“空气变馒头”，中国科学家更近了一步！

科

牧心2026年01月31日约 11 分钟

本期导读

二氧化碳产淀粉效率获得放大；
幻听听到的可能是自己的想法；
基因编写技术大段修改源代码；
实现脑电波到文字的精准转化；
大脑微操导致心脏病更易复发。

中国科学家让二氧化碳高效转化为淀粉

2021年，中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工业生物所）首次实现了以二氧化碳为原料的淀粉全合成，也就是所谓的“二氧化碳变淀粉”。这项颠覆性技术首次问世立刻引发了全球关注。

质疑声随之而来：自然界通过光合作用产生的淀粉如此廉价，人工合成淀粉是多此一举。

也就是说，决定二氧化碳生产淀粉产业化前景的，是这一工艺的成本。

近日，天津工业生物所宣布，二氧化碳人工合成淀粉的产量相比2021年首次突破时提高了十倍以上，同时生产成本大幅降低。

实现这一转化的核心，是一种叫做甲醛聚合酶的关键成分。在合成淀粉的十余步反应中，这种酶承担着近一半的工作量，可以说是整个流程的主力军。

科研人员通过反复设计和测试，创造了数千种酶的不同变体，像筛选优秀员工一样，找出活性最高、最稳定的版本。随后，团队又将一次性使用的酶改造成可重复利用的形式，就像让普通工人升级为永不停歇的智能机器人，进一步压低了生产成本。

虽然目前这一工艺的效率仍然无法与自然界光合作用相媲美，但在两个场景上会有较为显著的优势：一方面，它为保障粮食安全开辟了议题新路径，工厂制造粮食更稳定、周期更短；另一方面，这一技术可以利用无法储存的可再生能源（例如风能、潮汐能等）。这类能源发电具有不稳定、入网困难的特点，我们可以利用这些浪费掉的能源生产可储存的淀粉，这样就间接利用了本会被浪费掉的能源。

或许在不久的将来，我们餐桌上的食物，真的有一部分来自空气中的二氧化碳。

二氧化碳生产的淀粉样品（图片来源：天津工业生物所）

课代表总结：虽然我不会二氧化碳变淀粉，但我会淀粉变二氧化碳啊！

参考文献：

https://www.cas.cn/cm/202601/t20260123_5097042.shtml

幻听的时候，你听到的可能是你自己

你是否有过这样的体验：在内心默默盘算今晚吃什么，或者无声地练习明天要做的发言？这种无声的自言自语，就是心理学上所说的内部言语。

对大多数人来说，这个内在声音清晰可辨，我们知道那是自己的想法。然而，对一部分精神分裂症患者而言，这个内在声音却被大脑误判为来自外界的真实声音，这就是幻听现象。

新南威尔士大学的一项突破性研究，为我们揭示了这一现象背后的神经机制。研究发现，健康大脑在处理内部言语时，会提前预测自己将要听到的声音，并自动调低听觉皮层的活跃度，仿佛在告诉自己：这是我发出的声音，不必过分关注。这种精妙的预测机制就像一位高效的校对员，确保我们能够清晰区分内外声音。

然而，研究团队通过脑电图技术发现，近期出现幻听症状的精神分裂症患者，其大脑的校对功能出现了异常。当他们进行内部言语时，听觉皮层的活动不仅没有减弱，反而显著增强。这就好比校对员突然失职，将自己的开麦误判为别人开麦，导致大脑对自身产生的思想做出过度反应，误以为那是来自外界的声音。

研究人员设计了巧妙的实验：参与者被要求在心中默想某个音节，同时通过耳机聆听实际播放的音节。结果显示，当想象的音节与听到的音节一致时，健康参与者的大脑会表现出正常的抑制反应；而幻听患者则呈现出完全相反的模式——他们的听觉皮层对匹配的音节反应更为强烈。

这项研究的创新之处在于，它首次为持续五十年的理论假设提供了直接的神经科学证据。以往我们只能通过患者描述来理解幻听，现在则能够观察大脑在处理内部言语时的实时活动变化。

这一发现具有重要的临床意义。目前，精神分裂症的诊断主要依赖症状观察，缺乏客观的生物学指标。如果能够通过脑电图检测这种异常的神经反应模式，未来或许可以开发出早期识别高风险个体的方法，为早期干预争取宝贵时间。

理解幻听的生物学基础是开发新疗法的关键第一步。就像只有了解电脑故障的具体原因，才能进行精准维修一样，如今科学家们对幻听根源的认识更加清晰，这为未来开发更有效的治疗方法指明了方向。

幻听可能来自于大脑对信息来源的处理错误（图片来源：veer图库）

课代表总结：可能是时光让耳朵变得宽容。

参考文献：

Thomas J W et al. Corollary Discharge Dysfunction to Inner Speech and its Relationship to Auditory Verbal Hallucinations in Patients with Schizophrenia Spectrum Disorders. Schizophrenia Bulletin, 2025; DOI: 10.1093/schbul/sbaf167

基因组编写，不再“小修小补”

我们的基因组是一本厚重的生命百科全书。过去十年，著名的CRISPR基因编辑技术让我们能够像使用精准的铅笔和橡皮一样，对这本书进行细微的修改，比如纠正一个错别字（单个基因突变）。

然而，科学家们逐渐发现，生命的许多奥秘并非由孤立的词语决定，而是由整段、整章甚至跨越数页的复杂段落（大型基因簇及其调控区域）所掌控。这时，仅靠铅笔和橡皮就显得力不从心了。如今，一门更宏大的技术正崭露头角，基因组编写允许科学家直接设计和写入超长的DNA序列，如同为生命之书整页替换或植入全新的章节。

传统的基因编辑技术，如同在城市中动用微型工程队进行点对点施工。如果想同时关闭分布在一条街道上的多个电闸（例如，调控一个关键基因的三个增强子），工程队需要分头行动，逐个操作。

这种方法不仅效率低下，而且多个施工点同时开工极易引发意外，比如挖断连接这些电闸的“电缆”，导致基因片段意外删除，从而对细胞造成伤害。更重要的是，这种分散操作很难保证所有修改都精确地发生在同一条染色体上，这为精准研究带来了巨大干扰。

基因组编写技术则采用了一种截然不同的思路。它更像是在城市之外，预先按照全新设计蓝图，利用高效的组装系统（如在酵母菌中）构建好一个功能完善的完整街区（长达10-250 kb的合成DNA序列）。然后，通过特殊的物流和安装技术，将这个预制模块精准地运送并安装到基因组这座城市的指定位置，替换掉原有的旧街区。这种方法一举克服了传统编辑面临的多重难题：所有设计改动一次性到位，完美解决相位问题，并最大限度地减少了施工过程中的意外风险。

这项技术的价值体现在它所开启的诸多全新可能性上。它使科学家能够像做实验一样，系统性地重写整个基因调控区域，从而破解增强子之间如何像团队一样协同工作的谜题。在疾病研究方面，它能将人类与疾病相关的完整基因片段（包含所有调控信息）精准植入小鼠体内，创造出更能模拟人类生理反应的“人源化”动物模型，大大加速药物研发进程。

当然，编写超长DNA序列仍面临挑战，例如如何更高效地将这些大型结构安全送达细胞核内的目的地，以及如何进一步降低成本。然而，这项技术已经为我们指明了一个方向：生物学正从阅读生命之书，迈向理解和编写生命蓝图的新纪元。尽管目前这项技术主要用于基础研究和动物模型，其潜力却预示着未来在精准医疗和生物技术领域的广阔应用前景。

图3 基因组编写技术能在超大尺度上修改人类DNA（图片来源：参考文献）

课代表总结：这未来，如我所书！

参考文献：

Mammalian genome writing: Unlocking new length scales for genome engineering. Pinglay, Sudarshan et al. Cell, Volume 189, Issue 2, 356 - 374

语音转文字out了，脑电波转文字正在崛起

只需在脑海中构思一句话，电脑就能将其准确无误地显示出来，这听起来像是科幻小说中的场景，但借助浙江大学团队开发的脑机接口技术，这一设想正一步步走向现实。

以往的技术要么只能识别少数几个简单的指令（如“是”或“否”），要么生成的语言混乱不堪，难以理解。现在，一项名为语义意图解码的新框架，或许正在改变这一局面。

过去，科学家们尝试两种主要思路来解读大脑信号。第一种方式类似于是给思想贴标签，将复杂的想法强行归入到预先设定的几个类别中。比如将“我想吃苹果”这个念头简单归类为饮食，这种做法无法捕捉思想的细腻和完整。

第二种思路则过于开放，它直接将大脑信号映射到大型语言模型，虽然能生成流畅的句子，但过程如同一个黑箱，我们无法知晓它为何会生成特定的句子，输出结果也时好时坏，缺乏可靠性。这两种方法都难以实现精准、可靠的意念交流。

新技术的新思路在于，它将我们的沟通意图，视为由多个基本的语义单元灵活组合而成的集合。例如，“我每天吃苹果”这一想法，可以分解为[我]、[吃]、[苹果]、[每天]这几个核心的语义积木。

基于这一理念，研究人员开发了名为BRAINMOSAIC的系统，其工作流程清晰而巧妙：首先，系统像一位敏锐的密码破译员，从头皮或颅内记录的脑电信号中，分解并提取出这些关键的语义积木。

随后，它将这些积木的神经特征，与一个庞大的、连续的语言语义空间进行比对和匹配。这个空间就像一个蕴含了所有词汇及其关联的海洋，相似的词（如苹果和梨）在海洋中的位置也更接近。

最后，系统将这些匹配好的语义积木，连同一些全局语境信息（如句子是陈述句还是疑问句），一并交给大型语言模型处理。这个模型就像一位熟练的作家，它能根据这些核心要素，生成语法正确、语义通顺的完整句子，例如输出“我每天都会吃一个苹果”。

这项技术的突破性体现在多个方面。首先，它不再受限于固定的词汇表。即使遇到训练阶段从未出现过的词，只要其含义与已知词汇相近，系统也能通过语义空间的邻近性找到它，展现出强大的泛化能力。

其次，通过分解和重组，整个过程变得可解释。我们能清楚地看到是哪些语义单元主导了最终句子的生成，从而提高了系统的可信度。实验证明，在多语言脑电数据集和临床颅内脑电数据上，这种新方法在语义还原的准确性上显著优于传统方法。

尽管目前这项技术仍处于实验室阶段，面临诸如如何更高效地集成超大语义单元等挑战，但其前景无比光明。它意味着，未来因中风、渐冻症等疾病而失去语言能力的患者，有可能通过直接解读其脑电波，重新与外界进行流畅、自然的交流。

图4 图中的第一句，“刷手机能看到好多有趣的”是受试者脑中的想法，下面的几句是不同的模型在读取受试者脑电波后进行的翻译。可以看到，BrainMosaic模型的翻译相对来说是最接近原意的（图片来源：参考文献）

课代表总结：“我好想玩手机”“我们每天都在玩”

参考文献：

https://doi.org/10.48550/arXiv.2601.20447

心脏病发作后，大脑是如何好心办坏事的

当心脏突然发作，我们通常认为这是一场局部危机。但最新科学研究揭示，这其实触发了一场心与脑的紧急通话，而大脑的过度反应可能好心办坏事，反而拖累心脏的康复进程。

心脏如同身体的动力泵，而遍布其上的特殊神经末梢就像是灵敏的警报传感器。当心肌因供血中断而受损时，这些传感器会立刻被激活。它们隶属于迷走神经，这是一条连接大脑与主要器官的信息高速公路。研究人员在小鼠实验中观察到，心脏发作后，一种名为TRPV-1的特定传感器变得异常活跃，开始向大脑密集发送“受损”信号。

这些求救信号沿着神经高速公路，首先抵达大脑中的下丘脑室旁核。这个区域负责协调应激反应，调控血压和心率。信号随后传递到颈部的上颈神经节，这个结构像是一个重要的中继站，负责向心脏和血管等器官发送指令。

问题在于，这个中继站对求救信号的反应过于激烈。科学家发现，心脏发作后，小鼠的上颈神经节内出现了明显的炎症，一些促进炎症的分子（细胞因子）水平显著升高。炎症本是机体清除损伤、启动修复的正常手段，但若失控且持续时间过长，就会从有益转向有害。

研究的突破点在于，当科学家使用技术手段“静默”从心脏发出警报的TRPV-1传感器，或者设法降低了颈部中继站的炎症后，结果令人惊喜：小鼠心脏的泵血功能得到改善，因缺氧导致的组织瘢痕化减小，心脏的整体康复情况好转。

这项发现的新颖性在于，它清晰地描绘了一个“心-脑-免疫”的三节点循环通路：心脏受损发出信号，大脑接收并指令颈部神经节产生过度炎症，这种炎症又反过来加重心脏损伤。这彻底改变了我们看待心脏发作的视角，表明不能孤立地治疗心脏，必须将大脑的神经反应和身体的免疫应答纳入整体考量。

图5 连接心脏和大脑的神经通路在炎症反应和机体对心脏损伤的反应中起着关键作用（图片来源：Getty Images Plus）

课代表总结：心脏：“我是让你来救我的，不是让你来把我一起送走的！”

参考文献：

S. Yadav et al. A triple-node heart–brain neuroimmune loop underlying myocardial infarction. Cell. Published online January 27, 2026. doi: 10.1016/j.cell.2025.12.058.

作者简介

牧心，科普作者。