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交通运输工程

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试桩专题介绍
试桩是指按照桩基检测的规定在沉桩以后的规定时间,以千斤顶反力系统对桩顶逐级施加静载荷并测定相应沉降,确定地基承载力的试验方法。
试桩不满足要求的主要表现是桩身连续性差,完整性差,且强度过低,设计持力层为粉砂层其复合地基承载力也不满足设计要求。在本文所依托的工程案例中,所有试桩由传统直桩和挤扩支盘桩组成,在同一地层都有相同长度和桩径的两种桩型做载荷试验,以对比其单桩承载力和桩身轴力。
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纳家勇治课题组在《Cerebral Cortex》发表论文揭示不同空间任务要求下认知地图的神经表征

导读:2020年6月2日,《Cerebral Cortex》在线刊发了北京大学心理与认知科学学院、麦戈文脑科学研究所纳家勇治研究员课题组的论文“Medial prefrontal cortex represents the object-based cognitive map when remembering an egocentric target location”。在一个我们熟知的空间环境中,当我们回忆一个物体位置时往往需要同时回忆包括自己和其他空间元素在内的整个空间环境,我们把它称为“认知地图”(Tolman 1948)。以往研究已经发现了一些组成认知地图必要空间元素的神经表征,例如内侧颞叶的位置细胞和方向细胞对自我位置和自我面朝方向的表征(O'Keefe and Dostrovsky 1971;Vass and Epstein 2013)。然而一张认知地图由多种空间元素构成,一个完整空间的神经表征还有待探索,同时,同一张认知地图可以被用来完成不同的空间任务,例如定位自己的位置和定位一个物体的位置,大脑如何在不同任务下使用认知地图也同样有待验证。为了回答这些问题,我们设计了一个基于3D游戏引擎的全新空间记忆任务(Fig. 1a)。每个任务试次中,被试以第一人称视角向3个卡通玩偶行走并停在玩偶中间(walking period)。其中,3个玩偶独特的相对空间位置被定义为地图(Fig. 1b)。而后,被试需使用认知地图信息在面朝方向变化后定位自己的位置(facing period),以及定位一个物体的位置(targeting period)。表征相似度分析发现,当定位自己位置时,认知地图由内侧颞叶的海马表征,而当定位物体位置时,认知地图被内侧前额叶表征(Fig. 2)。该结果首次为基于多个物体(例如人类)构成的认知地图神经表征的存在提供了实验证据,为后续的空间认知研究提供了方向(例如基于移动物体认知地图形成的神经机制)。Fig.1 (a)空间记忆任务。被试在每个试次经历3个阶段:walking阶段,被试朝向3个卡通玩偶行走最终停在玩偶之间的圆形木板上;facing阶段,屏幕上呈现一个玩偶,提示被试所面朝的方向发生变化,且当前面朝该玩偶;targeting阶段,另一个玩偶的照片在屏幕上呈现,被试需定位该玩偶相对于自身的方向,并稍后做出选择。(b)每一张地图被定义为3个玩偶独特的相对空间位置。(c)对于每一张地图,被试将经历从4个不同的方向走向3个玩偶。虽然地图是相同的,经历的空间刺激不同。Fig.2 在定位自己位置和定位物体位置空间要求下的认知地图神经表征。论文链接: https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa117该课题由国家自然科学基金委资助完成。纳家勇治研究员为本文通讯作者,心理与认知科学学院博士生张博为论文的第一作者。参考文献Tolman, E. C. (1948). Cognitive maps in man and animals. Psychol Rev, 55, 189-208.O'Keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map: preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain research.Vass, L. K., & Epstein, R. A. (2013). Abstract representations of location and facing direction in the human brain. Journal of Neuroscience, 33(14), 6133-6142.2020-06-12

关键词:地图空间位置认知玩偶定位表征方向物体神经北京大学2021-07-17

西安交大研究人员在热障涂层失效分析方面取得进展

导读:热障涂层广泛应用于陆机燃气轮机和航天发动机的高温热端部件,涂层的应用可以降低合金基底的表面温度并提高燃机的热效率,然而,严苛的服役环境下涂层的剥落往往限制了其使用寿命。等离子喷涂制备的热障涂层具有典型片层结构特征,未结合的片层界面及扁平粒子间的纵向裂纹构成复杂的裂纹网络,在热—机械载荷作用下层间界面裂纹发生扩展合并,这导致了涂层的最终剥落。在实际服役条件下,涂层内各层的热力学性能都是随温度变化的,高温下各层的蠕变行为表现明显,屈服强度也大大降低。此外,粘结层氧化也会诱发巨大的生长应力,这些材料性能的变化在服役过程中是同时发行的。然而,此前文献报道的研究基本只考虑了特定条件下的单个因素对涂层失效的影响。因此,有必要对多因素同时变化下的热障涂层内应力场的变化进行详细探究,这将为理解涂层内裂纹扩展行为及其失效提供重要的理论基础。 近日,西安交通大学材料学院焊接研究所蔡洪能课题组,建立了等温热循环条件下等离子喷涂片层结构热障涂层的有限元模型,通过用户自定义二次开发程序实现高温下合金粘结层的动态氧化过程模拟,基于大量的材料配置,全面深入地分析了不同材料参数对热障涂层内应力分布及状态的影响;该研究工作揭示了合金粘结层的高温氧化、塑性变形及蠕变行为对涂层失效的联合影响,为发展具有高抗剥落性能的长寿命热障涂层提供重要的理论指导。 上述研究成果以《循环温度载荷下等离子喷涂热障涂层内的应力状态:蠕变、塑性变形及氧化物生长的联合影响》为题发表在著名学术期刊《陶瓷国际》(Ceramics International)。西安交通大学材料学院博士生魏志远为论文的第一作者,蔡洪能教授为论文的第一通讯作者,西安交通大学为论文的第一通讯作者单位,该论文从投稿到接收不到11天。该工作得到了国家自然科学基金、国家973计划项目的共同资助。 论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219317390。 此外,魏志远博士于2018年在此期刊上发表的《基于一个新颖的裂纹扩展和氧化物生长耦合模型的热障涂层动态失效机制分析》研究成果被国际著名工程新闻网站Advances in Engineering (AIE) 选为有显著贡献的科学论文,并予以高亮专题报道,链接:https://advanceseng.com/thermal-barrier-coatings-novel-crack-propagation-tgo-growth-coupling-model/。

关键词:涂层热障材料裂纹合金西安交通大学2021-07-17

周广玉课题组在《AIDS and Behavior》发表论文,揭示HIV感染者的病情告知对服药依从性的影响机制

导读:2020年1月14日,《AIDS and Behavior》发表了北京大学心理与认知科学学院周广玉研究员课题组的论文“HIV Disclosure to Family Members and Medication Adherence: Role of Social Support and Self‑efficacy”。该研究揭示了HIV感染者对家庭成员的疾病告知与他们接受抗逆转录病毒治疗(ART)的依从性之间的作用机制,阐明了社会支持和自我效能感的中介作用。ART通过三种或三种以上的抗病毒药物联合使用来治疗艾滋病(AIDS),俗称“鸡尾酒疗法”。该疗法可以抑制HIV病毒复制,降低感染者血液中的病毒载荷,并有效预防病毒的进一步传播,最终降低与AIDS相关的发病率和死亡率。临床试验表明,达到上述治疗效果的前提条件是ART最佳依从性应大于等于规定剂量的95%。虽然艾滋病治疗免费政策已在我国开展十余年,但遗憾的是,遵循医嘱坚持治疗的比例只有61%-83%。ART依从性受到多种因素的影响,包括个人特质、机构资源、治疗相关因素和心理社会因素。其中是否将HIV感染状况告知给家人被认为是ART依从性的一个重要预测因素,但是目前很少有研究HIV对告知状态和药物治疗依从性之间的内在机制进行探讨。告知过程模型(Disclosure Process Model)认为疾病的告知可以通过多重过程影响临床结果,并提出社会支持可能是其中一个重要的作用机制。此外,大量研究报告了治疗自我效能与ART依从性之间的相关。根据社会认知理论(Social Cognitive Theory),对健康促进行为有高自我效能的个体采取这些行为的可能也更大。因此,可以假设治疗自我效能感也可能在告知和治疗依从性之间起中介作用。社会认知理论还表明,社会支持可能会提升自我效能信念,从而改善临床结果。因此本研究对链式中介也进行了检验。与广西壮族自治区疾病预防与控制中心(CDC)合作,本研究采用分层随机抽样法,从全区已确认的HIV感染者中,按照10%比例随机抽取了3000名被试。路径分析结果显示对家庭成员的疾病告知通过社会支持和自我效能感间接影响依从性(图1)。该结果揭示了HIV告知通过两条心理路径对治疗依从性产生积极影响,为将来设计干预方案提供了新的设计思路。未来在设计针对HIV感染者的治疗依从性改善的干预措施时,应考虑加入提高感染者治疗自我效能感和促进家庭成员的帮助和支持水平的成分。北京大学心理与认知科学学院毕业生米田悦为本文的第一作者(现为南卡罗莱纳大学博士候选人),周广玉研究员为本文的通讯作者。南卡罗莱纳大学阿诺德公共卫生学院的李晓铭教授和乔杉教授,广西壮族自治区CDC的周月娇和沈志勇为本文做出了重要贡献。本研究由美国国家卫生研究院和中国国家自然科学基金资助完成。Mi, T., Li, X., Zhou, G.*, Qiao, S., Shen, Z., & Zhou, Y. (2020) HIV Disclosure to Family Members and Medication Adherence: Role of Social Support and Self‑efficacy. AIDS and Behavior, 24(1), 45-54.  2020-01-18

关键词:治疗HIVART北京大学2021-07-17

西安交大科研人员在高强钢管板节点研究领域取得新进展

导读:钢管塔由于良好的受力性能和明显的经济效益,在国内外输电线路领域中被广泛应用。由于钢管塔节点连接杆件数量众多且方向各异,是传力的枢纽,受力极为复杂,对钢管塔管板节点的失效预测是目前输电线路设计的难题,但目前对高强钢管塔节点受力性能及破坏模式的研究不足。 针对上述问题,西安交大人居学院土木工程系孙清教授采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法,通过对平面节点在不同环板布置形式下的参数分析,阐明了环板布置形式对节点极限承载力的影响机制,揭示了节点内力传递机理、刚度退化规律和失效模式,确定了节点的失效准则,提出了节点极限承载力理论分析模型;建立了高强钢管板节点精细化的非线性数值计算模型,揭示了节点在空间组合中受力的耦合机制,提出适用于高强钢管板节点的统一设计方法。研究成果为高强钢钢管塔的推广应用提供科学依据。 近日,该研究成果以原创性论文形式在土木工程领域国际顶尖期刊美国土木工程师学会(The American Society of Civil Engineering)的《结构工程期刊》(Journal of Structural Engineering)发表,论文题目为《Q690高强钢KK型管板节点极限承载力分析》(Ultimate Load Capacity Analysis of Q690 High-Strength Steel KK-Type Tube–Gusset Plate Connections)。 孙清教授是该论文的第一作者和通讯作者,西安交通大学是该论文的第一通讯作者单位。美国土木工程师学会(ASCE)(http://www.asce.org/)成立于1852年,至今已有160余年的历史,是美国历史最悠久的国家专业工程师协会。现在,ASCE已成为全球土木工程界的领导者,所服务会员来自159个国家超过13万专业技术人员。ASCE是全球最大的土木工程信息知识的出版机构,出版的期刊大部分被SCI收录。《结构工程期刊》是ASCE旗下的具有代表性的顶级学术期刊,在土木工程领域收录的106本期刊中,总引用量排名第四。 论文链接:https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002363

关键词:土木工程钢管高强钢管板节西安交通大学2021-07-17

哈佛大学锁志刚教授与西安交大卢同庆教授合作:韧性水凝胶在循环载荷下的裂纹敏感性

导读:自1960年代以来,合成水凝胶已被开发并广泛应用于组织工程、药物运输、医用粘接剂、生物电子、亲水涂层、柔性机器人等。在许多承载的应用场景中,要求水凝胶能够承受长期的循环载荷,例如,人工心脏瓣膜每年需要打开和关闭约3亿次;膝盖关节软骨需承受幅值约2.5MPa的循环应力;透明扬声器之类的水凝胶离子设备需要承受高频振动;可拉伸的离子触摸板需要承受周期性变形。在循环载荷作用下,水凝胶会表现出疲劳特征,包括模量、强度的退化,内部裂纹的成核和生长等。近年来,哈佛大学锁志刚教授与西安交通大学软机器实验室团队在水凝胶疲劳领域开展了深入的研究,在水凝胶疲劳性能的实验测试与理论分析[1]、疲劳门槛值的提升策略[2, 3]、界面抗疲劳设计[4, 5]等方面取得研究进展。图1 两种疲劳测试方法。(a)预置裂纹的试样受到循环拉伸,记录在不同能量释放率下裂纹扩展的速率。(b)无预置裂纹的试样受到循环拉伸,记录在不同拉伸幅值λ下试样循环直至断裂的循环次数N。 材料的疲劳测试主要有两大类方法。一种是在试样中预置裂纹,施加循环载荷并记录裂纹扩展速率(图1a)。当施加的能量释放率G低于疲劳门槛值Gth时,裂纹不扩展。从2017年开始,水凝胶疲劳测试主要基于这类方法,对所测试的各类水凝胶的疲劳门槛值进行实验测试和理论分析。另一种疲劳测试方法是对不带裂纹试样进行循环加载拉伸至给定的拉伸比幅值λ或应力幅值,记录其断裂的循环数N(图1b)。当施加的拉伸比低于疲劳极限拉伸比λe时,试样被认为能够承受无数次循环拉伸而不发生断裂。本文采用第二类测试方法,以经典的双网络韧性水凝胶为对象,实验测量并分析材料的λ-N曲线特征,重点关注不含裂纹的试样的λ-N曲线和含不同裂纹尺寸的试样的λ-N曲线的不同,如图2所示。为了获得断裂循环次数的统计结果,采用六个相同的试样(不含裂纹或含相同尺寸的裂纹)同时拉伸的测试方法。图2 疲劳测试的λ-N曲线。每次疲劳实验中,六个相同的试样(不含裂纹或含相同尺寸的裂纹)在给定的拉伸幅值下循环受载,每个试样的拉伸幅值和断裂循环次数对应图中的一个点。材料的疲劳极限拉伸比是试样中的初始裂纹尺寸的函数。 研究发现,当初始裂纹较长时,韧性水凝胶的疲劳极限随着裂纹长度的增加而降低;当初始裂纹较短时,韧性水凝胶的疲劳极限对初始裂纹尺寸不敏感。测试结果表明该水凝胶在循环载荷下的裂纹敏感尺寸约为0.1mm。他们将这一敏感尺寸解释为材料的固有属性常数,称作endurance fractocohesive length,其大小由另外两个材料的固体常数决定,材料的疲劳门槛值Gth和材料在达到循环疲劳极限条件下的断裂功We(o),其中系数k由材料的本构关系和待测试样的几何特征决定。通过实验测量韧性水凝胶的疲劳门槛值和循环疲劳极限条件下的断裂功,代入如上公式估算得到的该材料的裂纹敏感尺寸为0.1mm量级,与实验相符。他们还讨论了各类工程材料在循环载荷下的这两个材料常数的取值范围以及所对应的裂纹敏感尺寸。实验结果 1 单轴拉伸下的断裂 他们采用聚丙烯酰胺(PAAm)-聚-2丙烯酰胺-2甲基丙磺酸(PAMPS)双网络韧性水凝胶进行裂纹敏感性测试。他们先单调拉伸不带裂纹以及带裂纹的水凝胶试样,获得不同裂纹长度对应的应力-拉伸比曲线,断裂拉伸比λc,断裂应力Sc以及断裂功Wc(由积分应力-拉伸比曲线得到),这些断裂属性都是裂纹长度c的函数。当初始裂纹较小时(65μm),测量的断裂属性与无预置裂纹的试样相近,而当初始裂纹较大时,断裂属性随裂纹长度增加而明显降低。图3 承受单调拉伸的不带裂纹的试样以及带不同长度裂纹的试样的断裂。(a)应力-拉伸比曲线。(b)断裂拉伸比-裂纹长度平面。(c)断裂应力-裂纹长度平面。(d)断裂功-裂纹长度平面。 他们通过变异系数CV(标准差除以平均值)来衡量测量数据的分散性。无论是带裂纹试样还是不带裂纹试样,断裂拉伸比λc,断裂应力Sc,断裂功Wc以及刚度M的变异系数都很小(小于0.1)。尤其是,断裂属性的分散性程度与材料的刚度分散性相当,因此可以认为所测量的材料属性为材料常数。由此得到,不带裂纹试样的断裂功这一材料常数WC(o)为5.87×106J/m3。该韧性水凝胶的另一材料常数断裂能在此前的工作中测量GC=2550J/m2。图4 单调载荷下带裂纹与不带裂纹试样的断裂拉伸比,断裂应力,断裂功以及刚度的变异系数。 对于带裂纹试样且裂纹长度远小于试样尺寸,能量释放率G有G=κWc,其中c为裂纹长度,W为远离裂尖的弹性能密度,κ为一个无量纲数。当试样断裂时,断裂能Gc有Gc=κWcc。材料裂纹敏感尺寸可由得到。当材料为线弹性且试样为边缘裂纹时,κ的值为2π(1.122)2,由此得到该材料在单调载荷下的裂纹敏感尺寸为0.05mm,与实验观测到的裂纹尺寸敏感性基本相符。2 循环拉伸下的断裂 他们循环拉伸不带裂纹以及带裂纹的水凝胶试样,获得不同裂纹长度对应的疲劳极限下的应力-拉伸比曲线,疲劳极限拉伸比λe,疲劳极限应力Se以及疲劳极限条件下的断裂功We,这些疲劳极限属性都是裂纹长度c的函数。当初始裂纹较小时(65μm),测量的疲劳极限属性与无预置裂纹的试样相近,而当初始裂纹较大时,疲劳极限属性随裂纹长度增加而明显降低。不带裂纹试样在疲劳极限条件下的断裂功We(o)这一材料常数为1.02×105J/m3。该韧性水凝胶的另一材料常数疲劳门槛值在此前的工作中测量为Gth=114.2J/m2。对于带裂纹试样且裂纹长度远小于试样尺寸,能量释放率G有G=κWc,当试样达到疲劳极限时,疲劳门槛值Gth有Gc=κWec。循环载荷下材料裂纹敏感尺寸可由得到。当材料为线弹性且试样为边缘裂纹时,κ的值为2π(1.122)2,由此估算得到该材料在循环载荷下的裂纹敏感尺寸为,与实验观测到的裂纹尺寸敏感性基本相符。图5 承受循环拉伸的不带裂纹的试样和带不同长度裂纹的试样的疲劳极限。(a)疲劳极限拉伸比-裂纹长度平面。(b) 达到疲劳极限时的应力-拉伸比曲线。(c)疲劳极限应力-裂纹长度平面。(d)疲劳极限条件下的断裂功-裂纹长度平面。 3 材料属性空间 承受循环载荷时,当初始裂纹长度大时,试样抵抗裂纹扩展的能力用疲劳门槛值Gth描述。当初始裂纹长度小,对裂纹不敏感时,抵抗疲劳断裂用不带裂纹试样在疲劳极限条件下的断裂功描述We(o)。研究人员从文献中收集得到弹性体,塑料,陶瓷,金属的Gth和We(o)数据。这两个材料常数的比值定义了endurance fractocohesive length,用斜虚线表示。陶瓷的endurance fractocohesive length在10-4m这个量级。金属和文中的韧性水凝胶的endurance fractocohesive length在10-3m这个量级。图6 用不带裂纹试样测得的疲劳极限条件下的断裂功We(o)与用带裂纹试样测得的疲劳门槛值Gth构成的材料属性平面。斜虚线为endurance fractocohesive length,Gth/We(o)。 4 结论 他们研究了双网络韧性水凝胶带裂纹与不带裂纹、在单调载荷和循环载荷下的断裂行为。单调载荷下,测试了不同裂纹长度c对应的断裂拉伸比λc,断裂应力Sc以及断裂功Wc。当初始裂纹较短时,断裂功是材料常数,Wc(o),对初始裂纹不敏感。当初始裂纹较长,断裂能是材料常数Gc。两个材料常数的比值定义了另一材料常数fractocohesive length,Gc/Wc(o),单调载荷下裂纹敏感尺寸为。循环载荷下,他们测试了不同裂纹长度c对应的疲劳极限拉伸比λe,疲劳极限应力Se以及疲劳极限条件下的断裂功We。当初始裂纹较短时,疲劳极限条件下的断裂功是材料常数,We(o),对初始裂纹不敏感。当初始裂纹较长,疲劳门槛值是材料常数Gth。两个材料常数的比值定义了另一材料常数endurance fractocohesive length,Gth/We(o),循环载荷下裂纹敏感尺寸为。循环载荷下软材料的裂纹敏感尺寸这一重要的材料参数对指导抗疲劳软结构的设计具有重要意义。这一研究工作最近发表在Journal of the Mechanics and Physics of Solids。论文的第一作者为西安交通大学航天航空学院博士研究生周一帆,西安交通大学卢同庆教授和美国科学院院士、美国工程院院士、哈佛大学锁志刚教授为共同通讯作者。原文链接:Zhou et al. Flaw-sensitivity of a tough hydrogel under monotonic and cyclic loads. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2021.https://doi.org/10.1016/j.jmps.2021.104483 1.Zhang WL, et al. (2018) Fatigue of double-network hydrogels. Engineering Fracture Mechanics 187:74-93.2.Zhang W, et al. (2019) Fracture Toughness and Fatigue Threshold of Tough Hydrogels. ACS Macro Letters 8(1):17-23.3.Zhou Y, et al. (2020) The Stiffness-Threshold Conflict in Polymer Networks and a Resolution. J Appl Mech-T Asme 87(3):031002.4.Zhang W, Gao Y, Yang H, Suo Z, & Lu T (2020) Fatigue-resistant adhesion I. Long-chain polymers as elastic dissipaters. Extreme Mechanics Letters 39.5.Zhang W, Hu J, Yang H, Suo Z, & Lu T (2021) Fatigue-resistant adhesion II: Swell tolerance. Extreme Mechanics Letters 43:101182.

关键词:裂纹断裂试样拉伸疲劳极限凝胶疲劳中国聚合物网2021-07-12

心理所揭示基于单眼的无意识奖赏学习机制

导读:奖赏能够影响人的知觉和行为,人们可以从意识和知觉上区分哪些事物能带来奖赏、哪些不能。这种意识和知觉上的差异为追求奖赏提供了重要线索。奖励规则由人制定,但大脑的奖赏系统未必需要意识来调控奖赏学习。奖赏的神经调节信号弥散地分布在整个大脑,奖赏系统与大脑中多个脑区有连接。这种连接的复杂性使无意识的奖赏学习成为潜在的可能,但由于以往研究范式里用来关联有无奖赏(或者不同程度的奖赏)的视觉刺激在外观上大多可以区分,因此难以证明这一点。一个单眼刺激从哪只眼呈现可简称为刺激的“眼源信息”。以往研究发现,人类对于单眼呈现的刺激不能较好地判断刺激是通过哪只眼呈现的。中国科学院心理研究所研究员鲍敏研究组、蒋毅研究组合作开展研究,利用该原理,尝试把奖赏和眼源信息关联起来。在实验中,研究人员通过立体镜给被试的一只眼呈现彩色动态的连续闪烁刺激,另一只眼呈现一个目标刺激(图1A)。在此种视觉呈现方式下,被试一开始只能意识到连续闪烁刺激,目标刺激则被掩蔽于意识之外。但随着呈现时间的推移,目标刺激有可能破除连续闪烁刺激的掩蔽,被试便能够看见目标刺激。被试被告知实验任务是只要看见目标刺激就按键。被试不知道的是,目标刺激在有的试次中呈现在左眼,有的试次中呈现在右眼,并且只有当被试报告发现在给定的一只眼中呈现的目标时,才会得到金钱奖赏,研究人员把这只眼称作“奖赏眼”。由此可知,被试不能意识到有奖赏的试次和无奖赏的试次仅仅区别于目标刺激呈现在哪只眼,其实际感受可能是只有一部分按键报告能伴随奖励。该研究后对被试进行的问卷报告确认了这一点(图2)。由于每个试次有几秒的最长呈现时间限制,如在限定时间内被试未看见目标刺激,则无法做出反应;倘若这是一个有奖赏试次,则意味着被试错过了一次赢得奖赏的机会。虽然被试不知道目标刺激的眼源信息,但随着奖赏学习的进行,被试可以习得这个关联(图1C)。相对于训练前来说,训练过程中被试在有奖赏试次中报告发现目标刺激的概率显著上升。这意味着被试的奖赏系统在训练过程中似乎已经“知道”:只有奖赏眼中呈现的刺激与奖赏有关,需要被更早发现和报告。而被试自己却并不知道这一点,这说明发生了无意识的奖赏学习。由于单眼神经元在初级视皮层中存在,因此这种无意识奖赏学习效应可能发生在视觉加工的较早阶段。进一步研究发现,当把目标刺激挪到偏离视野中心的位置,并使用一个较困难的注视点任务来控制被试的注意远离目标刺激所在的位置,无意识的奖赏学习效应则消失,这说明该效应的形成需要注意的参与。此外,研究还证明该效应依赖连续闪烁刺激所带来的眼间抑制,且当任务中含有意识上的奖赏刺激关联时,无意识的奖赏学习效应就无法被观测到,说明其被意识上的奖赏学习效应遮蔽。综上,该研究揭示出人类奖赏系统存在两种不同类型的奖赏学习。一种是无意识奖赏学习,其不依赖于意识上可以分辨的奖赏刺激,但仍需消耗注意资源;另一种是生活中常见的意识上奖赏学习,它可以教导选择性注意去选择奖赏关联的刺激;而意识上的奖赏学习可以遮蔽无意识的奖赏学习效应。相关研究成果在线发表在British Journal of Psychology上。论文链接图1.实验1a的刺激和结果。(A)试次流程;(B)四种可能的目标刺激,分别对应右、左、下、上的按键报告;(C)训练阶段1、训练阶段2,目标刺激突破连续闪烁刺激的掩蔽的概率相比于训练前有所增长,且在奖赏眼里增长更为明显。这一基于单眼的奖赏学习效应在后测阶段消失。图2.实验后的问卷调查发现96名被试中,仅2人报告认为奖赏与刺激呈现在奖赏眼有关。大部分被试或报告不认为奖赏有规律,或错误地认为奖赏与其它刺激属性有关联。

关键词:神经调节信号无意识奖赏学习机制奖赏刺激中国科学院2021-07-09

水生所等从景观尺度揭示多重压力因子对长江干流鱼类群落的影响

导读:解析由人类活动干扰塑造的景观格局与水生生物群落之间的相关关系,对于制定水生生物多样性保护策略十分重要。然而,目前此类研究主要集中于小型可涉水的河流和溪流,对于长江等大型不可涉水河流的相关研究尚无报道。中国科学院水生生物研究所研究员陈宇顺团队运用景观生态学和多元统计的方法分析了长江中下游干流2017年不同江段的景观格局和压力因子(包括河岸带土地利用和河道内压力因子)以及不同生态类型的鱼类群落的空间格局,解析了多重景观压力因子对长江鱼类群落的影响(图1)。研究发现,长江中下游干流鱼类群落和景观压力因子均呈现显著的空间差异性(图2-3)。其中,从长江中游到下游,喜静水性鱼类的丰度和物种丰富度呈显著降低趋势,洄游性鱼类的Simpson指数(D)和Shannon-Wiener指数(H)则呈U型分布(图2)。长江中游所有鱼类和喜静水性鱼类的平均分类学差异指数TD(Average Taxonomic Distinctness)低于长江下游(图2)。此外,从长江中游到下游,河岸带的城镇化程度、航运和捕捞压力以及岸线改造程度呈显著上升趋势,农业化程度呈显著下降趋势(图3)。研究显示,河岸带的土地利用状况(如城镇化程度)和河道内的压力因子(如岸线改造程度、航运压力和捕捞压力)与鱼类群落,特别是喜静水性鱼类的丰度、生物量和物种丰富度之间呈显著的负相关关系。该研究揭示出河岸带土地利用类型和河道内压力因子对长江鱼类群落的定量影响,进一步突出了景观尺度分析方法在评估大型河流生态系统中多重人类活动干扰对鱼类群落多样性影响的重要性,并为长江的水生生物保护提出了针对性的管理建议:建立或修复河岸缓冲带、加强商业航运的管理、实施岸线保护措施、加强渔业管理、修复水生生物产卵场生境等。相关研究成果以Riparian land use and in-channel stressors drive fish community structure in the Yangtze River为题,发表在Landscape Ecology上。水生所博士研究生熊芳园为论文第一作者,研究员陈宇顺为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研究计划项目、中科院重点部署长江项目、中科院人才项目、三峡集团长江生态格局项目及世界自然基金会淡水项目等的资助。论文链接图1.从景观尺度解析多重压力因子与长江干流鱼类群落的关系图2.长江中下游干流鱼类群落的空间格局。(a)喜静水性鱼类的丰度和物种丰富度;(b)洄游性鱼类的Simpson指数和Shannon-Wiener指数;(c)所有鱼类物种和喜静水性鱼类物种的平均分类学差异度指数TD(Average Taxonomic Distinctness)。图片上方公式为各类指数与河口距离相关性的曲线估算结果。图3.长江中下游干流景观格局。(a)城镇化和农业化程度;(b)林地和湿地面积占比;(c)航运和捕捞压力;(d)岸线改造程度。图片上方公式为各类因子与河口距离相关性的曲线估算结果。

关键词:景观尺度多重压力因子长江干流鱼类空间差异性中国科学院2021-06-22

中国科大在吸附接触力学领域取得新进展

导读:在微纳米尺度下,材料的表面形貌和表面相互作用极大地影响了材料的吸附接触行为,发展吸附接触力学理论对生物力学、微纳米机电和原子力显微镜等众多领域都具有重要的基础意义。近期,中国科学技术大学工程科学学院、中国科学院材料力学行为和设计重点实验室郑志军研究组在粗糙表面的弹性吸附接触力学方面取得新进展。他们发现表面粗糙度可以改变接触界面的强度和吸附模式,并揭示了界面增强/减弱和吸附模式转变的力学机理。相关研究成果以“Adhesion of elastic wavy surfaces: Interface strengthening/weakening and mode transition mechanisms”为题发表在固体力学领域旗舰期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids (JMPS 2021;151:104402)上。 自然界中许多现象与粗糙表面吸附接触问题密切相关,如昆虫吸附在物体表面、壁虎在墙壁上行走、细胞吸附探针或其它细胞、噬菌体侵染大肠杆菌。理想光滑表面并不存在,实际表面都是粗糙的,表面粗糙度对材料吸附行为的影响存在着持久性争议,力学机理尚不明晰。2007年,美国布朗大学Guduru教授及其合作者将经典的JKR理论推广用于研究波浪形粗糙表面的吸附接触问题(后来被称为Guduru问题,图1),认为表面粗糙度使材料界面得到增强,并指出其机理为表面粗糙度引起了载荷-位移曲线的振荡,增大了分离界面所需要的拔出力。然而,Guduru的结果导致拔出力与粗糙度正相关的悖论,无法解释那些表面粗糙度减弱吸附的实验现象。图1Guduru问题:(a)三维视图、(b)二维视图和(c)典型粗糙度下的完整载荷–位移曲线 针对上述问题,研究团队通过建立粗糙表面变形与相互作用的自洽方程,发展了完全自洽模型(FSCM)。该模型是连续介质力学框架内最为准确的吸附接触力学模型,然而自洽方程中含有强非线性积分项,需要通过数值迭代求解。为此,研究人员在一个新的计算程序中,利用椭圆积分的性质,结合Riemann–Stieltjes积分从根本上解决了吸附自洽方程中积分项所存在的奇异性问题,并采用弧长控制法、自适应网格和牛顿迭代法等技术解决了数值求解的困难,获得了高精度的数值计算结果。在较小的表面粗糙度下,完整载荷–位移曲线呈现单重振荡特征,这与Guduru基于JKR理论获得的认识一致。而在较大的表面粗糙度下,完整载荷–位移曲线呈现双重振荡或局部回旋振荡特征(图1c),区别于JKR理论预测的单重振荡特征。研究人员发现,随着粗糙度的增加,界面强度先增大后减小(图2a),吸附模式从简单接触转变为多点接触(图2b)。进而,研究人员建立了吸附模式分区图,给出了界面增强/减弱的临界粗糙度,并揭示了吸附增强/减弱的力学机理(图2c)。当表面粗糙度较小时,在拔出过程中接触区内出现起伏状压强分布,使得拔出力增大;而当表面粗糙度较大时,由于粘着应力存在上限,在拔出过程中局部界面出现空化,形成吸附屏蔽区,使得拔出力减小。这些认识表明在后续发展粗糙表面吸附接触的简化模型时,必须放弃紧密接触条件,并约束粘着应力的最大取值。图2表面粗糙度对拔出时吸附接触行为的影响:(a)拔出力、(b)表面间距分布和(c)压强分布 该研究不仅系统地揭示了表面粗糙度对界面吸附行为的影响机制,还为吸附接触力学模型研究提供了新思路。论文通讯作者为郑志军副教授。论文第一作者朱玉东自本科开始研究Guduru问题,获得中国科学技术大学2018年度校级优秀毕业论文奖,并保送硕博连读,现为博士研究生。 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jmps.2021.104402(工程科学学院近代力学系、中国科学院材料力学行为和设计重点实验室、科研部)

关键词:吸附粗糙度界面粗糙振荡中国科学技术大学2021-03-31

陈松蹊团队在通过“静稳期数据实验”有效度量本地排放方面取得进展

导读:众所周知,人类活动引起的过度排放是造成大气污染的主要原因,北京大学统计科学中心陈松蹊教授团队,经过反复的数据筛选和建模分析,近日,所取得的最新研究进展:通过静稳期数据实验度量本地污染排放的论文——“Assessing Local Emission for Air Pollution via Data Experiments”,被大气环境领域重要英文国际期刊Atmospheric Environment正式接收。文章以华北平原北部北京、唐山和保定三个城市为研究对象,针对2013年3月至2019年2月六个季节年的空气质量数据和气象数据,开发了一种数据选择算法,通过数据实验,在强清洗过程之后选择“静稳期数据”,采用面板数据回归模型,来研究三种大气污染物(PM2.5、NO2和SO2)浓度在污染传输到达前的增长趋势,从而科学度量本地污染排放。“静稳期”数据选择是本研究的一个重要前提和关键,基于华北平原的地理特点和气象现实,“静稳期”设定为强大的偏北风系统彻底地使空气清新之后,南风输送污染物到来之前的平静、干燥期。静稳期具体由三个关键时间点来确定:(i)北风清洁过程的结束时间tw,(ii)静稳期开始时间ts,(iii)静稳期的结束时间te。图1.2013年冬季北京东四监测点选出的静稳期PM2.5时间序列数据(红色)文章将华北地区三个城市的空气质量监测站点根据地理位置,分成四个组群:BeijingSE、BeijingNW、Tangshan、Baoding进行研究。选择气象变量:边界层耗散(BLD)、露点温度(DEWP)、边界层高度(BLH)、相对湿度(HUMI)、温度(TEMP)、气压(PRES)、累积北风风速(CNWS)、累积南风风速(CSWS),对四个组群选出的静稳期数据,加入小时虚拟变量进行线性面板数据回归,估计三种污染物(PM2.5、SO2和NO2)静稳期的小时增长率。为了消除气象干扰,估计的增长率根据2013—2018年气象基准线分布进行了季节调整。以北京西北站点群为例,静稳期PM2.5增长率调整前后对比如图2所示。图2.北京西北站点群静稳期前6小时PM2.5增长率气象调整前后对比四组监测站点三种污染物(PM2.5、SO2和NO2)浓度,从2013年到2018年调整后四个季节平均的年增长速度(µg/m3perhour)如下表所示,并分别相对2013年和2014年的水平做了对比,负值代表上升。表一 2013年至2018年气象调整后对四个季节平均的小时增长率(µg/m3perhour),以及2018年相对于2013年和2014年的(相对)减少。估计结果显示,自2013年以来,经气象调整的PM2.5和SO2平均增长率呈持续下降趋势。与2013年相比,2018年PM2.5小时平均增长速度从5.9-11.1µg/m3下降到了2.9-4.5µg/m3,SO2小时平均增长速度从2.2-8.9µg/m3下降到了0.4-2.5µg/m3,降幅分别达到了44-70%和57-82%。然而,NO2小时平均增长率变化较小,2018年相对于2013年的年度平均降幅在-9.4%到27.9%之间,唐山和保定反而呈现出一些明显的增长趋势。对北京来说,在2017年开始出现一些减少的迹象。这也印证了华北地区空气质量治理策略的效应,该策略一直以改善与煤炭有关的排放为重点,而与机动车有关的排放控制远远落后于煤炭。图3.四组监测站点群2013-2018六个季节年三种污染物浓度在不同季节里静稳期前6小时内的平均增长综上,研究表明,与2013年相比,2017—2018年几乎所有季节和城市的PM2.5和SO2小时平均增长率显著降低。然而,保定和唐山春季和冬季的NO2相关排放量没有明显减少。研究还发现,北京的PM2.5冬季增长率与重工业城市唐山和保定相当,甚至北京2018年冬季PM2.5小时增长率还高于唐山和保定,表明北京冬季的污染排放压力仍然很大。文章中“静稳期数据”选择的算法和统计分析模型,可以推广到世界上其他区域,所估计的静稳期污染物浓度增长率可及时有效评估本地污染排放。该论文的第一作者是朱玉茹(北京大学统计科学中心2018级博士生),通讯作者是其导师陈松蹊教授,另一作者是梁银双副教授(郑州工程技术学院信息工程学院,曾为北京大学统计科学中心访问学者)。本研究得到了国家重点研发计划《大气污染成因与控制技术研究》专项项目2016YFC0207701的部分资助和国家自然科学基金项目71532001、71973005的资助。

关键词:PM2气象排放SO2污染物北京大学2021-03-15

上海交大Bio-X研究院朱金伟课题组在《PNAS》、《Cell Reports》连续发文阐释细胞骨架调控分子机制

导读:近日,上海交通大学Bio-X研究院朱金伟团队与中国科学技术大学生命科学学院王朝团队合作在国际权威期刊《美国科学院院刊》(PNAS)在线发表了题为“Double inhibition and activation mechanisms of Ephexin family RhoGEFs”的研究论文,首次阐释了Ephexin家族RhoGEF双重自抑制及激活的分子机制。Ephrin-Eph信号通路通过调节下游Rho GTPase的活性调控细胞骨架动态变化,在神经发育及信号转导和肿瘤转移等过程发挥关键作用。Ephexin家族蛋白是Ephrin-Eph通路下游重要的RhoGEF,负责激活Rho GTPase,其可以选择自抑制和激活的两种构象状态,但调控机制尚不明确。本项工作综合运用生物化学、结构生物学和细胞生物学方法分别研究了Ephexin4的羧基端自抑制和双重自抑制的三维结构信息。进一步研究发现,结合PDZ蛋白和磷酸化修饰氨基端多肽序列“LYQ”中的酪氨酸残基能够分别激活羧基端和氨基端的抑制构象(图1)。该工作为相关神经系统疾病和肿瘤的发病机制提供了可靠的结构阐释。图1. Ephexin4的双重自抑制和激活的分子机制与此同时,Bio-X研究院朱金伟团队与中科院生化细胞所张荣光团队合作在《细胞-报告》(Cell Reports)杂志在线发表题为Phase Separation-mediated Condensation of Whirlin-Myo15-Eps8 Stereocilia Tip Complex的研究论文,首次揭示了液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制。静纤毛是位于耳毛细胞顶部特化的毛状结构,对于听觉产生起关键的作用。静纤毛顶端的电子致密区(tip complex density,TCD)是由多种蛋白质组成的高度致密的结构,主要组分包括Whirlin、Myo15、Eps8、LGN等,在调控静纤毛的生长发育过程中起关键作用,但其组装分子机制不清楚。本项工作研究了TCD复合物Whirlin-Myo15-Eps8间的相互作用,并解析了Whirlin-Myo15的复合物晶体结构。有趣的是,研究发现Whirlin在体外和细胞内均能自发地形成液-液相分离(liquid-liquid phase separation)。Eps8与Myo15能够被Whirlin招募进入Whirlin相分离中,并且显著促进相分离的形成(图2)。顶端复合物形成的相分离能够显著促进F-actin在体外交联成束(actin bundle),加入破坏相分离的耳聋突变体Myo15deaf则会显著抑制F-actin的成束。本项研究揭示了液-液相分离介导静纤毛顶端复合物形成的分子机制,为进一步阐明TCD促进静纤毛发育和相关耳聋的发病机制提供了新的理论基础。 图2. 液-液相分离介导静纤毛顶端复合物组装论文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2024465118https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108770实验室欢迎各位优秀学子进入实验室一起解码生命,快乐科研!联系方式:jinwei.zhu@sjtu.edu.cn作者:Bio-X研究院供稿单位:Bio-X研究院

关键词:分子机制细胞骨架肿瘤上海交通大学2021-03-05

技术转移案例
  • 项目名称: 炭素生产过程中沥青烟气和煤粉混合废气的无害化处理

    需方:宁夏宁平炭素有限责任公司

    供方:浙江大学

    服务亮点:企业点餐“提需求”,校企联合破短板

  • 项目名称: 复杂条件下城际轨道交通地下结构施工关键技术研究

    需方:中建八局轨道交通建设有限公司

    供方:东南大学

    服务亮点:大数据工具提升匹配效率,线下对接促合作

  • 项目名称: 姜粉在缓解炎症性肠病以及调节肠道菌群紊乱中的应用

    需方:福建龙植生物科技有限公司

    供方:上海大学

    服务亮点:提供支撑环节服务,发挥指引衔接效用

  • 项目名称: 酸性废水无害化处理或酸提浓回收的可行工艺

    需方:江西拓泓新材料有限公司

    供方:南京霖厚环保有限公司

    服务亮点:对接调研,专家“把脉”,推动双方项目合作落地