整理 | 周舒義、平生

目錄

• 籃球鞋摩擦地板的吱吱聲里，藏著地震、閃電的秘密
• 太潔凈，反而更容易過敏
• 年過80卻記憶力驚人，他們的大腦還在“長”新神經(jīng)元
• 為什么冰壺的滑行軌跡反直覺？
• 越貴越排隊，為什么人們越要買？
• 推遲早課時間能提高成績

籃球鞋摩擦地板的吱吱聲里，藏著地震、閃電的秘密

籃球鞋急停蹭過地板、自行車猛捏剎車、抹布用力擦過玻璃——這些場景中的"吱吱"聲司空見慣。你有沒有想過它們究竟是怎么產(chǎn)生的？

長期以來，人們一直將這類聲音歸因于粘滑摩擦（stick-slip friction），即物體表面之間斷續(xù)的粘附-滑動循環(huán)。該理論可以解釋許多剛性物體之間的摩擦，但并不能完全解釋柔性材料在硬質(zhì)基底上滑動的情況。

一項2月25日發(fā)表于Nature的研究顯示，球鞋等軟質(zhì)材料發(fā)出的尖銳摩擦聲，其產(chǎn)生機制比傳統(tǒng)的粘滑摩擦解釋更為復雜——它源于一種高速“張開型滑移脈沖”現(xiàn)象。

研究團隊利用高速光學成像并同步錄制聲音，直接觀測了軟橡膠與硬質(zhì)玻璃在快速滑動時接觸界面的微觀動態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，整個鞋底并不是平滑、均勻地一起向前滑動，而是集中為沿界面高速傳播的“張開型滑移脈沖”——想象一下你試圖推動鋪在地板上的一塊地毯，地毯上可能會拱起一個小小的皺褶。同樣，橡膠鞋底并不是緊緊貼附在地板上，而是在一條狹長區(qū)域內(nèi)，鞋底與地板會瞬間局部分離并發(fā)生局部滑移，隨后界面再次閉合。這些開口脈沖像海浪一樣向前推進，不斷沿接觸面從一端傳播到另一端。脈沖的傳播速度極其驚人，接近軟材料內(nèi)部的剪切波速。我們聽到的“吱吱聲”并不是隨機粘滑事件的結果，而是由這些脈沖重復的頻率決定的。

研究還發(fā)現(xiàn)，表面幾何結構在聲音形成中起決定性作用。實驗中，平坦橡膠塊在玻璃上滑動時會產(chǎn)生復雜且不規(guī)則的脈沖，對應的是類似“呼呼聲”的寬頻噪聲；而當橡膠表面具有細薄凸脊（比如鞋底和輪胎的花紋）時，這些花紋會起到波導的作用，將脈沖限制在規(guī)律的周期性循環(huán)中，從而形成更清晰、更集中的音調(diào)。團隊進一步觀察到，嘯叫聲頻率與橡膠塊高度之間存在明確的尺度關系，他們甚至據(jù)此設計出不同高度的橡膠塊，搓動橡膠“演奏”出了《星球大戰(zhàn)》的主題旋律。

值得注意的是，高速圖像還意外捕捉到與嘯叫聲伴生的微小靜電放電（類似“閃電”）。實驗表明，在某些情況下，滑移脈沖可能由摩擦引發(fā)的放電觸發(fā)。此外研究還顯示，這類滑移脈沖的破裂動力學與地震斷層中的破裂前沿具有相似特征。研究團隊指出，軟材料摩擦界面中的高速脈沖傳播現(xiàn)象，與構造斷層中的地震破裂傳播在物理機制上存在驚人相似性，有望為地震動力學研究提供一種新的實驗模型。

相關論文：https://doi.org/10.1038%2Fs41586-026-10132-3

太潔凈，反而更容易過敏

1月28日發(fā)表于Nature的一項研究指出，環(huán)境中的微生物和抗原暴露，可能通過“訓練”免疫系統(tǒng)，形成更廣泛的交叉反應性免疫，從而降低嚴重過敏的風險。這一發(fā)現(xiàn)為解釋過敏上升趨勢的“衛(wèi)生假說”提供了新的機制性支持。

長期以來醫(yī)學界注意到一個現(xiàn)象：過去幾十年過敏性疾病發(fā)生率顯著上升，而這與工業(yè)化、城市化進程中生活環(huán)境更清潔、微生物暴露更少的趨勢大致同步。由此發(fā)展出的“衛(wèi)生假說”認為，兒童早期缺乏充分且多樣的微生物暴露，可能影響免疫系統(tǒng)成熟與免疫耐受的建立，從而增加過敏風險。

新研究比較了兩類小鼠的過敏反應差異：一類來自寵物店，長期暴露于更多病原體和多樣化共生微生物環(huán)境；另一類是實驗室常用的“無特定病原體（SPF）”小鼠，在高度潔凈的無菌條件下飼養(yǎng)。研究人員讓兩組小鼠都接觸過敏原，然后測量它們的過敏反應、抗體產(chǎn)生情況和免疫細胞活性。結果顯示，比起SPF小鼠，寵物店小鼠在面對過敏原刺激時更不易發(fā)生嚴重過敏反應。

進一步研究表明，上述保護與I型免疫驅動的廣譜IgG抗體反應有關。這類IgG抗體具有較強“交叉反應性”，不僅能識別既往接觸過的抗原，還能識別結構相似度較低的其他抗原，從而在一定程度上阻斷過敏反應發(fā)生。SPF小鼠由于微生物暴露較少，IgG抗體庫交叉反應性有限，遇到陌生過敏原時更容易由肥大細胞和IgE介導過敏反應；而寵物店小鼠因微生物暴露更多，擁有更多樣化的IgG抗體，可在過敏原觸發(fā)前提供保護。

過敏小鼠的一個淋巴結。淋巴結被分隔為具有特定功能的區(qū)域（綠色、青色）。對過敏原有反應的生發(fā)中心前體細胞（黃色）分化為產(chǎn)生抗體的細胞（紅色）。這些抗體（IgE）是導致人類大多數(shù)過敏反應的原因。| Credit: Yale University

研究還發(fā)現(xiàn)，過敏易感性可能存在明顯的早期環(huán)境“印記效應”。當新生SPF小鼠由寵物店母鼠哺育時，其抗原交叉反應性增強；相反，新生寵物店小鼠若由SPF母鼠撫育，則會表現(xiàn)出更窄的抗原反應譜。作者據(jù)此認為，生命早期微生物環(huán)境暴露會影響后續(xù)過敏易感性。研究還觀察到，即使小鼠早年曾被致敏，后續(xù)若處于富含免疫刺激的環(huán)境中，嚴重過敏反應仍可能被“壓制”或減弱。

從公共衛(wèi)生角度看，這項研究與既往人群觀察結果相呼應：在農(nóng)場環(huán)境中成長的兒童，往往更少發(fā)生某些過敏性疾??；而嬰幼兒期在合適時機引入多樣化食物，也可能降低部分兒童的食物過敏風險。研究者認為，豐富但適度的環(huán)境和抗原暴露，可能是免疫系統(tǒng)建立“不過度反應”能力的重要條件。

這項工作并不意味著鼓勵不講衛(wèi)生，更不是說應當主動增加感染風險。而是強調(diào)免疫系統(tǒng)的成熟離不開與環(huán)境的互動，應當重視與環(huán)境微生物正常、豐富的早期接觸。研究人員表示，如何在現(xiàn)代衛(wèi)生條件下，保留對免疫系統(tǒng)有益的微生物和抗原“訓練”，或將成為過敏防治研究的下一步重點。

相關論文：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-025-10001-5

年過80卻記憶力驚人，他們的大腦還在“長”新神經(jīng)元

一項2月25日發(fā)表于《自然》（Nature）的研究顯示，部分老年人擁有卓越的記憶力和認知功能，他們的大腦仍保持較強的神經(jīng)元生成能力。對于神經(jīng)元生成能力依然強勁的成年人，其記憶力和認知功能也似乎優(yōu)于這種能力已經(jīng)衰退的人。這一發(fā)現(xiàn)進一步挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認知，并為未來研發(fā)治療認知衰退的藥物帶來了希望。

研究團隊分析了多位已故捐獻者的腦組織樣本，這些捐獻者年齡橫跨年輕成年人到80歲以上的高齡老人。結果發(fā)現(xiàn)，無論年輕還是年老，認知功能健康的成年人大腦中神經(jīng)元生成（即“神經(jīng)發(fā)生”）水平均比同年齡段的人活躍。雖然新生神經(jīng)元在海馬體神經(jīng)元總量中占比很小，約為0.01%，但這種持續(xù)生成能力可能與記憶和認知功能的維持密切相關。相比之下，在認知衰退個體（包括阿爾茨海默病患者）的大腦樣本中，研究人員觀察到的發(fā)育中或未成熟的神經(jīng)元數(shù)量明顯減少，提示神經(jīng)發(fā)生過程可能減弱。

令人驚訝的是，對于那些年齡在80歲及以上，但情景記憶測試表現(xiàn)等同甚至優(yōu)于50-59歲人群的“超級老人”（Super Agers）群體，他們的未成熟神經(jīng)元數(shù)量甚至高于其他各組。不過由于各組樣本量較?。拷M不超過十人），除阿爾茨海默病組外這些差異并不具備統(tǒng)計學顯著水平。

該研究為“成年人腦內(nèi)是否仍持續(xù)產(chǎn)生新神經(jīng)元”這一長期爭議提供了新的支持證據(jù)。過去，科學界曾普遍認為大腦神經(jīng)細胞是不可再生的，神經(jīng)科學家Santiago Ramón y Cajal曾在20世紀初提出，人類大腦在成年后無法再形成新的神經(jīng)元。近年來，越來越多研究開始挑戰(zhàn)這一傳統(tǒng)觀點。盡管研究已經(jīng)證明小鼠和一些靈長類動物在成年后仍存在神經(jīng)發(fā)生，但由于無法像動物實驗那樣向活體人類注射化學物質(zhì)來追蹤神經(jīng)元發(fā)育，相關研究一直面臨局限。

美國哥倫比亞大學的神經(jīng)學家Maura Boldrini Dupont認為，新研究所采用的分析方法是一大亮點。研究團隊采用單核RNA測序（snRNA-seq）和單核ATAC測序（snATAC-seq）等多組學方法來鑒定神經(jīng)干細胞和未成熟神經(jīng)元的遺傳標記，還進一步揭示了這些細胞的染色質(zhì)可及性等表觀遺傳層面的特征。通過一種能夠精確定位細胞DNA中準備表達區(qū)域的檢測方法，研究人員獲得了更為可靠的證據(jù)。不過Dupont也指出，由于每個組別的樣本量較小，因此在看待這些結果時應保持謹慎。

研究作者表示，下一步關鍵問題是弄清成人大腦中這些新生成神經(jīng)元的具體功能，闡明它們在記憶維持和認知保護中的作用。相關發(fā)現(xiàn)未來或可推動開發(fā)促進神經(jīng)發(fā)生的藥物，有望為認知衰退、阿爾茨海默病等疾病的干預策略提供新方向。

相關論文：https://doi.org/10.1038%2Fs41586-026-10169-4

為什么冰壺的滑行軌跡反直覺？

在2026年米蘭-科爾蒂納冬奧會賽場上，冰壺運動不僅吸引著普通觀眾的目光，也讓物理學家們?yōu)橹裕罕鶋乇荣愔?，運動員需要將重約19公斤的花崗巖冰壺推向目標，并使其在冰面上滑行和旋轉。令人費解的是，在光滑桌面上推出一個順時針旋轉（俯視）的玻璃杯，它會向左偏轉；而在冰面上推出一個同樣順時針旋轉的冰壺，它卻向右偏轉。

為什么冰壺會違背日常經(jīng)驗？我們需要先了解冰壺與冰面接觸面的特殊之處。冰壺底部凹陷，真正與冰面接觸的，只有邊緣一圈大約5到8毫米寬的環(huán)形區(qū)域。此外，冰面也不像桌面那樣平滑：在比賽開始前，制冰師會拿著噴頭在冰面上均勻噴灑水滴，水滴凝固形成大量微小的凸起，這被稱為冰點（Pebble），可以增加與冰壺的摩擦力。冰壺實際是在這些密密麻麻的點狀麻面上滑行的。因此控制冰壺前進路線的最有效手段是用冰刷刷冰將微冰粒擊碎，利用摩擦產(chǎn)生的熱量將其融化為水膜使摩擦力減小，以改變其滑行方向。

目前，物理學界對這個問題進行了長達數(shù)十年的爭論，直到最近幾年才形成相對統(tǒng)一的共識。但至今沒有一個完美的、能解釋所有細節(jié)的統(tǒng)一答案。

玻璃杯的偏轉相對容易理解。當玻璃杯向前滑行時，底部摩擦力向后，而重心在底面之上，這就產(chǎn)生了一個使杯子“前傾”的力矩，導致前緣承受更多的法向壓力，摩擦力也因此更大。對于俯視順時針旋轉的杯子，前緣的接觸面正在向右運動，桌面對前緣施加的摩擦力就指向左方。由于前緣的摩擦力占主導，杯子整體受到向左的凈側向力，軌跡向左偏轉。這和大多數(shù)日常物體的行為一致。

冰壺偏轉方向與玻璃杯相反，意味著后緣的摩擦力反而占了主導。后緣接觸面在順時針旋轉中向左運動，冰面對后緣的摩擦力指向右方，若后緣摩擦力更強，冰壺就向右偏轉——這正是實際觀測到的結果。為什么在冰壺運動中，后緣摩擦力反而比前緣更強？圍繞這個問題，學界提出了幾種主要模型，至今仍有爭論。

一種假設是薄水層和壓力融化模型，認為冰壺的前緣率先接觸冰面上的冰點，產(chǎn)生較大的壓力，引起局部融化，形成一層極薄的水膜。這層水膜起到潤滑作用，降低了前緣的摩擦系數(shù)。而后緣經(jīng)過時，水膜已部分重新凍結或變薄，摩擦系數(shù)反而更高。因此后緣摩擦力主導，產(chǎn)生反向偏轉。

另一種理論認為，冰壺在行進過程中，其前方的行進部分在冰面上刻出痕跡，對隨后橫越此痕跡的冰壺后繼部分起了導向作用，形成所謂 “劃痕引導” 效應（scratch-guiding），促使冰壺趨向刻痕方向偏轉。該理論近年來獲得了較多實驗支持。

除此之外，加拿大北不列顛哥倫比亞大學的物理學家Mark Shegelski等人于2016年發(fā)表論文，提出了一種“樞軸-滑動”模型。該假說認為，順時針旋轉的冰壺右側會不斷“卡”在冰面上形成微小的樞軸點，導致冰壺輕微旋轉，直到脫離卡點再向前滑行。這種不斷重復的微小過程累積成了冰壺的宏觀偏轉，且這一現(xiàn)象在冰壺減速時更容易發(fā)生。

日本立教大學的村田次郎（Jiro Murata）在2022年的一項研究中，利用高精度圖像分析（精確到百分之一毫米）追蹤了冰壺的運動軌跡。他發(fā)現(xiàn)順時針旋轉的冰壺右側產(chǎn)生的摩擦點多于左側。這些摩擦點能充當冰壺轉向的支點。村田表示，這一發(fā)現(xiàn)與樞軸理論完美契合。

加拿大的Clifford Jenkins及其團隊測試了底部具有不同長度微觀突起的冰壺。結果表明，較長突起的冰壺傾向于產(chǎn)生更大的偏轉弧度，因為這些微觀突起有利于形成樞軸點，這進一步完善和擴展了“樞軸-滑動”模型 。

隨著研究的深入，科學家們開始意識到單一模型可能無法解釋全貌。加拿大薩斯卡通薩斯喀徹溫大學的Sean Maw指出，2024年的一項研究顯示，冰壺在冰面上的滑行過程會經(jīng)歷三個不同的摩擦階段。這意味著不同的物理模型可能適用于滑行的特定階段。解開這道百年物理題的最終答案，很可能是多種理論的結合。

相關來源：https://www.nature.com/articles/d41586-026-00556-2

越貴越排隊，為什么人們越要買？

當人們?yōu)橐槐滩枧派虾芫玫年牎槟臣唐范嗷隋X，或在一段關系、一個項目中投入大量時間和精力后，往往會更難放手，甚至覺得它更有“價值”。經(jīng)濟學上，這類現(xiàn)象常被稱為“沉沒成本效應”——即人們會受到已經(jīng)無法收回的投入（時間、金錢、努力、痛苦等）影響，做出并不完全理性的判斷。斯坦福醫(yī)學院研究團隊近日通過小鼠實驗，提出了這一現(xiàn)象可能的神經(jīng)生物學基礎。

研究指出，大腦紋狀體中的多巴胺釋放，不僅會受到獎勵大小影響，還會受到獲取獎勵所付出“成本”的影響：獲取獎勵越費勁，獎勵到來時的多巴胺釋放越強。研究者認為，這為沉沒成本效應提供了生物化學層面的解釋。

團隊此前在發(fā)表于Neuron的研究中，用小鼠區(qū)分了“喜歡（liking）”與“想要（wanting）”這兩種狀態(tài)：前者指在幾乎無成本情況下動物會消費多少獎勵，后者則體現(xiàn)在當獲取獎勵需要付出代價時，動物的行為會如何變化。

研究人員設計實驗，將“成本”定義為小鼠需要把鼻子伸入裝置孔洞的次數(shù)（從1次到近50次不等），或為獲得獎勵而承受輕度到中度足部電擊風險；“獎勵”則包括糖水，或直接刺激紋狀體相關區(qū)域的多巴胺釋放。

研究人員先測定小鼠在“幾乎零成本”條件下的攝取量，以評估其對獎勵的“喜歡”程度；隨后逐步提高獲取成本，并系統(tǒng)性調(diào)整獎勵量。結果顯示，雖然更大的獎勵本身會帶來更強的紋狀體多巴胺反應，但即便獎勵量不變，獲取成本提高也會讓獎勵兌現(xiàn)時的多巴胺釋放增強。換言之，大腦會把“之前付出的努力”計入獎勵價值的感受中。

在另一項1月28日發(fā)表于Nature的研究中，團隊進一步追蹤了這一過程的上游機制。他們發(fā)現(xiàn)，乙酰膽堿在“把努力成本與多巴胺釋放關聯(lián)起來”這一步驟中起關鍵作用：更高的努力程度會促進局部神經(jīng)元釋放更多乙酰膽堿，從而在獎勵到來時增強多巴胺神經(jīng)元釋放多巴胺。研究團隊據(jù)此提出，前期掙扎越大，獲得獎勵時的愉悅感越強，人們（或動物）也就越容易高估該獎勵的價值。

從進化角度看，這一機制看似“不理性”，卻可能在資源匱乏環(huán)境中具備適應意義。研究者表示，在許多自然環(huán)境中，獎勵往往需要經(jīng)過高成本努力才能得到。此時，更強的多巴胺信號可能有助于強化先前行為，提升個體未來再次付出努力的動力。也就是說，這種“沉沒成本偏好”在某些情境下，可能并非純粹的認知錯誤，而是與生存策略相關。

不過需要強調(diào)的是，這些結論目前主要來自小鼠實驗。盡管研究為理解人類在消費、決策、習慣形成甚至成癮等行為中的“沉沒成本效應”提供了重要線索，但從動物神經(jīng)機制到人類復雜社會行為之間，仍然十分遙遠，需要更多研究加以驗證。

相關論文：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-025-10046-6

推遲早課時間能提高成績

高中生經(jīng)常難以按時入睡，早起上課也往往充滿困倦和掙扎。近日發(fā)表在《青少年健康雜志》（Journal of Adolescent Health）上的一項新研究表明，允許學生靈活選擇上學時間，不僅能有效延長他們的睡眠時間，還能顯著提升其身心健康和學業(yè)表現(xiàn)。需要注意這是一項觀察性研究，不能證明因果關系。

青少年“晚上不睡、早上不起”常被誤解為習慣和意志力問題，但研究者指出，這背后有明確的生物學基礎。青少年的生物鐘在青春期會整體后移，使他們天然更晚入睡，因此在學校早開課制度下，許多人難以獲得充足睡眠。慢性睡眠不足不僅影響日常狀態(tài)，還會對心理健康、身體發(fā)育和學習能力產(chǎn)生不良影響。

新研究中，來自蘇黎世大學和蘇黎世大學兒童醫(yī)院的研究團隊對瑞士圣加侖州的戈紹高中（Gossau Upper Secondary School）進行調(diào)研。三年前，戈紹高中引入了彈性作息制度：在正式課程開始前的早晨時段、中午及下午，學校均提供可選的模塊化課程。學生可以選擇在早上7:30到校參加模塊課程，或者等到8:30正式上課時再來。

研究團隊比較了戈紹高中在舊作息（早上7:20開始上課）和新作息實施一年后的情況，重點考察青少年的睡眠模式，以及睡眠不足對健康和學業(yè)表現(xiàn)的影響。受訪學生平均年齡約14歲，兩輪調(diào)查共納入754份有效答卷。

結果顯示，95%的學生選擇了推遲到校，到校時間平均推遲了38分鐘，早晨的起床時間平均推遲了40分鐘。由于他們的入睡時間大致沒有變化，最終使得上學日學生平均多睡了45分鐘。此外，學生入睡困難的情況減少了，與健康相關的生活質(zhì)量也得到了提高。在新模式下，學生在英語和數(shù)學方面的客觀學習成績有所提升。

研究者認為，彈性上學時間是一種既有效又具可操作性的方案，有助于減少青少年的慢性睡眠剝奪，并改善心理健康和學業(yè)表現(xiàn)。瑞士健康觀察站（Obsan）2022年發(fā)表的一項研究發(fā)現(xiàn)，47%的11至15歲青少年存在多種反復或長期的心理情緒困擾，例如悲傷、疲勞、焦慮、情緒低落、緊張、易怒、憤怒和入睡困難。

相關論文：http://dx.doi.org/10.1016/j.jadohealth.2026.01.011

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