大脑的形状才是决定思想、感受和行为的关键？引力波探测器LIGO重新上线｜新闻串烧

鼠疫的第一次大流行发生于公元6~8世纪，史称查士丁尼瘟疫，主要影响了地中海地区。14世纪，第二次大流行，即黑死病席卷欧洲，导致2500万人死亡。

一项最新研究发现，在遥远的4000年前（青铜时代早期），鼠疫耶尔森菌就已向欧洲西北进击，并越过海洋到达英国，最终其DNA嵌入英国古人牙齿的牙髓中，时至今日被古基因组测序技术发现。

新研究发表于《自然-通讯》（Nature Communications），论文第一作者、英国弗朗西斯克里克研究所博士生普嘉·斯瓦利（Pooja Swali）表示：“这是在英国发现的最古老的鼠疫证据。”

1972年，英格兰西南部切特豪斯沃伦（Charterhouse Warren）遗址的竖井里，出土了至少40具遗骸

放射性碳定年法的测量结果显示，上述3人大约生活于同一时期，即4000年前。此外，由于古DNA容易降解，因此埋葬地其他遗骨的主人也可能遭遇过鼠疫，只是没让科学家检测到。

需要指出的是，三组牙髓DNA都来自同一种鼠疫耶尔森菌，但这种细菌又不同于后来的黑死病缔造者，因为它缺乏yapC和ymt基因——ymt基因是鼠疫能通过跳蚤传播的重要推手，毁灭性的黑死病正是以由跳蚤传播的腺鼠疫形式杀死了14世纪欧洲一半人口。

大量鼠疫耶尔森菌的电子显微照片

科学家推测，4000年前传到英国的鼠疫可能是肺鼠疫：病原体扎根肺部，引起发烧、头痛、虚弱和肺炎。根据欧洲记录在案的病例，肺鼠疫可于几天内由某一个猎人或牧民传遍整个社区。

新研究的合著者、牛津大学考古学家里克·舒尔廷（Rick Schulting）表示，鼠疫DNA的发现完全出乎意料，因为这种疾病不会在骨骼上留下任何痕迹。儿童遗骨所在的墓地里有数十具被肢解的遗骸，他们的死因似乎是暴力事件而非传染病。

普嘉·斯瓦利认为：“这项研究为我们理解病原体和人类的古代基因组以及我们如何共同演化，提供了一块新拼图。”

人类大脑中有着大约860亿个神经元，由数万亿个突触连接。过去几十年间，科学家一直认为，只有深入理解大脑的神经连接结构，只有详细绘出这幅错综复杂的连接图景，才能了解定义我们思想、感受和行为的结构化活动模式是如何出现的。

最近，澳大利亚莫纳什大学的心理学家詹姆斯·庞（James Pang）和亚历克斯·福尼托（Alex Fornito）等人于《自然》杂志发表新成果，对传统观点提出了挑战。他们发现，人脑神经元的活动模式更多地受大脑形状（它的沟槽、轮廓和褶皱）影响，而非其复杂的互连结构。

我们的所思所感并非只牵连某个特定、孤立的局部脑区，而是与整个系统相交织，与整个大脑的结构化活动模式相关，正如小提琴弦的音符不是弦上某处孤立产生的，而是整根弦振动的结果。

庞的团队利用磁共振成像分析大脑的“本征模”（eigenmodes），即大脑兴奋的自然模式。（本征模本是物理学概念，指在特定条件下系统自身的振动或激发形式，后被应用到神经科学。）

在大脑的本征模中，不同部分都会以相同频率兴奋（或者说激发），大脑的本征模由其结构属性（包括物理、几何和解剖）决定。

根据传统观点，大脑复杂的连接网络从根本上塑造了它的活动模式。这种观点等于是将大脑视为离散区域的集合，每个区域专门负责特定功能，例如视觉或语音。这些脑区通过轴突进行通信。

传统模型将大脑划分为离散节点网络

另一派观点则以所谓“神经场理论”（neural field theory）为基础，不将大脑划分为离散区域，而聚焦于神经元的兴奋波如何在脑组织里连续传递——就像雨滴落入池塘形成涟漪那样。池塘的形状限制涟漪可能形成的模式，而大脑的三维形状（几何结构）也会影响神经兴奋的波状活动模式。

结果表明，基于大脑形状——而非基于连通性——的本征模式，提供了对不同兴奋模式的最准确描述。

模拟工作依赖一个简单的波浪模型。该模型仅使用大脑形状来约束波浪如何在时间和空间中演变，尽管很简单，但它比更复杂、最先进、聚焦神经连接的模型都更好解释了大脑活动。

中断三年后，美国科学家重启了引力波探测神器激光干涉引力波天文台（LIGO）。

与光波不同，引力波几乎不受充满宇宙的星系、恒星、气体和尘埃的阻碍。这意味着通过测量引力波，天体物理学家可以直接窥见宇宙中一些最壮观现象的核心。

自2020年以来，LIGO一直处于休眠状态，同时也进行了一系列激动人心的升级。这些改进将显著提高LIGO灵敏度，并使其能够观察更远物体。（更远处的物体在时空中产生的涟漪更小。）

位于华盛顿州汉福德（Hanford）的LIGO探测器

恢复运行的升级版LIGO于今年5月上旬开始了一次短期试运行（称为工程运行）以确保一切正常。5月18日，它探测到可能由中子星并入黑洞所产生的引力波。

5月24日，LIGO正式开始了第四轮观测，为期20个月；之后，意大利的“室女座”探测器（Virgo）和日本的神冈探测器（KAGRA）也将加入。

这轮运行将特别关注实时探测和定位引力波。如果LIGO团队能够精准识别引力波事件，找出引力波来源并迅速提示其他专家注意它们，天文学界的信息收集渠道将大大丰富，本用于收集可见光、无线电波等类型数据的望远镜都将有能力指向引力波源头。

我们称此为“多信使天体物理学”（multi-messenger astrophysics）——利用多个信息渠道收集关于单个事件的信息。这就好比往黑白无声电影里添加色彩和声音，更丰富的信息类型让我们对天体物理现象的理解更深入。

LIGO于2000年代初开始运行，但当时灵敏度不足以探测引力波。2010年，LIGO团队暂时关闭设施，进行升级以提高灵敏度。新版LIGO于2015 年开始收集数据，几乎是立刻就探测到两个黑洞合并产生的引力波。

自2015年以来，LIGO已完成三轮观测。在每轮运行之间，科学家会改进探测器的物理组件和数据分析方法。到2020年3月第三轮运行结束时，LIGO与Virgo合作的项目已探测到大约90个来自黑洞和中子星合并的引力波。

由于仍未达到最大设计灵敏度，因此2020年，LIGO和Virgo再度关闭并升级。

机械设备和数据处理算法的升级能让LIGO探测到比过去更微弱的引力波

一项极有前途的升级是添加一个300米的光学共振腔，以改进所谓的挤压技术——这种挤压能帮助科学家利用光的量子特性来减少检测器噪声。通过此次升级，LIGO团队理应能探测到比以前弱得多的引力波。

此外，用于处理LIGO数据的软件和识别数据中引力波迹象的算法都有多种不同升级。这些算法会搜索与数百万个潜在黑洞-中子星合并事件的理论模型相匹配的模式。与过往版本的算法相比，新算法能更容易从数据的背景噪声中找出微弱的引力波迹象。

资料来源：

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Gravitational Wave Detector LIGO Is Finally Back Online With Exciting Upgrades to Make It Way More Sensitive