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解码遗传学：生命的基石
每个人都由 40 万亿个细胞组成，每个细胞中有 30 亿个编码信息 (DNA) 字母，提供重要指令 - 这种代码对健康至关重要，一旦出现缺陷，就会导致许多疾病。第一个人类基因组序列（于 2003 年发布）历经数十年的工作，耗资 20-30 亿美元。如今，已有超过一百万个人类基因组被测序，现在每个基因组的成本为 500 美元，价格下降了 600 万倍！鉴于每个人的人类基因组都与他们的健康和福祉直接相关，因此本模块与每个人都息息相关。遗传信息不仅对医学有影响，而且对我们生活的许多其他领域也有影响。通过本模块，学生将获得遗传学关键概念的真正知识，并将了解遗传信息在我们社会中迅速扩大的作用，包括各种疾病的新疗法、衰老的遗传原因、基因编辑技术和设计婴儿、生物伦理学、人类种群的起源、个人祖先和法医学。学生将面临挑战，思考基因组信息在社会中的最佳用途，以及来自科学、临床、法律、商业和伦理学科的投入的重要性。学生工作量
定向能武器 - 中队领导学校
如果比较动能武器和直接能武器，传统武器必须装载子弹，人类所能创造的最高速度是高超音速（约是声音的5倍），需要时间才能跑到目标，但直接能武器的速度是光速（约是光的90万倍），开发成本非常昂贵。以极低的单次射击成本换取比较炸弹价格各个战场上实际使用金额达数百万美元。定向能武器单次发射成本略低于 1.1 美元。定向能武器的历史可以追溯到传说中的阿基米德之镜。据说阿基米德在进攻锡拉库扎时建造了一面焦距可调的大镜子，用来将阳光反射到罗马舰队的船上，从而点燃它们。历史学家认为阿基米德知道由镜子制成的透镜。他能够将光束固定在一个点上足够长的时间以点燃火。这道拥有 2200 年历史的鳐鱼的故事在东罗马帝国流传了数百年。图片 4 阿基米德的镜子。
合成生物学简报文件
合成生物学是生物技术的一个多学科领域，旨在利用生命系统进行研究和产品开发。过去二十年，我们见证了第一个合成细胞的诞生、DNA 测序成本下降了百万倍、DNA 合成成本下降了千倍，以及 CRISPR 基因组编辑的发展。基于这些进步，合成生物学已经在当前和未来的全球挑战中提供了突破性创新。其中包括治疗或根除传染病和遗传病（例如通过对昆虫进行基因编辑来根除疟疾）、防止粮食短缺（例如实现替代蛋白质来源，如植物性肉类和其他合成肉类）、实现可持续和分布式制造（例如使用可再生生物原料代替化石燃料）以及减轻气候变化的影响（例如大规模生产微生物以去除二氧化碳）。世界各国正在迅速提升其生物技术能力。合成生物学与生物制造等产品扩展过程相结合，有望在许多领域掀起一场革命，并为全球和地方社会挑战提供解决方案。然而，严峻的政策挑战依然存在：平衡开放科学与生物安全、构建弹性价值链、扩大合成生物学创新以及弥合全球合成生物学和生物技术之间的鸿沟。预期治理和政策的案例
生物电子学：生物学和电子学的融合
电子技术向原子级发展，以及系统、细胞和分子生物学的快速发展推动了这一进程。在未来十年，恢复视力或逆转脊髓损伤或疾病的影响可能成为可能；芯片实验室可以实现无需诊所的医疗诊断或即时生物制剂检测。生物电子学是生物学和电子学融合产生的学科，它有可能对许多对国家经济和福祉至关重要的领域产生重大影响，包括医疗保健和医学、国土安全、法医学以及保护环境和粮食供应。电子学的进步不仅会影响生物学和医学，而且反过来，随着现有技术的物理极限越来越近，了解生物学可能会为纳米电子技术的有效组装过程、设备和架构提供强有力的见解。本报告提出了这样一个论点：由于纳米电子学中每单位成本的功能持续呈指数级增长（又称摩尔定律 a ），生物电子学的进步可以提供新的和改进的方法和工具，同时降低其成本。这些进步使得 1970 年至 2008 年间每个晶体管的成本下降了 100 万倍（相比之下，在同一时期，一辆新车的平均成本从 3,900 美元上涨到 26,000 美元），并实现了生产力的空前提高。
将CO2与气候变化脱钩
本研究确定二氧化碳水平上升与全球变暖之间是否存在相关性。历史数据从跨越5亿年的三个不同时间段进行了审查。它表明曲线和趋势过于不同，无法建立联系。从CO 2 /TEMP比率进行观察表明，CO 2和温度在相反的方向上移动42％。许多比率显示为零或接近零值，反映出缺乏响应。的比率的87％显示为负值或接近零值，这极大地否定了相关性。红外光谱显示温室气体在11.67 µm至9.1 µm之间的吸收带非常低，这是一个称为红外大气窗的区域。大多数温室气体吸收了该区域内的小红外线。，该区域是地球表面排放几乎所有红外辐射的地方。即使有微吸光度，水蒸气也会捕获最新的红外辐射。比CO 2的效果比甲烷高84倍，比甲烷高4.47亿倍，比臭氧多452千倍，比一氧化二氮高230万倍。气候变化的政府间小组（IPCC）和美国EPA排除了水蒸气，因为它与人造活动无关。他们报告说，水蒸气和云只是CO 2的反馈机制。云反映了来自太阳的辐射。北半球比南半球的温暖2.7˚F。从1982年到2018年，世界云覆盖率下降了4.1％。计算表明，这可能是2.7˚F的2.4˚F。研究表明，最近温度的大部分升高（89.9％）是由于云较少。关键字
磁聚变技术基础 主编：
当今世界对清洁能源的需求超过了供应。这使得清洁能源（如聚变）越来越受到决策者、投资者和广大公众的关注。原则上，聚变每千克燃料产生的能量是裂变的四倍，是燃烧石油和煤炭的近四百万倍。目前国际社会对这种清洁能源的承诺水平使我们更接近聚变能源。一个典型的例子是 ITER，它是世界上最大的聚变实验，它联合了来自 35 个国家的科学家，旨在实现自持聚变反应并展示可观的能量增益。建设正在进行中，一旦完成，ITER 有望开启聚变能源发展的下一阶段，示范聚变发电厂（称为 DEMO）旨在首次从聚变中发电。国际原子能机构处于 DEMO 开发的前沿，促进国际协调并分享世界各地项目的最佳实践。国际原子能机构鼓励对 DEMO 的讨论，并推动广泛的国际对话，以克服高度技术挑战并使聚变能成为现实。国际原子能机构出版的科学期刊《核聚变》见证了该组织对聚变研究的承诺。它是世界上历史最悠久、最权威的聚变期刊。该出版物是对之前发行的《聚变物理学》的补充，描述了磁聚变技术的广泛领域，从等离子体加热和电流驱动到聚变中子学和材料和组件，再到真空泵送和燃料，再到氚处理和氚工厂。
2023
2023 年 2 月 11 日星期六 总统研讨会 上午 8:00 - 下午 12:00 海洋宴会厅 5-12 总统研讨会： 主席：哥伦比亚大学 Elizabeth Olson 本次研讨会旨在传达耳朵的基本奇妙之处，以及耳朵和大脑如何共同提供我们的听觉。了解健康耳朵和听觉大脑的运作是理解声音感知如何失效的关键。会议以物理学家 Christopher Shera 关于耳蜗敏感性思想的历史发展的演讲开始。耳蜗动态处理专家 Karl Grosh 将回顾耳蜗力学。Laurel Carney 将讨论耳蜗动力学如何影响神经对声音（包括语音）的反应。Raymond Goldsworthy 将讨论人工耳蜗的历史如何促成现代设备的出现。患有听力损失的作曲家 Richard Einhorn 将讨论他与听力损失的经历，并分享他对现代助听器和个人声音放大系统的了解。最后，黛巴拉·图西将介绍听力损失对全球的影响以及为改善可及性所做的努力。听力是交流的基础。听力损失的影响以及听力修复的影响是深远的。这次研讨会是对这段历史的一次快速回顾 — — 从历史到基础，再到可以、应该和可以做些什么来解决听力健康问题。耳朵、眼睛和 ARO：不同时代的耳蜗功能 Christopher Shera，南加州大学 内耳的耳蜗将空气传播的压力波转换成神经冲动，大脑将其解释为声音和语音。耳蜗是一种蜗牛形状的电液机械信号放大器、频率分析仪和换能器，具有令人惊叹的性能特性，包括对亚原子位移的灵敏度和微秒级的机械响应时间；跨越三个数量级频率的宽带操作；以及 120 dB 的输入动态范围，对应信号能量的百万倍变化。所有这些并非采用最新的硅技术，而是依靠自我维持的生物组织实现的，而生物组织大部分是咸水。耳朵是如何做到的？本演讲将回顾我们认为了解的一些耳蜗工作原理，以及这些想法和 ARO 是如何随着时间而变化的。耳蜗力学综述 Karl Grosh，密歇根大学 哺乳动物的耳蜗对传入的声学信号进行实时时频分析，并将该信息传输到大脑进行处理。正常听力依赖于该器官的机械、电和声学（流体）域精心协调的三部分响应。哺乳动物耳蜗的外毛细胞 (OHC) 是主动过程的纽带，这些过程产生了非线性、生物学上脆弱的耳蜗响应允许声音的感觉和系统在百万倍的激励水平变化下存活。然而，实现这一结果的生物机电反馈控制算法仍未完全理解。在本次演讲中，我们将回顾耳蜗的基本结构功能关系以及将这些基本构建块（例如 OHC 电动性和 OHC 毛束机电转换）转化为生理驱动的完整数学模型的过程。我们将介绍建模的基本挑战，包括三维线性和非线性模型的有效时域模拟。我们讨论并举例说明（通过数值实验）可以改变和研究生物物理相关的模型元素的方式，以解决耳蜗生物物理学的核心问题，例如躯体运动在耳蜗放大中的作用、声发射中的可能流体路径以及耳蜗中的基本非线性。这些实验的最终目标是确定
宜居星球的生物多样性：世界银行的评估...
1.1生物多样性基于提供关键生态系统服务的提供，但它以前所未有的速度和规模丢失。生物多样性是栖息地或生态系统中动植物生命的种类。生物多样性为关键的生态系统服务做出了贡献，包括氧气，清洁水，粮食生产的投入以及气候适度 - 为人类和经济的广泛方面提供了各种好处，并且是可持续发展和人类福祉的基础。生物多样性还通过文化，娱乐和其他价值提供无形的好处（Harmon 2004）。但是，生物多样性正在以前所未有的规模和速度丢失。种类的种类 - 魔法，鸟类，两栖动物，昆虫，植物，海洋生物，陆地生命 - 以比过去1000万年的平均水平高达数百万倍的速度（IPBES 2019）。对生活在贫困中的人的生计至关重要的动植物的丰富性大大减少，破坏了这些人的资源需求（Butchart等人。2010，IPBES 2019，Kaimowitz和Sheil 2007）。在过去的50年中，全球野生动物种群下降了三分之二（Almond等人2022）。这种前所未有的生物多样性损失率主要是由于人类活动 - 从栖息地转换，森林砍伐，不可持续的资源和资源和污染，气候变化的负面影响加剧（CBD 2020）。以这种速度以这种速度持续的生物多样性损失可能导致生态系统可能崩溃的“临界点”（Dasgupta 2021）。这些活动背后通常存在系统性和潜在的问题，尤其是生物多样性的公共善质意味着，经济参与者不承担他们造成的生物多样性损失的所有费用，或者从保护它的价值中获得了所有收益，因此生物多样性的价值并未充分反映在他们的选择中（世界银行集团20202020）。
通过进化计算创造人工智能
在过去十年左右的时间里，我们看到了人工智能 (AI) 的巨大进步。人工智能如今已进入现实世界，为具有巨大实际影响的应用提供动力。其中大部分都基于建模，即机器学习统计模型，从而可以预测未来情况下的正确决策。例如，我们现在拥有的物体识别、语音识别、游戏、语言理解和机器翻译系统可以与人类的表现相媲美，甚至在许多情况下超越人类 [8、9、20]。在每种情况下，都存在大量监督数据，为每个输入案例指定正确答案。利用现在可用的大量计算，可以训练神经网络以利用这些数据。因此，人工智能在我们已经知道需要做什么的任务中表现出色。人工智能的下一步是机器创造力。除了建模之外，还有大量任务的正确甚至好的解决方案尚不清楚，但需要被发现。例如，设计成本低廉、性能良好的工程解决方案、为用户提供良好服务的网页，甚至是控制温室中农业的生长配方，都是人类专业知识稀缺、难以找到好解决方案的任务[4、7、11、12、18]。机器创造的方法已经存在了几十年。我相信我们现在所处的境地与几年前的深度学习类似：随着计算能力提高数百万倍，这些方法现在可以用于扩展到现实世界的任务。进化计算处于独特的位置，可以利用这种能力，成为下一个深度学习。要了解原因，让我们考虑一下人类如何处理创造性任务，比如工程设计。典型的过程从现有设计开始，可能是需要改进或扩展的早期设计，或者是相关任务的设计。然后，设计师对此解决方案进行更改并进行评估。他/她保留那些效果良好的更改，丢弃那些效果不佳的更改，并进行迭代。当达到期望的性能水平，或者找不到更好的解决方案时，它会终止——此时，可以从不同的初始解决方案重新开始该过程。 这样的过程可以描述为爬山过程（图 1a）。 有了良好的初始洞察力，它
a-2142-9325.pdf - Thieme Connect
要在医学领域成功实施 AI 工具，必须认识到人类参与的独特重要性。尽管人们经常将人脑与计算机进行比较，但它们之间存在许多根本区别。单个人脑存储的信息量大致与整个互联网相同 [6, 7]。通常，人脑有大约 2000 亿个神经细胞，通过数万亿个突触连接，这比地球上所有计算机、路由器和互联网连接的数量还要多 [8, 9]。人脑细胞（主要是神经元和突触）既执行数据存储又执行数据处理 [10]。相比之下，计算机将数据存储与数据处理分开，并且必须花费大量能量来移动数据 [10]。成年人的大脑极其节能，仅需要大约 20 瓦的功率 [10, 11]。大脑每秒可以执行百亿亿次数学运算，功耗为 20 瓦，而先进的超级计算机完成相同计算则需要 20 兆瓦，功耗是大脑的百万倍 [11]。人类智能与人工智能截然不同。人类智能可以处理不确定性，并对极少量的数据做出反应 [12]。人类评估新信息的可信度，并将其与积累的智慧相结合 [13]。人类使用心理模型来制定决策，这些模型使我们能够理解和进行抽象 [13, 14]。因果关系是人类决策的一个基本方面，因果知识是人类许多行为的基础，即使我们不了解其潜在机制 [15]。人类对因果关系的推理使人类能够问为什么 [16]。人类对信息的评估包括创建约束、抽象和反事实，这样拥有相同数据的人会得到不同的答案。与人类智能相比，人工智能系统不理解因果关系 [17]。人工智能无法捕捉人类的理解，即如果 x 导致 y，并不意味着 y 导致 x [17]。人工智能无法问为什么 [16]。人工智能无法创建约束或反事实，也无法生成抽象 [14]。人工智能假设相同的输入总是会产生相同的预测 [18]。Judea Pearl 指出，尽管现代深度学习人工智能的成就令人印象深刻，但今天它们可以被描述为“曲线拟合” [17]。