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一个“美加韩法中”科学工作者做过的一些事 　　主编的话：大学毕业33年，在川大首次见到竟鸣教授。交流间，他讲起科学探索，滔滔不绝，从中午到晚上……当时我想：某天让我的学生也听听！2016年，竟鸣教授作为成都电子科大特邀长江讲座教授回到成都，我请他作为特邀专家参加由西南大学科教中心主办的第九届全国科学教育论坛。在座无虚席的西南大学物理学院报告厅，竟鸣教授深入浅出、循循善诱，将同学们从布朗大学引到其在加、韩、法及中国的研究中，原定1小时的发言被延长至两个多小时。此文是根据竟鸣教授现场报告的部分内容整理而成，希望老师们读后有所启示。 　　作者简介：许竟鸣（Jimmy Xu）博士，布朗大学Charles C. Tillinghast讲座教授，布朗大学工程和物理学教授，布朗大学新兴技术实验室首席科学家，成都电子科技大学特邀长江讲座教授，首尔国立大学WCU教授，法国利尔大学特邀（访问）教授，美国航天局喷气推进实验室杰出访问科学家（DVS， Distinguished Scientist）， 电子和电器工程学会会士（IEEE fellow），美国物理学会会士（APS fellow），美国科学促进会会士（AAAS fellow），英国物理学会会士（IOP fellow）。 　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）3-0001-4 　　序 言 　　当今科学研究是那样的令人神往，使人激动，能让研究者享受成就、兴奋满足；是那样的具有影响力，极大地推进了社会的发展、改善了人们的生活。不过，巨大的科技进步也常会让人担忧，因为它带来若干问题，甚至可能改变文化，挑战人类道德规范及法律条款等。有时，实验室所涉及的问题是那样的重大，以致国与国之间的争斗都显得微不足道，并且需要全球携手、协同探索，共同面对来自大自然和科技进展的重大问题。今天，在新的挑战与机遇面前，科学与工程原来相互独立的基础学科再次交叠，相关的科技成就层出不穷。时代在发展，科学在进步，而科学教育好像仍停留在过去的状态，教?W方式没有多少改变，这将导致科学教育落后于科技的发展。科技研究发展需要研究者具有解决多个领域问题的能力，包括处理生理、心理和社会问题的能力。科技的进步推进科学教育的发展，而科学教育的改进也可使科技发展的潜力源源不断。下面从报告者曾做过的、现在正做的以及今后想做的几个方面尝试揭示一些与科学探索和科学教育相关的问题。 　　1 猴子实验与纳米探针 　　报告者曾参与一个DARPA项目，DARPA是美国国防部先进研究项目局的简称，它的部分研究成果对人类产生了极大影响，但同时也给人类带来了新的挑战，该项目局曾创造了计算机、互联网、导航…… 　　报告者参加的是一个结合脑神经生物、信息和微电子应用的若干个团队合作的项目。实验中的一个重要环节就是把半导体芯片连上探针后直接植入大脑管动作的脑神经区，并和脑神经元接触，把神经元里面的电信号取出来，然后在计算机上进行图像神经元活动处理。实验中首先选择了猴子作为实验品，首先在猴子大脑控制运动的区域中植入芯片，将其大脑的活动情况通过探针进行探测并且随时提取。比如：当猴子的手向右伸时，大脑的活动分布图就出现了，于是把这个活动图存储于计算机。下一次猴子又想伸右手时（比如在饿了的情况下，给它一个香蕉，它一定会抓的），如果它大脑中的这幅神经元活动图重新出现的话，就可知这幅图可能表示大脑思维是想指挥这只手向右伸出。如果重复多次皆如此，那么答案就可确定了。大脑活动图和猴子意图一一对照后，下一步就可将猴子的手固定，待其饥饿时在显示屏呈现香蕉，此时大脑仍在活动，继续对比大脑活动图，多次重复后即可掌握其规律。通过对比建立信息关联，可把这些信息通过英特网输送到另一端。实验中（图1），猴子附近有个机械手，当猴子想得到那个香蕉，相关的大脑活动图像出现，计算机即判断猴子想伸右手，把相关的信号传给机械手，得到信号后机械手就往右伸出拿到香蕉。该实验成功后纽约时报等多种媒体报道了相关消息。 　　■ 　　图1 猴子实验 　　在上述这个项目中，报告者的主要任务就是研发约10纳米的碳纳米管（一根头发大概是它的1 000倍），这是世界上最细的探针。在它上面加上一个蛋白体，当蛋白体与酶作用后，产生的电子可进入纳米管，再由纳米管送到半导体芯片和计算机，这样就可把大脑活动随时记录下来。在实验中，实验者期望把这个探针插入到神经元（如图2），获取信息。人脑中的神经元约3～10微米，10纳米的探针比神经元小1 000倍左右，因此，将其插入到神经元是不会干扰神经元活动的。如果能做一根探针，当然可做2根，200根，……2亿根……，这看起来似乎没有问题，但实现起来仍存在巨大的挑战。 　　■ 　　图2 神经元中的纳米探针 　　2 实验困难及对