本周Nature论文推荐 | 19年8月1日刊

发展人工通用智能的方法主要有两种：一种基于神经科学，试图构建类似大脑的电路；另一种以计算机科学为基础，让计算机运行机器学习算法。在本期《自然》中，施路平和他的同事介绍了“天机芯”（Tianjic），一款将前述两种方法集成到同一个混合平台的电子芯片。“天机芯”具有多个可轻松重构的功能核，能同时支持机器学习算法和类脑电路。为了展示这种方法的潜力，研究人员将芯片集成到一辆无人智能自行车中，该自行车可以实现自平衡、语音控制、探测和避障，所有这些功能都源于“天机芯”能够同时处理多种算法和模型。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture

中国一项田间试验几乎根除入侵种蚊子

根据《自然》近期发表的一篇论文，中国开展的一项田间试验几乎根除了一种会传播疾病的入侵种蚊子。这种方法通过将雌蚊绝育与雄蚊感染相结合，达到了控制蚊媒种群的目的，不仅绿色环保，而且低成本、高效能。

白纹伊蚊（Aedes albopictus）是一种全球性的攻击型蚊子，可传播登革病毒、基孔肯雅病毒、寨卡病毒等。压制白纹伊蚊种群数量的传统策略一直收效甚微。一种控制方法是先利用辐射让雄蚊绝育，再进行野外释放。由于该方法会降低释放雄蚊相对野生雄蚊的生殖竞争力，因此效果并不理想。另一种方法则让雄蚊感染一种名为沃尔巴克氏体（Wolbachia）的共生菌，这些雄蚊与未携带相同沃尔巴克氏体类型的雌蚊交配后会产生不相容现象。但这种方法也存在风险，一旦感染了同型沃尔巴克氏体的雌蚊被意外释放，就会取代本地种群，影响将来基于沃尔巴克氏体的种群压制策略。

奚志勇和同事让蚊子感染了一种结合了三种沃尔巴克氏体菌株的新型共生菌（几乎不存在于野生种群中），再对蚊子进行辐射，让可能被意外释放的携带同型沃尔巴克氏体的雌蚊绝育，同时保证辐射水平不会影响雄蚊的生殖竞争力。团队在中国广州开展了一项田间试验，一共释放了数百万只三重感染、受过辐射的蚊子。在两年的时间里，野生蚊子种群几乎全被清除，每年野生蚊种的数量都减少了约83%-94%，且在长达6周内都侦测不到任何蚊子。种群遗传学分析显示，仅剩的蚊子可能是从研究地区之外的地方迁移而来的。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Incompatible and sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes

新闻与观点文章：Tiger mosquitoes tackled in a trial

大脑如何“排毒”

《自然》近期发表的一项研究明确了液体离开大脑的精确途径，有助于我们更好地认识大脑清除废物的方式。研究结果还阐明了在此过程中的年龄相关性改变会如何影响神经退行性疾病的进展。

多余的液体和大分子（如蛋白质）会通过淋巴管从组织里清除，但研究人员此前一直认为大脑中没有经典的淋巴引流系统。直到约四年前，科学家重新在外层脑膜找到了一个管道网络（即脑膜淋巴管），并发现这个血管网会通过引流大分子调节液体平衡。不过，研究人员仍不清楚脑脊液（CSF）的精确引流途径，部分原因在于头颅底部的结构十分复杂，研究其中血管的难度颇大。

通过对小鼠颅底进行详细检查，Gou Young Koh和同事对颅底脑膜淋巴管进行了精确的可视化定位，并鉴定出促进CSF吸收和引流的特定特征。作者比较了年轻小鼠（3月龄）和年老小鼠（24-27月龄）脑膜淋巴管的结构和功能，发现淋巴管完整性和CSF清除能力存在年龄相关性下降。目前观点认为，大脑的蛋白堆积会导致年龄相关性神经退行性疾病，如阿尔茨海默病。最新研究结果进一步阐释了CSF清除能力受损在神经退行性疾病进展中的作用。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid

新闻与观点文章：Lymphatic vessels at the base of the mouse brain provide direct drainage to the periphery

南方古猿非洲种的牙齿揭示其早期生活

《自然》近期发表的一项研究分析了南方古猿非洲种（Australopithecus africanus）的牙齿化石，揭示了这个古人类种的早期生活。研究发现，A. africanus出生后的第一年主要是母乳喂养，之后的食物来源也并不稳定。

A. africanus是迄今已知最早的古人类种之一，生活在距今300-200万年前的南非。此前研究显示，A. africanus的饮食非常多样，可能包含水果、树叶、草和根。不过，研究人员一直难以获得反映其喂养行为的直接信息。

为了研究A. africanus后代在发育早期的饮食摄入，Renaud Joannes-Boyau和同事对两个A. africanus样本的五个牙齿的化学元素分布进行了分析。这些化石来自南非斯托克方丹的Member 4遗址，距今约有260-210万年的历史。作者分析了牙齿中钡/钙比值的沉积模式后发现，A. africanus出生后至少接受过6-9个月的母乳喂养，随后非母乳辅食会逐渐增加，并在12个月左右达到顶峰。除了早期牙齿中沉积的钡/钙比值较高以外，这些元素和锂元素的积累随后会出现循环性变化。作者指出，现代野生猩猩中也发现了与此类似的元素循环性变化，或反映了它们的食性会随季节转变。作者认为，面对季节性的食物压力，A. africanus曾不得不适应这种资源和食物来源的变化，这对它们的发育可能产生过巨大影响。

↓长按并提取二维码阅读

论文：Elemental signatures of Australopithecus africanus teeth reveal seasonal dietary stress

人工智能或可提前预测急性肾损伤

根据《自然》本周发表的一篇论文，一种人工智能（AI）系统最早可在急性肾损伤发作前48小时就做出预测。该方法或能及时发现有病情恶化风险的患者，为早期治疗提供时间窗。

医院中约有11%的死亡可归因于未能及时发现并治疗病情出现恶化的患者。为了改变这一情况，Joseph Ledsam和同事开发了一种可以评估患者危险因素的深度学习方法。作者证实了该方法在预测急性肾损伤方面的适用性。急性肾损伤是一类可能会致命的疾病，美国约有五分之一的住院患者会受到急性肾损伤的影响。

作者利用在美国退伍军人医疗体系接受过治疗的逾70万名患者的数据训练了这一系统。结果显示，该系统能比标准临床监测方法最早提前48小时准确预测出55.8%的急性肾损伤发作，系统还成功识别出了90.2%的需要透析的严重急性肾损伤患者。这类早期预警或能让患者在出现不可逆的肾损害前及时获得治疗。

作者指出了研究存在的部分局限性。比如，每个阳性预测结果对应两个假阳性预警。不过，这些假阳性预警多半发生在已有慢性肾损伤的患者身上。此外，由于训练AI系统的数据中只有6.38%的女性患者，因此，尚不清楚这一方法在更大群体中的适用性。尽管如此，研究结果揭示了AI系统在预测以及潜在预防住院患者发生不良事件方面的可能作用。

↓长按并提取二维码阅读

论文：A clinically applicable approach to continuous prediction of future acute kidney injury

新闻与观点：Deep learning detects impending organ injury in the clinic

用CRISPR治疗肌营养不良小鼠

《自然》近期在线发表的一篇论文指出，一项CRISPR驱动的基因激活技术可以预防并逆转肌营养不良小鼠模型的症状。肌营养不良是一类遗传性肌肉消耗疾病，其亚型先天性肌营养不良1A型（MDC1A）的致病原因是由于编码层黏连蛋白α2的Lama2基因发生突变，从而导致部分周围神经脱去保护性髓鞘，肌纤维稳定性受到破坏。啮齿类动物研究显示，增加相关基因Lama1（编码层黏连蛋白α1）的表达可以帮助缓解该疾病小鼠模型的症状，但由于Lama1基因较大，标准的基因治疗方法难以达到效果。

为了解决这一问题，Ronald Cohn和同事使用了一种CRISPR介导的基因激活系统来增加层黏连蛋白α1在MDC1A小鼠模型中的表达。症状前的小鼠在接受治疗后，能预防肌肉消耗和麻痹的症状；更重要的是，这种治疗方法还能帮助已经出现症状的小鼠。

CRISPR是一种多功能工具，能用来上调或下调关键基因的表达。作者建议今后或能通过联合疗法“调高”保护性基因并“调低”致病基因，帮助治疗该疾病和其他遗传性疾病。

↓长按并提取二维码阅读

论文：A mutation-independent approach for muscular dystrophy via upregulation of a modifier gene

点击“阅读原文”发现更多最新Nature精彩内容