MIT研究人员解释说话和吸气不能同时进行的原因

MIT研究人员解释说话和吸气不能同时进行的原因 “当你需要吸气时，你必须停止发声。我们发现控制发声的神经元接收到来自呼吸节奏发生器的直接抑制输入，”麻省理工学院脑与认知科学教授、麻省理工学院麦戈文脑研究所成员、该研究的资深作者Fan Wang说。杜克大学研究生、麻省理工学院访问学者Jaehong Park是这项研究的主要作者，该研究发表在今天的《Science》杂志上。该论文的其他作者包括麻省理工学院的技术助理Seonmi Choi和Andrew Harrahill，前麻省理工学院的研究科学家Jun Takatoh，以及杜克大学的研究人员Shengli Zhao和Bao-Xia Han。发声控制声带位于喉部，是两条肌肉带，可以打开和关闭。当它们大部分闭合或内收时，从肺部呼出的空气通过声带时会产生声音。麻省理工学院的研究小组开始研究大脑是如何控制这种发声过程的，他们使用了一个小鼠模型。小鼠通过一种独特的口哨机制，通过几乎闭合的声带之间的一个小洞呼出空气，从而发出超声波(USVs)的声音。“我们想了解控制声带内收的神经元是什么，然后这些神经元是如何与呼吸回路相互作用的?”Wang说。为了弄清楚这一点，研究人员使用了一种技术，可以让他们绘制神经元之间的突触连接。他们知道声带内收是由喉部运动神经元控制的，所以他们开始往回追溯，寻找支配这些运动神经元的神经元。这表明，输入的一个主要来源是后脑区域的一组运动前神经元，称为后歧义核(RAm)。先前的研究表明，这个区域与发声有关，但不知道RAm的哪一部分是必需的，也不知道它是如何发声的。研究人员发现，这些突触跟踪标记的RAm神经元在USVs期间被强烈激活。这一观察结果促使研究小组使用一种活动依赖方法来瞄准这些发声特异性RAm神经元，称为RAmVOC。他们使用化学遗传学和光遗传学来探索如果他们沉默或刺激他们的活动会发生什么。当研究人员阻断RAmVOC神经元时，小鼠不再能够产生USVs或任何其他类型的发声。他们的声带没有闭合，腹部肌肉也没有收缩，就像他们通常在呼气发声时所做的那样。相反，当RAmVOC神经元被激活时，声带关闭，小鼠呼气，并产生USVs。然而，如果刺激持续两秒或更长时间，这些USVs就会被吸入打断，这表明这个过程是由大脑中调节呼吸的同一部分控制的。“呼吸是生存的需要，”Wang说。“尽管这些神经元足以引起发声，但它们是在呼吸的控制下，这可以超越我们的光遗传刺激。”节奏的一代额外的突触映射显示，脑干部分称为pre-Bötzinger复合物的神经元作为吸入的节奏发生器，为RAmVOC神经元提供直接的抑制性输入。“pre-Bötzinger复合体自动地、连续地产生吸入节律，该区域的抑制神经元投射到这些发声前运动神经元上，基本上可以关闭它们，”Wang说。这确保了呼吸仍然是语言产生的主导，我们在说话时必须停下来呼吸。研究人员认为，尽管人类的语言产生比小鼠的发声更复杂，但他们在小鼠身上发现的回路在人类的语言产生和呼吸中起着保守的作用。“尽管小鼠和人类发声的确切机制和复杂性确实不同，但基本的发声过程，即发声，需要声带闭合和呼气，在人类和小鼠中是共享的，”Park说。研究人员现在希望研究其他功能，如咳嗽和吞咽食物可能会受到控制呼吸和发声的大脑回路的影响。 ... PC版： 手机版：

微小裂缝，全球影响：MIT研究人员揭示微观冰层缺陷如何塑造冰川

微小裂缝，全球影响：MIT研究人员揭示微观冰层缺陷如何塑造冰川 一条冰川流入格陵兰岛西南海岸的峡湾。麻省理工学院的一项新研究介绍了一种基于微观冰缺陷绘制冰川流动图的模型，通过详细描述冰川对压力敏感性的区域变化，提供了冰川动力学的细微视角，并改进了海平面上升的预测。资料来源：Meghana Ranganathan冰川流动与海平面上升随着冰川和冰盖的融化和入海，全球水位正以前所未有的速度上升。科学家需要更好地了解冰川融化的速度以及影响冰川流动的因素，以便预测未来海平面上升的情况并做好准备。现在，麻省理工学院科学家的一项研究根据冰的微观变形，为冰川流动提供了新的图景。研究结果表明，冰川的流动在很大程度上取决于微观缺陷如何在冰层中移动。研究人员发现，他们可以根据冰川是否容易出现某种微观缺陷来估计冰川的流动情况。他们利用这种微观和宏观变形之间的关系，建立了冰川流动的新模型。利用这个新模型，他们绘制了南极冰原上各个地点的冰流图。穿过南极洲罗斯冰架附近山谷的冰流。图片来源：Meghana Ranganathan挑战冰流的传统观点他们发现，与传统观点相反，冰原并不是一个整体，相反，它在应对气候变暖压力时的流动地点和方式更加多样。研究人员在论文中写道，这项研究"极大地改变了海洋冰原可能变得不稳定并导致海平面快速上升的气候条件"。Meghana Ranganathan 博士说："这项研究真正展示了微观过程对宏观行为的影响。这些机制发生在水分子的尺度上，最终会影响南极西部冰盖的稳定性"。她是麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的研究生，现在是佐治亚理工学院的博士后。共同作者、EAPS 副教授 Brent Minchew 补充说："广义上讲，冰川正在加速，围绕这一点有很多变数。这是第一项从实验室到冰原的研究，开始评估自然环境中冰的稳定性。这最终将有助于我们了解灾难性海平面上升的概率。"Ranganathan 和 Minchew 的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。冰川运动与海平面影响冰川流动是指冰从冰川的顶峰或冰原的中心向下移动到边缘，然后冰在边缘断裂并融化到海洋中的过程这个过程通常很缓慢，但随着时间的推移，会导致世界平均海平面上升。近年来，在全球变暖以及冰川和冰原加速融化的推动下，海洋以前所未有的速度上升。众所周知，极地冰川的消失是导致海平面上升的主要原因，但这也是预测时最大的不确定因素。"部分原因是规模问题，"Ranganathan 解释说。"很多导致冰流动的基本机制都发生在我们无法看到的非常小的尺度上。我们想准确地确定这些支配冰流的微物理过程是什么，而海平面变化模型中还没有体现出这些微物理过程。"明尼苏达大学的地质学家在 2000 年代初进行了实验，研究了小块冰在受到物理压力和压缩时如何变形。他们的研究揭示了冰流动的两种微观机制：一种是"位错蠕变"，即分子大小的裂缝在冰中移动；另一种是"晶界滑动"，即单个冰晶相互滑动，导致它们之间的边界在冰中移动。地质学家发现，冰对应力的敏感性，或者说冰流动的可能性，取决于两种机制中哪一种占主导地位。具体来说，当微观缺陷是通过位错蠕变而不是晶界滑动产生时，冰对应力更敏感。兰加纳坦和明切意识到，这些微观层面的发现可以重新定义冰川尺度更大的冰流方式。他们解释说："目前的海平面上升模型假定冰对压力的敏感性只有一个值，并且在整个冰原上保持这个值不变。"这些实验表明，实际上，由于这些机制中的哪一种在起作用，冰的敏感性存在着相当大的变异性"。预测冰川流动的新模型在新的研究中，麻省理工学院的研究小组从之前的实验中汲取灵感，建立了一个模型来估算冰区对应力的敏感度，这直接关系到冰流动的可能性。该模型吸收了环境温度、冰晶平均大小和该区域冰的估计质量等信息，并计算出冰通过位错蠕变和晶界滑动发生变形的程度。根据这两种机制中哪一种占主导地位，模型就能估算出该区域对应力的敏感性。科学家们将从南极冰原上不同地点观测到的实际数据输入到模型中，其他科学家之前在这些地点记录了当地的冰层高度、冰晶大小和环境温度等数据。根据模型的估计，研究小组绘制了南极冰原上冰对压力的敏感性地图。当他们将该地图与卫星和实地对冰原的长期测量结果进行比较时，发现两者非常吻合，这表明该模型可用于准确预测冰川和冰原在未来的流动情况。"随着气候变化使冰川开始变薄，这可能会影响冰对压力的敏感性，"Ranganathan 说。"我们预计南极洲的不稳定性可能会非常不同，我们现在可以利用这个模型捕捉这些差异。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

MIT 研究人员发现苹果 M1 芯片无法修复的硬件漏洞

MIT 研究人员发现苹果 M1 芯片无法修复的硬件漏洞 MIT 研究人员发现苹果 M1 芯片存在一个无法修复的硬件漏洞，允许攻击者突破最后一道安全防线。漏洞存在于 M1 芯片硬件层安全机制 PAC（pointer authentication codes） 中。 PAC 旨在加大向硬件内存注入恶意代码的难度，为抵御缓冲区溢出漏洞增加一层防御。但 MIT 的研究人员开发出了一种新颖的硬件攻击Pacman ，利用预测执行泄露 PAC 验证结果。 研究人员证明该攻击对系统内核也有效。攻击是在本地进行的，攻击者需要登陆进系统并安装一个定制的 kext，操作难度很大。 IEEE Spectrum，solidot

研究人员发现一种新的攻击可以破除任何主要浏览器上的用户匿名

研究人员发现一种新的攻击可以破除任何主要浏览器上的用户匿名 新泽西理工学院的研究人员本周警告说，攻击者可以使用一种新技术来消除网站访问者的匿名性，并有可能将目标数字生活的许多部分联系起来。 新泽西理工学院的研究人员将在下个月于波士顿举行的Usenix安全研讨会上介绍这一发现，该研究表明，攻击者如果诱使某人加载一个恶意网站，就可以确定该访问者是否控制着一个特定的公共标识符，如电子邮件地址或社交媒体账户，从而将该访问者与一段潜在的个人数据联系起来。 当你访问一个网站时，页面可以捕捉到你的IP地址，但这并不一定给网站所有者足够的信息来单独识别你。相反，黑客会分析潜在目标的浏览器活动的细微特征，以确定他们是否登录了一系列服务的账户，从YouTube和Dropbox到Twitter、Facebook、TikTok等等。此外，这些攻击对所有主要的浏览器都有效，包括以匿名为重点的Tor浏览器。 “如果你是一个普通的互联网用户，当你访问一个随机的网站时，你可能不会过多地考虑你的隐私，”研究作者之一、新泽西州立大学计算机科学教授Reza Curtmola说。“但有某些类别的互联网用户可能会受到更明显的影响，比如组织和参与政治抗议的人，记者，以及与他们的少数群体同伴联网的人。而使这些类型的攻击变得危险的是它们非常隐蔽。你只是访问了网站，你不知道你已经暴露了。”

麻省理工学院研究人员在太空中发现目前最大最复杂的分子

麻省理工学院研究人员在太空中发现目前最大最复杂的分子 科学家利用射线望远镜对恒星形成区 NGC 6334I 的观测，首次在太空中发现了 2-甲氧基乙醇。图片来源：研究人员提供该研究小组的开放存取论文《利用ALMA对 NGC 6334I 的观测，旋转光谱和首次星际探测到 2-甲氧基乙醇》（Rotational Spectrum and First Interstellar Detection of 2-Methoxyethanol UsingALMAObservations of NGC 6334I）发表在《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）上。扎卡里-弗里德（Zachary T.P. Fried）是麦奎尔研究小组的一名研究生，也是这篇论文的第一作者，他努力拼凑从全球各地收集到的拼图，从麻省理工学院延伸到法国、佛罗里达州、弗吉尼亚州和哥本哈根，从而实现了这一激动人心的发现。弗里德解释说："我们小组试图了解恒星和太阳系最终将形成的空间区域中存在哪些分子。这使我们能够拼凑出化学是如何随着恒星和行星的形成过程而演变的。我们通过观察分子的旋转光谱来实现这一目标，这是分子在太空中翻滚时发出的独特光斑。这些图案就是分子的指纹（条形码）。要探测太空中的新分子，我们首先必须知道我们要寻找的分子是什么，然后我们可以在地球上的实验室里记录下它的光谱，最后我们再利用望远镜在太空中寻找这种光谱"。麦奎尔小组最近开始利用机器学习来建议寻找好的目标分子。2023 年，其中一个机器学习模型向研究人员推荐了一种名为 2-甲氧基乙醇的分子。弗里德说："太空中有许多'甲氧基'分子，如二甲醚、甲氧基甲醇、甲基乙基醚和甲酸甲酯，但2-甲氧基乙醇将是迄今为止所见过的最大、最复杂的分子。"为了利用射线望远镜观测探测到这种分子，研究小组首先需要测量和分析它在地球上的旋转光谱。研究人员将里尔大学（法国里尔）、佛罗里达新学院（佛罗里达州萨拉索塔）和麻省理工学院的麦奎尔实验室的实验结合起来，测量了从微波到亚毫米波（约8到500千兆赫）频率的宽带区域的光谱。从这些测量中收集到的数据允许利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）对两个不同恒星形成区的观测来寻找该分子：NGC 6334I 和 IRAS 16293-2422B。麦奎尔小组的成员与美国国家射电天文台（弗吉尼亚州夏洛茨维尔）和丹麦哥本哈根大学的研究人员一起分析了这些望远镜的观测结果。弗里德说："最终，我们观测到 25 条 2-甲氧基乙醇的旋转线与 NGC 6334I 观测到的分子信号一致（条码吻合！），从而在这一来源中安全地探测到了 2-甲氧基乙醇。这使我们能够推导出 NGC 6334I 分子的物理参数，如丰度和激发温度。这也使得我们能够研究已知星际前体可能的化学形成途径。"像这样的分子发现有助于研究人员更好地理解恒星形成过程中太空分子复杂性的发展。含有 13 个原子的 2-甲氧基乙醇在星际标准中是相当大的截至 2021 年，在太阳系外只探测到 6 种大于 13 个原子的物质，其中许多是由 McGuire 的研究小组发现的，而且都是环状结构。Fried说："对大分子的持续观测以及随后对其丰度的推导，使我们能够进一步了解大分子的形成效率以及它们可能是通过哪些特定反应产生的。此外，由于我们在NGC 6334I中探测到了这种分子，而在IRAS 16293-2422B中却没有探测到，因此我们获得了一个独特的机会，来研究这两个来源的不同物理条件可能会如何影响可能发生的化学反应"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

麻省理工学院科学家发现极端条件下金属的“反直觉”行为

麻省理工学院科学家发现极端条件下金属的“反直觉”行为 麻省理工学院的科学家们发现，铜等金属在加热和高速撞击时会变得更坚固，这对传统观点提出了挑战，并有可能增强用于太空和高速制造等极端环境的材料。金属受热后会变得更软，这就是铁匠如何通过将铁加热至滚烫将其塑造成复杂形状的原因。任何人将铜线与钢衣架进行比较，都会很快发现铜比钢柔韧得多。但麻省理工学院的科学家们发现，当金属被超高速运动的物体撞击时，情况恰恰相反：金属温度越高，强度越大。在这些对金属造成极大压力的条件下，铜实际上和钢一样坚固。这一新发现可能为极端环境下的材料设计带来新的方法，例如保护宇宙飞船或高超音速飞机的防护罩，或高速制造工艺的设备。麻省理工学院研究生伊恩-道丁和麻省理工学院材料科学与工程系前系主任、现任西北大学工程学院院长兼麻省理工学院客座教授克里斯托弗-舒赫最近在《自然》杂志上发表的一篇论文中描述了这一发现。反直觉的结果和潜在应用作者写道，这一新发现"违背直觉，与几十年来在不太极端条件下进行的研究相悖"。这些意想不到的结果可能会影响各种应用，因为这些撞击所涉及的极端速度经常发生在陨石撞击轨道上的航天器，以及用于制造、喷砂和某些增材制造（3D 打印）工艺的高速加工操作中。研究人员用来发现这种效应的实验是将直径仅为百万分之一米的蓝宝石微粒射向平整的金属板。在激光束的推动下，这些微粒达到了每秒几百米的高速度。虽然其他研究人员偶尔也做过类似的高速实验，但他们往往使用更大的冲击器，即厘米或更大的冲击器。由于这些较大的撞击主要受到撞击冲击的影响，因此无法将机械效应和热效应区分开来。说明：麻省理工学院的科学家发现，当金属被高速运动的物体以极快的速度变形时，较高的温度会使金属变得更坚固，而不是更脆弱。图中，3 个粒子以大致相同的速度撞击金属表面。随着金属初始温度的升高，反弹速度更快，颗粒弹得更高，因为金属也变得更硬而不是更软。图片来源：研究人员提供研究小组使用超高速摄像机跟踪粒子。研究数据中的这个序列显示了一个粒子飞入并从表面反弹的过程。资料来源：麻省理工学院新研究中的微小粒子在撞击目标时不会产生明显的压力波。但麻省理工学院经过十年的研究，才开发出以如此高的速度推动这种微小粒子的方法。"我们利用了这一点，"舒赫说，同时还利用了其他新技术来观测高速撞击本身。观察和调查结果他说："研究小组使用了超高速摄像机来观察粒子的来去。当粒子从表面反弹时，进入和飞出速度之间的差异"告诉你有多少能量沉积"到目标中，这是表面强度的指标。"研究人员使用的微粒由氧化铝或蓝宝石制成，"非常坚硬"。这些微粒直径为 10 到 20 微米（百万分之一米），厚度为头发丝的十分之一到五分之一。当这些微粒背后的发射台被激光束击中时，部分材料会汽化，产生一股蒸汽，将微粒推向相反的方向。研究小组使用超高速摄像机跟踪粒子。研究数据中的这个序列显示了一个粒子飞入并从表面反弹的过程。资料来源：麻省理工学院研究人员将微粒射向铜、钛和金的样品，他们希望他们的结果也适用于其他金属。他们说，他们的数据首次为这种热量越大强度越高的反常热效应提供了直接的实验证据，尽管以前也有报道暗示过这种效应。根据研究人员的分析，这种令人惊讶的效应似乎是构成金属结晶结构的有序原子阵列在不同条件下移动的方式造成的。他们的研究表明，金属在应力作用下的变形受三种不同效应的支配，其中两种效应遵循预测的轨迹，即在温度越高时变形越大，而当变形率超过一定临界值时，第三种效应（即阻力强化）的作用会发生逆转。阻力增强效果超过这个交叉点后，较高的温度会增加材料内部声子（声波或热波）的活动，这些声子与晶格中的位错相互作用，限制了它们滑动和变形的能力。道丁说，这种效应随着撞击速度和温度的增加而增强，因此"速度越快，位错的反应能力就越弱"。当然，在某些时候，升高的温度会使金属开始熔化，这时，效果又会发生逆转，导致软化。道丁说，这种强化效应"会有一个极限"，"但我们不知道它是什么"。舒赫说，这些发现可能会促使人们在设计可能会遇到这种极端应力的设备时选择不同的材料。例如，在通常情况下可能弱得多，但成本较低或更容易加工的金属，可能会在以前没有人想到要使用它们的情况下派上用场。研究人员所研究的极端条件并不局限于航天器或极端制造方法。道丁说："如果你在沙尘暴中驾驶直升机，很多沙粒在撞击叶片时会达到很高的速度。"研究人员用来揭示这一现象的技术可以应用于其他各种材料和情况，包括其他金属和合金。他们说，简单地根据已知材料在不太极端条件下的特性来设计在极端条件下使用的材料，可能会导致人们对材料在极端应力下的行为产生严重的错误预期。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：