来自北航：这款可穿戴机器人可帮助肌无力儿童神经肌肉康复 | 一周论文新鲜读

来自《自然》旗下期刊的新近发表，我们为您精选呈现。

1. 可能加速科学发现的AI研究助手

2. 可穿戴机器人设备助力儿童神经肌肉恢复

3. 大金字塔抗震能力的秘密

本周《自然》呈现了两个能够协助科学研究中多个环节（如提出假设、设计实验和分析数据）的人工智能（AI）系统。这两个系统分别由美国谷歌DeepMind和FutureHouse开发，旨在协助研究人员加速科学发现，而非取代他们。

科学发现依赖于不断提出新假设、实验验证和数据分析的循环过程。随着科学主题日益复杂且相互交织，研究人员不仅需要深厚的专业知识，还需具备跨学科的广博知识。虽然AI已被证明能加快研究过程中的单个步骤，但一个单一系统有望进一步优化整个工作流程。两套独立系统——谷歌DeepMind的“Co-Scientist”和FutureHouse的“Robin”——展示了此类系统在优化科学发现流程方面的潜力。

这两款AI利用多个自主且专业化的AI智能体（agent），在整个研究过程中执行不同任务。这种方法使系统能够生成假说、提出验证假说的实验方案、解读实验结果，并基于发现结果优化假说。

基于Gemini 2.0构建的Co-Scientist，是一个用于科学发现的通用多智能体系统。尽管初期验证主要集中在生物医学领域，但其设计旨在适用于所有科学学科。例如，Co-Scientist 为急性髓系白血病（一种侵袭性白细胞癌症）提出了新的候选药物和联合疗法。作者 Vivek Natarajan 及其同事指出，尽管在细胞系实验中，这些建议的治疗方案显示出潜在益处，但仍需经过严格的临床前和临床评估以验证其治疗效果。除了癌症研究外，Co-Scientist 还发现了针对肝纤维化的新药物靶点，并揭示了抗菌药物耐药性背后的关键遗传机制。

Robin系统同时采用OpenAI的o4-mini和Anthropic的Claude 3.7，旨在辅助实验生物学领域的发现工作。Samuel Rodriques及其同事将该系统应用于药物发现研究。例如，Robin协助识别了针对干性年龄相关性黄斑变性的潜在治疗方案，该病是发达国家导致失明的主要原因之一。系统提出的建议包括：识别视网膜细胞内可调节的靶向过程，并推荐使用一种此前未被提议用于治疗该疾病的候选药物。Robin还建议开展后续研究以探究潜在机制，从而发现了新的潜在药物靶点。作者指出，此类治疗方案需通过临床前测试和临床试验进行验证。

两个团队均强调，这些系统旨在与研究人员协作，且科学家始终处于决策流程之中。两组团队的实际演示为AI助手辅助科学研究的未来提供了范例。

《自然》本周报告了一种轻量的机器人装置，可促进脊髓性肌萎缩症（SMA）患儿神经肌肉功能的恢复，帮助他们独立站立。在停止训练后，功能改善仍然持续，展示出该装置在长期康复上的潜力。

SMA是一种影响神经、导致肌肉无力的神经肌肉疾病，会限制患者的运动能力。相关症状可通过物理治疗来改善，例如等速抗阻训练，这类训练使用控制速度的锻炼来增强力量。但这类训练需要的器械通常仅有专门机构可提供，而且训练所需的装置过于笨重，不便于儿童使用。

中国北京航空航天大学的冯仰刚和同事设计了一种轻量（0.96公斤）的可穿戴膝部机器人，来帮助II型SMA（该病的中间型）患儿进行等速训练。临床试验中，他们在6名儿童（6-10岁）中开展了测试，这些儿童无法在无辅助情况下由坐姿站立。在用该设备进行训练6周（每周5次）之后，作者观察到了他们运动能力的改善（所有6名儿童都能无需机器人辅助由坐姿站起）、膝部功能改善，以及肌肉体积增加（股四头肌增加19%）。这些儿童继续进行了6周的低强度等速训练（每周使用该设备三次），随后恢复常规物理治疗，并进行了30天的随访。参与者在停止等速训练后，功能改善得以维持，表明短期使用可穿戴的等速训练机器人设备能够带来持续的神经肌肉康复。

还需要进一步试验使用更大的人群来测试这一疗法的效率，但作者提出，由于SMA是一种预后较差的罕见病，招募受试者有一定困难。他们补充说，根据不同肌肉作进一步优化，或可提升该设备的潜力。

《科学报告》发表的一项研究显示，位于埃及吉萨金字塔群中的胡夫大金字塔（亦称胡夫金字塔或吉萨大金字塔）的结构特征，可能使其在建成后的约4600年间，能够经受住地震而未遭受严重破坏。

大金字塔约建于4600至4450年前，此后历经多次地震（包括1847年一次估计震级为6.8级的地震，以及1992年一次5.8级的地震），其内外均未遭受重大破坏。然而，目前尚无充分证据支持解释该建筑韧性的相关理论。

埃及国家天文与地球物理研究所（NRIAG）的Asem Salama和同事在金字塔周围的37个地点——包括其内部密室、建筑石块以及周边土壤中——记录了由人类活动、海浪或气候变化产生的环境振动。他们发现，金字塔内部记录到的振动中，大部分（76%）频率在2.0–2.6赫兹之间，这表明机械应力在整个结构中分布均匀。相比之下，周围土壤中的振动频率约为0.6赫兹。作者认为，这种频率差异可能有助于在地震活动中保护金字塔，因为它限制了结构与土壤之间的相互作用，从而避免了振动的放大。

作者还评估了金字塔结构如何放大来自基岩的振动。直接凿入基岩的地下室未出现振动放大现象。放大系数通常随高度增加而增大，在国王陵寝（King’s Chamber）达到峰值，该处的振动放大系数是基岩水平的4.0倍。然而，在位于国王陵寝正上方的缓冲室中，放大系数降至3.0。研究人员认为，这种设计可能降低了地震活动对国王陵寝造成破坏的风险，这与现代理论一致——即减震室为国王陵寝提供了结构保护。

研究人员指出，金字塔建在坚硬的岩石（石灰岩）上，且重心较低，这些特征也可能降低了地震活动的风险。但他们同时提醒，目前尚无法确定所观察到的抗震能力是否是设计中的有意安排。