你会讲多种语言吗？老来有优势哦；谷歌数学AI达IMO银牌水平；猪肾移植到人体的长期观察 | 一周论文新鲜读

11.17

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. 数字地图将罗马帝国道路网“延长”10万千米

2. 使用多种语言或能延缓衰老加速

3. 超声帮助清除小鼠中风后的脑部碎片

4. 数学竞赛获奖级的AI系统

5. 孟买极端降雨相关死亡率不成比例

6. 猪肾移植到人体的长期观察

7. 禽流感令南乔治亚岛繁殖象海豹种群减半

考古学 | 数字地图将罗马帝国道路网“延长”10万千米

Itiner-e: A high-resolution dataset of roads of the Roman Empire

Scientific Data

《科学数据》发表的一项研究报道了公元150年前后罗马帝国道路的全新高分辨数字数据集和地图——Itiner-e。研究结果让罗马帝国道路系统总长增加逾10万千米。 

在公元2世纪的鼎盛期，罗马帝国的居民超过5500万，其疆域从当今不列颠一直到埃及和叙利亚。尽管整体贯穿的道路网能促进帝国的发展和稳固，但道路网一直缺少完整的地图，且现有数字化呈现的分辨率较低。 

丹麦奥胡斯大学的Tom Brughmans、Pau de Soto、Adam Pažout和同事利用考古和历史资料、地形图、卫星影像创建了Itiner-e。这个数据集覆盖了299171千米的道路——高于之前估算的188555千米——覆盖了近400万平方千米。作者将道路覆盖范围增加归因于伊比利亚半岛、希腊、北非道路的覆盖面积增加，以及为适应现实地理情况而对之前拟定路线的调整。这其中包括环山而建的弯曲道路而不是直线道路。Itiner-e包含14769个路段，其中103478千米（34.6%）为主路，195693千米（65.4%）为辅路。作者称只有2.7%的道路能确定其精确位置，89.8%的道路位置精确度较低，7.4%的道路为推断。 

作者指出，Itiner-e是对罗马帝国道路最详细完整、可开放获取的数字化呈现，并指出了当前对该道路系统的认知空白。他们表示，Itiner-e无法显示道路系统随时间的变化，仍需进一步研究整个罗马帝国的这些变化。他们提出，Itiner-e今后或能用于研究罗马道路对帝国连通性、行政管理、迁徙以及疾病传播的影响。 

衰老 | 使用多种语言或能延缓衰老加速

Multilingualism protects against accelerated aging in cross-sectional and longitudinal analyses of 27 European countries

Nature Aging

《自然-衰老》发表的研究调查了27个欧洲国家超过86000人的信息，发现多语言能力（日常使用超过一种语言）与加速衰老风险的延缓有关。这些发现表明，推广使用多种语言可能在人群水平上有助于支持健康老龄化策略。 

衰老是一项重大的全球健康挑战，与认知衰退和功能障碍有关。因此识别保护性因素是一个重要的优先课题。过去的研究提出，使用多语言可能有助于保护认知功能，但由于样本量较小、依赖临床队列和间接测量衰老指标等因素，相关证据并不一致。 

爱尔兰全球脑健康研究所（GBHI）的Agustin Ibañez和同事分析了来自27个欧洲国家86149名51-90岁参与者的调查数据，评估他们的衰老速度是否快于或慢于基于健康和生活方式因素的预期值。他们发现，仅使用一种语言的人发生加速衰老的可能性会升至大约两倍，而多语言使用者的这一概率平均只有一半。作者还观察到，掌握额外语言能延缓衰老进程，并发现使用多语言存在剂量依赖效应（掌握语言越多，延缓效果越显著）。他们指出，即使对年龄和语言、身体状况、社会和社会政治因素作调整后，多语言的保护作用仍显著。 

这些发现可为促进老年群体认知回复力和功能能力的教育及公共卫生政策提供更多信息。 

生物技术 | 超声帮助清除小鼠中风后的脑部碎片

Clearance of intracranial debris by ultrasound reduces inflammation and improves outcomes in hemorrhagic stroke models

Nature Biotechnology

根据《自然-生物技术》发表的一篇论文，低强度超声波治疗能清除诱发出血性中风小鼠脑内的神经毒性碎片。作者认为，如果人类临床试验能产生类似的积极结果，这一方法或可提供一种安全简单的方式治疗出血性中风，甚至可能有助于阿尔茨海默和其他创伤性脑损伤，而无需手术或药物治疗。 

当大脑中的废弃物如血细胞等碎片积累时，可能会引发炎症，损伤神经细胞。废物清除功能障碍已被证明与中风、颅脑损伤和失智症等疾病有关。针对出血性中风的手术方法虽能改善预后，但具有侵入性，而且需要快速到达专门的中风中心。尽管药物疗法正在研究中，但尚无药物获批。 

美国斯坦福大学医学院的Raag Airan和同事设计了一种超声疗法来加强脑部碎片清除，并在两个出血性中风（蛛网膜下腔出血和脑实质出血）小鼠模型中进行了测试。超声治疗清除了脑中超过一半的红细胞，并将其运送到颈部深淋巴结，在此帮助清除废弃物。在两种中风模型中，超声治疗小鼠的脑部炎症和神经细胞损伤比未治疗小鼠少。在脑实质出血模型中，治疗组小鼠在存活率、症状和行为测试中均表现更好。它们生存更久、脑水肿减轻、体重恢复更好，在转角测试和抓握力测试中得分更高。与此前在小鼠中证明可改善脑部碎片清除的一种实验药物疗法相比，该治疗更有效和安全。 

作者设计的超声治疗方案符合当前的超声暴露安全指南，并计划进行临床试验。如果试验成功，作者认为，这种非侵入性的超声，或许有朝一日能够为出血性中风及其他涉及神经毒性碎片堆积的脑部疾病带来治疗效益。 

人工智能 | 数学竞赛获奖级的AI系统

Olympiad-level formal mathematical reasoning with reinforcement learning

Nature

《自然》本周发表的一个AI系统能证明复杂的数学理论。谷歌（Google）DeepMind推出的该系统名为AlphaProof，在2024年国际数学奥林匹克竞赛（IMO）中取得了相当于银牌的成绩。 

数学家利用计算工具解决复杂问题、证明理论。AI系统则可以加速这一过程。虽然一些大语言模型在能力上很有潜力，但我们很难验证它们推理的正确性，因为它们是用非正式的自然语言文本进行训练和操作的。谷歌DeepMind的研究人员演示了如何让增强学习在一个正式数学软件环境（名为Lean）中工作，从而生成推理过程能被自动验证的证明，有望克服上述挑战。 

AlphaProof为证明数学命题而设计。AlphaProof在对8000万个命题进行自动形式化后，通过增强学习找出这些证明方法。该系统被证明能提升之前先进AI系统在既往数学竞赛问题上的结果。2024年，AlphaProof解出了IMO的复杂问题，IMO是一项权威的高中水平数学竞赛。AlphaProof联合名为AlphaGeometry的几何解题系统，解出了6个竞赛问题中的4个，取得了相当于银牌水平的高分。 

虽然AlphaProof在竞赛级数学推理领域的表现令人惊艳，但作者指出了它在求解其他形式难题上的一些局限性，并建议作为未来的研究方向。他们总结道，克服这些局限将使AlphaProof成为一个重要的复杂数学问题解题工具。 

气候变化 | 孟买极端降雨相关死亡率不成比例

Mortality impacts of rainfall and sea-level rise in a developing megacity

Nature

《自然》发表的一篇论文指出，印度沿海特大城市孟买的过量降雨和洪水，或导致该城市季风季总死亡人数的8%。妇女、儿童以及贫民窟居民可能受到了不成比例的影响。研究结果突显出在发展中城区进行充足基础设施投入的重要性。 

降雨和洪水对城市居民构成威胁，而基础设施不足（如排水不畅），会加剧极端天气事件的影响。随着气候变化的持续、更多人居住于洪水高发区，理解降雨、海平面上升以及公共卫生之间的关系变得尤为重要。 

美国普林斯顿大学的Tom Bearpark和同事分析了孟买2006-2015年的死亡记录和降雨数据，以估算过量降雨（如日降雨量150毫米）和洪水后的死亡率。他们发现，降雨在一个平均季风季会 导致约7.3-8.6%的死亡，这相当于每年失去约2308-2718条生命。日降雨量150毫米导致孟买之后5周内的总死亡率增加2.2%，这可能是由于暴雨后洪水相关疾病（如登革热、疟疾和伤寒）的扩散机制。 

150毫米降雨事件后5周内的相应死亡率上升风险在5岁以下儿童中最高（5.3%），超过了其他年龄段群体；且女性比男性高（分别为3.1%和1.5%）。与极端降雨相关的80%以上的死亡发生在非正规贫民窟的居民身上。研究还估算了高潮位和低潮位期间极端降雨后的死亡率差异。低潮位时降雨导致的5周死亡率升幅低于高潮位时降雨，作者指出这或许是因为高潮位会占用排水系统的能力。 

作者总结道，研究结果表明有必要紧急改善发展中城区的排水、卫生和垃圾管理设施。 

医学 | 猪肾移植到人体的长期观察

• Physiology and immunology of pig-to-human decedent kidney xenotransplant 

• Multi-omics analysis of a pig-to-human decedent kidney xenotransplant 

Nature

《自然》本周发表的两项研究，详细分析了猪源肾脏移植到脑死亡患者体内后两个月的免疫反应。这些结果或有助于我们更好地理解异种移植失败的原因和标志物，为未来改善患者结局提供依据。 

异种移植（将一个物种的器官移植到另一个物种身上）被视为解决终末期器官衰竭患者供体短缺的潜在解决方案。移植经基因改造的猪肾结合免疫抑制治疗的方案已经展现出一些前景。然而，器官排异是所有移植的常见并发症，我们对利用其它物种器官的排异反应所知更少。由于此前对这一过程的研究随访时间较短，人们尚未充分了解引发排异的免疫反应机制。 

美国纽约大学朗格尼分校移植研究所的Robert Montgomery、Brendan Keating和同事在移植基因改造猪肾到脑死亡患者体内后，绘制了移植后较长时期的免疫反应详细图谱。他们发现，尽管移植肾经历了两次排异反应，但仍能维持生命支持功能长达61天，直至实验结束。这些排异反应通过现有疗法成功治疗，肾功能保持稳定。作者成功确定了免疫细胞响应移植的关键动员通路，并在第二篇论文中绘制了相关基因组学图谱。 

这些研究为异种移植基因改造猪肾脏提供了详细的人类免疫反应图谱。未来研究需应用这些见解，提升长期移植的成功率。 

生态学 | 禽流感令南乔治亚岛繁殖象海豹种群减半

Mortality impacts of rainfall and sea-level rise in a developing megacity

Nature

《通讯-生物学》的一项研究发现，南乔治亚岛的雌性南象海豹（Mirounga leonina）繁殖种群可能因高致病性禽流感病毒（HPAIV）而锐减半数。作者认为，这些损失可能会减少象海豹存活幼崽数量，威胁岛上繁殖种群的安全。 

南大西洋的南乔治亚岛栖息着世界上最大的南象海豹种群，1995年最后一次种群统计显示，其数量约占全球繁殖种群的54%。HPAIV曾导致南美洲海洋哺乳动物和海鸟大规模死亡，其中阿根廷瓦尔德斯半岛雌性象海豹数量锐减67%。2023年，病毒蔓延到了南乔治亚岛。 

英国南极调查局的Connor Bamford和同事使用2022到2024年繁殖季节于三处海滩（圣安德鲁斯湾、猎狗湾和戈尔德湾）采集的航拍影像，监测南乔治亚岛的繁殖象海豹种群。他们将这些种群（总计占岛上象海豹1995年统计种群数量的15.6%）与1958-2022年的长期平均统计数据进行比较。作者观察到，2024年南乔治亚岛雌性象海豹估计数量较长期均值下降33.7%，2022-2024年间三处特定海滩繁殖雌性数量下降47%。推及全岛种群，作者估计2024年繁殖季节约有53000头雌性消失。他们指出，这个种群损失规模与2023年瓦尔德斯半岛的禽流感疫情相当。 

作者推测，HPAIV直接导致死亡造成的种群损失，可能会因雌性生理压力过大而进一步加剧，它们可能会过早抛弃幼崽。他们认为遗弃会对种群规模造成长期影响。他们建议长期持续监测繁殖种群，评估HPAIV对南乔治亚岛象海豹种群健康的长期影响。 

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