本周，我们将在探索基于光的技术如何在医学和其他领域带来更光明的未来时，稍微放松一下。此外，新闻中还报道了一种治疗脊髓性肌萎缩症的新基因疗法，科学家们制作了声波全息图，以及迄今为止最精确的恐龙重建。
在这一集里
心脏病基因测试
与莱斯特大学和英国心脏基金会的Nilesh Samani教授合作
一种新的基因测试可以诊断有冠状动脉风险的个体
早得多阶段的心脏病已经被发现。一个国际科学家团队将超过49,000个被称为“片段”的遗传基因标记(单核苷酸多态性)与15,000个携带这些标记的人是否患有心脏病进行了结合。这使他们能够识别出一种标记模式，这些标记可以共同说明一个人在以后的生活中患心脏病的可能性。这意味着我们有可能在心脏病发作之前就进行干预和预防。Nilesh Samani是这项研究的作者之一，他向Chris Smith介绍了细节。
在这个国家和世界上许多国家，心脏病是导致早期死亡的最常见原因。原因有很多——重要的生活方式因素:吸烟、缺乏体育锻炼、患有高血压、糖尿病、高胆固醇等某些疾病，但也有一个非常重要的遗传因素。患心脏病的风险大约有50%与遗传因素有关。
Chris -所以这就是你现在的研究的目的-试图掌握这些基因是如何在疾病的发展中发挥作用并找出谁拥有这些基因?
内利什:在过去的几年里，我们花了很多时间试图确定人与人之间的基因差异，这些差异会影响患冠心病的风险，现在我们已经发现了不少。但这项特殊的研究让我们超越了这一点，并提出了一个问题，如果我们有了个人的遗传信息，它能在多大程度上预测他们患心脏病?
如果我们知道我们已经有了这些危险因素，我们不是已经很好地识别了哪些人可能会患心脏病吗?
尼尔什:不，原因有两个:高血压或胆固醇等风险因素只能解释患心脏病的部分风险，而且在很大程度上，我们已经确定的遗传因素与这些因素无关。其中一些能解决这些风险因素，但大多数不能，所以它们提供了独立的信息。我们所知道的是，冠心病的潜在过程，开始于20多岁的人，在这个阶段，我们目前使用的风险因素在个人之间并没有特别的区别。而你的遗传风险因素，你生来就有所以我们可以在一个人生命的任何阶段观察它们，因此，根据他们的遗传风险将人们分为不同的类别。
克里斯-你是怎么做到的?
尼尔什:所以我们从我们所做的研究中发现了遗传变异，我们创造了一个遗传风险评分。然后，在风险评分的基础上，我们看看那些遗传风险负担最重的人(前20%)，与那些负担最低的人相比，他们一生患冠心病的风险是多少在我们接触到的世界各地的一些人群中。你看到的是，如果你不幸拥有前20%的遗传风险，那么在一生中，你患冠心病的风险至少要高出5倍。
克里斯:有了这些信息，你建议我们如何使用它?
Nilesh -显然需要做更多的工作来证明这一发现可以应用于不同情况下的不同人群。但如果我们证实了这一点，那么我认为我们能做的一件事就是及早识别出那些风险最高的人，在这个过程悄然发展的时候，通过给他们提供生活方式方面的建议，试图阻止它的发展。也许在疾病的早期阶段就给他们一些治疗，比如他汀类药物，而不是等待病情发展。
克里斯-虽然这项研究并没有告诉你这种干预是否有效，是吗?因为它确实说的是你可以识别携带这些高风险基因的人但它并没有告诉你如果我们对这些人进行干预我们是否可以影响结果?
Nilesh -你说的完全正确。我们有一些证据表明他们可能会这样做因为在其他一些研究中研究者已经表明如果你有高遗传风险负担你给那些人服用他汀类药物，而不是那些有低遗传风险负担的人，那么他汀类药物的绝对益处在那些有高遗传风险的人身上要高得多。所以我们知道，如果你能识别出这些人，我们现在的一些治疗方法也可能是有益的。但你说得很对，我们需要做更多的研究来证明掌握这些知识是有益的。其次，这是一种公众会接受的筛查方式，最后，能够提供这种服务对健康来说是具有成本效益的。
声音全息图
马克斯·普朗克智能系统研究所的安德鲁·马克博士
仔细看看你的银行卡或护照，你可能会看到一个
全息图，用来伪造文件。全息图的表面有细微的纹理，凹凸不平的小凸起是图像的代码。当光波从表面反射回来时，它们会重建图像，使其看起来漂浮在半空中。现在，德国的研究人员正在将同样的原理应用于声波。他们通过3d打印一块塑料来制造一个声音“透镜”，这个“透镜”可以塑造从水下扬声器发出的声波，从而形成一个声音“景观”。这可以用于在培养皿中移动细胞，甚至可以用于治疗人体内的疾病。劳拉·布鲁克斯从发明家安德鲁·马克那里听到了它的工作原理……
我们想要实现的是对声场的控制。我们希望在特定区域有高强度，而在其他区域有低强度，我们通过所谓的“声全息图”来实现。这个想法是我们有一个换能器换能器基本上就是一个扬声器。它通过全息图投射声波，全息图就像透镜一样有效地改变声波，这样在全息图的远场或下游，我们就有了一个清晰的形状声场。
劳拉:那么我们能不能把它想象成一幅有丘陵和山谷的风景呢?
安德鲁:完全正确。全息图本身是一块3D打印的塑料，它有断层扫描。因此，全息图中的某些像素比其他像素更高或更高，因为全息图中的声速与浸入水中的声速不同，所以当声波离开全息板时，它们的相位也不同。
劳拉:你在做什么样的图案，你会用它们做什么?
安德鲁:我们尝试做的一件事就是在全息图的下游创造一个二维图像，我们可以把这个图像塑造成鸽子的形状。我们用它来收集粒子所以我们有很多很多微小的粒子聚集到声场中形成鸽子的形状。
劳拉:那么你是在用这些声音风景画吗?
安德鲁:完全正确!
劳拉:真让人印象深刻。你还能用它们做什么?
我们能做的另一件事就是改变全息图的排列，把声音向上投射到水面。所以全息图在水下，它把声波投射到水和空气接触的地方。在声音强度较高的地方，水面会形成波峰，如果你把粒子放在波峰上，那么这些粒子就会被困在那里。我们能做的一件好事就是塑造这些波峰的轮廓这样它们就不是简单的点而是线性轨迹。
另一件好事是，因为全息图的复杂性，我们可以在轨道上建立一个相位梯度，而相位梯度实际上是用来推动粒子的。所以现在我们有了一个轨道，粒子被限制在这个轨道上，一个相梯度推动它们沿着这个轨道。我们可以把这些轨道做成形状，比如字母，或者我们可以做圆环，我们可以有多个圆环。而且，在某些情况下，我们可以有粒子沿着这些环沿相反方向运动，这取决于相梯度的方向。
劳拉:所以你可以在不碰触物体的情况下移动物体——仅仅利用这些声场?
安德鲁:没错。
劳拉:你刚才谈到了组装这些微小的粒子，但就实际应用而言，这能有什么用呢?
我们想到的一件事是将它用于治疗或诊断医学能量。超声波现在的应用之一是消融或热疗，它被用来加热人体深处的东西。
我们可以想象这样一个场景，一个医生拍了一张病人身体的照片——一个特定的病人。找出病人体内声场的最佳分布方式，用3D打印技术绘制出病人的全息图，然后用全息图加热或消融，以满足病人的需求。
糖会让孩子亢奋吗?
Kat Arney博士，裸体科学家金宝搏app最新下载
在本周的Mythconception节目中，Kat一直在筛选甜蜜的东西…
凯特-没错!想象一下这样的场景——一个孩子的生日聚会，桌上摆满了糖果。仅仅几片蛋糕或巧克力蛋糕似乎就能把最温和的孩子变成一个过度活跃的怪物，很快就会造成膝盖高的近乎混乱的局面。但是，尽管人们普遍认为，给孩子们摄入过多的糖会使他们过度活跃和行为不佳，就像一堆杂乱无章的派对饼干一样，但这些说法背后的科学证据并不充分。
勇敢的科学家们早在20多年前就对儿童饮食和行为之间的关系进行了研究。例如，1994年，科学家在《新英格兰医学杂志》上发表了一项重要研究，描述了一项为期九周的安慰剂对照试验，该试验观察了蔗糖(对你和我来说就是普通的蔗糖)和人工甜味剂阿斯巴甜对近50名学龄前和学龄儿童行为的影响，其中包括父母报告他们对糖的过度影响特别敏感的儿童。更重要的是，他们专门挑选了那些父母说他们对糖敏感的孩子。尽管很难百分百准确地进行这类研究——毕竟孩子还是孩子，很难完全控制他们吃什么和做什么——尽管这些研究通常只涉及相对较少的参与者，但研究人员得出结论:“蔗糖和阿斯巴甜都不会对正常的学龄前儿童或对糖敏感的学龄儿童产生明显的认知或行为影响。”
这一发现得到了1995年发表的另一篇论文的支持，这篇论文被称为荟萃分析，它结合了针对一个特定问题的许多研究，看看一旦将大量参与者分组在一起，是否会产生任何影响。该研究再次得出结论:“糖不会影响儿童的行为或认知表现。”然而，不能排除糖的小影响或对部分儿童的影响。”
那么，既然研究表明糖要么没有影响，要么只有很小的影响，为什么父母仍然发誓说糖会把他们的小天使变成小怪物呢?实际上，这似乎归结于父母的期望。简单地说，如果父母看到他们的孩子吃了很多含糖的食物，他们认为他们会捣蛋，所以把任何淘气都归咎于糖。这一点甚至在一项以母亲和儿子为对象的安慰剂对照试验中得到了验证，其中一半的母亲被告知她们的孩子喝的是含糖饮料，而另一半则被告知她们喝的是含人工甜味剂的饮料，尽管她们喝的都是人工甜味剂而不是糖。但是那些认为自己的儿子喝了很多糖的母亲更有可能说自己的孩子在捣蛋。妈妈们自己实际上更多地批评了那些明显喝糖的孩子，并更密切地观察他们。
事实上，含糖饮料似乎改变了父母的行为，而不是孩子的行为——如果你认为糖会让你的孩子表现不好，那你就要注意了。毫无疑问，儿童派对是强化这一观点的基础——提供的大量含糖食物，加上过度兴奋的孩子们做了许多有趣的活动，让他们兴奋不已，父母的期望是这将是一场活生生的噩梦。但更有可能的是，这种期望——以及对事件的整体兴奋——导致了不守规矩的行为，无论是真实的还是想象的。
目前仍在进行研究，以确定糖——或者实际上是人工甜味剂——是否与儿童时期的疾病(如多动症)有任何联系，但目前还没有足够的确凿证据来确定。当然，没有人会说让孩子们整天狂饮含糖饮料、蛋糕和巧克力棒是可以的。毕竟，像水果和蔬菜这样的健康食品都含有一定量的各种形式的糖。但是对于孩子们和成年人来说，有很多很好的理由来关注他们饮食中的糖含量。例如，吃很多很多含糖食物会增加肥胖的可能性，这会在以后的生活中引起问题。但不良行为似乎不在其中。
脊柱基因治疗
与牛津大学的苏珊·哈蒙德博士合作
遗传性运动神经元疾病的基因治疗取得了突破
牛津大学的科学家们揭开了脊髓性肌萎缩症(SMA)的面纱。患有SMA的患者不能制造足够数量的一种叫做SMN的蛋白质——存活运动神经元的缩写——这种蛋白质是由一种叫做SMN-1的基因编码的。苏珊·哈蒙德和她的同事本周宣布的是一种DNA膏药或“贴片”，它可以增强一种叫做SMN-2的备用基因的活性，这种备用基因可以弥补缺失的SMN-1。他们将这个基因贴片放入受影响细胞的方法是将其与一个短蛋白或肽结合。克里斯·史密斯发现了这项技术是如何让患有脊髓性肌萎缩症的老鼠恢复正常寿命的……
苏珊-脊髓性肌萎缩症是一种遗传性疾病，主要影响儿童，并在0到6个月大时开始出现。它会导致脊髓运动神经元的死亡这些运动神经元会延伸到骨骼肌。所以当它们死后骨骼肌被废弃，开始退化。它是由存活运动神经元基因的突变引起的，这种基因是遗传来产生SMA的。
克里斯-考虑到这是一种遗传性疾病，我们如何才能解决它呢?
苏珊:在SMA中，我们有两种导致SMA的基因，SNM-1和SNM-2。对我们大多数人来说，smm -1功能齐全，可以提供生存和健康所需的所有蛋白质，但在患者中，smm -1会发生突变或缺失。所以我们留下了SMN-2，它只提供了你需要的10%的蛋白质这不足以维持生存。所以我们要做的就是增加SMN-2提供的蛋白质量。
Chris -所以有两个基因(SMN-1和SMN-2)一个没有这种情况的健康人有一个正常工作的副本，但SMN-1产生了你需要的大量蛋白质。在那些基因受损的人身上，他们会有这种情况但他们仍然有SMN-2基因跛行你说，我们能不能用某种方式激活它使他们达到健康的水平?
苏珊:是的。所以我们很幸运，每个病人都有SMN-2基因，所以用一种治疗方法，我们几乎可以针对100%的病人。
Chris -好的，那么你如何说服SMN-2加速其生产从而产生足够的物质来保持细胞健康呢?
苏珊:所以，在SMN-2中，它创造了一个不是我们所说的“功能性”的产品。我们设计的是这些短片段的DNA，就像一个贴片，它可以很好地结合在这些产品上，因此，使它成为一个功能性的产品。
Chris -你怎么把这些贴片放进需要它们的细胞里?
苏珊:这些补丁本身很难进入细胞。我们设计了一种叫做“缩氨酸”的东西，你可以把它想象成护照或钥匙，你可以把它加到这些补丁上，让它们真正进入所需的细胞。
克里斯-他们是怎么工作的-他们是怎么做到的?
苏珊:我不太清楚。这是非特异性的，这是这些肽所具有的电荷类型它似乎允许这些斑块被吸收到细胞中。
克里斯:你有一团蛋白质，这些多肽，你把它们连接到贴片上，一个牵着另一个的手。通行证-肽进入细胞然后补丁- DNA的短序列一旦进入细胞就开始工作?
苏珊:对，没错。
它是在身体的每一个部位，还是针对那些在这种情况下最脆弱的运动神经细胞?
苏珊:它会进入身体的各个部位。
克里斯:那么你怎么知道它是有效的?你做了什么测试来证明它是有腿的?
苏珊:我们治疗过非常非常严重的SMA小鼠模型，所以这些模型只能存活到出生后12天左右。当我们在这些老鼠出生的那天将这些肽片引入它们体内时，它们的平均存活时间增加到了大约四百五十六天。
克里斯-每天服用还是一次服用?
苏珊:两次，一次是出生那天，另一次是出生后两天。
克里斯:天哪!所以两剂就足够让这些老鼠有正常的寿命了因为老鼠活不了那么久，不是吗?
苏珊:是的，基本上是一个正常的寿命。
克里斯-它会进入血液吗?
苏珊:是的。
克里斯-那这些老鼠的功能呢?我知道你说他们有正常的寿命但是他们看起来功能正常吗?他们有肌肉问题还是没有?
苏珊:他们本质上是正常的。它们和普通老鼠一样强壮;它们比未经治疗的动物更大，我们称之为“神经肌肉连接点”，也就是神经与肌肉接触的区域，这也是完全正常的。
克里斯:你认为这种蛋白质——肽护照——也会在人类身上起作用吗?
苏珊:嗯，我们当然希望如此。如果你在幼崽出生的那天注射，我们说它们的生物屏障不太发达，所以它更容易通过身体。但我们可以在成年动物身上做，在成年动物身上，我们仍然可以看到它进入大脑和脊髓。所以我们真的希望这能应用到人类身上。
克里斯:那么，下一步呢?
苏珊:下一步是要进行临床试验。我们正在努力使它通过所有需要发生的事情，将其投入临床试验-安全数据和类似的事情。然后，在几年内，我们希望开始招募临床试验的人。
恐龙的阴影是怎么来的
布里斯托尔大学的Jacob Vinther博士
布里斯托尔大学的科学家们揭示了最准确的方法
重建一只恐龙。在中国一个湖泊沉积物中发现的一具保存完好的化石揭示了这种生物的颜色，以及它在发现自己在湖底之前的生活地点。乔治亚·米尔斯采访了布里斯托尔大学的研究人员雅各布·文瑟尔，以了解这种白垩纪的特征。
雅各布:这种恐龙被称为鹦鹉龙，意思是鹦鹉蜥蜴。这个名字的由来是因为它的喙看起来有点像鹦鹉的喙。所以这是三角龙的远亲它和拉布拉多犬差不多大，它来自中国东北辽宁省的一些沉积物，我们在那里发现了这些化石，大约有一亿两千万年的历史。
Georgia:我看了你论文里的恐龙模型，非常可爱。它的两侧有一些突出的小角，看起来像一个友好的素食者。
Jakob -是的，这只恐龙确实非常可爱。现在我们终于重建了这种恐龙的样子，我们可以看到它非常可爱。它看起来有点像《E.T.外星人》，我不知道还有什么可以和它比较的。它看起来有点像外星人——它有一张非常可爱的宽脸，但它有非常宽的脸颊角，这让它看起来非常非常独特。
乔治亚-你在调查这只恐龙什么?
雅各布:我们一直在研究这只鹦鹉嘴龙的化石，它保存得非常完好。我们所拥有的是与骨架相关的皮肤残骸，而鹦鹉嘴龙是中国东北这些沉积物中相当常见的化石。但偶尔我们也会找到一些被冲到这些湖泊沉积物中的标本，而这一个非常非常完整，保存得非常非常好。
我们观察了这些皮肤印痕，发现了有机残留物。我们最近发现，当我们有有机遗骸时，例如，恐龙的羽毛，我们有这些保留的色素，我们可以观察这些色素，也就是黑色素，并推断出这种恐龙可能拥有的原始颜色和颜色模式。现在我们对这只恐龙做了同样的事情，我们观察了这些有机残留物，当我们在所谓的扫描电子显微镜下观察它们时，我们发现了一些小结构，那就是黑素体。这就证明了我们在化石中保存下来的是给动物赋予颜色的黑色素。
乔治亚州-好的。所以你实际上已经发现了色素的化石残骸，然后，反过来，告诉你这种恐龙的颜色是什么样的。那么，除了帮助你得到这些可爱的恐龙重建画之外，这还能告诉你什么呢?
雅各布:这是很有趣的事情，我们也可以说出这只恐龙在做什么，因为它有这些颜色图案是有原因的，我们在这只恐龙身上看到的这些颜色图案是各种各样的伪装图案。最重要的一点，也是我们最能用来描述它所生活的环境的一点，就是动物的背部、腹部和尾巴从亮到暗的转变，这种模式被称为“反阴影”。
乔治亚:那么，把所有的东西放在一起，我们得到了一只拉布拉多大小的恐龙，它的身体像胖乎乎的霸王龙，它的头看起来像外星人和鹦鹉的混合体。还有一些奇怪的草状的东西从它的尾巴上伸出来。然后颜色是褐色身体上的黑色和红色斑点，上面的颜色要深得多，这就是雅各布所说的反阴影。
反遮阳是一种聪明的技术，至今仍被动物们使用。它包括腹部较浅，背部较深。想想企鹅、鹿、兔子之类的动物——它们的肚子都比较轻，这基本上会让你看起来不那么显眼。我们的大脑被训练成当物体顶部较亮，底部较暗时就能识别出来，因为太阳就是这样把物体照亮的。但是，如果你用遮光来抵消这一点——反遮光——你就会显得更平坦，这样就更容易避免被捕食者吃掉，因为捕食者很难发现你。
所以这只恐龙似乎在一亿多年前就在使用这个技巧，这也告诉了我们一些关于它的环境的信息。
雅各布:因为我们在活体动物身上看到的是，反遮阳的变化取决于它们生活的栖息地。原因是因为光照条件会因你居住的地方而异。例如，生活在稀树大草原上的动物的反遮阳毛，通常长在身体的高处，而且非常锋利。然而，生活在森林里的动物，它们有一个反遮阳，这是一个更渐进的过程，它在身体上的位置更靠下。
所以，基本上，这意味着我们可以利用这种证据来重建这只恐龙，并把原来的颜色图案放在它身上，我们可以证明它生活在一个森林的栖息地。
水镜-预防疾病
剑桥大学的理查德·鲍曼博士
受污染的饮用水是贫穷国家的主要疾病来源。
每天都有成千上万的儿童死于水传播疾病。幸运的是，剑桥大学的科学家理查德·鲍曼正在研究一种名为“水镜”的低成本解决方案，这是一种手持式塑料显微镜，可以检测水样中的传染病。
克里斯-理查德-这个项目是怎么开始的?
理查德:嗯，大约一年前就开始了，当时有个学生在研究如何更快更便宜地进行水质测试，他想到了用显微镜缩小现有测试的规模，从而更快地完成测试。显微镜的作用是告诉我们特定的水是干净的还是脏的。通常情况下，你会收集一些水，与细菌的营养物质一起培养一夜，然后第二天你就可以用肉眼看到细菌的菌落，这就是你判断水是干净还是脏的方法。
如果我们在显微镜下做同样的实验，你可以在大约一个小时后看到细菌，所以你可以更快地得到答案。
克里斯:这是非常值得称赞的，但是，当然，贫穷国家的人们买不起昂贵的高端显微镜，这大概就是为什么你要走这条路?
理查德:当然。我们想让显微镜非常便宜，非常容易使用，理想情况下，我们希望能够在需要它们的国家制造它们，避免从英国运输东西，这是非常昂贵的。
Chris -但是，如果你是在说穷人买不起昂贵的显微镜，他们能买得起昂贵的3D打印机吗?
理查德:嗯，我们不需要每个测试水的人都有一台3D打印机，但是我们开始看到实验室的建立，他们有3D打印机，他们正在寻找方法，他们可以用这些来生产有用的产品，比如，我们的显微镜。
克里斯-那么你是如何3D打印显微镜的，它们有什么用吗?
理查德:实际上，它们的效果出奇地好。我们用来制造显微镜的方法是很古老的。本质上，我们把大多数网络摄像机上的广角镜头倒过来，把它离相机传感器稍微远一点，它就变成了一个很好的显微镜物镜。
另一个要素是将样品放在正确的位置并能够聚焦。我们的做法是，基本上，不是让材料四处滑动，这在粗略制作的3D打印部件上很难做到，我们使用塑料中的柔韧性来弯曲结构，使样品进入焦点，并在其上移动。
克里斯-那很聪明。那么，你是如何建造这些东西的呢?请一点一点地告诉我，它像航空修理一样吗?你知道那些用来制造小飞机的工具吧——据我所知，有些东西只有质子那么大(!)，然后把它们组装成一个可以工作的小工具。
安德鲁:是的，有点像。我想显微镜打印出来的是10到11块，这取决于你做的是什么。它的大部分实际上都是在一块上打印出来的，所以所有处理聚焦和转换样本的敏感柔性机制都是在一块上打印出来的。然后你要加上三个螺丝，用来移动舞台，聚焦显微镜，固定相机和光学元件。我花了大约20分钟到半个小时，不过我现在已经做了很多了。
克里斯-但即便如此，那也不长吧?但事实证明，它有效吗?如果你从水坑或河流中取一份脏水样本，放在显微镜下，你能看到那里是否有能形成细菌的细菌吗?
当然可以。我们还在做一些样本收集的工作，所以从脏水到显微镜载玻片上我们可以成像的东西。但成像部分工作得很好，我们希望在接下来的几个月里解决剩下的问题。
克里斯:一旦解决了问题，它是如何部署的，你的目标是哪里?
理查德:首先，我们会和几个合作伙伴做一些小的试验。把它带到那些已经在做水质监测的地方，测试我们的系统和他们的系统。一旦我们确定一切都很顺利，我们就会与同样的合作伙伴一起，开始向他们的援助人员发放测试工具，这样他们就会向我们反馈测试工具的工作情况，以及我们如何改进测试工具。
Chris:那么，你能否通过在许多受水传播疾病困扰的国家建立一个监测网络，从而有效地建立一个监测网络，这是否能为你提供数据，然后你可以分享这些数据，以便预测对医疗保健的需求，并告诉人们有问题要来了——不要喝水?
理查德:对，没错。它最强大的一点是它是围绕一台电脑构建的——在这个例子中是一台树莓派。所以所有的测试结果都是数字化的，我们可以把它们发回，建立一个数据库，找出问题所在。
想象肿瘤
剑桥大学的Sarah Bohndiek博士
剑桥大学萨拉·博恩迪克的视觉实验室正在利用光来对抗癌症。她和Kat Arney一起展示了如何……
凯特:跟我们说说成像的重要性吧——能够看到东西，对对抗癌症、诊断癌症和治疗癌症有多重要?
萨拉:成像在癌症患者的治疗过程中是非常重要的。所以，如果你在早期思考癌症的发展，你会发现许多癌症症状都是非特异性的。所以病人通常会去找他们的全科医生，报告这些非特异性症状，医生会把他们转到医院。
现在，如果我们没有成像技术，比如x射线，或者磁共振成像(MRI)，那么我们就必须通过手术打开病人，寻找肿瘤肿块。
凯特-我的天啊!
萨拉:有了这些非侵入性成像技术，我们就可以无创地观察病人的内部，寻找正常解剖结构中不应该出现的异常肿块。所以它在诊断时非常重要但在治疗时也很重要。
所以如果我们考虑建立放射治疗。许多实体瘤都是用辐射剂量来治疗的这些辐射剂量是针对肿瘤肿块形成的，如果我们不能非侵入性地看到肿块在哪里，那么我们可能会误导剂量，可能会对非目标组织产生副作用。
所以这在诊断和治疗中都很重要，然后很多病人会接受随访，所以他们会定期回到医院进行扫描，检查他们的肿瘤是否在缩小，这就是我们如何监控肿瘤对任何治疗的反应。
凯特:你提到了一些技术——使用x射线的CT，使用磁性的MRI。但是你在做什么——你在用一种不同形式的波，不是吗?
莎拉-没错。所以我们尝试使用可见光和可见光区域之外的光。原因是我们在医院熟悉的CT和MRI和其他传统成像技术相对昂贵，需要病人去医院接受由专家操作的扫描。如果我们能研发出更具成本效益的技术，将其应用到全科医生手术中，那么我们或许就能改善癌症患者的治疗过程，让他们能更快地得到诊断，而不必去医院。
凯特:所以，这里有一个小演示来展示你正在使用的一种技术。跟我讲讲，这个技术是什么，给我们展示一下它是如何工作的?
萨拉:这项技术被称为“光声成像”，它基于一个叫做“光声效应”的物理概念，这种效应很容易理解。如果你想在炎热的日子里走到阳光下，太阳照射下来的光能会在我们的皮肤上转化为热能，所以光经常转化为热。这就是光声效应的照片部分。
声音部分就是热量被转化成声音。所以这项技术的优势在于我们可以测量光在组织中被吸收的情况但是我们可以利用声音来成像声音可以穿透到组织的更深处。我的意思是，我们知道我们不能看穿彼此，所以这意味着可见光不能穿透组织的深处，但声音可以。因此，利用光能的组合来产生声音，意味着我们可以得到更好的图像。
Kat -你这里有一个很好的小演示-它是如何工作的?
萨拉:我要演示的是一个零度可乐罐……
Kat -还有其他含糖饮料-无糖饮料!
莎拉-谢谢凯特。使用这个的原因是罐子上有一层黑色的涂层，黑色对光线的吸收非常强。你可以在家里用你家里任何一个普通的相机闪光灯来做这个。你可以把它放在可乐罐旁边……所以我现在要把相机闪光灯对准可乐罐。
凯特:你觉得那离我们有多远?
萨拉-离可乐罐大约一厘米。
凯特-好的。闪到罐头上……
莎拉:我要亮出它……然后你会听到可乐罐发出“砰”的一声。
Kat -哇!就像有人用手指轻弹它一样。
萨拉:没错。所以我再唱一遍，这样大家都能听到……
“萍”
凯特-哇!好的，所以基本上是光被转化成声音了?
萨拉:是的。所以这是来自相机闪光灯的能量被转化为“ping”的声音。这就是我们利用光声效应来成像癌症的原因。所以我们发射一束光;在这种情况下，我们使用激光脉冲，激光脉冲被吸收并产生声波，我们可以使用常规超声换能器检测到声波。和你在怀孕期间给胎儿成像时使用的系统是一样的，我们可以用这些来探测声音。
凯特-所以你听到的是反射到你身上的光?
萨拉:没错。这样做的好处是超声波比光能更深入地穿透组织，但光能给我们更好的对比。当我们做超声成像时，我们只是在看声音的反射，所以我们没有看任何特定的分子信息或任何功能信息。
然而，当我们使用光时，光被体内许多不同的分子吸收，包括血细胞中的血红蛋白。血红蛋白有不同的吸收光谱所以它吸收不同颜色的光取决于它是否与氧结合。这意味着，在肿瘤中，我们可以绘制出肿瘤内血液水平的地图，有多少血管在为它供血，血液的氧合程度如何，营养物质的输送情况如何。
紧急情况下的第一反应
詹姆斯·贝克，剑桥设计合作伙伴
基于光的传感器可以给我们提供关于病人状况的重要信息
比如他们的心率，或者血液中的氧气含量。劳拉·布鲁克斯来到这里，看看一种新的基于光的设备是如何在紧急情况下帮助拯救生命的。
詹姆斯-我是詹姆斯·贝克。我是剑桥设计合作公司的合伙人，负责电子产品和互联产品。
劳拉——本周，剑桥设计合作组织(CDP)因开发一种可穿戴医疗设备而获得两项大奖，该设备可以帮助医务人员在战场上拯救生命。
詹姆斯-在受伤的时候，战地医生面临着一个非常具有挑战性的情况。他们试图拯救某人，他们试图让他们活着，有很多分心的事情，可能会有很大的危险。他们所经历的过程是观察呼吸和心率，并根据这些读数给出相应的护理。但是测量这些参数是相当具有挑战性的，而且当他们测量这些参数时，他们并没有提供护理。
劳拉:这真是一个具有挑战性的情况!但cdp的第一反应监视器可以支持医务人员完成他们的艰巨任务。这个小装置使用基于光的传感器和其他技术来测量伤员的生命体征。
James -一个小的焦点技术，可以给他们这些重要的参数，让他们集中精力提供护理，带来真正的好处，并帮助他们改善伤亡结果。
劳拉:这个小显示器只有我拇指关节那么大。它的前面有一个小显示屏，后面有一个夹子——有点像耳环上的夹子，只不过它不是夹在耳垂上，而是夹在鼻子上……
詹姆斯:它需要夹在鼻子上，因为我们对测量心率和呼吸频率都很感兴趣。心率可以用光学技术来测量，但呼吸频率是通过观察温度和湿度的变化来测量的，当你吸气和呼气时，温度和湿度会受到影响。
劳拉:你能告诉我它是怎么工作的吗?
詹姆斯:是的。我们将光线照射到鼻子的组织中，光线在组织中反弹、扩散和反射，其中一些被反射回设备中。看看被反射回来的光的数量，它受到鼻子组织中血量的影响，所以它给你一个与心率有关的信号，血液被泵入鼻子，然后再次流出。
劳拉:这和人们在家里使用的健身追踪器的工作原理相似吗?
詹姆斯:这是完全相同的技术，所以在许多健身追踪器上，你会看到背部有一个接触皮肤的灯，它使用完全相同的技术来测量心率。
劳拉:太棒了，我一直想知道它们是怎么工作的。用这个装置你还能感应到什么?
詹姆斯:继续说光学技术，如果我们用两种稍微不同颜色的光照射到鼻子组织中，我们就能看到血细胞根据它们携带的氧气量而改变颜色的事实。因此，通过观察返回到我们身上的两种光波长的比例，我们可以确定血液的氧合状态。
劳拉:所以你记录了病人的所有数据，然后你用这些数据做什么?
詹姆斯:我们使用和显示这些信息的方式有多个层次。显示的主要方法是这三个参数显示在设备本身上——设备上有一个漂亮的小亮OLED显示屏。
在下一个层次上，我们可以把这些信息传递给无线设备，比如移动电话或平板电脑，这让我们可以做两件事;我们可以为单个伤员显示这些参数是如何随时间变化或趋势的，但它也允许我们监控多个伤员，这样你就可以开始考虑我的哪一个病人最需要我的关注。
劳拉:你的智能手机在这里，你能告诉我它是怎么用的吗?
詹姆斯:当然!所以你可以在这个首页上看到，我们目前连接到一个设备，我们显示了这三个参数，呼吸，心率，和SPO2在这个设备上。我们可以让多个设备连接到首页。
或者，你可以从任何一个设备中更深入地了解信息，所以我按下那个，它会显示一些图表，这些图表显示的是那些瞬时参数，但它也会向我展示这些参数是如何随时间变化的。
所以你可以看到，例如，呼吸图表显示我每分钟呼吸大约22次但现在你可以看到我把设备取下来的地方它现在趋向于每分钟0次呼吸。我想如果设备还在，那将是一个很大的警告，让你去仔细看看我。
劳拉-詹姆斯告诉我，这种监测还解决了在危险情况下治疗伤亡人员的另一个关键挑战——如何在病人被运送到安全的地方接受进一步治疗时保持病人的信息。由于可穿戴式监测仪与伤员在一起，因此它记录的数据会自动传递给救援人员，并可供下一个照顾伤员的人使用。再一次，詹姆斯认为监视器可以在一系列不同的情况下提供救生援助……
James -我们最初是从研究军事用途开始的，但我们也在各种民用第一反应情况下看到了很多机会，比如救灾或任何有多人伤亡的情况。
它可以给现场的急救人员带来真正的好处，他们有一定程度的医疗技能，但不是专业的紧急服务人员，他们在等待紧急服务到达的同时试图提供护理。这个设备可以让他们真正了解病人的即时健康状况。你可以看到在这个例子中我们有三个伤员正在被监控，这让我们注意到伤员1。这表明他们的血氧含量低于我们设定的可接受范围说明这个人需要你的立即关注。
劳拉:那么这个设备的下一步是什么呢?我们会很快在前线看到医护人员使用这些设备吗?
James -我们已经和不同的战地医护人员测试了这个概念，我们得到了很好的反馈，这对他们在战场上真的很有用。所以我们知道这是有市场的，我们有一个设备来展示我们的概念是有效的，我们的下一个阶段是寻找投资，建立在我们迄今为止所做的工作的基础上，朝着我们可以在市场上大量销售的产品迈进。
LiFi -在线灯泡
与爱丁堡大学Harald Haas教授合作
可穿戴传感器和物联网极大地提高了我们的能力
收集和分析信息。但随着越来越多的互联技术，我们可能会遇到问题。这个问题就是带宽——我们正处于用光无线电频率来传输所有数据的危险之中。本周早些时候，克里斯·史密斯(Chris Smith)与爱丁堡大学的哈拉尔德·哈斯(Harald Haas)进行了交谈，后者提出了一个新的解决方案。它被称为LiFi，它使用——你猜对了——可见光……
▽哈拉尔德=通过通信网络的通信量急剧增加，一个普通人要用500万年才能看完一个月内通过网络发送的所有视频通信量。我们通过网络传输的数据呈指数级增长。许多企业都以数据和数据访问为中心，这是未来经济的生命线。
克里斯:是的，确实如此!因为在你写的一篇文章中，我引用一下，你说过“到2020年，数据洪流预计将增加到44zetabytes”——我甚至从来没有听说过zetabytes这个词。你说"几乎和宇宙中的星星一样多"所以基本上，我们有一个数据流量问题;所有东西都在产生数据，而我们没有足够大的管道来储存所有数据。
哈拉尔德:是的，完全正确!这就是为什么我们爱丁堡大学正在研究传输数据的不同方式，也就是说，研究我们目前所知的不同管道。目前，经典的管道是无线电频谱，但无线电频谱是一个更大家族的一部分，这个家族就是电磁频谱。电磁波谱的很大一部分也是可见光谱，我们一直在探索它作为数据传输的资源。
克里斯:所以你的意思是，我们可以利用我们能看到的光，而不是通过无线电波发送信息?
哈拉尔德:是的，这是绝对正确的。我们使用可见光，我们周围的灯——天花板上的灯，路灯，这些特殊的灯越来越多地基于LED灯。led是一种电子设备，因此，它们可以用来提供照明，但它是一种电子设备的特点也允许我们改变亮度，比我们想象或看到的要快得多，我们改变亮度的速度非常快，使我们能够将数据传输和编码到照亮我们的光上。
克里斯:所以，实际上，天花板上的光可以非常非常快地变亮或变暗一点点，这将携带一个代码，可以传递信息，比如我的笔记本电脑?
哈拉尔德:完全正确。那台笔记本电脑可以集成另一个在红外光谱可见范围之外的光源用红外将数据传回天花板，然后我们就有了双向连接。
克里斯:如果我们以这种方式使用顶灯，我们可以通过它们传输多少数据——它们传输信息的速度有多快?
哈拉尔德:这很大程度上取决于我们使用什么样的光源。目前，我们能获得的最快速度是每秒10g的单色传输。所以如果我们用红、绿、蓝产生白光，你可以想到每秒30gb。
Chris -你会看到它被部署的方式是，比如说，一个公司，一个办公室，一个公共空间，会有这些光源。他们将自己连接到互联网上，他们会看到房间里人们的电脑发出的光，也就是人们向那个中心发送数据。然后它会向互联网发出请求，数据会从互联网传回来，然后天花板上的设备会让灯光闪烁以正确的方式将数据发送到你的电脑上?
哈拉尔德:是的，这是正确的。虽然天花板上的灯不会与主电源相连，但它们会与数据线相连——这被称为以太网供电，所以数据连接提供了照明的能量。我们有一个与灯的数据连接，而与灯的数据连接与互联网相连。所以我们基本上把互联网变成了光，光本身被转换成闪烁的光，然后被智能手机捕获，你从网站请求中获得你的数据。
克里斯:现在，如果你在办公室里有一张非常垃圾的桌子，一个人想要的，在阳光下的一张，或者在角落里的一张，都是阴暗的，它还能工作吗?
Harald -认识到阳光只会非常非常轻微地影响数据速率是非常重要的，所以这是第一点。第二点是，与整个光输出相比，光的闪烁非常非常小。但这也意味着我们可以将光线调暗到非常低的水平，同时我们仍然保持以非常高的速度传输数据的能力。
克里斯:这就是我要问的问题，如果我们必须在白天一直开着所有的灯，这听起来对环境不好，但是如果我们可以把这些灯的强度调低，这样就不会浪费很多能源，但我们仍然能够传输数据，那这是个好主意。
哈拉尔德:是的，绝对是这样。我们可以降低强度，这就是为什么我们也可以在户外的路灯上使用它。
克里斯:这听起来很了不起，但是你有任何证据表明，在你的实验室之外，这是可行的吗?
哈拉尔德:是的。事实上，这周有个新闻发布会。我们正在为巴黎一家保安公司的一个大办公室配备设备。他们不使用WiFi，因为WiFi可以穿透墙壁，而光不会穿透墙壁，因此，用光进行数据通信要安全得多。
克里斯-所以，WiFi用了大约10到15年的时间才变得无处不在，那么LiFi也会有同样的发展轨迹吗?
哈拉尔德:是的，我认为它会更快。固定电话用了100年的时间才普及，WiFi用了15年，而我预测，LiFi的全面普及大约需要5到8年。
核试验会引起地震吗?
康妮·奥巴赫请来了剑桥大学的亚历克斯·科普利博士来回答这个摇摇欲坠的问题……
亚历克斯:在地震中，两块大的岩石沿着一个我们称之为活动断层的表面相互滑动。在爆炸中，爆炸会对周围的岩石产生推力。所以这两种方式都会产生振动，并在地球上传播。但因为它们涉及不同的运动，一种情况是岩石相互滑动，另一种情况是岩石向外推，它们产生的振动是不同的，它们有不同的特征。
康妮:嗯，不完全一样。但是，一个会导致另一个吗?
亚历克斯:这是一个类似于众所周知的“水力压裂会产生地震吗”的问题。因为你在这两种情况下做的事情是相似的你在某种程度上改变了地球上的力。它们本身都可以产生小地震，至于它们是否会产生大地震，地震的大小会破坏建筑物和其他东西，这取决于附近是否已经有一个预应力断层平原
所以如果你在一个已经准备好要爆炸的大断层旁边引爆一颗炸弹，那么你投入的一点点能量就能把它打翻，然后你就能产生一场非常大的地震。然而，你所投入的能量本身并不足以产生一场大地震。不幸的是，我们对大断层的位置以及它们的压力状态知之甚少——它们离我们有多近，准备好了吗?所以这意味着很难在地震发生之前知道炸弹或水力压裂是否真的会产生大地震。
康妮-这并没有让我感到特别安全。那么韩国呢——他们最近的地震有没有可能与朝鲜的核弹试验有关?
亚历克斯:这几乎肯定是个巧合。随时随地都有地震发生。所以，如果你说你要观察几百公里半径内的所有东西，那么那里发生地震就不足为奇了——这只是巧合。
康妮-好了，你知道了。核弹试验可能导致地震，但可能非常非常小。
- 以前的辐射是如何逃离黑洞的?
- 下一个核试验会引起地震吗?
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