追问daily | 如何利用超声波从空气中取水？Cell：药物如何重塑肠道菌群？Gemini 3重磅发布

█脑科学动态

Cell：药物重塑肠道菌群：营养竞争是关键驱动力

赫布学习统一记忆与感知：单一神经网络解释相反的感知偏差

告别动物实验：科学家研发首个全合成功能性人脑组织模型

听音乐时眨眼也会“踩点”：听觉与眼动系统的隐秘同步

青少年不同心理健康障碍具有相似的大脑结构变化

大脑的“推理引擎”：眶额皮层主导对环境隐藏状态的推断

抑郁症两副面孔：急性和慢性期大脑 VTA 区域呈现不同病理特征

脑深部电刺激治疗难治性抑郁症：中英团队发现疗效预测标志物

基因工程细菌在肠道持续合成左旋多巴以治疗帕金森病

跨频脑刺激显著改善中风后偏盲患者的视力恢复

早期失明婴儿大脑具有惊人适应性：高级视觉区域功能可恢复正常

█AI行业动态

细胞出版社2024中国年度论文揭晓：从高产出迈向高共享

Gemini 3重磅发布，全面超越GPT-5.1，定义多模态AI新标杆

Grok 4.1静默发布：通用能力、情感智能全面超越竞争对手

█AI驱动科学

AI辅助从头设计蛋白实现高精度线粒体DNA单碱基编辑

人工跨神经元模拟大脑皮层不同区域的神经元活动

基于深度学习增强型可穿戴传感器的抗噪声人机界面

震动取水：超声波技术实现大气水收集能效飞跃

机器人辅助测试揭示中风幸存者隐匿的本体感觉缺陷

多尺度生物打印动脉模型重现血管疾病中协同微环境相互作用

3D打印“果冻”电极：高舒适度脑机接口的新突破

大模型学会“心灵感应”：基于潜在思维沟通的多智能体协作新范式

脑科学动态

Cell：药物重塑肠道菌群：营养竞争是关键驱动力

肠道微生物群的平衡对人体健康至关重要，但除抗生素外，其他药物对这一生态系统的影响机制尚不明确。来自斯坦福大学的 Handuo Shi 和 KC Huang 等研究人员组成的团队，深入探索了常用药物如何通过生态学机制重塑肠道菌群。他们发现，药物引起的微生物群落变化并非随机，而是遵循可预测的生态规律，主要由微生物间的营养竞争所驱动。

▷Credit: Cell (2025).

研究团队利用来自9名捐赠者的样本构建了体外微生物群落，并系统测试了707种临床药物。通过结合高通量筛选与代谢组分析，即检测微生物产生和消耗的小分子混合物，他们发现141种药物显著改变了群落结构。研究揭示，这种重组的核心机制在于营养竞争：当药物抑制了某些敏感细菌的生长时，它们原本消耗的营养物质被释放出来，导致那些对药物不敏感的竞争者因资源增加而大量繁殖。基于此发现，团队开发了数据驱动的消费者-资源模型（consumer-resource model），这是一种能够模拟物种与营养资源互动关系的计算模型。该模型成功预测了不同药物处理下微生物群落的动态变化，证明了通过分析药物敏感性和资源竞争格局，可以预判药物对个体肠道健康的具体影响。研究发表在 Cell 上。

阅读更多：

Shi, Handuo, et al. “Nutrient Competition Predicts Gut Microbiome Restructuring under Drug Perturbations.” Cell, vol. 0, no. 0, Nov. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.10.038

赫布学习统一记忆与感知：单一神经网络解释相反的感知偏差

感知记忆中长期存在“收缩”与“排斥”两种看似矛盾的偏差，困扰学界多年。由国际高等研究院（SISSA）的 Sebastian Goldt 和 Mathew E. Diamond 领导，Francesca Schönsberg 担任第一作者的研究团队，联合物理学与神经科学领域，通过构建统一模型证明这些偏差实则源于同一生物学机制。

▷Credit: Neuron (2025).

研究团队构建了一个遵循赫布可塑性（Hebbian plasticity，即“一起激发的神经元连在一起”）的循环神经网络，并结合人类及啮齿动物的实验数据进行了验证。研究涵盖了工作记忆、参考记忆以及新设计的“单次回溯任务”。结果显示，该模型无需针对特定任务微调，即可自然产生收缩偏差（向历史均值偏移）和排斥偏差（远离近期刺激）。关键发现在于，同一神经回路能通过持续的突触适应编码近期活动痕迹，而不同的行为表现仅仅取决于下游过程读取网络活动的方式不同。这表明，大脑无需在不同系统间切换，简单的局部学习规则即可支撑多样化的感知记忆。研究发表在 Neuron 上。

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Schönsberg, Francesca, et al. “Diverse Perceptual Biases Emerge from Hebbian Plasticity in a Recurrent Neural Network Model.” Neuron, vol. 113, no. 21, Nov. 2025, pp. 3673-3684.e6. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.09.037

告别动物实验：科学家研发首个全合成功能性人脑组织模型

为了解决现有脑组织模型依赖动物源性材料且难以精确复制人脑环境的问题，加州大学河滨分校（University of California, Riverside）的 Iman Noshadi 和 Prince D. Okoro 等研究人员组成团队，致力于开发一种完全合成的替代方案。他们希望创造出一种不含动物成分、结构稳定且能精确模拟大脑微环境的支架，以支持更可靠的神经疾病研究和药物测试，这与FDA逐步淘汰动物实验的趋势相契合。

研究团队结合溶剂转移诱导相分离（STrIPS）、微流控和生物打印技术，利用一种常见的化学惰性聚合物——聚乙二醇（PEG），构建了名为“BIPORES”的3D支架系统。与传统方法不同，该团队将惰性的PEG重塑为具有双连续微孔和负高斯曲率的复杂“迷宫”结构。这种独特的物理拓扑结构代替了传统的生物涂层，使人类神经干细胞在30秒内即可附着。在21天的培养中，细胞不仅在支架深处广泛迁移和增殖，还成功分化为神经元和星形胶质细胞，构建了具有突触活性的功能性神经网络。这种全合成模型为阿尔茨海默病、中风等疾病的药物筛选提供了更人道且精准的新工具。研究发表在 Advanced Functional Materials 上。

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Okoro, Prince D., et al. “Bicontinuous Microarchitected Scaffolds Provide Topographic Cues That Govern Neuronal Behavior and Maturation.” Advanced Functional Materials, n/a, no. n/a, p. e09452. Wiley Online Library, https://doi.org/10.1002/adfm.202509452

听音乐时眨眼也会“踩点”：听觉与眼动系统的隐秘同步

听觉运动同步通常指人们随着音乐节奏有意识地做出打拍子或点头等动作，但非自主的微小身体行为是否也受节奏影响尚不明确。来自中国科学院的 Yiyang Wu、Xiangbin Teng 和 Yi Du 等研究人员，通过结合行为学与神经影像技术，发现了一种前所未知的同步形式：人类的自发性眨眼会不自觉地与音乐节拍保持一致，揭示了听觉系统与眼动系统之间存在的隐秘联系。

该研究招募了123名非音乐专业的年轻参与者，在他们聆听西方古典音乐时进行眼动追踪和脑电图（EEG）记录。研究发现，即便没有收到任何运动指令，参与者的眨眼动作仍会与音乐节拍精确同步，且这种同步性主要取决于节奏结构而非旋律熟悉度，因为即便播放倒放的音乐，同步现象依然存在。通过弥散张量成像（DTI）分析，研究团队发现这种同步能力的个体差异与左侧上纵束（Superior Longitudinal Fasciculus）的白质微结构完整性密切相关，这不仅是一条连接大脑前后区域的关键感觉运动通路，也负责传递听觉与运动信息。此外，更强的眨眼同步性对应着更好的动态听觉注意力，表明这种微小的无意识动作实际上反映了大脑对环境节奏的主动追踪与预测。研究发表在 PLOS Biology 上。

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Wu, Yiyang, et al. “Eye Blinks Synchronize with Musical Beats during Music Listening.” PLOS Biology, vol. 23, no. 11, Nov. 2025, p. e3003456. PLoS Journals, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003456

青少年不同心理健康障碍具有相似的大脑结构变化

青少年精神健康问题常被孤立研究，导致不同疾病间的共性生物学机制尚不明确。英国巴斯大学（University of Bath）的Sophie Townend博士与Graeme Fairchild教授，联合伯明翰大学（University of Birmingham）的Stephane De Brito教授以及全球ENIGMA联盟的科学家团队，通过迄今为止规模最大的同类国际研究，揭示了不同精神疾病诊断下大脑结构的惊人相似性。

▷跨诊断、共享和疾病特异性对表面积的影响。Credit: Biological Psychiatry (2025).

该研究利用ENIGMA联盟的数据库，对近9,000名4至21岁儿童和青少年的磁共振成像扫描数据进行了巨型分析（Mega-analysis）。研究涵盖了四种最常见的青少年精神疾病：焦虑症、抑郁症、注意力缺陷多动障碍（ADHD）和品行障碍（Conduct Disorder）。研究人员重点分析了大脑皮层厚度、表面积（Surface Area）及皮层下体积。结果发现，无论具体诊断如何，这四种疾病的患者在大脑结构上都存在共同的改变，特别是负责情绪处理、威胁应对及身体状态感知的关键区域（如岛叶、内嗅皮层和杏仁核）表现出表面积减小或体积缩小。此外，虽然ADHD和品行障碍在男孩中更高发，而焦虑和抑郁在女孩中更多见，但研究显示患有相同疾病的男孩和女孩在大脑结构变化上并无显著性别差异。这一发现挑战了传统分类研究，为开发针对多种精神疾病共同生物学根源的“跨诊断”治疗策略提供了重要依据。研究发表在 Biological Psychiatry 上。

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Townend, Sophie, et al. “Shared and Distinct Alterations in Brain Structure of Youth With Internalizing or Externalizing Disorders: Findings From the ENIGMA Antisocial Behavior, ADHD, Major Depressive Disorder, and Anxiety Working Groups.” Biological Psychiatry, vol. 0, no. 0, Aug. 2025. www.biologicalpsychiatryjournal.com, https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2025.08.003

大脑的“推理引擎”：眶额皮层主导对环境隐藏状态的推断

动物如何在复杂多变的环境中不仅能对刺激做出反应，还能推断出隐藏的信息以求生存？纽约大学的 Shannon S. Schiereck 和 Christine M. Constantinople 等研究人员组成团队，结合行为学实验与大规模神经记录技术，发现大脑眶额皮层是帮助动物更新环境认知的关键“推理引擎”。

研究团队设计了一项模仿经济学“支付意愿”的任务，大鼠需通过支付“等待时间”来获取水奖励。实验中设置了“低”、“高”及“混合”三种隐藏奖励状态（hidden reward states，即无法直接观测到的环境潜在规则），大鼠需根据线索推断当前所处的整体奖励环境，从而决定为了某次特定的水奖励等待多久。结果显示，受过训练的大鼠能根据推断调整策略：在整体奖励贫乏时，它们愿意为少量的水等待更久；而在奖励丰富时，则会更快放弃低价值选项。然而，当研究人员抑制大鼠的眶额皮层时，它们虽然仍能根据过往经验做出反应，却失去了实时更新对隐藏状态推断的能力。对超过一万个神经元的分析进一步证实，该脑区的神经动力学变化直接反映了大鼠对环境状态的信念更新。研究发表在 Neuron 上。

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Schiereck, Shannon S., et al. “The Orbitofrontal Cortex Updates Beliefs for State Inference.” Neuron, vol. 0, no. 0, Nov. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.10.024

抑郁症两副面孔：急性和慢性期大脑 VTA 区域呈现不同病理特征

抑郁症与大脑炎症密切相关，但不同病程背后的神经机制仍不明确，尤其是针对大脑奖赏中心腹侧被盖区（VTA）的研究较少。来自昆士兰大学的 Sarah Khalife 和 Lena K.L. Oestreich 等研究人员，利用大规模影像数据，首次揭示了急性和慢性抑郁症在 VTA 区域存在截然不同的病理生理机制。

▷神经炎症从健康状态发展为急性炎症和慢性炎症的过程。Credit: Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging (2025).

研究团队分析了英国生物银行中 32,495 名参与者的数据，包括 3,807 名抑郁症患者。通过弥散加权成像和定量磁化率成像，研究人员精准测量了 VTA 区域对炎症和微结构敏感的指标。结果显示，有抑郁症病史的个体表现出较高的自由水（free water）和各向同性体积分数（isotropic volume fraction），这通常意味着细胞外炎症过程的增加，属于慢性特征。相反，当前严重的急性抑郁症状则与较高的细胞内体积分数（intracellular volume fraction）和取向离散指数（orientation dispersion index）相关，表明其主要涉及神经元内部的微观结构改变，而非单纯的细胞外炎症。这一发现说明急性和慢性抑郁症虽然症状重叠，但其生物学基础不同，提示未来治疗需根据疾病状态进行精准干预。研究发表在 Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging 上。

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Khalife, Sarah, et al. “MRI-Derived Markers of Acute and Chronic Inflammatory Processes in the VTA Associated with Depression.” Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging, Sept. 2025. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.bpsc.2025.09.003

脑深部电刺激治疗难治性抑郁症：中英团队发现疗效预测标志物

难治性抑郁症治疗依然是全球性难题，深部脑刺激虽有希望但疗效个体差异巨大。英国剑桥大学的 Valerie Voon、Linbin Wang 与中国上海交通大学医学院附属瑞金医院的 Bomin Sun 等人组成的跨国团队，通过一项大规模临床试验，证实了特定脑区刺激的有效性，并成功识别出能够预测治疗效果的客观脑电特征。

研究团队对26名难治性抑郁症患者实施了深部脑刺激（DBS）手术，电极被植入到负责情绪调节的终纹床核（BNST）和处理奖赏机制的伏隔核（nucleus accumbens）。结果显示，50%的患者症状显著改善，其中35%达到临床缓解。研究利用高精度的颅内记录发现，终纹床核中的Theta活动是关键生物标志物：该活动水平越高，患者焦虑感越强；而术前Theta活动较低的患者，术后改善效果更好。此外，终纹床核与前额叶皮层之间的信号同步性越高，也预示着预后越好。相反，对负面图像表现出强烈心理反应的患者，治疗获益较少。这一发现不仅为筛选适合手术的患者提供了依据，也为未来开发能根据实时脑电反馈自动调整刺激强度的闭环系统奠定了基础。研究发表在 Nature Communications 上。

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Wang, Linbin, et al. “Prefrontal–Bed Nucleus of the Stria Terminalis Physiological and Neuropsychological Biomarkers Predict Therapeutic Outcomes in Depression.” Nature Communications, vol. 16, no. 1, Nov. 2025, p. 10034. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-025-65179-z

基因工程细菌在肠道持续合成左旋多巴以治疗帕金森病

帕金森病患者长期依赖左旋多巴片剂来缓解运动症状，但药物浓度的波动常导致运动障碍等并发症。佐治亚大学伊萨克森神经疾病研究中心的 Anumantha Kanthasamy 和 Piyush Padhi 联合 Gregory Phillips 等研究人员组成的跨学科团队，利用合成生物学技术研发出一种突破性的“活体药物”。他们旨在通过工程化的益生菌，在患者肠道内建立一个微型制药厂，实现药物向大脑的稳定输送。

研究团队改造了在人类肠道治疗中拥有百年安全记录的大肠杆菌 Nissle 1917 菌株，使其能够持续合成左旋多巴（L-DOPA）。在结合使用脱羧酶抑制剂（如苄丝肼）的情况下，这种名为 EcNL-DOPA 的工程细菌在健康小鼠、帕金森病模型小鼠以及犬类模型中均表现出优异的疗效。实验数据显示，该疗法成功维持了稳定的血浆左旋多巴浓度，消除了传统口服给药导致的脉冲式波动，并显著提升了脑内的多巴胺水平。在帕金森病小鼠模型中，该疗法有效改善了运动缺陷和抑郁样行为，且在犬类实验中证实了其安全性与良好的耐受性。这项研究为利用肠道微生物组治疗慢性神经系统疾病奠定了基础。研究发表在 Cell Host & Microbe 上。

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Padhi, Piyush, et al. “Bioengineered Gut Bacterium Synthesizing Levodopa Alleviates Motor Deficits in Models of Parkinson’s Disease.” Cell Host & Microbe, vol. 33, no. 11, Nov. 2025, pp. 1837-1854.e13. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.10.005

跨频脑刺激显著改善中风后偏盲患者的视力恢复

中风常常导致患者出现偏盲，即丧失一半视野，严重影响日常生活，而现有的康复手段效果有限。瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的 Estelle Raffin 和 Friedhelm Hummel 等研究人员开发了一种创新的非侵入性脑刺激疗法。该团队基于大脑生理学原理，旨在通过外部刺激重新协调受损大脑区域之间的通信，从而帮助中风幸存者恢复视觉功能。

▷结果图表总结。Credit: Brain (2025).

该研究招募了16名患有偏盲的中风患者进行双盲临床试验。研究团队采用了一种名为跨频经颅交流电刺激（cf-tACS）的技术，向患者的初级视觉皮层施加低频 Alpha 波，同时向运动敏感区施加高频 Gamma 波。这种刺激模式模拟了大脑处理视觉信息时自然的“自下而上”信号流。结合视觉训练，结果显示接受该特定模式刺激的患者视野显著扩大，运动感知能力增强。脑电图（EEG）和脑成像数据证实，治疗成功重建了视觉区域间中断的神经同步。有患者甚至报告在现实生活中重新看到了以前看不见的区域。研究发表在 Brain 上。

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Raffin, Estelle, et al. “Boosting Hemianopia Recovery: The Power of Interareal Cross-Frequency Brain Stimulation.” Brain, Nov. 2025, p. awaf252. Silverchair, https://doi.org/10.1093/brain/awaf252

早期失明婴儿大脑具有惊人适应性：高级视觉区域功能可恢复正常

感觉经验如何塑造大脑发育，尤其是视觉系统的构建，一直是神经科学的核心问题。来自比利时鲁汶大学（UCLouvain）的 Stefania Mattioni 和 Olivier Collignon 等研究人员组成的国际团队，针对一组罕见的先天性白内障复明个体进行了深入研究。他们发现，尽管早期视觉皮层会因婴儿期的短暂失明受到永久性影响，但负责高级认知的大脑区域却展现出惊人的适应能力。

研究团队利用功能磁共振成像（fMRI）技术，对比了婴儿期接受过白内障手术的成年人与视力正常人群的大脑活动。研究人员向受试者展示了面孔、身体、房屋、工具和文字等多类别图像，并结合解码技术和表征相似性分析（RSA）探究大脑皮层的反应。结果显示，白内障复明者的早期视觉皮层（EVC）在处理轮廓、对比度等低级视觉细节时确实存在持久性损伤。然而，令人惊讶的是，下游的腹侧枕颞皮层（VOTC）——负责识别面孔、物体和文字的高级区域——其功能几乎未受影响，能够正常进行类别编码。为了验证这一发现，团队还训练了深度神经网络（DNN）模型，结果模型在输入模糊图像时也重现了类似的层级分离现象。这一发现挑战了视觉发育存在单一“关键期”的传统观点，证明大脑某些区域在缺乏早期清晰视觉输入的情况下，仍能通过适应性机制建立稳健的高级视觉表征。研究发表在 Nature Communications 上。

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Mattioni, Stefania, et al. “Impact of a Transient Neonatal Visual Deprivation on the Development of the Ventral Occipito-Temporal Cortex in Humans.” Nature Communications, vol. 16, no. 1, Nov. 2025, p. 9828. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-025-65468-7

AI 行业动态

细胞出版社2024中国年度论文揭晓：科研十年，从高产出迈向高共享

细胞出版社（Cell Press）近日发布了“2024 中国年度论文奖”，标志着这项评选活动步入第十年，同时也反映了中国研究力量在全球学术界地位的显著提升。2024年，以中国机构为第一完成单位发表在细胞出版社旗下期刊的研究性论文总数达到创纪录的2446篇，较上一年增长17.6%，约为2020年发文量的近四倍。在学科分布上，生命科学领域保持高位，而医学领域的增长最为突出，其中《细胞报告医学》（Cell Reports Medicine）期刊的中国论文数量首次突破100篇。此外，物质科学和交叉科学领域的发文量也稳中有进。为了表彰这些高质量成果，细胞出版社共评选出50篇“2024 中国年度论文”，涵盖生命科学、物质科学、医学、交叉学科以及可持续发展五个关键领域，综合考量了编辑提名、第三方专家评审以及论文的下载引用量和创新性等多个维度。

这一阶段性的成就揭示了中国科研正在从追求“高产出”向实现“高共享、高影响”转变。数据显示，2024年中国研究人员选择以开放获取形式发表的论文数量占总量的近四分之三，增幅达13%。尤其在混合型期刊（Hybrid Journal，提供传统订阅和开放获取两种选择的期刊）上，OA 论文增幅高达72.5%，表明国内机构对开放出版理念的投入不断加深。在地域分布方面，科研力量正从传统中心向全国纵深拓展：北京仍居首位，但广东以更高的增长量超过上海位列第二，同时贵州、河南等地也实现了发文量的成倍增长。国际合作方面，中国研究人员的合作网络显著拓宽，合作国家和地区数量增至76个，美国依然是合作最紧密的国家，这体现出中国科研正积极“融入”全球知识网络。为进一步推动开放交流，细胞出版社宣布推出新的高质量开放获取期刊Cell Press Blue，专注于发表跨学科的前沿创新性研究。

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https://www.linkresearcher.com/information/54628341-b485-4c6d-a7a5-fb10740fe8a1

Gemini 3重磅发布，全面超越GPT-5.1，定义多模态AI新标杆

Google 近日正式发布了其新一代大语言模型 Gemini 3，将其定位为“通往 AGI的重要一步”，并强调它是当前世界上多模态理解能力最强、交互深度最高的智能体。该模型一经发布，便在多项基准测试中展现出SOTA级别的卓越性能，全面超越了包括 GPT-5.1 和 Claude Sonnet 4.5 在内的主要竞争对手。尤其在推理能力上，Gemini 3 Pro 以 1501 Elo 的高分登顶 LMArena Leaderboard，并在 Humanity’s Last Exam（人类终极考试）和 GPQA Diamond 等测试中取得博士级高分。同时，它在多模态推理上也刷新了上限，无论是在解析复杂的科学图表还是理解动态视频流方面均表现出色，且在事实准确性（SimpleQA Verified）上取得显著进步。研究人员指出，Gemini 3 摒弃了传统 AI 常见的奉承语气，致力于成为一个聪明、简洁且直接的“思维伙伴”。

Gemini 3 的进化不仅体现在跑分上，更在于其架构创新与生态布局。该模型引入了 Deep Think 模式，进一步提升了推理和多模态理解能力，并在 Humanity's Last Exam 和 GPQA Diamond 测试中超越了 Gemini 3 Pro 的表现。在模型结构方面，Gemini 3 采用了 MoE（混合专家模型，即Mixture-of-Experts，一种可以更经济地扩展模型的架构）架构进行训练。为了重塑开发者生态，Google 同步推出了全新的智能体开发平台 Google Antigravity，旨在提供“智能体优先”（Agent-First）的开发体验，允许智能体自主规划并执行复杂的端到端软件任务。Gemini 3 在编码基准测试中也取得了优异成绩，显著提升了开发者效率。目前，普通用户和订阅用户已可通过 Gemini App 或搜索 AI 模式使用新模型；而企业客户和开发者则可通过 Google AI Studio、Vertex AI 等渠道接入。Alphabet CEO Sundar Pichai 回顾了 Gemini 过去两年的巨大用户增长，标志着 Google 在 AI 领域的全面反击。

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https://blog.google/products/gemini/gemini-3/-3

Grok 4.1静默发布：通用能力、情感智能全面超越竞争对手

埃隆·马斯克的公司 xAI 近日低调发布了其最新大型语言模型 Grok 4.1，并立即向所有用户推送。研究人员指出，Grok 4.1 在真实世界的可用性方面带来了显著提升，特别是在创造力、情感互动和协作交互方面表现出色。该模型被优化以更好地感知细微意图，在与用户的对话中更具吸引力，并保持了连贯的“人格”（Personality）。为实现这些进步，xAI 在支撑 Grok 4 的大规模强化学习基础设施（Large-scale Reinforcement Learning Infrastructure，通过与环境互动，让模型学习最佳行动策略的训练系统）上进行了进一步优化。更关键的是，研究人员开发了全新的方法，利用前沿的智能体式推理模型作为奖励模型，从而实现了大规模自主评估并迭代输出结果。在与此前的线上生产模型的对比评估中，Grok 4.1 获得了 64.78% 的用户偏好选择。

Grok 4.1 在多项行业基准测试中展现出卓越的通用能力，树立了新的标杆。在 LMArena 的 Text Arena 排行榜上，Grok 4.1 的推理模式（代号：quasarflux）以高 Elo 分数（Elo Score，衡量模型相对能力的评分系统）位居总榜首位；即使是无需使用思维代币的非推理模式（代号：tensor），也以微弱差距位居第二，超越了其他所有启用完整推理配置的模型。这标志着相比 Grok 4 此前第 33 名的排名实现了巨大飞跃。此外，Grok 4.1 在评估主动情绪智能的 EQ-Bench3 基准测试中同样占据了榜单的前两位，凸显其在情绪理解、同理心和人际交往技能方面的进展。在 Creative Writing v3 创意写作基准测试中，Grok 4.1 紧随早期版本的 GPT 5.1 之后，位居第二和第三。值得一提的是，xAI 在后训练过程中显著降低了模型的事实幻觉，在生产环境信息查询提示和 FActScore 公共基准测试中均观察到幻觉率的显著下降。

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https://x.ai/news/grok-4-1-rollout-november-114-2025

AI 驱动科学

AI辅助从头设计蛋白实现高精度线粒体DNA单碱基编辑

线粒体DNA突变可引发严重的遗传疾病，但现有的基因编辑工具常因精度不足产生副作用。西湖大学生命科学学院卢培龙团队和北京大学未来技术学院/核糖核酸北京研究中心汪阳明团队合作，利用人工智能辅助技术，成功研发出一种超高精度的线粒体DNA编辑器，实现了单碱基级别的定点修复。

现有的线粒体碱基编辑器常面临“旁观者编辑”（bystander editing）的困扰，即在修改目标碱基时误伤邻近碱基。研究团队引入了人工智能辅助的蛋白质从头设计策略，创造了一种名为 TALE-定向脱氨酶（TOD）的新型模块。该设计在能够结合DNA的TALE结构域与胞嘧啶脱氨酶（cytosine deaminase）之间构建了一个结构刚性的界面。通过冷冻电镜（Cryo-EM）分析，研究人员证实这种刚性结构能精确限定脱氨酶的活动范围，从而极大降低了非预期的编辑风险。基于此，团队进一步开发了名为 DdCBE–TOD 的编辑器，它几乎完全消除了脱靶效应。在概念验证实验中，该工具不仅帮助构建了线粒体疾病小鼠模型，还在患者来源的细胞中成功以单核苷酸精度修复了导致 MERRF综合征（MERRF syndrome，肌阵挛性癫痫伴破碎红纤维病）的致病突变。这项研究为治疗线粒体遗传病提供了强有力的精准工具。研究发表在 Nature Structural & Molecular Biology 上。

驱动科学

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Mi, Li, et al. “Computational Design of a High-Precision Mitochondrial DNA Cytosine Base Editor.” Nature Structural & Molecular Biology, Nov. 2025, pp. 1–12. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41594-025-01714-2

人工跨神经元模拟大脑皮层不同区域的神经元活动

为了突破当前人工智能硬件功能单一、能耗巨大的局限，并向类人智能迈进，来自拉夫堡大学的 Sergey E. Savel’ev 和 Alexander G. Balanov，联合索尔克研究所的 Sergei Gepshtein 以及南加州大学的 J. Joshua Yang 等研究人员组成的国际团队，成功研发出一种能够模拟大脑不同部分功能的人工神经元。这项研究旨在解决现有神经形态硬件无法复制生物大脑灵活性和随机性的难题，为开发更像人类的机器人提供了新的硬件基础。

▷用于制造人工跨神经元的电子芯片——这是一种微型电子电路，它通过产生微小的电脉冲来模拟脑细胞之间传递信号的方式。Credit: Loughborough University

研究团队开发了一种基于扩散忆阻器（diffusive memristors）的微型电子芯片，被称为“跨神经元”（transneuron）。这种器件利用纳米级的银原子簇（Ag clusters）在电极间形成微观桥接来产生电脉冲，通过物理变化“记忆”信号。为了验证其效能，团队将该器件的电脉冲响应与从清醒猕猴大脑三个关键区域（负责视觉处理的MT区、负责运动规划的PRR区和负责运动准备的PM区）记录的真实生物数据进行了对比。结果显示，无需软件控制，仅通过调整电压或温度等物理设置，单个跨神经元就能以70%至100%的准确率重现上述三个脑区截然不同的脉冲模式。此外，该器件还能区分同步和非同步信号，展示了类似大脑的计算能力。这一成果意味着未来仅需少量此类人工神经元即可构建复杂的类脑系统。研究发表在 Nature Communications 上。

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Midya, Rivu, et al. “Artificial Transneurons Emulate Neuronal Activity in Different Areas of Brain Cortex.” Nature Communications, vol. 16, no. 1, Aug. 2025, p. 7289. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-025-62151-9

基于深度学习增强型可穿戴传感器的抗噪声人机界面

在移动或动态环境中精准控制机器人一直是一项技术挑战，因为运动产生的噪声往往会干扰传感器信号。针对这一难题，加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的 Xiangjun Chen、Sheng Xu 和 Joseph Wang 等研究人员组成的团队，开发了一种结合柔性电子与人工智能的新一代可穿戴系统，成功实现了在剧烈运动环境下对机器的可靠控制。

▷这款可穿戴系统粘贴在布质臂带上。Credit: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

该研究设计了一种集成惯性测量单元（IMU）和肌电图（EMG）的柔软电子贴片，可贴附于皮肤或衣物上。为了解决运动伪影（motion artefacts）带来的信号失真问题，研究团队构建了一个包含跑步、震动及海浪运动等多种真实场景数据的复合数据集，并以此训练卷积神经网络（CNN）。该深度学习框架能够实时“清洗”传感器数据，剥离环境干扰，精准解读用户手势。此外，团队还采用了迁移学习=技术，使系统能快速适应不同用户的个体差异。

在验证阶段，受试者在跑步、承受高频振动，甚至在斯克里普斯海洋研究所的模拟器中模拟汹涌海况时，均能通过该设备精准操控机械臂。这是首个被证明能在广泛运动干扰下可靠工作的可穿戴人机界面，未来有望应用于康复辅助、工业远程操作及水下作业等领域。研究发表在 Nature Sensors 上。

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Chen, Xiangjun, et al. “A Noise-Tolerant Human–Machine Interface Based on Deep Learning-Enhanced Wearable Sensors.” Nature Sensors, Nov. 2025, pp. 1–13. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s44460-025-00001-3

震动取水：超声波技术实现大气水收集能效飞跃

全球淡水资源短缺对干旱地区构成了严峻挑战，而大气中蕴藏的水分提供了一种潜在的解决方案。然而，现有的大气水收集技术通常依赖热量来蒸发吸附材料中的水分，这一过程不仅耗时长，而且能耗巨大。为了解决这一瓶颈，麻省理工学院（MIT）的 Ikra Iftekhar Shuvo 和 Svetlana V. Boriskina 等研究人员组成团队，开发了一种利用超声波从空气中高效取水的新技术，彻底改变了传统的水分回收模式。

▷麻省理工学院的工程师设计了一种超声波系统，用于从大气集水器中“震出”水。该设计（照片中展示了两个原型）可以将收集到的水在几分钟内而不是几小时内回收。Credit: Ikra Iftekhar

研究团队设计了一种特殊的超声波致动器（ultrasonic actuator），其核心是一个在电压驱动下产生高频振动的压电陶瓷环。当吸附了水分的水凝胶（hydrogel）等材料被放置在装置上时，超声波的振动会精确破坏水分子与材料之间的弱键，将水分子像“跳舞”一样从材料中直接震出并汇聚成液滴。测试结果显示，该装置只需几分钟即可完成水分回收，而传统热力方法则需数小时。更重要的是，该技术的能效比传统热蒸发方法高出约45倍，其能耗甚至低于水的蒸发焓，突破了热力学极限。这一无需大量热能、可由小型太阳能电池驱动的高效系统，为解决全球水资源匮乏问题提供了极具前景的经济型方案。研究发表在 Nature Communications 上。

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Shuvo, Ikra Iftekhar, et al. “High-Efficiency Atmospheric Water Harvesting Enabled by Ultrasonic Extraction.” Nature Communications, vol. 16, no. 1, Nov. 2025, p. 9947. www.nature.com, https://doi.org/10.1038/s41467-025-65586-2

机器人辅助测试揭示中风幸存者隐匿的本体感觉缺陷

中风康复中，本体感觉（身体感知位置和运动的能力）常被忽视，仅有极少数临床医生对其进行评估，且传统的评估很难将感觉缺陷与运动缺陷区分开来。为了解决这一难题，特拉华大学（University of Delaware）的 Jennifer A. Semrau 和 Joanna E. Hoh 团队利用机器人技术，探索了如何在不依赖患者主动运动的情况下，精准识别中风后的感觉丧失。

▷特拉华大学生物力学与运动科学（BIOMS）博士生乔安娜·霍（Joanna Hoh）使用 KINARM 机器人外骨骼测试唐·刘易斯（Don Lewis）中风后手臂的感觉丧失情况。Credit: Ashley Barnas Larrimore/ University of Delaware

研究团队利用 KINARM 机器人外骨骼系统对39名中风患者和39名健康对照组进行了对比研究。他们采用了一种名为“运动辨别阈值”（MDT）的创新测试方法：由机器人被动地微小移动患者患侧的手臂，通过测量患者能察觉到的最小移动距离来评估其本体感觉，患者只需用健康一侧的手臂做出反应。结果显示，中风患者的感知阈值显著高于健康人。更重要的是，MDT测试结果与现有的本体感觉指标高度相关，但与运动控制能力无关。这意味着该方法成功地将感觉障碍从运动障碍中剥离出来，证实了即使患者运动功能受损，其感知能力的丧失也是独立存在的。这一发现为临床提供了一种无需患者移动患肢即可检测“隐形”感觉缺陷的精准工具，有助于制定更具针对性的个性化康复方案。研究发表在 Neurorehabilitation and Neural Repair 上。

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Hoh, Joanna E., et al. “Proprioceptive Thresholds Are Indicators of Upper Limb Perception After Stroke.” Neurorehabilitation and Neural Repair, vol. 39, no. 11, Nov. 2025, pp. 931–44. SAGE Journals, https://doi.org/10.1177/15459683251363245

多尺度生物打印动脉模型重现血管疾病中协同微环境相互作用

心血管疾病的复杂性长期困扰着医学界，缺乏能够真实模拟人体动脉微环境的实验模型是主要瓶颈。针对这一问题，浙江大学的 Zhou Hongzhao、Huayong Yang，西湖大学的 Shen Luqi 以及杭州师范大学的 Li Qi 等研究人员组成的团队，合作开发了一种全新的生物打印策略，成功构建了能够“生病”的人工动脉模型。该研究通过高度仿生的体外系统，重现了血管疾病中复杂的协同微环境相互作用，为心血管疾病机制解析及药物筛选提供了强有力的工具。

研究团队开发了按需挤出（Extrusion-on-demand, EoD）生物打印技术，制造出包含内膜、中膜和外膜三层结构的动脉模型。这些模型不仅在微观上具备天然血管的细胞层级，在宏观上还能定制成狭窄或动脉瘤等病理几何形状。研究人员在模型中引入了致病因子和振荡流（oscillatory flow），成功诱导出了内皮功能障碍（endothelial dysfunction）、免疫细胞浸润以及泡沫细胞形成等动脉粥样硬化的关键病理特征。实验发现，机械敏感通路如 Hippo/YAP 和 Wnt/β-catenin 在血流扰动诱导的炎症中起到了关键作用。此外，通过使用 NF-κB 抑制剂，研究证实了该模型对药物的响应与体内环境高度一致，验证了其在临床前药物测试中的价值。研究发表在 Cell Biomaterials 上。

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Li, Qi, et al. “Multiscale Bioprinted Arterial Models Recapitulate Synergistic Microenvironmental Interactions in Vascular Disease.” Cell Biomaterials, vol. 0, no. 0, Nov. 2025. www.cell.com, https://doi.org/10.1016/j.celbio.2025.100257

3D打印“果冻”电极：高舒适度脑机接口的新突破

脑机接口技术的发展长期受限于电极材料在舒适度与信号质量之间的权衡。为了打破这一瓶颈，北京理工大学的 Xinyu Wu、Haorui Ge 和 Binling Chen 等研究人员组成团队，通过结合材料科学与先进制造技术，成功开发出一种兼具高性能与高舒适度的3D打印水凝胶电极，为下一代柔性生物电子设备提供了创新的解决方案。

该研究团队研发了一种由聚乙烯醇、κ-卡拉胶和碳纳米管组成的复合水凝胶（PCC）。为了克服传统水凝胶机械强度低的问题，研究人员受螳螂虾（mantis shrimp）捕食足微观结构的启发，设计了独特的仿生分层螺旋结构，并利用3D打印技术精确制造。实验结果显示，这种“果冻”状的柔性电极在保持柔软舒适的同时，具备了优异的导电性和机械韧性。在脑机接口测试中，PCC电极的接触阻抗远低于传统干电极，捕获的脑电信号幅值与导电膏（湿电极）相当，解码准确率达到78.2%。此外，该材料还展现出极佳的应变传感性能，能够精准监测人体关节运动。这项实现了“材料设计-结构优化-增材制造”一体化的研究发表在 Journal of Colloid and Interface Science 上。

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Wu, Xinyu, et al. “Multi-Functional 3D Printed Hydrogel Electrodes for Brain-Computer Interfaces and Wearable Sensing.” Journal of Colloid and Interface Science, vol. 704, Feb. 2026, p. 139418. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.139418

大模型学会“心灵感应”：基于潜在思维沟通的多智能体协作新范式

语言虽然是人类协作的基石，但其模糊和线性的特质限制了信息的精准传递。为了突破这一局限，来自卡内基梅隆大学（CMU）、Meta AI 和穆罕默德·本·扎耶德人工智能大学（MBZUAI）的 Yujia Zheng, Zhuokai Zhao, Kun Zhang 等研究人员提出了一种全新的“思维沟通”范式。该团队致力于探索如何让多智能体系统跳过自然语言的表象，直接在“思维层”进行类似“心灵感应”的高效交互，从而实现超越人类水平的集体智能。

研究团队构建了首个针对多智能体系统的潜在思维可识别性理论，证明了在稀疏正则化（sparsity regularization）约束下，可以从智能体的隐藏状态中恢复出驱动决策的潜在思维。基于此，他们开发了通用框架 ThoughtComm，该框架包含思维抽取、路由和注入三个步骤，允许智能体自动区分并共享关键的思维变量，而非仅仅交换文本消息。在 MATH 和 GSM8K 等复杂推理任务上的实验显示，该方法显著提升了包括 Qwen3 和 Llama3 在内的多种模型的协作性能，其中 Qwen3 1.7B 在 MATH 任务上的准确率更是达到了 93.0%。这一研究证实，通过直接传递意图和推理结构的“思维流”，可以大幅提高多智能体协作的效率与稳定性。研究发表在 NeurIPS 上。

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Zheng, Yujia, et al. “Thought Communication in Multiagent Collaboration.” arXiv:2510.20733, arXiv, 23 Oct. 2025. arXiv.org, https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.20733

整理｜ChatGPT

编辑｜丹雀、存源

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