《自然》发布2024年值得关注的七大技术

2024年01月25日 科技日报 记者 刘 霞

《自然》网站22日发布了2024年值得关注的七大技术领域，并指出人工智能(AI)的进步是这些技术创新应用的核心。

　　深度学习助力蛋白质设计

　　从头设计蛋白质已经成熟为一种实用的工具，这背后，深度学习功不可没。其中，“基于序列”的算法能够通过处理蛋白质序列辨别出真实蛋白质结构背后的模式，能利用序列和功能数据设计出天然酶。美国华盛顿大学使用RFdiffusion设计的新蛋白质可与目标表面“完美吻合”，为编码酶、转录调节剂、制造功能性生物材料等开辟了新途径。

　　围追堵截“深度伪造”内容

　　生成式AI可在几秒钟内凭空创造出有说服力的文本和图像，包括“深度伪造”内容。一种解决方案是在模型输出中嵌入水印，其他策略侧重于对内容本身进行鉴定，通过算法识别替换特征边界处的伪影等。美国国防部开发了一个“深度伪造”分析工具箱。美国水牛城大学的算法库能从不同角度分析视频内容，找出“深度伪造”内容。

　　大片段DNA嵌入再接再厉

　　美国斯坦福大学能将拥有2000个碱基的DNA精准嵌入人类基因组。2022年，麻省理工学院通过可编程添加，精确嵌入36000个碱基的DNA。中国科学院高彩霞团队能在水稻和小麦中嵌入多达2万个碱基的DNA。

　　脑机接口快速发展

　　美国斯坦福大学在肌萎缩性侧索硬化症患者的大脑中植入电极，经过几周训练，患者每分钟能说出62个单词。证明了脑机接口技术可帮助患有严重神经损伤的人恢复失去的技能。加州大学研制的脑机接口神经假体，能让因中风失语者以每分钟78个单词的速度交流。

　　分辨率精益求精

　　科学家正在努力缩小超分辨率显微镜与结构生物学技术之间的差距。2023年，德国哥廷根大学开发出“一步纳米级扩展”(ONE)显微镜方法，可直接成像单个蛋白质和多蛋白复合物的精细结构。

　　全组织细胞图谱呼之欲出

　　各项细胞图谱计划正取得进展，去年6月，HCA发布了对人类肺部49个数据集的综合分析。不过，HCA至少还要5年才能完成。届时将为人类带来巨大利益，科学家可使用图谱数据来指导组织和细胞特异性药物的研发。

　　纳米材料3D打印持续改进

　　纳米材料的障碍，如打印速度、材料限制等。使用2D光片来加速聚合，可将制造速率提高1000倍。加州理工学院将光聚合水凝胶作为微尺度模板，将其注入金属盐并进行处理，有望制造出功能性纳米结构。