这周在翻最近的Science的文章，发现上周出了一期介绍了2014年几个breakthrough，看了看发现都挺有意思的，有几个我比较关心，在这做一点介绍。

返老还童的老鼠

这是一个比较有趣的实验，研究者把年轻老鼠和年老老鼠的血液循环系统连接到了一起，发现老年老鼠的大脑和肌肉系统竟然变得更有活力。这种实验技术可能有些不太令人舒服，但它并不古老，一百多年前就有人用过。比起巴普洛夫的切开胃的狗，循环系统连在一起的老鼠可能并不显得更残忍。这个新发现对应的是两篇工作 [1] 和[2]. 两篇文章侧重点有所不一，一篇指出年轻老鼠血液中的GDF11可以帮助衰老损伤后的肌肉细胞（主要是satellite cell）增加修复能力，而之前人们发现GDF11可以帮助修复心血管系统。另外一篇工作指出年轻老鼠的血液可以增进老年老鼠的脑部功能。

关于这个发现，目前已经被用在衰老相关疾病的临床试验中，在首批试验中，18个阿尔茨海默患者被挑选出来定期接受青年捐赠者的血浆。这似乎能让我们想起原来一些比较荒诞的吸血鬼的传说，年轻的血液可以让人保持年轻，没准这句话还有些道理。

更像大脑的芯片

从冯诺依曼提出计算机架构到今天，已经将近70年了。尽管技术已经有了突飞猛进的进步，我们使用的电脑的架构仍然没有大的变化，甚至一些机械结构部件仍然留存在电脑里。比如使用曼彻斯特结构的硬盘，虽然磁盘的数据密度增大了几个量级，其读取方式仍然和古老的唱片机一样：用一个探头在飞速旋转的碟片上读取。冯诺依曼结构的计算机在处理规则十分清晰的运算任务，尤其是逻辑运算时效率很高，但是并不能用以处理一些复杂任务，比如认知等等。为了解决这一问题，IBM的科学家借鉴了大脑的工作模式，这也是我们目前能找到的处理复杂任务最为成功的例子。大脑中神经元由突触相互连接，构成一个复杂的计算网络。IBM的技术人员在芯片上构建了接近100万个神经元和2.6亿个相互连接的“突触”，一共使用了54亿个晶体管[3]。每个神经元集成自己的运算单元和若干突触，不同神经元之间以总线连接，运算任务以一定方式分配给所有突触完成。这是一种全新架构的处理器，和传统的分布式处理器还有一定的区别，后者中每个处理器都是等价的，连接方式也是确定的，而前者每个处理器相互的连接并不等价，每个“突触”可以执行不同功能，这点和人脑更为接近。作者在发表于Science的文章中将该处理器用于图像识别领域，用来区分一些动态视频中的行为，取得了还不错的效果。

可以治疗糖尿病的细胞

自从ES cell被发现之后，人们就致力于把他们应用于再生医学领域的。但是不幸的是进展一直比较缓慢，大家开发了很多种办法诱导细胞去分化，包括小保方晴子同学的STAP细胞，号称泡泡醋就能让细胞去分化。然而存在一个问题就是这些去分化细胞再分化的产物到底是不是正常细胞，比如iPS cell是不是可控癌变的cell。今年Boston U的J. Collins在Cell连着灌了两篇文章，在这方面做了工作。

今年两个研究组成功地利用去分化后的细胞培养出了beta细胞，工作在12月附近发表[4][5]。我们知道糖尿病主要就是分泌胰岛素的beta细胞出了问题，如果是它们被免疫系统攻击，那就是I型糖尿病。这两个组成功地用人的皮肤细胞去分化为ES cell和iPS cell。然后用这些细胞花了六到七周的时间培养出能生产出胰岛素的细胞。这个流程的效率还不错，据说每两个ES cell就可以产生一个beta cell。假使能推广的话，可以为广大糖尿病患者带来福音。

生命的另外编码

很久之前我看过一个动漫，叫blood+，里面的吸血鬼之所以和人类不同是因为它们基因有着ATCG之外的额外的编码，进而产生出许多奇特的蛋白。没想到今年的一个工作实现了这个看起来有些科幻的设定[6]。这篇工作发表在Nature，作者来自Scripps Research Institute。他们制造了一对崭新的碱基，名字为X-Y。这对新的碱基可以被稳定的整合到双螺旋结构中，这倒没什么新颖的，因为之前就有许多体外实验合成了一些非自然碱基。问题在于这次的研究者成功地在体内实现了这种新碱基的合成和遗传，这就很不容易。因为要涉及X和Y转运进细胞的过程，然后他们还要能被聚合酶组装，最后还要在子代中稳定遗传。

现在还很难说这个技术会有多大应用，一个直观的好处是它把长度为N的基因的编码能力从4的N次方提高到了6的N次方。顺带着，没准我们可以编码二十种氨基酸之外的东西，一切要看之后怎么发展，不过这个工作至少揭示出了一种非常新颖的可能性。

人类最早的创作

来自印度尼西亚和加拿大的学者在印度尼西亚的洞穴里发现了距今接近四万年的“手印”[7]，这是几乎是迄今发现的最早的人类艺术创作的痕迹。这个“手印”是将手放在岩壁上然后喷涂颜料制作的。在此之前人们一直认为抽象艺术可能发源自欧洲。而这个发现显示出人类可能在走出非洲时就具备了创作能力。

[1] L. Katsimpardi et al., “Vascular and Neurogenic Rejuvenation of the Aging Mouse Brain by Young Systemic Factors,” Science 344, 6184 (9 May 2014).

[2]  M. Sinha et al., “Restoring Systemic GDF11 Levels Reverses Age-Related Dysfunction in Mouse Skeletal Muscle,” Science 344, 6184 (9 May 2014).

[3] P. A. Merolla et al., “A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface,” Science 345, 6197 (8 August 2014).

[4] A. Rezania et al., “Reversal of diabetes with insulin-producing cells derived in vitro from human pluripotent stem cells,” Nature Biotechnology 32, 11 (November 2014).

[5] F. W. Pagliuca et al., “Generation of Functional Human Pancreatic β Cells In Vitro,” Cell 159, 2 (9 October 2014).

[6] D. A. Malyshev et al., “A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet,” Nature 509, 7500 (15 May 2014).

[7] M. Aubert et al., “Pleistocene cave art from Sulawesi, Indonesia,” Nature 514, 7521 (9 October 2014).