最近，北極上空開了一個大洞……|一周科技
歡迎收看一周科技。本周冷知識：老鼠臉上其實也有豐富的表情，不過人們最近才終於讀懂了它。
「讀心術」
在人工智慧的幫助下，一項新技術可以更準確地讀取人腦中的神經活動，把它翻譯成句子——別擔心，這有很多限定條件，你的小心思不會因此泄露。
這項研究本周發表在《自然-神經科學》上[1]。實驗被試是四位癲癇患者，為了監測癲癇發作，他們此前在腦內植入了電極，正好可以提供皮層腦電圖數據。研究者們讓被試朗讀一些特定的句子，同時記錄下他們的神經信號，然後訓練循環神經網路對這些信號進行解碼，從中還原詞句信息。結果，AI的解碼達到了超過以往的準確率，它們的錯誤率可低至3%——不過，這結果目前僅限於實驗中數量有限的英文短句，共涉及約250個詞。
目前該技術解碼使用的是朗讀句子時的神經信號，而研究者的目標則是讀取人們腦子裡默念的句子——這樣可以幫助那些無法說話、行動困難的人與外界交流。論文作者約瑟夫·馬金（Joseph Makin）表示：「我們還沒到達那裡，不過我們認為這可以成為『語言義肢』的基礎。」
大空洞
據《自然》新聞報道，北極圈上空近日出現了有記錄以來最大的臭氧層空洞，面積大約是格陵蘭島的三倍，與南極圈每年形成的臭氧層空洞大小相當[2]。
北極圈在2019年和2020年的臭氧含量對比（藍色區域為臭氧層空洞） | Nature News/ NASA Ozone Watch
臭氧層空洞形成的原因一般是冷空氣使得高空聚集雲層，來自製冷劑的氯和溴等化學物質在雲層表面與臭氧發生反應，進而侵蝕了臭氧層。南極在冬天經常會發生氣溫驟降，在高空形成雲層，因此每年都會出現臭氧層空洞。與南極相比，北極溫度變化較大，臭氧層一般不會被破壞，但今年北極的西風非常強勁，將冷空氣困在了一種名為「極地渦旋」的氣旋中，誘發了消耗臭氧的化學反應，最終出現了臭氧層空洞，並且打破了在2011年創下的臭氧層消耗記錄。
幸運的是，隨著大氣溫度上升，北極的臭氧含量很可能會在幾周內就恢復原樣。即使臭氧層空洞漂移到低緯度地區，人們也可以塗抹防晒霜減少紫外線照射，基本不用擔心空洞會威脅到身體健康。
察言觀色
和人類一樣，小老鼠也有能反映不同情緒的面部表情變化。雖然這些表情在普通人看來大概難以辨認，但現在科學家們已經學會了解讀它們。
和人一樣，小鼠也有表情變化 | Julia Kuhl/Max Planck Institute of Neurobiology
本周五，破解小鼠面部表情的研究成果在《科學》期刊上發表[3]。研究人員固定了實驗小鼠的頭部，然後讓它們接觸各種不同的刺激，包括疼痛的電刺激、或甜或苦的液體以及會引起噁心的藥物注射。研究者用視頻記錄下小鼠們相應的面部變化，再用機器學習演算法分析提取其中的表情特徵。利用這種方法，研究者可以區分小鼠對應愉悅、恐懼、厭惡等基本情緒的表情，還可以測量它們的強度。同時，他們還鎖定了小鼠腦中與這些面部表情相關的神經活動。
解析小鼠表情對開展研究很有幫助，科學家們可以通過「察言觀色」測量實驗動物的情緒反應，並探究這些情緒如何在大腦中產生。
下面是競猜時間：下圖中上方的小鼠處於中性情緒狀態，你能看出下方的小鼠表情反映了怎樣的內心活動嗎？
下圖小鼠表情的答案是：恐懼 | Nejc Dolensek et al
求愛聯盟
在自然界中，雌性往往是稀缺的生育資源；為了爭取或保護潛在的伴侶，雄性會採取諸多措施。例如，之前的研究就發現，在交配季節，雄性寬吻海豚會組團移動，一起旋轉、跳躍、浮出海面。而新的研究則表明，組團的寬吻海豚還會一同「合唱」，發出具有威脅性的聲音[4]。
寬吻海豚 | Wikipedia
2016～2018年，研究者在西澳大利亞鯊魚灣的水下放置麥克風，記錄到了453次寬吻海豚的叫聲，其中172次是由多隻海豚一起發出的。他們記錄到了7組雄性海豚聯盟，總共有59隻，其中最大的聯盟里有多達14隻雄性。當聯盟成員「合唱」時，它們有相同的頻率，會一起開始，一起結束。
單只海豚與海豚「聯盟」發出的聲音對比 | 音頻來源：Bronte L. Moore et al
研究者認為，這種聯盟可以吸引和守護雌性，不讓它們被競爭者奪走，但他們還不知道雌性海豚對此會作何回應。另外，雄性也以此維持社會連結，減緩彼此之間的緊張關係。
神秘色彩
1848年，法國物理學家埃德蒙·貝克勒（Edmond Becquerel）拍下了人類歷史上最初的彩色照片。這幅照片展示的是太陽的光譜，貝克勒將拋光的銀板進行化學「敏化處理」，然後進行曝光，接觸不同波長光照的部分產生了差異化的彩色。
貝克勒製作的這種彩色圖像被稱為「photochromatic images」，因為曝光時間長、色彩難以固定，這種技術沒有繼續發展下去 | Musée Nicéphore Niépce, Chalon-sur-Sa?ne.
這種並不實用的彩色成像術很快就被廢棄了，在此後的一百多年裡，人們一直不能確定這些銀板上產生的色彩到底是從哪裡來的。而近期發表的一項研究終於對此給出了答案[5]。
研究者們在實驗室復現了貝克勒的技術，並對產生不同色彩的區域進行了分析。結果顯示，產生不同顏色的區域並沒有化學組成上的差異，也沒有像蝴蝶翅膀鱗片那樣規律的微觀結構來產生顏色。不過，這些彩色層都含有分散在氯化銀基質中的銀納米顆粒，而且不同顏色區域顆粒的大小、數量分布不同。由此看來，在光照影響下發生變化的銀納米顆粒應該就是神秘色彩的源頭。
小鼠表情的答案是：恐懼，猜對了嗎？
參考文獻
[1] https://www.nature.com/articles/s41593-020-0608-8
[2] https://www.nature.com/articles/d41586-020-00904-w
[3] https://science.sciencemag.org/content/368/6486/89
[4] https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2019.2944
[5] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202001241
