男女大脑有差异，差异何在？ | 科技周览

整理 | 周舒义、平生

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剥胶带时的刺耳声音从何而来？牛顿争执不下的“接吻”难题，AI给出答案间歇性禁食对减肥作用不大血液检测有望预测阿尔茨海默病何时找上门男女大脑有差异，差异何在？“通用”疫苗可同时对抗多种病原体

剥胶带时的刺耳声音从何而来？

拉开胶带卷时，通常会听到一种独特的刺耳“滋啦”声。现在，科学家们终于揭开了其中的确切机制：胶带黏胶层内部会产生一连串微小裂纹，它们在蔓延至胶带边缘时释放冲击波，形成我们听到的刺耳声音。相关论文近日发表于 Physical Review E。

也许你已经注意到，当从胶带卷上撕下胶带时，它往往会顺畅地滑脱一小段，然后时不时出现卡顿。此前研究表明，即使表面上看起来剥离得比较顺滑，这种交替“卡住（粘滞）”然后再“突然松开（滑脱）”的过程依然会在微观尺度下不断发生。在胶带克服粘滞后滑脱（撕开）的瞬间，黏胶层内部会从一侧边缘生成微小的、肉眼难以察觉的裂纹，然后沿着胶带的横向迅速蔓延。

阿卜杜拉国王科技大学的物理学家Sigurdur Thoroddsen等人猜测，声音是在裂纹蔓延的过程中，由快速移动的裂纹前端产生的。为此他们设计实验，捕捉在撕开胶带时生成的裂纹以及周围空气中的冲击波。

他们用力拉扯固定在厚玻璃板上的透明胶带，使用一台从玻璃板底部向上看的高速摄像机，录制了在剥离胶带时黏胶层裂纹的形成过程。同时，另一台以每秒200万帧进行记录的超高速摄像机通过探测空气密度的变化来寻找冲击波。

实验结果显示，在裂纹形成并横穿整个胶带的过程中，并没有在空气中检测到任何冲击波，因此这一过程并不会发出声音，直接否定了研究人员最初的假设。然而，在裂纹横穿胶带、到达另一侧边缘时，却释放出了一连串尖锐的冲击波。靠近裂纹终点的麦克风更早探测到声脉冲，进一步证实了上述观测。

分析表明，裂纹以超音速蔓延，是发出尖锐声音的关键。裂纹形成时，周围空气会涌入填补空隙，但空隙蔓延太快，来不及被即时填满，于是形成低压空腔。当裂纹到达胶带边缘时，这些低压空腔骤然与外界打通，空气迅速、猛烈地灌入，激发强烈空气振动，从而释放冲击波。你可以把它想象成打破真空玻璃罐瞬间发出的急促漏气声，只不过在撕胶带时，这种微小“内爆”是以极快速度和极高频率连续发生的。

研究人员指出，更好理解胶带剥离的力学原理和声学特性，有助于制造出更静音的胶带。虽然对大多数人来说，剥胶带的噪音可能只是小小插曲，但对运输和包装行业的工人来说，这却是一个挥之不去的困扰。

相关论文：https://doi.org/10.1103/p19h-9ysx

牛顿争执不下的“接吻”难题，AI给出答案

1694年，牛顿和大卫·格雷戈里在剑桥为了一个“接吻”难题争执不下：最多可以有多少个相同大小的球体，能够同时与一个同样大小的中心球体相接触（即“亲吻”），且这些外围球体互不重叠？这就是三维空间的“亲吻数问题”（KNP）。

牛顿认为答案是12，格雷戈里则认为可能是13。牛顿的直觉是正确的，但要用严格的数学证明“第13个球绝对塞不进去”极其困难，因为12个球在中心球表面可以自由滑动，情况非常复杂。直到两百多年后的1953年，数学家Kurt Schütte和B. L. van der Waerden才给出了三维亲吻数为12的第一个严格数学证明。著名数学家保罗·埃尔德什曾写道，离散几何或许就始于这场著名的“12对13”之争。

然而，我们目前只在少数几个特定维度（1、2、3、4、8、24维）上知道确切答案。数学家奥列格·穆辛在2003年证明，4维空间的亲吻数是24，而24维空间的亲吻数196560在1979年得到证明。2022年，数学家玛丽娜·维亚佐夫斯卡（Marina Viazovska）因对8维与24维球体堆积最优解的严格证明而获得菲尔兹奖。当维度升高，亲吻数的计算难度也呈指数级上升。过去50年，亲吻数构造仅有7次实质性进展，而且每次依赖完全不同的方法，难以迁移与复用。

近日，上海科学智能研究院与北京大学、复旦大学的联合研究团队设计了一个名为PackingStar的强化学习系统，在12、13、14、17、20、21、25–31维等多个维度刷新了亲吻数与广义亲吻数纪录。并发现了大量规则但不对称的、数学家难以构造但却可以理解和推广的几何构型。需要注意的是，PackingStar无法为新构型提供数学证明，因此需要人工来验证结果。

研究团队将高维几何问题转化为余弦矩阵填充问题，在多智能体协作框架下探索远超人类直觉的复杂空间。系统由填充智能体（Player 1）与修剪智能体（Player 2）协同博弈，在“生成—筛选—优化”的循环中持续逼近最优结构。其中，填充智能体负责快速生成结构的初步形态，并通过学习不断优化生成策略，它类似AlphaGo在围棋游戏中下棋，不断填充矩阵，在巨大的构型空间中寻找球体的排列方式。修剪智能体则对填充后矩阵对应的结构进行几何分析，学习如何识别并去除不够合理的球体排列。然后将矩阵交由填充智能体重新填充，反复打磨结构。通过“填充—修剪—解构—再填充”的循环机制，系统有效压缩搜索空间，降低高维探索难度。

成果层面，PackingStar在25—31维全部刷新了人类已知下界纪录，这些记录的正确性已经得到了美国麻省理工学院的亨利·科恩（Henry Cohn）教授等人的独立验证。研究团队进一步研究了“广义接吻数”，即同时和多个相切中心球亲吻的球的最大数目。PackingStar打破14维与17维“两球亲吻数”纪录；打破12维、20维、21维“三球亲吻数”纪录；在13维发现优于1971年以来所有有理结构的新构型；在多个维度中发现6000余个新结构。

研究人员表示，在亲吻数问题的三百年历史中，这样的跨维度连续推进非常罕见。此前每一次改进几乎都是孤立突破，依赖完全不同的数学技巧，难以迁移。而PackingStar在多个维度同步推进，揭示出不同维度之间潜藏的结构关联，使构型不再彼此封闭，而形成可迁移、可比较、可演化的几何网络。

虽然听起来像个纯粹的理论脑力游戏，但多维球体填充问题在现代科技中有非常核心的应用。在数字通信（如5G网络、深空卫星传输、硬盘存储）中，我们需要在充满噪声的信道中传输信号。数学家将信号映射为高维空间中的“球体”。亲吻数决定了我们能在空间中紧凑地放置多少个信号（传输效率），而球互不重叠的特性保证了信号之间的区分度（抗干扰和纠错能力）。亲吻数问题还可以帮助材料学家理解晶体结构以及原子、分子的最密堆积方式。此外，8 维和 24 维的特殊晶格结构在弦论和高维量子物理中扮演着基础性的角色。

相关论文：https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.13391

间歇性禁食对减肥作用不大

一项大型研究综述表明，间歇性禁食在减重方面的效果并不优于传统节食方法，且相较于完全不节食，其效果也好得有限。

间歇性禁食是一种进食模式，在“禁食期”和“进食期”之间循环。与传统节食不同，它并不严格规定你吃什么，而是重点关注你什么时候吃。典型的间歇性禁食方法如16/8禁食法（每天禁食16小时，将所有的进食时间集中在剩下的8小时内）、5:2轻断食法等。近年来在社交媒体推动下，关于间歇性禁食能快速减肥和带来代谢益处的说法流传甚广。

然而科学证据表明，其实际效果与网络炒作存在明显落差。研究人员分析了22项临床试验的数据，这些试验涵盖了来自北美、欧洲、中国、澳大利亚和南美的1995名成年人。试验考察了多种形式的间歇性禁食，包括隔日禁食、周期性禁食和限时进食。评估将间歇性禁食与传统的饮食建议以及无干预措施进行了对比。结果显示，与标准饮食建议或不采取措施相比，间歇性禁食似乎并没有对体重减轻产生具有临床意义的影响。人们通过间歇性禁食仅减掉了约3%的体重，低于被认为具有临床意义的5%。除了对减肥的微弱益处外，研究人员没有发现强有力的证据表明间歇性禁食比其他饮食方式更能改善人们的生活质量。

研究主要作者、阿根廷布宜诺斯艾利斯意大利医院的Luis Garegnani表示，对于试图减肥的超重成年人来说，间歇性禁食似乎不起作用。不过他也强调，当前科学证据的局限性很大，许多研究周期短、质量不高，因此很难就其潜在益处得出确切结论。Garegnani补充说，令人惊讶的是，此次回顾的22项研究中没有一项询问人们对间歇性禁食的满意度。

“如果人们感觉间歇性禁食效果更好，我不会阻止他们，但这项研究以及该领域的其他研究都清楚地表明，除了可能适度减轻体重之外，没有强有力的证据表明这种方案具有其他积极作用，”柏林夏里特医院健康研究所的Maik Pietzner说。“我们的身体是在食物持续匮乏的环境下进化而来的，能够很好地应对长时间的食物短缺，但这并不意味着这些进化遗留机制一定能改善我们的身体机能。”

相关论文：https://dx.doi.org/10.1002/14651858.CD015610.pub2

血液检测有望预测阿尔茨海默病何时找上门

2月19日发表于Nature Medicine的一项研究表明，简单的血液检测可能作为一种“分子时钟”，不仅能预测人们是否会患上阿尔茨海默病（AD），还能预测其症状何时开始出现。如果这项检测方法在大规模研究中得到验证，它有望为AD的早期干预提供途径。

阿尔茨海默病患者的大脑中会积累异常tau蛋白，这些蛋白会形成缠结的纤维，破坏大脑神经细胞间的通讯。科学界普遍认为，虽然淀粉样蛋白斑块可能是AD早期的触发因素之一，但tau蛋白形成的神经原纤维缠结与患者认知能力下降的严重程度和疾病进展有着更直接、更密切的相关性。长期以来，医疗人员会使用脑部成像来检测缠结tau蛋白，但这些成像技术通常既繁琐又昂贵。

异常的tau蛋白会形成缠结的纤维，并在阿尔茨海默病患者的大脑中积聚（左侧脑切片）。右侧为未患阿尔茨海默病的大脑。Credit: Alfred Pasieka/Science Photo Library

在新研究中，华盛顿大学医学院的神经学家Suzanne Schindler及其研究团队将目光锁定在了一种名为p-tau217的特定异常tau蛋白上。研究团队分析了两项大型AD研究中600名老年人的血液检测和认知评估数据。他们发现，远在患者的认知症状开始发作之前，血液中p-tau217与非磷酸化tau蛋白的比值就开始呈现上升趋势。例如，在60岁时血浆p-tau217转为阳性的参与者，距离症状出现的中位时间长达20.5年；即使是在80岁时转为阳性，距离症状出现的中位时间也有11.4年。Schindler指出，p-tau217增加的速率在不同个体之间表现出了惊人的一致性。

基于上述发现，研究团队成功设计出了一个结合年龄和p-tau217指标的数据模型，该模型能够估算阿尔茨海默病症状出现的时间，误差范围在三到四年之内。

Schindler表示，未来研究团队希望通过加入其他与AD相关的蛋白质或其他异常tau蛋白的数据来改进他们的“分子时钟”，从而缩小误差范围。不过，该研究目前仅处于概念验证阶段，Schindler认为在进行更多研究之前，人们不应该自行尝试。“就目前而言，我们不建议任何认知功能正常的个体进行任何阿尔茨海默病生物标志物检测。”

已有两项大型临床试验正在进行，旨在确定体内含有高比例异常tau蛋白的人群是否能在症状显现前，从现有的AD药物治疗中获益。美国明尼阿波利斯退伍军人事务医疗系统的医生Howard Fink表示，鉴于目前临床上缺乏早期治疗方案，也没有真正的特效药，这种阿尔茨海默病预测“时钟”对普通民众的意义有限。

相关论文：https://doi.org/10.1038%2Fs41591-026-04206-y

男女大脑有差异，差异何在？

一项基于脑成像数据的新研究指出，男女大脑连接模式的差异，在儿童早期并不明显，但在青春期会迅速扩大；其中部分差异还会在成年阶段随年龄增长而继续加深。不过也有学者提醒，现有证据难以区分这些差异究竟来自生物学性别因素，还是来自社会性别角色与环境经历的长期影响。相关论文以预印本形式发布在bioRxiv，未经过同行评审。

这项研究分析了1286名年龄在8—100岁之间参与者的功能磁共振成像（fMRI）数据，男女各约占一半。需要注意的是，这些扫描并非长期追踪同一批人的纵向研究，而是不同年龄段个体的“横截面快照”。

为从复杂网络中提取模式，团队使用了名为“Krakencoder”的人工智能工具，分别分析两类连接：一类是反映脑区之间“物理连线”的结构连接（如轴突通路），另一类是反映脑区之间活动同步性的功能连接。

研究显示，与性别相关的连接差异在生命早期较小，但在青春期出现明显跃升；此后，部分差异会在成年阶段继续扩大。功能连接差异主要出现在更高阶的脑网络中，这些网络往往需要整合多个脑区的信息，参与注意、决策与意识等功能；结构连接差异则主要集中在低级网络（负责处理感官收集到的信息），这种物理结构的差异在中年时达到顶峰，表现出随年龄进一步分化的趋势。

在具体的脑区表现上，男女有着不同的强化方向。整个生命周期中，女性在“默认模式网络”区域之间的功能连接往往比男性更强，这个网络主要负责处理高级别的大脑运作过程。男性则偏重于小脑左右半球（负责运动控制）之间的功能连接，小脑每个半球内部的结构连接也更强。（注意这里说的是统计平均趋势，不是“每个女性/男性都更强”。）

上述发现可能与现实中的健康差异高度相关。例如，女性患焦虑或抑郁症的可能性大约是男性的2倍，而男孩被诊断为自闭症谱系障碍的概率则是女孩的大约4倍。来自剑桥大学的认知神经科学家Yumnah Khan表示，一个有趣之处在于，研究中性别差异出现和扩大的时间线，似乎与人一生中性激素水平变化的时间线存在某种对应关系。尤其是高级网络的功能性差异在45-55岁期间达到最大分化，该时间段恰好与女性典型的绝经期（51-52岁）重合 。

然而，科学界对于这些差异究竟是由纯粹的生理差异引起，还是由社会文化塑造的性别角色所致，仍存在激烈争议。罗莎琳德·富兰克林医学与科学大学的神经科学家Lise Eliot指出，女性抑郁和焦虑患病率较高可能与社会经济结果、性暴力和身体羞辱有关，这些因素都很可能促成大脑的变化。她强调，生理性别只是导致健康差异的其中一个因素。

特拉维夫大学的神经科学家Daphna Joel提出，人类的大脑并不能被简单地划分为“女性”和“男性”两个截然不同的类别。她认为这项研究中发现的差异可能更多反映了教育、父母对待方式、体力活动或社会压力的不同，而非纯粹的生物学影响。

相关论文：https://doi.org/10.64898/2026.01.30.702608

“通用”疫苗可同时对抗多种病原体

2月19日发表在Science上的一项研究中，研究者给小鼠接种一种“通用疫苗”，成功实现了广谱保护效果，使小鼠在数月内免受包括SARS-CoV-2病毒在内的多种呼吸道病原体感染。

在小鼠实验中，含有免疫刺激化合物的鼻喷雾剂能够有效抑制金黄色葡萄球菌（医院常见感染病原体）的生长。| DENNIS KUNKEL MICROSCOPY/SCIENCE SOURCE

普通疫苗通过递送来自特定病原体的分子或分子片段（抗原）来诱导机体产生针对该病原体的免疫反应。这种防御通常是“一对一”的，比如针对乙肝的疫苗只能预防乙肝，对腮腺炎无效。但某些疫苗似乎具备交叉保护作用。例如卡介苗（BCG）原本专门用于预防结核病，但有证据表明它能提供“跨界”保护，同时增强人体对流感、COVID-19和黄热病等其他病毒感染的抵抗力。

斯坦福大学免疫学家 Bali Pulendran 及其团队此前的研究表明，这种交叉保护作用需要免疫系统的两个分支共同参与：迅速发起反击的先天免疫系统，以及提供长期特异性免疫的适应性免疫系统。基于上述发现，研究团队设计了一个“三组分配方”，其中不含任何病原体来源的抗原，但仍能同时调动先天与适应性免疫：两种成分为佐剂（用于激活先天免疫细胞的病原体识别通路），第三种成分为卵清蛋白（来自蛋清，可刺激T细胞）。

研究人员将“通用疫苗”溶液喷入小鼠鼻腔，随后让小鼠暴露于非致死剂量的 SARS-CoV-2病毒。结果显示，对照组在3天内体重下降约10%；而接受疫苗喷雾的小鼠几乎没有体重下降，肺部炎症和组织损伤也更轻。这种疫苗喷雾还被证明对其他可感染小鼠的冠状病毒以及两种细菌有效，其中包括医院感染常见的金黄色葡萄球菌。疫苗提供的保护期至少长达3个月。

研究团队进一步分析了“通用疫苗”的作用机制。发现它会激活一群T细胞，进而刺激先天免疫细胞进入高度“警戒状态”。肺部的巨噬细胞是发挥抗击病原体作用的关键。它们能吞噬细菌，并且摧毁被病毒感染的体细胞以阻止病毒复制。巨噬细胞还会收集抗原并呈递给T细胞，帮助动员适应性免疫系统。接种“通用疫苗”的小鼠，其肺部巨噬细胞在这三项功能上都表现得更加活跃。

下一步，Pulendran 及其同事希望在人类身上测试该方法的改良版本，他们计划用 SARS-CoV-2 抗原蛋白替换配方中的卵清蛋白。如果安全性试验顺利，团队计划让健康志愿者受控暴露于流感病毒，以确定这种疫苗是否能预防流感。

不过西奈山伊坎医学院的疫苗学家Florian Krammer提醒说，由于人类每天会吸入大量细菌和病毒，可能已经触发了广泛的保护反应，因此这种喷雾带来的提升空间可能有限。

相关论文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea1260

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