镜像疼痛2022年最新研究论文

《本文同步发布于“脑之说”微信公众号，欢迎搜索关注~~》 1、研究背景 增强运动想象的一种方法是动作观察，也就是观察与运动想象任务相关的身体部位的运动。先前的研究表明，镜像神经元通过模仿来进行动作的理解和学习，从而引起相应区域的激活。因此，当一个人观察到另一个实体反映想象的身体运动时，动作观察起到了诱导镜像神经元的刺激作用。 2D和3D运动的事件相关去同步化(ERD)模式有显著差异，3D可视化组的ERD增强。更丰富的可视化和对观察到的运动的更强的所有权可诱导更好的ERD发生。 近期，发表在《IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL SYSTEMS AND REHABILITATION ENGINEERING》杂志上的一篇研究论文通过对握手动作的动作观察，探讨虚拟现实(VR)的丰富沉浸感是否会影响重复的运动想象训练。为了研究显示介质的不同是否会影响进行运动想象时的动作观察，研究者通过两种不同的显示器显示了相同的图形握手动作：沉浸式VR耳机和显示器。此外，该研究以图形情景为刺激，更加强调沉浸式VR中的错觉和具体化对运动想象训练中动作观察的影响。为了检查使用这两种不同介质时的大脑活动，研究者使用了EEG，并识别了感觉运动皮层诱发的神经信号的变化。为了测量不同运动想象任务中空间脑活动模式的可区分性，研究者应用了脑机接口中常用的机器学习技术来学习和区分不同类型的运动想象中的脑活动。 2、研究流程 研究者对每个参与者进行了两个实验，以调查在运动想象训练中使用沉浸式VR耳机提供动作观察是否对表现有影响： (1)基于沉浸式VR的运动想象(IVR-MI)：利用沉浸式VR头戴式耳机为运动想象训练提供图形握手场景的实验。 (2)基于显示器显示的运动想象(MD-MI)：在运动想象训练中使用非沉浸式显示器显示相同场景的实验。 以MD-MI结果为对照，分析VR对运动想象的影响。 2.1 被试 共有20名年龄在20岁到37岁之间的健康参与者参加了这两个实验。在实验之前，所有参与者还被要求使用较长时间的VR头戴式耳机，以确保他们在使用VR头戴式耳机时没有任何问题。参与者被随机分成两组，人数相等：A组在IVR-MI之前进行MD-MI，B组在MD-MI之前进行IVR-MI。为了降低前一实验影响后一实验成绩的可能性，后一实验至少在前一实验后7天进行。实验结果也要到两个实验结束时才向参与者透露，以避免产生任何可能影响表现的反馈。从每个参与者那里收集的数据都经过了目视检查，排除了其中两名参与者的数据，因为他们显示出广泛的噪音，最终总共留下了18名参与者进行分析。 2.2 方案 这个图形化的场景由两只虚拟的手和黑色背景上的箭头组成，是用Unity游戏引擎实现的。在每次实验之前，调整虚拟手的位置，使得两只虚拟手之间的距离大致等于参与者的肩宽(图1a)。 (1)IVR-MI设置：参与者戴上带电极的EEG帽后，佩戴Oculus Go，不使用垂直带，以防止重叠电极上的带子收紧。 (2)MD-MI设置：在参与者面前的桌子上放置一个带显示器臂的显示器，该显示器臂可提供三个自由度。每个参与者都可以自由调整显示器臂的角度。 每个参与者都可以在Unity应用程序中调整相机视角，以最大限度地提高虚拟手的所有权。参与者被要求将他们的手放在桌子上，这样他们自己的手就会被虚拟手重叠替代。 2.3 数据采集 BrainProducts的actiChamp和actiCAP被用来从每个参与者的头皮中检索脑电数据。数据以500Hz的采样率采样，有源电极按国际10-20系统放置。在整个实验过程中，记录了放置在感觉运动皮质周围的20个电极(FC5，C5，CP5，FC3，C3，CP3，FC1，C1，CP1，Cz，CPZ，FC2，C2，CP2，FC4，C4，CP4，FC6，C6，CP6)的脑电信号，接地电极和参考电极分别位于AFz和Fz位置(图1b)。用BrainVision记录脑电信号，并将每个电极的阻抗控制在5k以下，以获得高质量的数据。数据在8-25 Hz的频率之间进行带通滤波。在收集之后，然后通过在所有使用的电极位置上应用平均参考来重新参考EEG数据。将得到的预处理数据用于神经活动的分析。 2.4 实验设计 实验在一个黑暗、隔音的房间里进行，以最大限度地减少任何环境干扰。每个运动想象实验由六个阶段的10个连续的运动想象实验组成。如果需要，参与者可以在两次阶段之间休息。每个试验由一个随机序列组成，该序列包含一个连续的右手抓取运动想象任务、一个连续的左手抓取运动想象任务和一个休息任务(图2a)。 单个任务包括最初的4秒指令周期和随后的6秒运动想象周期，然后是2秒的休息期(图2b)。在指导期间，参与者被给予一个指示休息任务的十字形线索，或一个指示左手或右手抓取运动想象任务的箭头线索，以告知参与者下一个任务是什么，并指示他们凝视相应的手。在指令周期之后的整个运动想象周期中，与箭头线索相对应的虚拟手模拟一系列抓握动作，并指示参与者观察并想象以运动方式执行相同的动作。最后，在休息期间，虚拟手保持不动，参与者被允许移动或眨眼，以防止眼睛疲劳。在指导期和运动想象期，受试者都被指示避免任何动作，包括眨眼。在整个实验过程中，两只虚拟的手都被展示出来，参与者被期望将它们想象成自己的手。 3、研究方法 3.1 ERD分析 对应于电极位置C3和C4的大脑区域分别与右手和左手的抓握动作相关。为了测量单个时段大脑活动的变化，我们首先用下面的方程式计算了三个运动想象任务记录的脑电数据的平均功率谱： 为了分析受试者在每次会话的左右握持运动想象中诱发的ERD幅度随时间的变化，我们使用以下公式计算了两个运动想象任务相对于休息任务的ERD比率： 因此，每一阶段的ERD比率是根据在每个电极位置的不同运动想象任务期间诱发的大脑模式特征的差异来计算的。 为了分析每个实验的运动想象表现，研究者进一步计算了每个实验参与者的平均ERD比率，应用以下公式： 考虑到最活跃的频带对于每个个体可能不同，通过选择带宽为2Hz的频带来确定两个方程中每个参与者的频带，该频带导致来自两个实验的所有任务的最大平均ERD比率。 分别对右手和左手握持运动想象的C3和C4的ERD结果进行分析，探讨被试在两种不同任务中的表现。为了考察使用不同的显示介质对每个参与者的影响，该文对计算的平均ERD值进行了双向方差分析，其中指定的组(表示实验顺序)和显示介质作为两个因素。为了进一步检验参与者在每次会话中ERD的统计增强，该文应用了Dunnett型非参数多重对比检验，其中使用第一次会话的ERD比率作为对照。因此，在两个实验中，分别比较了右手运动想象任务和左手运动想象任务的ERD比率(图3)。 3.2 判别分析 通过对两个实验中神经活动的判别分析，构建了经典的机器学习模型以进一步评估性能。为了比较两个实验中每个参与者的分类准确率，提取了每个运动想象周期的6秒脑电数据。为了增加模型要学习的数据量，该文进一步对每个6秒的EEG数据进行了数据增强，将数据以100毫秒的步长划分为2秒长的时间窗口。 应用公共空间模式(CSP)算法从预处理的EEG数据中提取空间特征，并且使用Fisher线性判别分析(LDA)来创建分类模型，该分类模型预测EEG数据段是否涉及休息、左手或右手运动想象任务。为了评估运动想象脑电图数据，我们采用了两种不同的交叉验证方法：1)6折交叉验证，其中分析来自单个实验的数据，并且每个折叠对应于从10个运动想象试验的单个会话中检索到的数据；2)10折交叉验证，其中使用来自单个会话的数据，并且每个折叠对应于从单个试验检索的数据。采用交叉验证法检验区分左手抓握、右手抓握和静止状态三种不同运动想象任务的准确性。为了进行统计分析，该文对6折交叉验证结果进行了双向方差分析检验，以表明每个实验的总体表现。为了进一步检验神经活动辨别力的统计增强，该研究对10折交叉验证结果使用了Dunnett型非参数多重对比检验，其中以第一次会话的准确性作为对照。 4、研究结果 4.1 统计分析假设验证 在对左手和右手运动想象的ERD结果进行方差分析以及交叉验证准确性结果的参数检验之前，验证了必要的假设。表1显示了Shapiro-Wilk正态检验和Levene齐性方差检验的结果。P值结果表明，所有病例的方差均未违反正态性和均匀性(p>0.05)。 4.2 ERD表现的实验分析 为了比较使用两种不同显示介质的参与者的表现，我们分析了ERD比率和ERD幅度，ERD比率由参与者在运动想象期间的平均ERD比率表示，ERD幅度代表从每次会话收集的ERD随时间的平均值。 两个实验的左手和右手运动想象的ERD比率和ERD幅度进行了比较，如图4所示。图4a的方差分析结果显示，左手运动想象中IVR-MI的ERD比MD-MI大(IVR-MI和MD-MI分别为49.32±12.08和34.75±14.75)，差异有非常显著性意义(F(1，16)=20.182，p<0.001)。与MD-MI相比，IVR-MI的右手运动想象的ERD值也较大(分别53.29±12.57和41.32±15.19)，差异有非常显著性意义(F(1，16)=14.693，P<0.01)。另一方面，两组受试者左手和右手运动想象差异均无显著性意义(F(1，16)=0.131，p>0.72；F(1，16)=1.034，p>0.32)。 图4b显示了参与者相对于时间的ERD幅度，该幅度是通过平均每个参与者在所有会话中的ERD幅度来计算的。IVR-MI和MD-MI的红色和蓝色波幅图显示，在运动想象期间，左手和右手的ERD均有显著差异，IVR-MI的ERD波幅大于MD-MI。如x轴上的灰标所示，左手运动想象的时域范围为1.05.4秒和6.27.0秒之间，右手运动想象的时域范围为1.45.8秒和6.07.2秒之间，两种幅度有显著差异。在指导期(左手运动想象 t<1.0s，右手运动想象 t<1.4s)和静息期结束时(左手运动想象 t>7.0s，右手运动想象 t>7.2s)，两组间差异无统计学意义。 4.3 Experiment-Wise交叉验证 图5显示了IVR-MI和MD-MI的6折与对象相关的交叉验证精度结果，其中单个折叠表示从每个会话获取的数据。方差分析结果显示，两种介质的准确性差异非常显著(F(1，16)=20.990，p<0.001)，且IVR-MI的准确性高于MD-MI(分别为67.85±13.50和57.49±13.96)。相反，两组组内的差异无统计学意义(F(1，16)=0.008，p>0.93)。 4.4 ERD表现的Session-Wise变化 该研究进一步分析了左手和右手运动想象的ERD表现是如何随着训练时间的变化而变化的。如图6所示，左手运动想象期间IVR-MI和MD-MI的ERD率均呈线性正相关(IVR-MI r=0.345，p<0.001；MD-MI r=0.260，p<0.01)。右手运动想象也有相似的结果(IVR-MI r=0.362，p<0.001；MD-MI r=0.181，p>0.001)。在左手和右手运动想象中，IVR-MI的r值和p值比MD-MI在统计学上更强。 第一次会话的ERD比率被选为基线，并与其他会话的ERD比率进行比较，以分析与各次会话相比ERD性能的改善情况，如图6和表2所示。对于左手运动想象，IVR-MI和MD-MI的参与者从第5次开始都有显著的改善，但IVR-MI和MD-MI的改善程度更强(第5次的IVR-MI和MD-MI的P<0.01和P<0.05，第6次的IVR-MI和MD-MI的p=0.014和p=0.032)。对于右手运动图像，参与者只有在使用VR头戴式耳机时才能表现出显著的差异(第4次和第6次分别为p<0.05和p<0.01)，而在使用显示器屏幕的重复测试中，没有观察到显著的改善。 4.5 交叉验证的Session-Wise变化 图7示出了在每个会话中使用10折交叉验证来区分脑活动模式的结果，其中单个折叠代表来自每个试验的数据。对于IVR-MI和MD-MI，准确度结果均呈正线性关系(分别为r=0.276，p<0.01和r=0.136，p>0.05)。与MD-MI相比，IVR-MI的交叉验证准确性的r值和p值更强。 为了分析不同时段交叉验证准确率的提高，我们对第一个时段的准确性结果进行了Dunnett型非参数多重对比检验。图7和表3中的结果表明，IVR-MI期间的参与者能够从第5次会话开始在辨别力方面表现出显著的改善(第5和第6次会话分别为p<0.01和p<0.05)，而在MD-MI期间没有观察到显著差异。 4.6 Fisher比值地形图 为了进一步研究从不同的手想象任务中获得的空间特征，我们使用ERD结果在每个电极上应用了Fisher比值。如图8所示，电极位置C3和C4是区分左手和右手运动想象的主要因素。与MD-MI的Fisher比值(C3和C4分别为0.544和0.377)相比，IVR-MI组C3和C4的Fisher比值均较高(C3和C4分别为0.997和0.566)。 5、讨论 该研究采用VR头戴式耳机和显示器作为观察左右手动作的媒介，考察沉浸和错觉对运动想象训练的影响。通过比较两个实验获得的ERD比率和交叉验证精度，该文提供了证据，证明在训练中通过不同的媒介感知相同的动作可能会导致不同的运动想象表现。 研究结果表明，参与者在使用VR头戴式耳机时能够获得更好的运动想象表现。在通过反复训练练习运动想象方面，不仅证实了重复动作观察会影响受试者的运动想象表现，而且发现使用VR头戴式耳机可能会以更少的时间成本提高运动想象表现。通过对使用VR头戴式耳机的ERD比率和交叉验证准确率的结果都显示出较大的改善，该文证实使用VR头戴式耳机比使用显示器显示在改善ERD性能和增加大脑活动的空间区分性方面更有效。 研究者还研究了ERD振幅和Fisher比值，以解决仅仅有不同的显示介质影响中央运动皮质(C3和C4)的ERD比率的担忧。该研究的结果显示ERD振幅模式在指导期略有增加，没有显著差异，然后在两个实验之间有统计上的显著差异，在运动想象期间有较大的增加，然后在静息期出现下降(图4b)。虽然研究者预计在指导期内没有显著差异的轻微增加是被指导动作的准备和计划的结果，但IVR-MI的ERD幅度仅在运动想象和休息早期显著高于MD-MI的显著增加表明，这种统计差异是由运动想象操作引起的。此外，图8显示，在两个实验中，区分不同运动想象任务的主要空间特征来自C3和C4电极，这表明仅仅是显示介质的不同对可能影响我们结果的因素影响很小，例如来自视觉皮层的空间特征。这些结果表明，通过VR头戴式耳机的动作观察比通过显示器显示的运动想象操作更有效。 如前所述，该文重点研究了通过VR系统进行的沉浸和错觉对动作观察的重复运动想象训练是否有效。该文的假设通过ERD表现和交叉验证结果得到了验证，结果显示，在重复的运动想象训练中，ERD比率更高，空间脑活动更具区分性。结果表明，丰富的沉浸本身影响运动想象(通过呈现相同的图形手部运动)。因此，对于可以模拟的任何图形场景，与非沉浸式显示器相比，使用沉浸式VR头戴式耳机可能证明对运动想象训练是有益的。 该研究存在一些局限和可能的改进之处。可能会有人担心，该研究的图形场景可能在某种程度上被认为是不同的，因为两种显示介质的虚拟手的比例可能不完全相同。为了解决这个问题，在开始每个实验之前，在调整大小以最大限度地体现时，将重点放在每个参与者的反馈上。此外，虽然研究者在研究中调整了各种环境成分以扩大具体化，但在两个实验中并没有直接量化每个用户的具体化水平。由于两个实验之间存在着相当大的时间差距，研究者认为任何可能的调查或问卷都是潜在的不可靠的，而是使用以前的工作结果来声称VR增强了具体化。最后，相对较小的样本量也是一个限制。虽然每个参与者都进行了多次重复试验，但考虑到每个人表现的不同，分析的统计能力可能是有限的。因此，该文的研究结果应该仔细解释。根据该文的研究结果，未来的研究将集中于使用该文的指标来比较VR头戴式耳机(一种完全沉浸式可视化工具)和立体3D眼镜(一种半沉浸式虚拟现实系统)的使用情况。 6、结论 不同于以往研究侧重于动作观察和运动想象的视觉场景本身的比较，该研究关注沉浸式VR和具体化对运动想象的联合效应。与其他现有介质相比，VR耳机能够提供更逼真的体验，增强了错觉和沉浸感，受此启发，研究者通过比较VR耳机和显示器对相同虚拟手部动作的动作观察，研究了沉浸式VR耳机是否也可以用来增强运动想象表现。 该文研究了与这两种介质的运动想象表现相关的大脑模式的两个不同方面：来自运动想象相关脑区的信号振荡节律的变化，以及信号空间特征的可区分性，这是使用通常用于脑机接口的机器学习模型来探索的。这两项分析的结果表明，使用VR耳机可能会导致神经信号发生更大的振荡变化和空间分辨。因此，在临床治疗、康复和脑机接口等领域，使用沉浸和错觉相结合的VR头戴式耳机可以更好地呈现运动想象训练中的动作观察。在临床治疗、康复和脑机接口领域，使用VR头戴式耳机可以更好地呈现运动想象训练中的动作观察。

时隔六年，韩春雨再发表新论文，文中哪些信息值得关注？下面就我们来针对这个问题进行一番探讨，希望这些内容能够帮到有需要的朋友们。

2022年1月21日，韩春雨在期刊（IF=16.971）发布了全新研究论文，落款企业为河北科技大学基因编辑研究中心。这间距他那时候造成极大的关注和异议的NgAgo研究论文早已过去快6年时间。

在这篇新论文中，韩春雨团队开发设计了一种新的根据Cas6的RNA荧光追踪服务平台，其具备更多的精确度和非特异。

该研究称NgAgo对真核生物（包含人）具备基因编辑技术工作能力。该研究取得成功迅速在全世界范畴内爆红，韩春雨教师先前籍籍无名，几乎一夜之间变成学界网络红人，被赞扬为“在三流学校获得全球一流原创设计成效，摆脱国际性基因编辑技术垄断性”。

该论文通讯作者为韩春雨，第一作者为高峰期，浙江大学专家教授沈啸为一同通讯作者，但在后面改动版本号中，沈啸从创作者名册中去除开。

2016年8月，河北科技大学创立基因编辑研究中心，方案资金投入资产逾2亿人民币。但NgAgo的研究成效引起普遍怀疑。

2017年8月3日，韩春雨撤销该论文。2018年8月31日，河北科技大学取消了韩春雨所获取的光荣称号，停止了韩春雨团队担负的科研课题并取回了科研费，取回了韩春雨团队所获校科学研究业绩考核奖赏。

2019年4月4日，预印本bioRxiv发表了一篇来源于美国普渡大学研究工作人员的研究论文，表明NgAgo根据Dna内切酶活力受体提高大肠埃希菌的同源重组。该研究表明NgAgo可以编写原核生物，但不可以编写真核生物基因。详细信息点一下：NgAgo可在原核生物上基因编辑技术

RNA在体细胞中的精准定位与其说作用息息相关，因而，开发设计用以追踪RNA在体细胞中遍布的技术性巨大地推动了RNA分子生物学的研究。近期，荧光蛋清标识的Cas9和Cas13在体细胞RNA追踪中的自主创新运用进一步充实了这一行业的研究辅助工具。

殊不知，Cas9和Cas13服务平台及其普遍采用的MS2-MCP技术性无法处理高声音分贝的问题。Cas6是I-E型CRISPR分子伴侣的关键部件，它根据鉴别具备Cas6融合结构域的茎环RNA完成融合并激光切割pre-crRNA。pre-crRNA的Cas6融合结构域与Cas6融合后可诱发Cas6的构像更改，造成其N端和C端并排。运用这一特点，韩春雨等人设计方案了一个根据Cas6的电源开关服务平台，用以在身体内检验和追踪总体目标RNA。

将split-Venus片段与来源于大肠埃希菌的内切圆核酸酶活力缺失的Cas6（dEcCas6）的N端（Venus-N，VN）和C端（Venus-C，VC）融合，结合的嵌合体VN-dEcCas6-VC与目地RNA融合时才会造成荧光。

因为其荧光相辅相成是由Cas6的变构电源开关受体的，因而韩春雨团队将其取名为根据Cas6的荧光相辅相成服务平台（Cas6FC）。

在体细胞中，Cas6FC可以几乎没有声音分贝的检验总体目标RNA。除此之外，只需在有兴趣的RNA中标识一个长为29nt的CBS团本，就能开启Cas6FC荧光，这极大降低了总体目标RNA构想和市场定位的潜在性更改的概率。

总体来说，韩春雨团队开发设计了一种新的根据Cas6的RNA荧光追踪服务平台，其具备更多的精确度和非特异。

值得一提的是，这篇论文的具体内容早在2019年7月份，就在预印本bioRxiv上线。如今这也是通过同行评议后宣布发布。

2022上半年国内重大科技成果1.人工智能MOML算法保障冬奥气象预报相比夏奥，冬奥会受天气影响更大。在中国科学院院士、北京大学副校长、北京大学重庆大数据研究院首席科学家张平文领衔下，该院研究团队参与了国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项项目“冬奥赛场定点气象要素客观预报技术研究及应用”课题研究，开发出人工智能MOML算法赋能天气预报模型，使预报更精准。据了解，MOML算法在温度、湿度、风速、风向等天气要素上已取得突破，不仅可以很好地辅助预报员，大幅减少预报员的工作量，相比常规方法来说，它将预报的准确性提高了10%以上。2.“墨子号”实现1200公里地表量子态传输2022年5月6日，中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、陈宇翱、印娟等利用“墨子号”量子科学实验卫星首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输，向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。相关研究成果日前在线发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。3.瞄准肿瘤治疗前沿，质子装置国产化加速2022年5月，首台国产质子治疗示范装置180度旋转束治疗室在上海交通大学医学院附属瑞金医院启用，首批患者接受治疗。质子治疗是世界上最先进的肿瘤治疗手段之一，有治疗精准、副作用小、患者生活质量高等优点。4.迄今构建规模最大的小鼠单神经元全脑投射图谱问世在我国科学家努力下，迄今构建规模最大的小鼠单神经元全脑投射图谱问世。2022年3月31日，国际学术期刊《自然一神经科学》以封面文章形式在线发表了相关研究论文。据介绍，神经元在大脑中的长程投射，如同交通网络中的干线一样，至关重要。这项最新研究，在国际上率先重构了小鼠大脑前额叶皮层6357个单神经元的全脑投射图谱，是此前国际上所有研究小鼠单神经元全脑投射数量的两倍以上。研究还揭示出前额叶皮层内部联接和外部投射的规律，提出前额叶皮层可能的工作模型。5.神舟十三号搭载的作物种子顺利出舱解密太空育种2022年4月26日，神舟十三号载人飞船返回舱在京完成开舱。中国农业大学等单位搭载的作物种子顺利出舱。据了解，此次搭载神舟十三号返回的不仅有中药材种子，还有水稻、食用菌、生菜等各类植物种子。它们来自不同地区、单位，有些侧重于基础研究，有些则侧重于品种培育。太空育种，也称航天育种、航天诱变育种，是利用太空的特殊环境诱使植物种子发生基因变异，进而选育植物新品种、创造农业育种材料、丰富基因资源，是一种将辐射、宇航、育种和遗传等学科综合起来的高新技术。与传统育种技术相比，太空育种最大优势在于空间诱变材料的变异率高、育种周期短，可在相对较短时间内创制出高产、早熟、抗病等性状优良的种质资源。6.我国创造大气科学观测世界纪录2022年5月15日凌晨1时许，“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4270米的中科院珠峰站附近发放场地升空，开启第二次青藏科考“巅峰使命”珠峰科考的浮空艇观测任务。此次执行观测任务的“极目一号”Ⅲ型浮空艇，是我国自主研发的系留浮空器，长55米，高19米，体积9060立方米。主要用于观测海拔9000米高空大气组分垂直变化和传输过程，搭载了水汽稳定同位素分析仪以及黑碳、粉尘、甲烷/二氧化碳和风温湿压观测仪。获得的青藏高原海拔9000米高空的大气组分变化科学数据，可以研究、追踪区域水循环，为揭示“亚洲水塔”水的来源提供关键科学数据和理论基础，也可为全球变暖背景下青藏高原水一生态一人类活动链式变化应对策略的提出提供重要科学依据。7.“探索二号”搭载“深海勇士”号探秘深海冷泉2022年5月11日，“探索二号”科考船搭载着“深海勇士”号返航，圆满完成2022年度深海原位科学实验站第一航段任务——深海原位实验室在南海冷泉区的海试任务。在完成深海原位实验室海试任务的同时，通过“深海勇士”号在南海冷泉区开展了冷泉流体渗漏的生态环境效应科考，获取了海马冷泉区及其东北方向的两处新生冷泉活动区一批重要的流体、沉积物和生物样本，并通过深海原位实验室对其中的一处渗漏口进行了流体组分、微生物群落等的72小时原位观测。冷泉系统是一种深海自然现象，由富含甲烷的流体渗漏至海底而形成。这次科考也对进一步揭开南海冷泉的神秘面纱提供了丰富的资料。2021年国内重大科技成果1.异源四倍体野生稻快速驯化获突破中国科学院种子创新研究院／遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队首次提出了异源四倍体野生稻快速从头驯化的新策略，旨在最终培育出新型多倍体水稻作物，从而大幅提升粮食产量并增加作物环境变化适应性。本项研究为未来应对粮食危机提出了一种新的可行策略，开辟了全新的作物育种方向。2.“祖冲之号”“九章二号”量子计算原型机研制成功5月8日，中科大团队制造的“祖冲之号”，打破了量子计算机最大量子比特数的世界纪录。它以一个62比特的超导量子计算原型机，实现了可编程的二维量子行走。10月，它又升级到了“祖冲之二号”，可以操纵66个比特。10月，中国科大、中科院上海微系统与信息技术所等构建了113个光子的“九章二号”，处理“高斯玻色取样”速度比目前最快的超级计算机快1024倍，进一步提供了量子计算加速的实验证据。这两台计算机的问世，意味着我国量子计算机已进入2.0时代，我国在量子计算领域的优越性再次增强（国外称之为“量子霸权”），目前全球只有中美两个国家实现了量子霸权。3.我国首次火星探测任务天问一号着陆火星2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆，在火星上首次留下中国人的印迹，迈出了我国星际探测征程的重要一步。6月11日，国家航天局举行天问一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式，公布了由“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图，标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。在中国航天发展史上，天问一号任务实现了6个首次，一是首次实现地火转移轨道探测器发射；二是首次实现行星际飞行；三是首次实现地外行星软着陆；四是首次实现地外行星表面巡视探测；五是首次实现4亿公里距离的测控通信；六是首次获取第一手的火星科学数据。天问一号探测器由环绕器、着陆器和巡视器组成。其三大目标是环绕、着陆和巡视。4.“拉索”发现迄今最高能量光子2021年5月17日，《自然》发表的一项最新成果，改变了人们对银河系的传统认知：位于四川稻城的高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）在银河系内发现2个能量超过1拍电子伏特（PeV，1000万亿电子伏特）的光子，这2个超高能光子分别来自天鹅座和蟹状星云，其中1个光子能量高达1.4PeV。“这是人类迄今观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了超高能伽马天文学的时代。”中科院高能所研究员、“拉索”首席科学家曹臻说。7月9日，《科学》报道“拉索”精确测量了高能天文学标准烛光的亮度。科学家们确认，这个标准烛光就是由宋朝记录的“天关客星”经千年演化形成的著名天体——蟹状星云。“拉索”测量了标准烛光在2400倍的能量范围内的亮度，尤其是在能量最高的超高能伽马波段测定了新标准。5.神舟两次成功发射中国人长期驻守太空2021年6月17日，神舟十二号载人航天飞船成功发射，并与天和核心舱成功完成对接。9月17日三位宇航员（聂海胜、刘伯明、汤洪波）回到地球。神舟十二号是空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务，也是空间站阶段首次载人飞行任务。2021年10月16日，神舟十三号将另外三名航天员（翟志刚、王亚平、叶光富）送上太空，他们要驻留半年，这也是空间站航天员乘组一般的驻留周期。这意味着，中国的载人航天迈过试验阶段，实现太空往返常态化。中国的空间站即将成为人类探索宇宙的主力阵地。神舟十三号是中国空间站关键技术验证阶段第六次飞行。6.金沙江白鹤滩水电站投产发电2021年6月28日，世界第二大水电站——白鹤滩水电站，首批机组正式投产发电。白鹤滩水电站位于云南和四川交界的金沙江干流上，是当今世界在建的规模最大、难度最高的水电工程。它的最大坝高289米，排名世界第三；总装机容量达1600万千瓦，仅次于三峡水电站。主席为此致贺信指出：“白鹤滩水电站是实施西电东送的国家重大工程，是当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程。全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组，实现了我国高端装备制造的重大突破。”7.首次实现淀粉全人工合成中科院天津工业生物技术研究所研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法，不依赖植物光合作用，以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，成功生产出淀粉，国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，取得原创性突破。相关研究成果9月24日在线发表于《科学》杂志。这一合成生物学领域重大原创突破，有望对粮食生产产生革命性影响，对生物制造产业的发展具有里程碑意义。8.凯勒几何两大核心猜想被证明2021年11月初，媒体报道，《美国数学会杂志》发表了中国科学技术大学几何物理中心创始主任陈秀雄教授与合作者程经睿在偏微分方程和复几何领域取得的“里程碑式结果”。他们解出了一个四阶完全非线性椭圆方程，成功证明了“强制性猜想”和“测地稳定性猜想”这两个国际数学界60多年悬而未决的核心猜想，解决了若干有关凯勒流形上常标量曲率度量和卡拉比极值度量的著名问题。9.我国首个抗新冠病毒特效药获批上市12月8日，国家药品监督管理局宣布，应急批准腾盛华创医药技术公司的新冠病毒中和抗体联合治疗药物安巴韦单抗注射液及罗米司韦单抗注射液注册申请。这是我国首个获批的自主知识产权新冠病毒中和抗体联合治疗药物。此获批标志着中国拥有了首个全自主研发并经过严格随机、双盲、安慰剂对照研究证明有效的抗新冠病毒特效药。10.“嫦娥五号”样品重要研究成果先后出炉2021年10月19日，中国科学院发布“嫦娥五号”月球科研样品最新研究成果。科研人员利用超高空间分辨率铀—铅（U-Pb）定年技术，对“嫦娥五号”月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，表明月球在20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动时间长了约8亿年。