哺乳期饮食会影响孩子成年后体重；变换学习内容可以有效提升记忆力 | 一周趣科学Vol.11

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牧心2024年03月23日约 11 分钟

本周科学榨菜上新啦！课代表为你快速梳理近期科学界有趣又有料的新鲜事！科学新鲜报，早看早学到~

本期导读

1. 我国科学家实现新型光刻技术路线突破，果然“大力”出奇迹

2. 利物浦俱乐部忘了用自家训练好的AI，可能是输球的原因

3. 超级英雄的隐形斗篷，就在楼下花园里

4. 想要快速提升记忆力？科学家帮你支招

5. 妈妈对孩子的影响有多深远？哺乳期饮食会影响孩子成年后的体重

我国科学家实现新型光刻技术路线突破

多光子光刻技术是一种非传统类型的光刻技术。它的最大特点是，不需要传统光刻里必不可少的掩模，而且能够制造任意想要的纳米结构。

在实现3D光刻方面，多光子光刻技术比传统光刻要容易得多。

但是，光是一种电磁波，而波在通过狭窄缝隙的时候会发生衍射，也就是说会偏离原来的传播方向，这样一来就会刻到“不该刻”的位置，于是分辨率和精度就下降了。

目前主流的解决方案有两种，一种叫做光约束，就是在多光子光刻的光外围加一圈由光组成的“围栏”，从而限制光刻光束的“走位”。

另一种方案叫做物质约束，就是在光刻胶里加入一些能够把光“摁灭”的物质（猝灭剂），防止光束到处乱跑。

近日，我国浙江大学的匡翠芳教授团队与合作者一起在《自然·通讯》杂志上发表论文，报告了他们将上述两种方法结合起来的最新进展。

科学家们首先研究了各种猝灭剂的物质约束能力，并且从中筛选出了效果最佳的一种，把它融入到光刻胶中。同时，在光刻中应用光约束“围栏”，并且探索了光和猝灭剂共约束条件下的光刻效果。

结果表明，与两种单独的方法相比，共约束的多光子光刻可以实现前所未有的30nm的光刻精度和100nm的横向分辨率，而且还具有出色的3D制造和图案转移能力。

为了更深入地探讨光与物质共约束多光子光刻的猝灭机制和光抑制机制，研究者提出了相应的数学模型，来更好地解释猝灭剂和光抑制的协同作用可以获得的最窄的自由基分布。

在攻克传统光刻技术难关的同时，我们也应当关注“弯道超车”的可能性，着眼未来，顺应新质生产力的发展要求，争取在新生代光刻技术发展中占据一席之地。

图1 用猝灭剂光刻出来的哪吒玩偶，高0.04毫米

（图片来源：参考文献）

课代表总结：小孩子才做选择，我全都要！

参考文献

Guan, L., Cao, C., Liu, X. et al. Light and matter co-confined multi-photon lithography. Nat Commun 15, 2387 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46743-5

利物浦被淘汰，很可能是没有用好AI

上周日的英格兰足总杯足球赛四分之一决赛中，利物浦俱乐部对阵曼联俱乐部，在加时赛的最后一分钟，双方战成3:3平，此时利物浦获得了一个关键的角球。

进球肯定意味着胜利，但失去控球权可能会有风险。利物浦主帅尤尔根·克洛普决定踢一个进攻角球，希望在最后一分钟打进最后一球。

外摆传球很可能是进球概率最高的战术，但事情很快就出了问题。曼联获得控球权，在反击中将球移向球场并打入制胜一球，在最后时刻将利物浦淘汰出局。

在足球场上，这种关键角球决定成败的例子屡见不鲜。进攻还是谨慎行事？如果他们要进攻，怎样做才是最好的呢？什么样的传球，球员应该在哪里等待进攻？

像这样的定位球决策在足球中至关重要，传统上，它们是由教练根据长期经验和分析做出的。在大量重复历史数据中寻找最优解，这可是目前ChatGPT这一类人工智能的强项。

谷歌DeepMind实验室正在努力拓展AI可能的应用场景。近日，在《自然·通讯》发表的一篇论文中，DeepMind 研究人员描述了一种名为 TacticAI 的足球战术人工智能系统，它可以为球队提供高质量的角球战术建议。

TacticAI是一个AI驱动的教练助理，能用高质量跟踪数据分析角球。团队用几何深度学习技术确定了能输出可预测和可生成结果的关键策略模式。

该AI由三个部分组成：一个部分预测在给定情况下哪个球员最有可能接球，另一个部分预测是否会射门，第三个部分建议如何调整球员的位置。

TacticAI能准确预测角球射出后的第一个接球人，以及他接到角球后的直接结果。该系统还能评估其他球员配置的可能表现，生成不同的战术来帮助提高成功率。

作者用利物浦俱乐部提供的英超历史上的7176个角球数据集训练了TacticAI。他们证明了TacticAI的作用并发现它提出的战术设置是切实可行的，且由五名足球专家（三名数据科学家、一名视频分析师、一名利物浦足球俱乐部的教练助理）认定与真实世界场景并无区别。

图2 TacticAI如何融入现实世界中足球战术开发过程的图示（图片来源：Deepmind）

课代表总结：利物浦拿自己的数据训练出来的AI，结果自己不用是吧？……

参考文献

Wang, Z., Veličković, P., Hennes, D. et al. TacticAI: an AI assistant for football tactics. Nat Commun 15, 1906 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-45965-x

哺乳期母亲的饮食，

会影响孩子成年后的体重

由于现代人的生活节奏快、生活习惯失衡，所以减肥成了现代社会的常态。也许每个人不是在减肥，就是在喊着要减肥。

但是影响体重的因素是非常多方面的，除了饮食、运动、遗传等因素以外，还有一些奇怪的因素也在影响着人们的能量代谢。

例如，科学家们早就注意到，在人类和动物中，母亲在哺乳期间营养过剩，会使后代容易肥胖，并且后代患代谢综合征、胰岛素抵抗和高血压的风险也会增加，而雄性后代对哺乳期母亲的营养过剩更敏感。

近日，我国复旦大学的王冠琳研究员与合作者在《自然·通讯》杂志上发表文章，为我们解析了这一现象背后的机理：小时候吃的母乳，会深刻地影响大脑里的神经元。

研究者用不同脂肪含量的饮食喂养哺乳的母鼠，并且测量它们后代的体重和体脂。结果发现，高脂肪喂养的母鼠所哺育的后代中，雄性子鼠的体重和体脂相对于雌性会更高。

哺乳动物的代谢和能量调控中枢位于大脑下方的下丘脑中。既然雄性子鼠表现出了异常，科学家推测，它们的下丘脑也许发生了某些特殊的变化。

于是，研究人员将实验小鼠的下丘脑中的全部细胞进行了提取和分类。

结果表明，高脂肪饮食母鼠哺育的的雄性子鼠的下丘脑中，AgRP神经元数量增多，而这种神经元是可以控制饥饿感的，而另一些控制进食量和胰岛素的神经元也增加了。

也就是说，母亲饮食的脂肪含量，直接影响了子代的大脑对食物的欲望。

科学家对子代小鼠下丘脑中的细胞进行了逐个分析，结果发现，高脂饮食母鼠的雄性后代中，出现了一些雌性后代中未曾发现的细胞互作现象。

另外，在雄性小鼠的下丘脑中观察到NEGR信号调节通路的相互作用显著增强，而NEGR1基因是人们目前确定的与肥胖水平最相关的一系列基因之一。

本研究提供了哺乳高峰期的后代下丘脑的全面图谱，并揭示了细胞亚群在发育过程中如何以性别特异性方式对母体膳食脂肪做出反应。

图3 不同饮食的母鼠喂养的不同性别的子鼠，下丘脑细胞出现差异（图片来源：参考文献）

课代表总结：懂了，这就打电话去向我妈问罪……（甩锅成功）

参考文献

Huang, Y., Wang, A., Zhou, W. et al. Maternal dietary fat during lactation shapes single nucleus transcriptomic profile of postnatal offspring hypothalamus in a sexually dimorphic manner in mice. Nat Commun 15, 2382 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46589-x

高效提升记忆力的方法是什么

不少人总是抱怨自己的记忆能力不够，不足以让他们在短时间内记住要考试的内容，而且总是沉浸在“翻书马冬梅，合书马什么梅”的循环里。

那么，在不彻底重开的前提下，有什么切实可行的办法能够提升记忆力，帮助我们更牢固地记住东西呢？

《美国国家科学院院刊》近日刊载了一项研究，其结果为我们提供了一些建议：首先，在多次学习之间穿插一些间隔时间；其次，每次复习都尝试改变一下内容。

美国匹兹堡大学的Benjamin Rottman表示：“之前的大量研究表明，间隔学习时间对学习和记忆有益。”

如果你在考试前一天晚上死记硬背，你可能会记住第二天考试的信息，但你可能很快就会忘记。

相比之下，如果你在考试前的不同日子学习这些材料，那么你遗忘得会比较慢。

虽然这种“间隔效应”是心理学的老生常谈，但是在复习的过程中，很多人都会机械地重复相同的内容。

如果考虑现实中的场景，你可能会发现，除了这种强迫的重复学习之外，我们在生活中几乎从来都不会遇到完全重复出现的东西。

即使是每天定时坐地铁上班，地铁上的人也会不同；每天定时打卡咖啡店，店里的店员也会不同。

因此，完全的机械重复可能是不符合人类自然记忆规律的。

在实验中，研究人员要求参与者重复研究成对的物品和场景，这些物品和场景要么每次重复都相同，要么物品保持不变但场景每次都改变。

他们发现，与每次显示相同场景的项目相比，与不同场景配对的项目的记忆效果更好。

所以，下次背书的时候，可以尝试每次背诵都换个环境，或者背诵时调换一下顺序，或者尝试改变一下语调、着装、坐的位置，总之不要完全重复，做些改变，效果会更好哦。

图4 遗忘曲线。及时复习能让知识不易遗忘（图片来源：emrspace.com）

课代表总结：如果你想记住《一周趣科学》专栏作者的名字，可以尝试每次重复他名字的时候，都联系他身上的不同特征来记忆：“牧心，有趣！”“牧心，太有才啦！”“牧心，好高产的作家！”……这样，你就记住啦！

参考文献

Emily T. Cowan, Yiwen Zhang, Benjamin M. Rottman, Vishnu P. Murty. The effects of mnemonic variability and spacing on memory over multiple timescales. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (12) DOI: 10.1073/pnas.2311077121

超级英雄的隐形斗篷，

可能就在楼下花园里

大自然一直是科学家开发新型先进材料的好老师。

在上一期的《一周趣科学》中，我们报道了蓝莓用特殊的表面蜡质来让自己呈现蓝色。而3月18日的《美国国家科学院院刊》为我们介绍了另一位操纵光的大师——叶蝉，而它就住在你家楼下的小树林里。

上回我们介绍过蓝莓为什么要让自己看起来是蓝色的，简单来说，许多鸟类都有特殊的蓝紫色视觉，显蓝色是为了让鸟来吃，好方便自己传播种子。

但对于叶蝉来说，它最怕的就是鸟类来吃自己，所以它要千方百计避免鸟类看到自己。

科学家发现，叶蝉用一层纳米材料覆盖自己的身体表面。这层材料是小圆球，球上有许多孔。科学家把这种材料称为分支体（brochosome）。

虽然人们很久之前就发现了这种纳米小球，但它的功能到底是什么，人们一直没有研究清楚。

主要问题在于，叶蝉又不会乖乖地为我们送上它们的外衣，因此能研究的材料有限，实验开展得也不是很顺利。

有的学者认为，这层小球的功能是让叶蝉免受污染物和水的侵害，有人认为它们是为了让自己变得难吃从而逃过捕食者。

而美国宾夕法尼亚州立大学的Tak-Sing Wong却把注意力放在了这些小球的特殊结构上。无论昆虫的身体大小如何，这些小球分支体的大小都是一致的，直径约为 600 纳米，孔的直径约为 200 纳米。

为什么会出现这种一致性？拥有约 600 纳米的支气管体和约 200 纳米的孔的秘密是什么？这有什么用处吗？

研究者最终决定用3D打印的方式自己来制作一些类似的小球。在克服了结构复杂、稳定性差的问题后，制备终于成功了。

对这批材料的分析发现，600纳米的直径和200纳米的孔的组合，可以刚好赋予分支体一项特异功能：它能吸收94%的紫外线。也就是说，具有蓝紫色视觉的鸟类捕食者很难看到它。

更有趣的是，分支体的独特结构在吸收紫外线的同时，还能够散射可见光，从而让叶蝉更好地隐蔽在背景环境中，和光同尘，起到“隐身衣”的功能。

也许有一天，人们可以根据叶蝉的原理开发出隐形斗篷。看来，想要开发更先进的技术，我们首先需要更好地理解大自然。

图5 叶蝉体表的分支体小球为其提供“隐身”服务（图片来源：pnas.org）

课代表总结：吸收紫外线能力这么强，是不是可以当防晒霜用？

参考文献

Lin Wang, Zhuo Li, Sheng Shen, Tak-Sing Wong. Geometric design of antireflective leafhopper brochosomes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (14) DOI: 10.1073/pnas.2312700121

作者：牧心