追問daily | 如何利用超聲波從空氣中取水？Cell：藥物如何重塑腸道菌群？Gemini 3重磅發布

█腦科學動態

Cell：藥物重塑腸道菌群：營養競爭是關鍵驅動力

赫布學習統一記憶與感知：單一神經網絡解釋相反的感知偏差

告別動物實驗：科學家研發首個全合成功能性人腦組織模型

聽音樂時眨眼也會“踩點”：聽覺與眼動系統的隱秘同步

青少年不同心理健康障礙具有相似的大腦結構變化

大腦的“推理引擎”：眶額皮層主導對環境隱藏狀態的推斷

抑郁癥兩副面孔：急性和慢性期大腦 VTA 區域呈現不同病理特征

腦深部電刺激治療難治性抑郁癥：中英團隊發現療效預測標志物

基因工程細菌在腸道持續合成左旋多巴以治療帕金森病

跨頻腦刺激顯著改善中風后偏盲患者的視力恢復

早期失明嬰兒大腦具有驚人適應性：高級視覺區域功能可恢復正常

█AI行業動態

細胞出版社2024中國年度論文揭曉：從高產出邁向高共享

Gemini 3重磅發布，全面超越GPT-5.1，定義多模態AI新標桿

Grok 4.1靜默發布：通用能力、情感智能全面超越競爭對手

█AI驅動科學

AI輔助從頭設計蛋白實現高精度線粒體DNA單堿基編輯

人工跨神經元模擬大腦皮層不同區域的神經元活動

基于深度學習增強型可穿戴傳感器的抗噪聲人機界面

震動取水：超聲波技術實現大氣水收集能效飛躍

機器人輔助測試揭示中風幸存者隱匿的本體感覺缺陷

多尺度生物打印動脈模型重現血管疾病中協同微環境相互作用

3D打印“果凍”電極：高舒適度腦機接口的新突破

大模型學會“心靈感應”：基于潛在思維溝通的多智能體協作新范式

腦科學動態

Cell：藥物重塑腸道菌群：營養競爭是關鍵驅動力

腸道微生物群的平衡對人體健康至關重要，但除抗生素外，其他藥物對這一生態系統的影響機制尚不明確。來自斯坦福大學的 Handuo Shi 和 KC Huang 等研究人員組成的團隊，深入探索了常用藥物如何通過生態學機制重塑腸道菌群。他們發現，藥物引起的微生物群落變化并非隨機，而是遵循可預測的生態規律，主要由微生物間的營養競爭所驅動。

?Credit: Cell (2025).

研究團隊利用來自9名捐贈者的樣本構建了體外微生物群落，并系統測試了707種臨床藥物。通過結合高通量篩選與代謝組分析，即檢測微生物產生和消耗的小分子混合物，他們發現141種藥物顯著改變了群落結構。研究揭示，這種重組的核心機制在于營養競爭：當藥物抑制了某些敏感細菌的生長時，它們原本消耗的營養物質被釋放出來，導致那些對藥物不敏感的競爭者因資源增加而大量繁殖。基于此發現，團隊開發了數據驅動的消費者-資源模型（consumer-resource model），這是一種能夠模擬物種與營養資源互動關系的計算模型。該模型成功預測了不同藥物處理下微生物群落的動態變化，證明了通過分析藥物敏感性和資源競爭格局，可以預判藥物對個體腸道健康的具體影響。研究發表在 Cell 上。

閱讀更多：

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

赫布學習統一記憶與感知：單一神經網絡解釋相反的感知偏差

感知記憶中長期存在“收縮”與“排斥”兩種看似矛盾的偏差，困擾學界多年。由國際高等研究院（SISSA）的 Sebastian Goldt 和 Mathew E. Diamond 領導，Francesca Sch?nsberg 擔任第一作者的研究團隊，聯合物理學與神經科學領域，通過構建統一模型證明這些偏差實則源于同一生物學機制。

?Credit: Neuron (2025).

研究團隊構建了一個遵循赫布可塑性（Hebbian plasticity，即“一起激發的神經元連在一起”）的循環神經網絡，并結合人類及嚙齒動物的實驗數據進行了驗證。研究涵蓋了工作記憶、參考記憶以及新設計的“單次回溯任務”。結果顯示，該模型無需針對特定任務微調，即可自然產生收縮偏差（向歷史均值偏移）和排斥偏差（遠離近期刺激）。關鍵發現在于，同一神經回路能通過持續的突觸適應編碼近期活動痕跡，而不同的行為表現僅僅取決于下游過程讀取網絡活動的方式不同。這表明，大腦無需在不同系統間切換，簡單的局部學習規則即可支撐多樣化的感知記憶。研究發表在 Neuron 上。

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Sch?nsberg, 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

告別動物實驗：科學家研發首個全合成功能性人腦組織模型

為了解決現有腦組織模型依賴動物源性材料且難以精確復制人腦環境的問題，加州大學河濱分校（University of California, Riverside）的 Iman Noshadi 和 Prince D. Okoro 等研究人員組成團隊，致力于開發一種完全合成的替代方案。他們希望創造出一種不含動物成分、結構穩定且能精確模擬大腦微環境的支架，以支持更可靠的神經疾病研究和藥物測試，這與FDA逐步淘汰動物實驗的趨勢相契合。

研究團隊結合溶劑轉移誘導相分離（STrIPS）、微流控和生物打印技術，利用一種常見的化學惰性聚合物——聚乙二醇（PEG），構建了名為“BIPORES”的3D支架系統。與傳統方法不同，該團隊將惰性的PEG重塑為具有雙連續微孔和負高斯曲率的復雜“迷宮”結構。這種獨特的物理拓撲結構代替了傳統的生物涂層，使人類神經干細胞在30秒內即可附著。在21天的培養中，細胞不僅在支架深處廣泛遷移和增殖，還成功分化為神經元和星形膠質細胞，構建了具有突觸活性的功能性神經網絡。這種全合成模型為阿爾茨海默病、中風等疾病的藥物篩選提供了更人道且精準的新工具。研究發表在 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

聽音樂時眨眼也會“踩點”：聽覺與眼動系統的隱秘同步

聽覺運動同步通常指人們隨著音樂節奏有意識地做出打拍子或點頭等動作，但非自主的微小身體行為是否也受節奏影響尚不明確。來自中國科學院的 Yiyang Wu、Xiangbin Teng 和 Yi Du 等研究人員，通過結合行為學與神經影像技術，發現了一種前所未知的同步形式：人類的自發性眨眼會不自覺地與音樂節拍保持一致，揭示了聽覺系統與眼動系統之間存在的隱秘聯系。

該研究招募了123名非音樂專業的年輕參與者，在他們聆聽西方古典音樂時進行眼動追蹤和腦電圖（EEG）記錄。研究發現，即便沒有收到任何運動指令，參與者的眨眼動作仍會與音樂節拍精確同步，且這種同步性主要取決于節奏結構而非旋律熟悉度，因為即便播放倒放的音樂，同步現象依然存在。通過彌散張量成像（DTI）分析，研究團隊發現這種同步能力的個體差異與左側上縱束（Superior Longitudinal Fasciculus）的白質微結構完整性密切相關，這不僅是一條連接大腦前后區域的關鍵感覺運動通路，也負責傳遞聽覺與運動信息。此外，更強的眨眼同步性對應著更好的動態聽覺注意力，表明這種微小的無意識動作實際上反映了大腦對環境節奏的主動追蹤與預測。研究發表在 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礙具有相似的大腦結構變化

青少年精神健康問題常被孤立研究，導致不同疾病間的共性生物學機制尚不明確。英國巴斯大學（University of Bath）的Sophie Townend博士與Graeme Fairchild教授，聯合伯明翰大學（University of Birmingham）的Stephane De Brito教授以及全球ENIGMA聯盟的科學家團隊，通過迄今為止規模最大的同類國際研究，揭示了不同精神疾病診斷下大腦結構的驚人相似性。

?跨診斷、共享和疾病特異性對表面積的影響。Credit: Biological Psychiatry (2025).

該研究利用ENIGMA聯盟的數據庫，對近9,000名4至21歲兒童和青少年的磁共振成像掃描數據進行了巨型分析（Mega-analysis）。研究涵蓋了四種最常見的青少年精神疾病：焦慮癥、抑郁癥、注意力缺陷多動障礙（ADHD）和品行障礙（Conduct Disorder）。研究人員重點分析了大腦皮層厚度、表面積（Surface Area）及皮層下體積。結果發現，無論具體診斷如何，這四種疾病的患者在大腦結構上都存在共同的改變，特別是負責情緒處理、威脅應對及身體狀態感知的關鍵區域（如島葉、內嗅皮層和杏仁核）表現出表面積減小或體積縮小。此外，雖然ADHD和品行障礙在男孩中更高發，而焦慮和抑郁在女孩中更多見，但研究顯示患有相同疾病的男孩和女孩在大腦結構變化上并無顯著性別差異。這一發現挑戰了傳統分類研究，為開發針對多種精神疾病共同生物學根源的“跨診斷”治療策略提供了重要依據。研究發表在 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

大腦的“推理引擎”：眶額皮層主導對環境隱藏狀態的推斷

動物如何在復雜多變的環境中不僅能對刺激做出反應，還能推斷出隱藏的信息以求生存？紐約大學的 Shannon S. Schiereck 和 Christine M. Constantinople 等研究人員組成團隊，結合行為學實驗與大規模神經記錄技術，發現大腦眶額皮層是幫助動物更新環境認知的關鍵“推理引擎”。

研究團隊設計了一項模仿經濟學“支付意愿”的任務，大鼠需通過支付“等待時間”來獲取水獎勵。實驗中設置了“低”、“高”及“混合”三種隱藏獎勵狀態（hidden reward states，即無法直接觀測到的環境潛在規則），大鼠需根據線索推斷當前所處的整體獎勵環境，從而決定為了某次特定的水獎勵等待多久。結果顯示，受過訓練的大鼠能根據推斷調整策略：在整體獎勵貧乏時，它們愿意為少量的水等待更久；而在獎勵豐富時，則會更快放棄低價值選項。然而，當研究人員抑制大鼠的眶額皮層時，它們雖然仍能根據過往經驗做出反應，卻失去了實時更新對隱藏狀態推斷的能力。對超過一萬個神經元的分析進一步證實，該腦區的神經動力學變化直接反映了大鼠對環境狀態的信念更新。研究發表在 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

抑郁癥兩副面孔：急性和慢性期大腦 VTA 區域呈現不同病理特征

抑郁癥與大腦炎癥密切相關，但不同病程背后的神經機制仍不明確，尤其是針對大腦獎賞中心腹側被蓋區（VTA）的研究較少。來自昆士蘭大學的 Sarah Khalife 和 Lena K.L. Oestreich 等研究人員，利用大規模影像數據，首次揭示了急性和慢性抑郁癥在 VTA 區域存在截然不同的病理生理機制。

?神經炎癥從健康狀態發展為急性炎癥和慢性炎癥的過程。Credit: Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging (2025).

研究團隊分析了英國生物銀行中 32,495 名參與者的數據，包括 3,807 名抑郁癥患者。通過彌散加權成像和定量磁化率成像，研究人員精準測量了 VTA 區域對炎癥和微結構敏感的指標。結果顯示，有抑郁癥病史的個體表現出較高的自由水（free water）和各向同性體積分數（isotropic volume fraction），這通常意味著細胞外炎癥過程的增加，屬于慢性特征。相反，當前嚴重的急性抑郁癥狀則與較高的細胞內體積分數（intracellular volume fraction）和取向離散指數（orientation dispersion index）相關，表明其主要涉及神經元內部的微觀結構改變，而非單純的細胞外炎癥。這一發現說明急性和慢性抑郁癥雖然癥狀重疊，但其生物學基礎不同，提示未來治療需根據疾病狀態進行精準干預。研究發表在 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

腦深部電刺激治療難治性抑郁癥：中英團隊發現療效預測標志物

難治性抑郁癥治療依然是全球性難題，深部腦刺激雖有希望但療效個體差異巨大。英國劍橋大學的 Valerie Voon、Linbin Wang 與中國上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院的 Bomin Sun 等人組成的跨國團隊，通過一項大規模臨床試驗，證實了特定腦區刺激的有效性，并成功識別出能夠預測治療效果的客觀腦電特征。

研究團隊對26名難治性抑郁癥患者實施了深部腦刺激（DBS）手術，電極被植入到負責情緒調節的終紋床核（BNST）和處理獎賞機制的伏隔核（nucleus accumbens）。結果顯示，50%的患者癥狀顯著改善，其中35%達到臨床緩解。研究利用高精度的顱內記錄發現，終紋床核中的Theta活動是關鍵生物標志物：該活動水平越高，患者焦慮感越強；而術前Theta活動較低的患者，術后改善效果更好。此外，終紋床核與前額葉皮層之間的信號同步性越高，也預示著預后越好。相反，對負面圖像表現出強烈心理反應的患者，治療獲益較少。這一發現不僅為篩選適合手術的患者提供了依據，也為未來開發能根據實時腦電反饋自動調整刺激強度的閉環系統奠定了基礎。研究發表在 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

基因工程細菌在腸道持續合成左旋多巴以治療帕金森病

帕金森病患者長期依賴左旋多巴片劑來緩解運動癥狀，但藥物濃度的波動常導致運動障礙等并發癥。佐治亞大學伊薩克森神經疾病研究中心的 Anumantha Kanthasamy 和 Piyush Padhi 聯合 Gregory Phillips 等研究人員組成的跨學科團隊，利用合成生物學技術研發出一種突破性的“活體藥物”。他們旨在通過工程化的益生菌，在患者腸道內建立一個微型制藥廠，實現藥物向大腦的穩定輸送。

研究團隊改造了在人類腸道治療中擁有百年安全記錄的大腸桿菌 Nissle 1917 菌株，使其能夠持續合成左旋多巴（L-DOPA）。在結合使用脫羧酶抑制劑（如芐絲肼）的情況下，這種名為 EcNL-DOPA 的工程細菌在健康小鼠、帕金森病模型小鼠以及犬類模型中均表現出優異的療效。實驗數據顯示，該療法成功維持了穩定的血漿左旋多巴濃度，消除了傳統口服給藥導致的脈沖式波動，并顯著提升了腦內的多巴胺水平。在帕金森病小鼠模型中，該療法有效改善了運動缺陷和抑郁樣行為，且在犬類實驗中證實了其安全性與良好的耐受性。這項研究為利用腸道微生物組治療慢性神經系統疾病奠定了基礎。研究發表在 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

跨頻腦刺激顯著改善中風后偏盲患者的視力恢復

中風常常導致患者出現偏盲，即喪失一半視野，嚴重影響日常生活，而現有的康復手段效果有限。瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的 Estelle Raffin 和 Friedhelm Hummel 等研究人員開發了一種創新的非侵入性腦刺激療法。該團隊基于大腦生理學原理，旨在通過外部刺激重新協調受損大腦區域之間的通信，從而幫助中風幸存者恢復視覺功能。

?結果圖表總結。Credit: Brain (2025).

該研究招募了16名患有偏盲的中風患者進行雙盲臨床試驗。研究團隊采用了一種名為跨頻經顱交流電刺激（cf-tACS）的技術，向患者的初級視覺皮層施加低頻 Alpha 波，同時向運動敏感區施加高頻 Gamma 波。這種刺激模式模擬了大腦處理視覺信息時自然的“自下而上”信號流。結合視覺訓練，結果顯示接受該特定模式刺激的患者視野顯著擴大，運動感知能力增強。腦電圖（EEG）和腦成像數據證實，治療成功重建了視覺區域間中斷的神經同步。有患者甚至報告在現實生活中重新看到了以前看不見的區域。研究發表在 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

早期失明嬰兒大腦具有驚人適應性：高級視覺區域功能可恢復正常

感覺經驗如何塑造大腦發育，尤其是視覺系統的構建，一直是神經科學的核心問題。來自比利時魯汶大學（UCLouvain）的 Stefania Mattioni 和 Olivier Collignon 等研究人員組成的國際團隊，針對一組罕見的先天性白內障復明個體進行了深入研究。他們發現，盡管早期視覺皮層會因嬰兒期的短暫失明受到永久性影響，但負責高級認知的大腦區域卻展現出驚人的適應能力。

研究團隊利用功能磁共振成像（fMRI）技術，對比了嬰兒期接受過白內障手術的成年人與視力正常人群的大腦活動。研究人員向受試者展示了面孔、身體、房屋、工具和文字等多類別圖像，并結合解碼技術和表征相似性分析（RSA）探究大腦皮層的反應。結果顯示，白內障復明者的早期視覺皮層（EVC）在處理輪廓、對比度等低級視覺細節時確實存在持久性損傷。然而，令人驚訝的是，下游的腹側枕顳皮層（VOTC）——負責識別面孔、物體和文字的高級區域——其功能幾乎未受影響，能夠正常進行類別編碼。為了驗證這一發現，團隊還訓練了深度神經網絡（DNN）模型，結果模型在輸入模糊圖像時也重現了類似的層級分離現象。這一發現挑戰了視覺發育存在單一“關鍵期”的傳統觀點，證明大腦某些區域在缺乏早期清晰視覺輸入的情況下，仍能通過適應性機制建立穩健的高級視覺表征。研究發表在 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 行業動態

細胞出版社2024中國年度論文揭曉：科研十年，從高產出邁向高共享

細胞出版社（Cell Press）近日發布了“2024 中國年度論文獎”，標志著這項評選活動步入第十年，同時也反映了中國研究力量在全球學術界地位的顯著提升。2024年，以中國機構為第一完成單位發表在細胞出版社旗下期刊的研究性論文總數達到創紀錄的2446篇，較上一年增長17.6%，約為2020年發文量的近四倍。在學科分布上，生命科學領域保持高位，而醫學領域的增長最為突出，其中《細胞報告醫學》（Cell Reports Medicine）期刊的中國論文數量首次突破100篇。此外，物質科學和交叉科學領域的發文量也穩中有進。為了表彰這些高質量成果，細胞出版社共評選出50篇“2024 中國年度論文”，涵蓋生命科學、物質科學、醫學、交叉學科以及可持續發展五個關鍵領域，綜合考量了編輯提名、第三方專家評審以及論文的下載引用量和創新性等多個維度。

這一階段性的成就揭示了中國科研正在從追求“高產出”向實現“高共享、高影響”轉變。數據顯示，2024年中國研究人員選擇以開放獲取形式發表的論文數量占總量的近四分之三，增幅達13%。尤其在混合型期刊（Hybrid Journal，提供傳統訂閱和開放獲取兩種選擇的期刊）上，OA 論文增幅高達72.5%，表明國內機構對開放出版理念的投入不斷加深。在地域分布方面，科研力量正從傳統中心向全國縱深拓展：北京仍居首位，但廣東以更高的增長量超過上海位列第二，同時貴州、河南等地也實現了發文量的成倍增長。國際合作方面，中國研究人員的合作網絡顯著拓寬，合作國家和地區數量增至76個，美國依然是合作最緊密的國家，這體現出中國科研正積極“融入”全球知識網絡。為進一步推動開放交流，細胞出版社宣布推出新的高質量開放獲取期刊Cell Press Blue，專注于發表跨學科的前沿創新性研究。

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

Gemini 3重磅發布，全面超越GPT-5.1，定義多模態AI新標桿

Google 近日正式發布了其新一代大語言模型 Gemini 3，將其定位為“通往 AGI的重要一步”，并強調它是當前世界上多模態理解能力最強、交互深度最高的智能體。該模型一經發布，便在多項基準測試中展現出SOTA級別的卓越性能，全面超越了包括 GPT-5.1 和 Claude Sonnet 4.5 在內的主要競爭對手。尤其在推理能力上，Gemini 3 Pro 以 1501 Elo 的高分登頂 LMArena Leaderboard，并在 Humanity’s Last Exam（人類終極考試）和 GPQA Diamond 等測試中取得博士級高分。同時，它在多模態推理上也刷新了上限，無論是在解析復雜的科學圖表還是理解動態視頻流方面均表現出色，且在事實準確性（SimpleQA Verified）上取得顯著進步。研究人員指出，Gemini 3 摒棄了傳統 AI 常見的奉承語氣，致力于成為一個聰明、簡潔且直接的“思維伙伴”。

Gemini 3 的進化不僅體現在跑分上，更在于其架構創新與生態布局。該模型引入了 Deep Think 模式，進一步提升了推理和多模態理解能力，并在 Humanity's Last Exam 和 GPQA Diamond 測試中超越了 Gemini 3 Pro 的表現。在模型結構方面，Gemini 3 采用了 MoE（混合專家模型，即Mixture-of-Experts，一種可以更經濟地擴展模型的架構）架構進行訓練。為了重塑開發者生態，Google 同步推出了全新的智能體開發平臺 Google Antigravity，旨在提供“智能體優先”（Agent-First）的開發體驗，允許智能體自主規劃并執行復雜的端到端軟件任務。Gemini 3 在編碼基準測試中也取得了優異成績，顯著提升了開發者效率。目前，普通用戶和訂閱用戶已可通過 Gemini App 或搜索 AI 模式使用新模型；而企業客戶和開發者則可通過 Google AI Studio、Vertex AI 等渠道接入。Alphabet CEO Sundar Pichai 回顧了 Gemini 過去兩年的巨大用戶增長，標志著 Google 在 AI 領域的全面反擊。

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

Grok 4.1靜默發布：通用能力、情感智能全面超越競爭對手

埃隆·馬斯克的公司 xAI 近日低調發布了其最新大型語言模型 Grok 4.1，并立即向所有用戶推送。研究人員指出，Grok 4.1 在真實世界的可用性方面帶來了顯著提升，特別是在創造力、情感互動和協作交互方面表現出色。該模型被優化以更好地感知細微意圖，在與用戶的對話中更具吸引力，并保持了連貫的“人格”（Personality）。為實現這些進步，xAI 在支撐 Grok 4 的大規模強化學習基礎設施（Large-scale Reinforcement Learning Infrastructure，通過與環境互動，讓模型學習最佳行動策略的訓練系統）上進行了進一步優化。更關鍵的是，研究人員開發了全新的方法，利用前沿的智能體式推理模型作為獎勵模型，從而實現了大規模自主評估并迭代輸出結果。在與此前的線上生產模型的對比評估中，Grok 4.1 獲得了 64.78% 的用戶偏好選擇。

Grok 4.1 在多項行業基準測試中展現出卓越的通用能力，樹立了新的標桿。在 LMArena 的 Text Arena 排行榜上，Grok 4.1 的推理模式（代號：quasarflux）以高 Elo 分數（Elo Score，衡量模型相對能力的評分系統）位居總榜首位；即使是無需使用思維代幣的非推理模式（代號：tensor），也以微弱差距位居第二，超越了其他所有啟用完整推理配置的模型。這標志著相比 Grok 4 此前第 33 名的排名實現了巨大飛躍。此外，Grok 4.1 在評估主動情緒智能的 EQ-Bench3 基準測試中同樣占據了榜單的前兩位，凸顯其在情緒理解、同理心和人際交往技能方面的進展。在 Creative Writing v3 創意寫作基準測試中，Grok 4.1 緊隨早期版本的 GPT 5.1 之后，位居第二和第三。值得一提的是，xAI 在后訓練過程中顯著降低了模型的事實幻覺，在生產環境信息查詢提示和 FActScore 公共基準測試中均觀察到幻覺率的顯著下降。

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

AI 驅動科學

AI輔助從頭設計蛋白實現高精度線粒體DNA單堿基編輯

線粒體DNA突變可引發嚴重的遺傳疾病，但現有的基因編輯工具常因精度不足產生副作用。西湖大學生命科學學院盧培龍團隊和北京大學未來技術學院/核糖核酸北京研究中心汪陽明團隊合作，利用人工智能輔助技術，成功研發出一種超高精度的線粒體DNA編輯器，實現了單堿基級別的定點修復。

現有的線粒體堿基編輯器常面臨“旁觀者編輯”（bystander editing）的困擾，即在修改目標堿基時誤傷鄰近堿基。研究團隊引入了人工智能輔助的蛋白質從頭設計策略，創造了一種名為 TALE-定向脫氨酶（TOD）的新型模塊。該設計在能夠結合DNA的TALE結構域與胞嘧啶脫氨酶（cytosine deaminase）之間構建了一個結構剛性的界面。通過冷凍電鏡（Cryo-EM）分析，研究人員證實這種剛性結構能精確限定脫氨酶的活動范圍，從而極大降低了非預期的編輯風險。基于此，團隊進一步開發了名為 DdCBE–TOD 的編輯器，它幾乎完全消除了脫靶效應。在概念驗證實驗中，該工具不僅幫助構建了線粒體疾病小鼠模型，還在患者來源的細胞中成功以單核苷酸精度修復了導致 MERRF綜合征（MERRF syndrome，肌陣攣性癲癇伴破碎紅纖維病）的致病突變。這項研究為治療線粒體遺傳病提供了強有力的精準工具。研究發表在 Nature Structural & Molecular Biology 上。

驅動科學

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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

人工跨神經元模擬大腦皮層不同區域的神經元活動

為了突破當前人工智能硬件功能單一、能耗巨大的局限，并向類人智能邁進，來自拉夫堡大學的 Sergey E. Savel’ev 和 Alexander G. Balanov，聯合索爾克研究所的 Sergei Gepshtein 以及南加州大學的 J. Joshua Yang 等研究人員組成的國際團隊，成功研發出一種能夠模擬大腦不同部分功能的人工神經元。這項研究旨在解決現有神經形態硬件無法復制生物大腦靈活性和隨機性的難題，為開發更像人類的機器人提供了新的硬件基礎。

?用于制造人工跨神經元的電子芯片——這是一種微型電子電路，它通過產生微小的電脈沖來模擬腦細胞之間傳遞信號的方式。Credit: Loughborough University

研究團隊開發了一種基于擴散憶阻器（diffusive memristors）的微型電子芯片，被稱為“跨神經元”（transneuron）。這種器件利用納米級的銀原子簇（Ag clusters）在電極間形成微觀橋接來產生電脈沖，通過物理變化“記憶”信號。為了驗證其效能，團隊將該器件的電脈沖響應與從清醒獼猴大腦三個關鍵區域（負責視覺處理的MT區、負責運動規劃的PRR區和負責運動準備的PM區）記錄的真實生物數據進行了對比。結果顯示，無需軟件控制，僅通過調整電壓或溫度等物理設置，單個跨神經元就能以70%至100%的準確率重現上述三個腦區截然不同的脈沖模式。此外，該器件還能區分同步和非同步信號，展示了類似大腦的計算能力。這一成果意味著未來僅需少量此類人工神經元即可構建復雜的類腦系統。研究發表在 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

基于深度學習增強型可穿戴傳感器的抗噪聲人機界面

在移動或動態環境中精準控制機器人一直是一項技術挑戰，因為運動產生的噪聲往往會干擾傳感器信號。針對這一難題，加州大學圣地亞哥分校（University of California San Diego）的 Xiangjun Chen、Sheng Xu 和 Joseph Wang 等研究人員組成的團隊，開發了一種結合柔性電子與人工智能的新一代可穿戴系統，成功實現了在劇烈運動環境下對機器的可靠控制。

?這款可穿戴系統粘貼在布質臂帶上。Credit: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

該研究設計了一種集成慣性測量單元（IMU）和肌電圖（EMG）的柔軟電子貼片，可貼附于皮膚或衣物上。為了解決運動偽影（motion artefacts）帶來的信號失真問題，研究團隊構建了一個包含跑步、震動及海浪運動等多種真實場景數據的復合數據集，并以此訓練卷積神經網絡（CNN）。該深度學習框架能夠實時“清洗”傳感器數據，剝離環境干擾，精準解讀用戶手勢。此外，團隊還采用了遷移學習=技術，使系統能快速適應不同用戶的個體差異。

在驗證階段，受試者在跑步、承受高頻振動，甚至在斯克里普斯海洋研究所的模擬器中模擬洶涌海況時，均能通過該設備精準操控機械臂。這是首個被證明能在廣泛運動干擾下可靠工作的可穿戴人機界面，未來有望應用于康復輔助、工業遠程操作及水下作業等領域。研究發表在 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

震動取水：超聲波技術實現大氣水收集能效飛躍

全球淡水資源短缺對干旱地區構成了嚴峻挑戰，而大氣中蘊藏的水分提供了一種潛在的解決方案。然而，現有的大氣水收集技術通常依賴熱量來蒸發吸附材料中的水分，這一過程不僅耗時長，而且能耗巨大。為了解決這一瓶頸，麻省理工學院（MIT）的 Ikra Iftekhar Shuvo 和 Svetlana V. Boriskina 等研究人員組成團隊，開發了一種利用超聲波從空氣中高效取水的新技術，徹底改變了傳統的水分回收模式。

?麻省理工學院的工程師設計了一種超聲波系統，用于從大氣集水器中“震出”水。該設計（照片中展示了兩個原型）可以將收集到的水在幾分鐘內而不是幾小時內回收。Credit: Ikra Iftekhar

研究團隊設計了一種特殊的超聲波致動器（ultrasonic actuator），其核心是一個在電壓驅動下產生高頻振動的壓電陶瓷環。當吸附了水分的水凝膠（hydrogel）等材料被放置在裝置上時，超聲波的振動會精確破壞水分子與材料之間的弱鍵，將水分子像“跳舞”一樣從材料中直接震出并匯聚成液滴。測試結果顯示，該裝置只需幾分鐘即可完成水分回收，而傳統熱力方法則需數小時。更重要的是，該技術的能效比傳統熱蒸發方法高出約45倍，其能耗甚至低于水的蒸發焓，突破了熱力學極限。這一無需大量熱能、可由小型太陽能電池驅動的高效系統，為解決全球水資源匱乏問題提供了極具前景的經濟型方案。研究發表在 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

機器人輔助測試揭示中風幸存者隱匿的本體感覺缺陷

中風康復中，本體感覺（身體感知位置和運動的能力）常被忽視，僅有極少數臨床醫生對其進行評估，且傳統的評估很難將感覺缺陷與運動缺陷區分開來。為了解決這一難題，特拉華大學（University of Delaware）的 Jennifer A. Semrau 和 Joanna E. Hoh 團隊利用機器人技術，探索了如何在不依賴患者主動運動的情況下，精準識別中風后的感覺喪失。

?特拉華大學生物力學與運動科學（BIOMS）博士生喬安娜·霍（Joanna Hoh）使用 KINARM 機器人外骨骼測試唐·劉易斯（Don Lewis）中風后手臂的感覺喪失情況。Credit: Ashley Barnas Larrimore/ University of Delaware

研究團隊利用 KINARM 機器人外骨骼系統對39名中風患者和39名健康對照組進行了對比研究。他們采用了一種名為“運動辨別閾值”（MDT）的創新測試方法：由機器人被動地微小移動患者患側的手臂，通過測量患者能察覺到的最小移動距離來評估其本體感覺，患者只需用健康一側的手臂做出反應。結果顯示，中風患者的感知閾值顯著高于健康人。更重要的是，MDT測試結果與現有的本體感覺指標高度相關，但與運動控制能力無關。這意味著該方法成功地將感覺障礙從運動障礙中剝離出來，證實了即使患者運動功能受損，其感知能力的喪失也是獨立存在的。這一發現為臨床提供了一種無需患者移動患肢即可檢測“隱形”感覺缺陷的精準工具，有助于制定更具針對性的個性化康復方案。研究發表在 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

多尺度生物打印動脈模型重現血管疾病中協同微環境相互作用

心血管疾病的復雜性長期困擾著醫學界，缺乏能夠真實模擬人體動脈微環境的實驗模型是主要瓶頸。針對這一問題，浙江大學的 Zhou Hongzhao、Huayong Yang，西湖大學的 Shen Luqi 以及杭州師范大學的 Li Qi 等研究人員組成的團隊，合作開發了一種全新的生物打印策略，成功構建了能夠“生病”的人工動脈模型。該研究通過高度仿生的體外系統，重現了血管疾病中復雜的協同微環境相互作用，為心血管疾病機制解析及藥物篩選提供了強有力的工具。

研究團隊開發了按需擠出（Extrusion-on-demand, EoD）生物打印技術，制造出包含內膜、中膜和外膜三層結構的動脈模型。這些模型不僅在微觀上具備天然血管的細胞層級，在宏觀上還能定制成狹窄或動脈瘤等病理幾何形狀。研究人員在模型中引入了致病因子和振蕩流（oscillatory flow），成功誘導出了內皮功能障礙（endothelial dysfunction）、免疫細胞浸潤以及泡沫細胞形成等動脈粥樣硬化的關鍵病理特征。實驗發現，機械敏感通路如 Hippo/YAP 和 Wnt/β-catenin 在血流擾動誘導的炎癥中起到了關鍵作用。此外，通過使用 NF-κB 抑制劑，研究證實了該模型對藥物的響應與體內環境高度一致，驗證了其在臨床前藥物測試中的價值。研究發表在 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“果凍”電極：高舒適度腦機接口的新突破

腦機接口技術的發展長期受限于電極材料在舒適度與信號質量之間的權衡。為了打破這一瓶頸，北京理工大學的 Xinyu Wu、Haorui Ge 和 Binling Chen 等研究人員組成團隊，通過結合材料科學與先進制造技術，成功開發出一種兼具高性能與高舒適度的3D打印水凝膠電極，為下一代柔性生物電子設備提供了創新的解決方案。

該研究團隊研發了一種由聚乙烯醇、κ-卡拉膠和碳納米管組成的復合水凝膠（PCC）。為了克服傳統水凝膠機械強度低的問題，研究人員受螳螂蝦（mantis shrimp）捕食足微觀結構的啟發，設計了獨特的仿生分層螺旋結構，并利用3D打印技術精確制造。實驗結果顯示，這種“果凍”狀的柔性電極在保持柔軟舒適的同時，具備了優異的導電性和機械韌性。在腦機接口測試中，PCC電極的接觸阻抗遠低于傳統干電極，捕獲的腦電信號幅值與導電膏（濕電極）相當，解碼準確率達到78.2%。此外，該材料還展現出極佳的應變傳感性能，能夠精準監測人體關節運動。這項實現了“材料設計-結構優化-增材制造”一體化的研究發表在 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

大模型學會“心靈感應”：基于潛在思維溝通的多智能體協作新范式

語言雖然是人類協作的基石，但其模糊和線性的特質限制了信息的精準傳遞。為了突破這一局限，來自卡內基梅隆大學（CMU）、Meta AI 和穆罕默德·本·扎耶德人工智能大學（MBZUAI）的 Yujia Zheng, Zhuokai Zhao, Kun Zhang 等研究人員提出了一種全新的“思維溝通”范式。該團隊致力于探索如何讓多智能體系統跳過自然語言的表象，直接在“思維層”進行類似“心靈感應”的高效交互，從而實現超越人類水平的集體智能。

研究團隊構建了首個針對多智能體系統的潛在思維可識別性理論，證明了在稀疏正則化（sparsity regularization）約束下，可以從智能體的隱藏狀態中恢復出驅動決策的潛在思維。基于此，他們開發了通用框架 ThoughtComm，該框架包含思維抽取、路由和注入三個步驟，允許智能體自動區分并共享關鍵的思維變量，而非僅僅交換文本消息。在 MATH 和 GSM8K 等復雜推理任務上的實驗顯示，該方法顯著提升了包括 Qwen3 和 Llama3 在內的多種模型的協作性能，其中 Qwen3 1.7B 在 MATH 任務上的準確率更是達到了 93.0%。這一研究證實，通過直接傳遞意圖和推理結構的“思維流”，可以大幅提高多智能體協作的效率與穩定性。研究發表在 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

編輯｜丹雀、存源

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