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，球鞋等軟質材料發(fā)出的尖銳摩擦聲，其產生機制比傳統(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玻璃在快速滑動時接觸界面的微觀動態(tài)。他們發(fā)現，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，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，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。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）分化為產生抗體的細胞（紅色）。這些抗體（IgE）是導致人類大多數過敏反應的原因。| Credit: Yale University

研究還發(fā)現，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，則會表現出更窄的抗原反應譜。作者據此認為，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元生成能力。對于神經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)于這種能力已經衰退的人。這一發(fā)現進一步挑戰(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，無論年輕還是年老，認知功能健康的成年人大腦中神經元生成（即“神經發(fā)生”）水平均比同年齡段的人活躍。雖然新生神經元在海馬體神經元總量中占比很小，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元數量明顯減少，提示神經發(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，他們的未成熟神經元數量甚至高于其他各組。不過由于各組樣本量較小（每組不超過十人），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“成年人腦內是否仍持續(xù)產生新神經元”這一長期爭議提供了新的支持證據。過去，科學界曾普遍認為大腦神經細胞是不可再生的，神經科學家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。盡管研究已經證明小鼠和一些靈長類動物在成年后仍存在神經發(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來追蹤神經元發(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干細胞和未成熟神經元的遺傳標記，還進一步揭示了這些細胞的染色質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。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)現未來或可推動開發(fā)促進神經發(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。而后緣經過時，水膜已部分重新凍結或變薄，摩擦系數反而更高。因此后緣摩擦力主導，產生反向偏轉。

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)現順時針旋轉的冰壺右側產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?、為某件商品多花了錢，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”。經濟學上，這類現象常被稱為“沉沒成本效應”——即人們會受到已經無法收回的投入（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，提出了這一現象可能的神經生物學基礎。

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（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，乙酰膽堿在“把努力成本與多巴胺釋放關聯起來”這一步驟中起關鍵作用：更高的努力程度會促進局部神經元釋放更多乙酰膽堿，從而在獎勵到來時增強多巴胺神經元釋放多巴胺。研究團隊據此提出，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。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)表現的影響。受訪學生平均年齡約14歲，兩輪調查共納入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量也得到了提高。在新模式下，學生在英語和數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。瑞士健康觀察站（Obsan）2022年發(fā)表的一項研究發(fā)現，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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