“啁啾”！听听来自外太空的“鸟叫声”；动动手指，“脑机接口”帮助瘫痪患者玩上电子游戏 | 一周论文新鲜读

2.10

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 与GLP-1受体激动剂有关的健康获益和风险

2. 使用脑机接口驾驶虚拟四轴飞行器

3. 从“液体黄金”尿液中提取肥料

4. 来自外太空的啁啾合声波

5. 古代血样显示人类离开非洲后的适应性改变

健康 | 与GLP-1受体激动剂有关的健康获益和风险

Mapping the effectiveness and risks of GLP-1 receptor agonists

Nature Medicine

根据《自然-医学》发表的一项观察性研究，使用胰高血糖素样肽1受体激动剂（GLP-1RA）可能与一系列健康影响有关，包括42种健康风险下降以及19种健康风险上升。这些发现基于对240万参与者的数据分析。

GLP-1RA在过去几年里因其减重效果而广为流行。人们也在研究GLP-1RA的更广泛疗效，治疗包括阿尔茨海默症、骨关节炎和睡眠呼吸暂停等疾病。但考虑到它们的商业可获得性和风靡程度，一些不良事件案例如自杀倾向和胃肠道问题（包括恶心、呕吐和腹泻）也有所报道。尽管如此，GLP-1RA的健康获益和风险仍需进一步研究。

美国圣路易斯华盛顿大学的Ziyad Al-Aly和同事分析了美国退伍军人事务部的数据，研究215970名糖尿病患者使用GLP-1RA和175种健康结局的关系。作者将之与使用非GLP-1RA抗高血糖药物（可降低血糖水平）的对照人群做了比较。他们发现，使用GLP-1RA的参与者发生凝血和心脏代谢疾病（如深静脉血栓、肺栓塞、中风、心脏骤停、心力衰竭和心肌梗塞）的风险较低。作者还提出了现今公认获益之外的其他潜在有益效果，包括与较低的药物滥用、精神疾病、癫痫、细菌感染和肺炎风险相关。同时，使用GLP-1RA也与胃肠道疾病（如恶心呕吐、憩室炎、胃炎和腹痛）以及低血压、晕厥和关节炎风险升高有关。

Al-Aly和同事指出，他们的发现是观察性的，不能表明因果关系。他们认为这些发现有助于描述GLP-1RA的广泛健康影响，但提出还需要在其他队列和临床试验中进一步研究来确认他们的结果。同样地，他们指出未来研究应纳入更多样化的队列，因为美国退伍军人事务部的数据主要来自年长的白人男性。

神经科学 | 使用脑机接口驾驶虚拟四轴飞行器

A high-performance brain–computer interface for finger decoding and quadcopter game control in an individual with paralysis

Nature Medicine

《自然-医学》发表的一项研究报告，一种手术植入的脑-机接口能侦测和解码瘫痪患者的手指动作，使他们可以玩电子游戏。

在美国有超过500万人患有严重运动障碍。虽然患者许多基本需求能得到满足，但他们的社交和休闲需求仍有待满足，例如玩电子游戏。脑-机接口被认为是运动恢复的一个潜在解决方案，但目前这一技术难以处理复杂动作，例如单个手指运动，而这可以帮助人们进行打字、玩乐器或使用游戏手柄等活动。

美国密歇根大学的Mathew Willsey和同事开发了一个脑机接口，能持续记录大脑多个神经元的电活动模式来转译复杂运动。该接口被植入一位上下肢瘫痪患者的左侧中央前回，该脑区负责手部运动控制。在患者观察一只虚拟手进行多种动作时，记录下其神经活动，然后研究人员利用机器学习算法识别与特定手指动作有关的信号。利用这些信号，该系统可以准确预测手指运动，让患者能控制三组差异很大的手指组合，包括虚拟手掌的二维拇指运动。该系统实现了前所未有的运动精准度和自由度。

作者随后将这种手指控制的应用扩展到一个电子游戏里。通过对脑机接口解码的手指动作进行编程，控制一个虚拟四轴飞行器的速度和方向，让参与者可以在电子游戏里驾驶该装置越过多种障碍赛道。

化学 | 从“液体黄金”尿液中提取肥料

In situ electrochemical production of solid peroxide from urine

Nature Catalysis

《自然-催化》的一项研究报道了一种能净化城市废水并从尿液中提取一种有用物质的机制，或能用于作物施肥和其他目的。该研究提出了一种有扩展潜力的全新方法，成本效益高，可用于大规模废水处理，且经济环境价值较好。

尿液含有化学物质尿素，尿素富含氮，而氮是肥料的重要成分。由于在农业中的潜在用途，尿液在某些场景下被誉为“液体黄金”，但通常情况下仍被视为废物。储存大量尿液以及开发能将尿素变成有用化合物的机制，一直是废水处理工程面临的一个挑战。

中国河南大学的时新建和同事利用电化学反应去除废水中的尿素，并以近100%的比例将尿素转换成纯的过碳酰胺——尿素中一种有用的固体衍生物，而且不需要使用复杂的纯化步骤。收集到的过碳酰胺或有不同用途，包括环境水处理、消毒和促进作物生长。这种反应用一种碳基电极作为催化剂，加上大气氧，能在低于传统反应的温度和压强下产生过碳酰胺。这种系统被发现同时适用于人类和哺乳动物的尿液，比其他方法更廉价，而且能产生更纯、更有价值的最终产物。在一次经济分析后，时新建和同事计算发现，每日生产一公吨过碳酰胺只需要100平方米的土地，以及来自6382户家庭或是3800头奶牛的尿液，说明该方法的可行性很高。

研究结果为今后研究该工艺的效率和可扩展性奠定了基础。进一步升级或能实现更可持续的城市废水管理实践，以及对新获得物质的创新使用。

天文学 | 来自外太空的啁啾合声波

Field–particle energy transfer during chorus emissions in space

Nature

《自然》发表的一项研究报道在距离地球逾10万公里之外探测到了上升调的合声波——与地球磁场一致的电磁辐射暴。之前在距离地球更近处探测到过这种合声波，但探测到更远处的合声波说明，这种现象可能在太空中很普遍，或有助于理解它们的形成。

合声波是电磁辐射暴，持续时间仅几十分之一秒，将这些合声波转换成音频信号后听起来就像鸟叫声。它们对于地球辐射带的形成、脉动极光以及粒子能沉淀到地球大气中都具有关键作用。之前的研究显示，合声波形成于行星磁偶极场，那里的磁场类似一个大型条形磁铁。

中国北京航空航天大学的刘成明、曹晋滨和同事报道了在距离地球16.5万公里的地球中尾中性片区域对上升调合声波的已知首个探测结果，该区域的地球磁场高度扭曲，而且没有磁偶极效应。作者表示，探测到的波持续时间接近0.1秒，啁啾频率接近每秒100赫兹，与距地球更近处探测到的波类似。他们认为，这两个区域有着类似的形成过程，都不由环境主导，并指出该发现说明合声波或能在太空中任何地方形成。

作者指出，这次探测结果确实与之前提出的形成过程不一致，但没有完全推翻之前的理论。在一篇同时发表的“新闻与观点”文章中，Richard Horne写道，“他们的观测结果很重要，因为磁场的偶极性质对于合声波的产生方式——或是我们认为的产生方式——很关键。这次发现没有推翻现有理论，但提示科学家需要进一步研究。”Horne还表示，”刘成明和同事开展的这类研究增强了我们对这类波的理解，将极大提高我们的预测能力。”

遗传学 | 古代血样显示人类离开非洲后的适应性改变

Rapid change in red cell blood group systems after the main Out of Africa of Homo sapiens

Scientific Reports

根据《科学报告》发表的一项研究，智人（Homo sapiens ）在离开非洲后血型可能发生了适应性遗传变化。这项研究描绘了生活在距今12万年至2万年前欧亚大陆的22名智人和14名尼安德特人的血型遗传多样性图谱，表明新的Rh（RHD 和RHCE）等位基因出现在智人离开非洲之后、在欧亚大陆扩散之前。

从距今10万年前开始，智人在黎凡特（Levant）和扎格罗斯（Zagros）多次与尼安德特人相遇并繁衍。了解这些互动带来的血型变化，有助于确定人类的迁徙模式和潜在的优势遗传变化发生在何处。

法国艾克斯-马赛大学的Stéphane Mazières和同事用古人类遗骸的遗传数据，评估尼安德特人的血型多样性是否与4万至1万年前旧石器时代晚期的智人种群相同。他们发现尼安德特人拥有与现代撒哈拉以南非洲人群相似的祖先等位基因，而早期欧亚大陆的智人产生了新的Rh等位基因，这是如今输血和孕期监测的关键血型。这些等位基因在尼安德特人中并不存在，表明它们可能是在智人离开非洲之后分化出来的。这项研究还发现了三种现代人没有的等位基因，它们可能属于某个智人分支，但其祖先没有对现今的欧亚人群产生影响。

作者认为，到达波斯高原的智人种群可能在那里生活了至少15000年，这段时间足以产生Rh等位基因。这些等位基因可能为智人带来了演化优势，可以承受与留在非洲的种群所面临的不同的选择压力。