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7月18日外媒科学网站摘要:赖床不是你的错,是大脑在走流程

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7月18日(星期五)消息,国外知名科学网站的主要内容如下:

《自然》网站(www.nature.com)

为什么醒来时总犯困?神经科学揭示“赖床”的根源

一项针对1000多次睡眠唤醒的研究揭示了大脑从睡眠过渡到清醒的精确活动模式,这一发现可能有助于缓解“睡眠惰性(俗称“赖床”)”,即人们醒来时的昏沉状态。

研究发现,当人从充满梦境的快速眼动(REM)睡眠中醒来时,大脑前部与执行功能和决策相关的区域会率先激活,随后清醒波向后扩散,最终到达与视觉相关的后部区域。神经科学家指出,这一过程表明“醒来并非入睡的简单逆向,而是一种从前到后的有序激活”。相比之下,入睡过程更为渐进且非线性。

研究由荷兰阿姆斯特丹神经科学研究所的团队主导,他们通过256个头皮传感器记录了20名参与者的脑电活动。结果显示,从REM睡眠中醒来时,神经活动呈现明确的前后扩散模式;而从非REM睡眠中醒来时,激活首先出现在大脑深处的中央区域,随后才遵循前后扩散路径。这种差异可能解释了为何从非REM睡眠中醒来时昏睡感较轻。

完全清醒的大脑会表现出独特的电活动模式,呈现为密集的锯齿状波形。REM睡眠时波形类似,但伴随骨骼肌活动的抑制;而非REM睡眠时,脑电波峰值更高。传统成像技术难以捕捉这些模式的精确时间变化,但高密度传感器结合数学建模实现了秒级精度的分析。

该研究发表于《当代生物学》(CURRENT BIOLOGY)期刊,或为睡眠障碍治疗提供新思路。研究人员认为,明确正常唤醒的脑活动特征,有助于识别异常唤醒模式,例如失眠患者的醒来过程可能存在问题。这一发现或将成为探索睡眠障碍治疗的全新方向。

《科学通讯》网站(www.sciencenews.org)

从恐龙温室到人类危机:地球温度史的生死启示

地球的气候历史在冰与火之间不断交替。目前人类所处的冰河期(两极存在冰盖)在地球45亿年历史中实属罕见,更多时候,地球是一个无冰的温暖世界。

6600万年前的白垩纪,全球平均温度达36°C,极地海水温度高达27°C,恐龙在温暖的环境中繁衍生息。然而,并非所有温暖时期都如此宜居——2.7亿年前的二叠纪末期,超级火山喷发导致全球温度骤升10°C,引发地球史上最严重的大灭绝事件,95%的海洋生物和70%的陆地生物消失。

地球的温度调节依赖于“碳循环”:二氧化碳通过化学风化被岩石吸收,再通过火山活动重新释放。这一机制使地球长期保持相对稳定的气候,但也曾多次失控。24-21亿年前,地球经历“雪球地球”事件,冰盖覆盖整个星球,温度低至-50°C。科学家推测,这可能是由于光合微生物消耗甲烷(当时的主要温室气体),导致全球降温失控。 而2.52亿年前的二叠纪末,西伯利亚火山喷发一百万年,二氧化碳使气温骤升10°C,导致95%海洋物种灭绝——史密森尼学会称此为“最严重大灭绝”。

工业革命以来,人类活动迅速改变地球气候。大气二氧化碳浓度已从280ppm升至426ppm,全球平均温度升高了1.47°C。。若排放持续,2100年可能达到600-1000ppm,升温4°C。类似情况曾出现在5500万年前的“古新世-始新世极热事件”(PETM),当时全球温度比现在高5-8°C,生态系统发生了剧烈重组。

未来,地球的“碳恒温器”终将失效。约5亿年后,二氧化碳浓度可能跌破植物生存阈值;10亿年后,随着太阳变亮,地球将进入不可逆的极端高温期,生命将面临严峻挑战。

人类正将地球推向未知领域,但历史表明,地球终将恢复——只是未必会留下人类文明的痕迹。

《每日科学》网站(www.sciencedaily.com)

晶体破碎后反而更坚固?科学家利用数学破解晶体缺陷之谜

晶体因其结构的美丽与优雅而广受关注,但实际晶体往往存在微观缺陷,如原子缺失或键位错乱。这些缺陷虽看似不完美,却能显著影响材料的力学性能,甚至增强其强度。日本大阪大学的研究团队近期在英国《皇家学会开放科学》(Royal Society Open Science)发表论文,利用微分几何理论,为晶体缺陷的力学行为提供了统一而严谨的数学描述。

理想晶体中,原子排列呈现完美的周期性,但真实晶体常包含位错(平移对称性破坏)和向错(旋转对称性破坏)等缺陷。传统模型难以统一描述这些缺陷的差异,而微分几何的引入解决了这一难题。研究团队采用黎曼-嘉当流形的数学框架,成功刻画了缺陷的拓扑特性,并严格证明了位错与向错之间的关系。此前,这些关系仅基于经验观察,缺乏理论支撑。此外,研究还推导出这些缺陷所致应力场的解析表达式,为材料力学分析提供了新工具。

这一理论突破不仅深化了对晶体缺陷的理解,还可能推动新型材料的设计。例如,向错的存在可增强材料强度,未来或可通过调控缺陷结构优化材料性能。研究展现了数学工具在揭示自然规律中的强大作用,再次印证了自然科学与数学的紧密联系。

《赛特科技日报》网站(https://scitechdaily.com)

磁性操控进入原子时代,未来设备更小更快更智能

近日,科学家在超薄材料磁性调控领域取得重大突破。这项研究以原子级厚度的半导体材料CrPS₄为核心,通过精确调控其磁性特性,为未来高效、紧凑的磁学技术开辟了新路径。

磁性在数字存储中至关重要,但传统材料中的“交换偏置”现象因受限于层间缺陷界面而难以调控。来自英国爱丁堡大学、美国波士顿学院和美国宾汉姆顿大学的研究团队发现,CrPS₄无需堆叠即可在其内部实现磁性控制。该材料的原子层因厚度差异自然形成不同磁特性区域,其边界可形成完美界面,为研究提供了理想平台。

研究采用氮-空位(NV)中心磁力计技术,利用金刚石传感器对微小磁场进行高精度成像。结果显示,通过调整CrPS₄的原子层排列,可像开关一样可逆地控制交换偏置效应。这一方法不仅解决了材料科学中的长期难题,还为新型磁学器件奠定了技术基础。

该突破有望推动超紧凑存储芯片、可重构传感器、及量子计算设备的研发。CrPS₄在空气中稳定且易于操作,兼具实验室研究与实际应用潜力。研究团队指出,这项成果为原子尺度磁性的理解和设计提供了全新工具,标志着磁学技术迈入新阶段。(刘春)

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