现代化的登录界面,集成 GNOME 风格。
  • 支持多用户切换、远程桌面(通过 RDP)。
  • 自动检测已安装的桌面环境(如 GNOME、KDE Plasma、XFCE)。
  • 配置文件
    /etc/gdm3/daemon.conf(主要配置路径)。

优缺点

优点

  • 对 GNOME 兼容性最好,支持 Wayland 会话。
  • 界面美观,功能较完善。
    缺点
  • 占用资源较多(相比 LightDM)。
  • 对非 GNOME 桌面(如 KDE)支持一般。

适用场景

  • GNOME 用户的首选
  • 需要 Wayland 支持的情况。

2. SDDM(Simple Desktop Display Manager)

特点

  • 默认搭配 KDE Plasma:KDE 社区的官方显示管理器。
  • 技术栈:基于 Qt,支持 X11 和 Wayland(但 Wayland 支持较新)。
  • 功能
  • 提供 KDE 风格的登录界面,支持主题自定义。
  • 轻量级,启动速度较快。
  • 自动检测已安装的桌面环境(如 KDE Plasma、GNOME、XFCE)。
  • 配置文件
    /etc/sddm.conf(主配置文件)。

优缺点

优点

  • 对 KDE Plasma 支持最佳,界面美观。
  • 比 GDM3 更轻量,适合低配设备。
    缺点
  • 非 KDE 桌面(如 GNOME)可能显示不够原生。
  • Wayland 支持较新,可能不够稳定。

适用场景

  • KDE Plasma 用户的首选
  • 需要轻量级但美观的登录管理器。

3. LightDM

特点

  • 轻量级、跨桌面:不依赖特定桌面环境(GTK/Qt)。
  • 技术栈:使用 GTK 或 Qt 前端(可更换),支持 X11。
  • 功能
  • 高度模块化,支持多种 Greeter(登录界面前端,如 lightdm-gtk-greeter)。
  • 启动速度快,占用资源少。
  • 支持多桌面环境切换(GNOME、KDE、XFCE 等)。
  • 配置文件
    /etc/lightdm/lightdm.conf(主配置)。

优缺点

优点

  • 非常轻量,适合老旧设备或服务器。
  • 高度可定制(可更换 Greeter)。
    缺点
  • 界面较简陋(依赖 Greeter 主题)。
  • 对 Wayland 支持较差(主要面向 X11)。

适用场景

  • 轻量级系统(如 XFCE、LXQt)。
  • 需要快速启动或低资源占用的场景。

三者的对比总结

特性GDM3 (GNOME)SDDM (KDE)LightDM
默认桌面GNOMEKDE Plasma无(通用)
技术栈GTKQtGTK/Qt(可换 Greeter)
Wayland✅ 优秀支持⚠️ 较新支持❌ 主要 X11
资源占用较高中等极低
定制化较低(GNOME 风格)高(Qt 主题)高(可换 Greeter)
适用场景GNOME 用户KDE 用户轻量级/多桌面

如何切换显示管理器?

在 Debian/Ubuntu 中,可以使用以下命令切换:

sudo dpkg-reconfigure gdm3  # 选择 GDM3、SDDM 或 LightDM

或直接安装:

sudo apt install gdm3       # 安装 GDM3
sudo apt install sddm       # 安装 SDDM
sudo apt install lightdm    # 安装 LightDM

切换后重启生效:

sudo systemctl restart display-manager

推荐选择

  • GNOME 用户GDM3(最佳兼容性)。
  • KDE 用户SDDM(原生体验)。
  • 轻量级/XFCE/LXQtLightDM(快速低耗)。

根据你的桌面环境和个人需求选择合适的显示管理器即可!

《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》

IT之家 8 月 7 日消息,工业和信息化部、国家发展改革委、教育部、国家卫生健康委、国务院国资委、中国科学院、国家药监局七部门印发《关于推动脑机接口产业创新发展的实施意见》。

其中提出,到 2027 年,脑机接口关键技术取得突破,初步建立先进的技术体系、产业体系和标准体系。电极、芯片和整机产品性能达到国际先进水平,脑机接口产品在工业制造、医疗健康、生活消费等加快应用。产业规模不断壮大,打造 2 至 3 个产业发展集聚区,开拓一批新场景、新模式、新业态。到 2030 年,脑机接口产业创新能力显著提升,形成安全可靠的产业体系,培育 2 至 3 家有全球影响力的领军企业和一批专精特新中小企业,构建具有国际竞争力的产业生态,综合实力迈入世界前列。

其中提出,突破关键脑机芯片。发展高通道、高速率脑信号采集芯片,强化模数转换、通道管理和噪声抑制,增强脑信号采集放大能力。研发高性能、超低功耗脑信号处理芯片,强化并行处理能力,推动感知、计算和调节等功能的一体化集成。研发超低功耗、高速率、高可靠的通信芯片,提升脑信号传输和抗干扰能力。

其中提出,发展辅助设备。研发辅助生理信号设备,通过脑信号与肌电、眼电、心电、近红外等多模态信号的融合,提升交互控制和感知觉评估的精准度。研发用于植入脑机接口的高精度手术机器人,突破亚微米级精度控制与动态调整技术,提升区域精准实时成像与三维重建能力。

《意见》指出,发展壮大脑机接口领域领军企业,支持组建产业创新联合体,牵头承担国家科技重大专项等任务。促进脑机接口中小企业创新供给,加快培育科技和创新型中小企业、高新技术企业、专精特新中小企业、专精特新“小巨人”企业、制造业单项冠军企业以及瞪羚企业、独角兽企业等,实施启航企业培育工程,完善企业梯度培育体系。推动大中小企业融通创新,鼓励领军企业开放算法框架、公共数据和共性技术,为企业共同成长营造良好环境。

转自:https://www.ithome.com/0/873/697.htm

马斯克的 Neuralink 野心不小

IT之家 7 月 24 日消息,据彭博社报道,埃隆・马斯克的脑机接口公司 Neuralink Corp. 计划到 2031 年每年将其芯片植入 2 万人,创造至少 10 亿美元(IT之家注:现汇率约合 71.6 亿元人民币)的年收入。

根据向投资者展示的最新资料,Neuralink 计划在未来六年内运营约五家大型诊所,并推出至少三个版本的设备。其中,“心灵感应”(Telepathy)版本旨在实现大脑与机器之间的通信;“盲视”(Blindsight)版本将致力于帮助盲人恢复视力;“深度”(Deep)版本则用于治疗震颤和帕金森病。

Neuralink 的目标展现了马斯克对该公司宏伟的愿景以及其极具雄心的时间表。目前,已知参与临床试验的植入 Neuralink 脑设备的人数不足 10 人,且尚未有患者使用该设备恢复视力或治疗帕金森病。

根据文件,Neuralink 预计到 2029 年将在美国获得其 Telepathy 设备的监管批准,并计划每年进行 2000 例手术,实现至少 1 亿美元(现汇率约合 7.16 亿元人民币)的年收入。到 2030 年,公司计划推出恢复视力的芯片 Blindsight,手术量扩大至每年 1 万例,年收入超过 5 亿美元(现汇率约合 35.8 亿元人民币)。文件显示,这些数字是基于“每例手术保守估计 5 万美元(现汇率约合 35.8 万元人民币)的报销费用”计算得出的。

据 PitchBook 称,Neuralink 已从投资者处筹集了 13 亿美元(现汇率约合 93.08 亿元人民币)资金,目前估值达到 90 亿美元(现汇率约合 644.43 亿元人民币)。

近年来,像 Neuralink 这样的脑机接口公司因其潜在的医疗应用而受到广泛关注和大量投资。然而,目前尚无脑机接口设备获得美国监管部门批准用于人类永久植入,因为各公司仍在收集有关安全性和有效性的数据。

在临床试验中,瘫痪患者已使用 Neuralink 设备控制计算机,能够浏览互联网、玩游戏和编辑视频。该公司还在猴子身上测试了其视觉植入设备。目前,还有几家其他脑植入公司正在构建和测试能够读取大脑数据的设备,但均未获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于商业永久植入。

转自:https://www.ithome.com/0/870/540.htm

我国科学家打开基因“开关”,使受损器官再生

IT之家 6 月 27 日消息,壁虎断尾重生、蝾螈大脑自愈…… 一些动物的再生“超能力”经常让人感叹人类为什么没有这样的“超能力”?

其实,在哺乳动物中,像兔子、山羊等也具备一定的再生能力。而人类、小鼠这类高等哺乳动物受伤后,往往只能结疤愈合,无法“原装”再生。为什么高等哺乳动物在进化过程中丢失了这些能力?

对于这一谜题,我国科学家在小鼠“耳朵”上找到了关键线索。北京华大生命科学研究院与北京生命科学研究所联合团队通过激活 Aldh1a2 基因成功实现成年小鼠耳廓再生。

该研究揭示了高等哺乳动物再生能力丢失的关键机制,相关成果已于 6 月 27 日发表在《科学》上(IT之家附 DOI: 10.1126/science.adp0176)。

科研人员首次发现 Aldh1a2 基因的表达不足导致的视黄酸合成不足是高等哺乳动物小鼠耳廓再生失败的核心机制。在激活该基因后,小鼠耳廓实现再生!这为深入理解进化过程中哺乳动物的再生能力丢失提供了新的见解,并为再生医学和人类受损器官的重建与再生提供了重要靶标。

研究团队选取了哺乳动物特有器官耳廓(外耳)为研究模型,基于单细胞 RNA 测序和华大自主研发的时空组学技术 Stereo-seq,描绘了可再生物种(兔子)与不可再生物种(小鼠)耳廓损伤后再生 / 修复的高分辨率单细胞时空动态过程,逐时逐步观察伤口处每个细胞类型的变化和基因表达动态,精确对比再生过程和普通愈合过程有何不同。

结果发现,小鼠耳廓再生失败与视黄酸合成不足有关。视黄酸是维生素 A 的一种代谢产物,与细胞发育密切相关。而小鼠视黄酸不足主要是因为视黄酸合成限速酶 Aldh1a2 的表达不足,以及视黄酸本身的降解加速。

那么,为什么小鼠的 Aldh1a2 基因表达会不足呢?科研团队通过进化生物学比较发现,在兔子的基因组中,保留了负责调控 Aldh1a2 基因的一些关键 DNA 序列。这些调控序列被称为“增强子”,可以理解为基因表达的开关或加速器。研究人员在兔子 Aldh1a2 基因附近发现了 6 个活跃的增强子(AE1~AE6),其中有两个增强子(AE1 和 AE5)在耳廓受伤再生时会被强烈激活,相当于在兔子受伤后及时按下“开关”,大大提高了 Aldh1a2 的表达,在兔子伤口处源源不断地产生视黄酸,帮助组织再生。

可惜的是,研究团队仅在小鼠对应的基因区域找到了 1 个活性增强子(AE3),其它与再生相关的调控元件都已失活。换句话说,小鼠体内调控 Aldh1a2 基因的“按钮”大都消失了,受伤后想要大幅度开启 Aldh1a2 基因表达非常困难。这一进化差异解释了为什么小鼠耳廓受伤后 Aldh1a2“叫不醒”、视黄酸产量提不高,从而无法像兔子那样再生组织。

问题来了,如果人为按下这些丢失的“开关”,是否就能让失去再生能力的动物实现再生呢?研究团队进行了探索:他们尝试直接激活 Aldh1a2 基因或外源补充视黄酸,发现都可以使本不具备再生能力的成年小鼠耳廓伤口,出现了多能性细胞(成纤维细胞),从而重建了耳廓的软骨与神经组织。也就是说,小鼠耳朵的伤口不再只是简单结疤,而是实现了再生!

此外,研究团队还将兔子的增强子 AE1 导入小鼠的基因组,结果发现,受伤后的小鼠耳廓 Aldh1a2 基因表达显著提高,视黄酸增加,耳廓的再生能力也得到明显提升。

总而言之,研究团队基于单细胞时空组技术以及跨物种进化比较,系统描绘了器官损伤后,可再生物种与不可再生物种的细胞组成变化以及基因表达的时空动态变化,全面揭示了高等哺乳动物器官再生能力丢失的机制,为探索人类受损器官的重建与再生提供了重要靶标和理论依据。

转自:https://www.ithome.com/0/864/196.htm

成立物联网、脑机接口等标准化技术委员会

IT之家 6 月 12 日消息,工业和信息化部今日发布公告,决定成立部物联网、脑机接口、民用爆炸物品等 3 个标准化技术委员会和安全应急装备标准化工作组,具体如下:

工业和信息化部物联网标准化技术委员会,编号为 MIIT / TC3,主要负责物联网行业应用、关键技术、建设运维等领域行业标准制修订工作。第一届工业和信息化部物联网标准化技术委员会由 61 名委员组成,秘书处由中国电子技术标准化研究院承担。

工业和信息化部脑机接口标准化技术委员会,编号为 MIIT / TC4,主要负责脑机接口基础共性、输入输出接口、数据、行业应用、伦理安全等领域行业标准制修订工作。第一届工业和信息化部脑机接口标准化技术委员会由 52 名委员组成,秘书处由中国电子技术标准化研究院承担。

工业和信息化部民用爆炸物品标准化技术委员会,编号为 MIIT / TC5,主要负责民用爆炸物品行业安全生产管理、基础通用、产品及检测方法等领域行业标准制修订工作。第一届工业和信息化部民用爆炸物品标准化技术委员会由 55 名委员组成,秘书处由中国爆破器材行业协会承担。

工业和信息化部安全应急装备标准化工作组,编号为 MIIT/SWG1,主要负责安全应急装备基础通用、信息技术应用、智能装备和管理服务等领域行业标准制修订工作。第一届工业和信息化部安全应急装备标准化工作组由 75 名委员组成,秘书处由中国信息通信研究院承担。

转自:https://www.ithome.com/0/860/418.htm

锂电池要有“身份证号”

IT之家 5 月 30 日消息,《锂离子电池编码规则》GB / T 45565—2025 是由中国电子技术标准化研究院牵头编制,中华人民共和国工业和信息化部提出并归口的国家标准,将于 2025 年 11 月 1 日开始实施

电池编码是电池产品的唯一身份证,建立电池编码管理制度是保障电池全生命周期安全的基础性工程。在电池生产、使用、运输、综合利用等环节,制造商、消费者及各级主管部门通过获取电池编码实现对电池产品相关信息的查询与追溯

该标准通过建立企业唯一编码、按照消费型、大小动力型、储能型主要应用领域划分的电池类型编码以及企业电池产品唯一识别码,实现“一物一码、精准识别”,逐步建立锂离子电池产品工业生产经营数据库,对锂离子电池进行全生命周期安全管理和质量溯源,通过明确梯次利用电池编码要求,促进退役锂离子电池通过合规渠道进行资源综合利用,我国是全球最大的锂离子电池生产国、使用国和出口国,建立科学的编码规则和电池编码管理制度将进一步推动我国锂离子电池产业高质量发展。

转自:https://www.ithome.com/0/857/332.htm

非侵入式脑信号检测技术

非侵入式脑信号检测技术通过外部传感器采集大脑活动信号,无需植入设备,具有安全、便捷的特点,广泛应用于科研、医疗和脑机接口领域。以下是主要技术的详细介绍:


1. 脑电图(EEG, Electroencephalography)

  • 原理:通过头皮电极记录大脑神经元的电活动(突触后电位),反映群体神经元的同步放电。
  • 特点
  • 时间分辨率高(毫秒级),适合研究快速神经活动(如认知任务、癫痫发作)。
  • 空间分辨率低(约1-2 cm),受颅骨和头皮对电信号的衰减和扩散影响。
  • 便携性强,设备可小型化(如无线EEG头戴设备)。
  • 应用
  • 癫痫诊断、睡眠研究、脑机接口(如意念控制轮椅)、认知科学实验。

2. 功能性近红外光谱(fNIRS, functional Near-Infrared Spectroscopy)

  • 原理:利用近红外光(650-900 nm)穿透头皮,检测脑血流中氧合血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(HbR)的浓度变化,间接反映神经活动。
  • 特点
  • 空间分辨率中等(~1 cm),介于EEG和fMRI之间。
  • 时间分辨率较低(秒级),受血流动力学响应延迟限制。
  • 抗运动干扰强,适合婴幼儿、运动状态研究(如步行、康复训练)。
  • 应用
  • 发育心理学(婴儿大脑研究)、运动康复、情绪识别、便携式脑监测。

3. 功能性磁共振成像(fMRI, functional Magnetic Resonance Imaging)

  • 原理:通过磁场检测血氧水平依赖(BOLD)信号,反映神经元活动引发的血流变化。
  • 特点
  • 空间分辨率高(毫米级),可精确到脑区甚至皮层分层。
  • 时间分辨率低(秒级),设备昂贵且需固定姿势(不适用于动态场景)。
  • 应用
  • 脑功能图谱绘制、疾病机制研究(如抑郁症、阿尔茨海默症)。

4. 脑磁图(MEG, Magnetoencephalography)

  • 原理:检测神经元电活动产生的微弱磁场(不受头皮/颅骨干扰)。
  • 特点
  • 时间与空间分辨率俱佳(毫秒级+毫米级),但设备极其昂贵(需超导量子干涉仪和磁屏蔽室)。
  • 应用
  • 癫痫灶定位、高级认知功能研究(如语言处理)。

5. 其他新兴技术

  • 功能性超声(fUS):通过超声检测脑血流变化,分辨率高且设备便携,处于实验阶段。
  • 光学相干断层扫描(OCT):利用光干涉成像,研究皮层微结构,尚未普及。

技术对比表

技术时间分辨率空间分辨率抗干扰性便携性典型应用场景
EEG毫秒级低(1-2cm)易受干扰实时脑机接口、癫痫监测
fNIRS秒级中(~1cm)较强中-高婴幼儿研究、康复训练
fMRI秒级高(毫米)低(需MRI设备)脑区功能定位
MEG毫秒级高(毫米)低(需屏蔽室)认知神经科学研究

挑战与未来方向

  • 信号噪声:EEG/fNIRS易受运动、环境干扰,需先进算法(如深度学习)降噪。
  • 多模态融合:结合EEG(高时间分辨率)与fNIRS/fMRI(高空间分辨率)提升精度。
  • 便携化:开发无线、柔性传感器(如石墨烯电极)以提高穿戴舒适度。
  • 实时解码:提升脑机接口的实时性,应用于更复杂的控制场景(如外骨骼机器人)。

这些技术各具优势,选择取决于具体需求。例如,临床诊断可能优先选择fMRI或MEG,而消费级脑机接口则倾向EEG/fNIRS。

——本文转自Deep seek

无人机如何人工影响天气?

无人机在人工影响天气(Weather Modification)中的应用是近年来快速发展的技术领域,主要通过播撒催化剂等方式干预局部天气过程。以下是无人机参与人工影响天气的主要方式和技术特点:


1. 云 seeding(人工增雨/雪)

  • 原理:向云中播撒碘化银、干冰(固态二氧化碳)或盐粉等催化剂,促进云中水汽凝结形成降水。
  • 无人机应用
  • 灵活作业:无人机可低空飞行(通常1-4公里高度),精准抵达云层目标区域,尤其适合地形复杂(如山区)或小范围作业。
  • 实时监测:搭载气象传感器(如温湿度、气压、粒子浓度监测),实时调整播撒策略。
  • 案例:中国曾使用翼龙-2无人机在青藏高原实施增雪任务;阿联酋使用无人机结合带电粒子播撒技术刺激降雨。

2. 消雾与防雹

  • 消雾:在机场等关键区域播撒吸湿性颗粒(如氯化钙),消除暖雾;或通过干冰消冷雾。
  • 防雹:向可能产生冰雹的强对流云播撒催化剂,促使冰雹提前形成并减小粒径。
  • 无人机优势:比传统高炮/火箭更安全,且可长时间悬停监测效果。

3. 技术实现方式

  • 播撒系统
  • 机载喷射装置:直接释放液态或固态催化剂。
  • 无人机编队:多机协同覆盖更大区域(如美国”NOAA Drone”项目测试)。
  • 导航与控制
  • 结合气象雷达和AI算法规划路径,动态调整播撒位置。
  • 使用垂直起降(VTOL)无人机延长滞空时间。

4. 优势对比传统手段

方式无人机飞机/高炮
成本单次作业成本低飞机租赁/弹药成本高
安全性避免人员危险飞行员风险或炮弹残骸隐患
精度可贴云作业,播撒均匀受飞行高度或弹道限制
适用场景小范围、短时作业大范围系统性作业

5. 挑战与限制

  • 续航与载重:多数无人机载重有限(通常<50kg),难以长时间大剂量播撒。
  • 空域管制:需协调民航等部门,确保飞行安全。
  • 科学争议:人工影响天气的效果评估仍存在不确定性,尤其是长期生态影响。

6. 未来方向

  • 智能集群化:通过数百架小型无人机组网作业。
  • 新型催化剂:如纳米材料或带电粒子提升效率。
  • 全流程自动化:从监测到播撒的闭环控制系统。

无人机为人工影响天气提供了高性价比的解决方案,尤其适合精准化、局部化的天气干预,但需进一步验证其大规模应用的可行性和环境影响。

——本文转自Deep seek