发光二极管

一项新的研究表明，与电脑生成的、扮演精神分裂症患者“声音”角色的面孔交谈，可以在几个小时内抑制某些人的精神分裂症。

这项技术的发明者Julian Leff领导的团队在伦敦大学学院对16名患者进行了一项小型试验，其中3名参与者完全停止了困扰患者多年的分散注意力的幻听——通常是一个或多个声音发出贬低和分散注意力的评论。即使在那些技术没有完全抑制幻听的参与者中，几乎所有人的症状和幸福感都得到了改善。

该方法首先要求患者使用电脑设计一个“化身”，对他们来说，这个化身最能代表他们在脑海中听到的最具侵入性声音的来源的脸。他们还使用计算机软件生成最接近他们所经历的声音的声音。然后，治疗师坐在另一个房间里，使用对口型软件，让虚拟化身以一种令人信服的方式对病人“说话”。

最初，化身的行为是一种批判和对抗的方式，但患者被敦促以对抗的方式作为回报。慢慢地，在6个一小时的疗程中，治疗师改变了化身与患者互动的方式，从高度消极转变为积极，合作和鼓励。

结果是病人获得了信心，感觉声音带来的威胁减少了，所以他们可以合法地“告诉它去哪里”。在最初登记的16名患者中，有3名患者的声音完全停止了。随访3个月后，效果基本保持不变。

研究人员推测，这种方法之所以有效，是因为尽管精神分裂症患者通常对他们所能听到的声音的真实性缺乏洞察力，但因为他们自己创造了虚拟形象，所以他们没有风险，所以他们不必害怕尝试控制策略来让它停止。

大多数精神分裂症患者都太害怕他们听到的声音，不敢冒险违抗它们。但是虚拟形象给了他们精神上的勇气去做这件事，也许，欺骗了他们自己的大脑，使他们在屏幕上看到的声音旁边抑制了真实的声音。该团队现在已经获得了大量的拨款，将在未来18个月内对另外142名患者进行评估和改进这项技术。

加拿大的科学家们成功地复活了埋藏在冰川冰中400多年的植物。

随着埃尔斯米尔岛“泪滴冰川”的融化，加拿大北极地区发现了苔藓植物，包括苔类植物，该冰川每年以3到4米的速度退缩。

阿尔伯塔大学(University of Alberta)的研究员凯瑟琳·拉·法奇(Catherine La Farge)在一次对该地区的考察中注意到，随着冰层的消退，一层深色的植物物质出现了，其中一些在不久之后出现了绿色，并显示出再生的迹象。她和她的同事收集了这些植物的样本，并将它们放在实验室的培养基中。

其他样本被用于碳定年，证实了这些材料有400到600年的历史，可能是在中世纪的小冰河时期被埋在冰里的。在培养的24个标本中，有7个生长出了可再生植物。

这些植物能在冰冻条件下存活这么长时间，这反映了它们在4.7亿年前的古老起源。它们是非常简单的生物，不像它们最近进化的同类，它们没有在植物中运输水的容器系统。

因此，它们几乎无法控制水分在组织中的流动，因此它们进化出了对干燥的高度耐受性，在缺水时关闭细胞的活动。与此同时，它们所有的细胞都能够再生出新的植物，就像在动物身上看到的全能干细胞一样。

总之，这些特征使苔藓植物成为非常成功的先驱物种，可以在恶劣的地形上定居。现在我们也知道了，感谢本周发表在PNAS随着冰川的消退，它们也可能对极地地区植物生态系统的重建做出了迄今为止未被认识到的贡献……

本周是埃德蒙·希拉里(Edmund Hillary)和丹增·诺盖(Tensing Norgay)于1953年首次完全登上珠穆朗玛峰的60周年纪念日。但很少有人知道，如果不是因为两种相互竞争的呼吸设备设计中的一种失败，可能会有一对完全不同的登山者首先登顶。

这是Hannah Critchlow和Kate Lamble的快速科学节目。

珠穆朗玛峰的顶峰高8848米，也就是29,029英尺，比一些飞机的飞行高度还高。在这个高度，可供使用的氧气只有海平面的三分之一。

在海拔较高的地方，空气中含有相同比例的氧气空气，但是整体大气压力的下降意味着整体空气的减少。

8000米以上是所谓的“死亡地带”，那里的氧气量不足以维持人类的生命，即使在休息时也是如此。

在首次攀登珠穆朗玛峰之前，登山者通常使用开放式呼吸系统来输送额外的氧气，使攀登更容易。这个系统的工作原理是向登山者吸入的空气中添加氧气，然后他们呼出的气体在他们周围释放——就像在水肺潜水一样。

然而，一位英国科学家汤姆·波迪龙认为这个系统是浪费的，因为我们吸收的氧气不到我们吸入的氧气的五分之一。在开放系统中，我们呼出的氧气会丢失。

1952年，他发明了一种封闭的“再呼吸”系统，回收登山者呼出的气体，并将其通过苏打石灰去除二氧化碳。

然后，更多的氧气被添加到空气中，使登山者在再次吸入氧气之前可以吸收的氧气量成倍增加。

在1953年的珠穆朗玛峰探险队中，几组登山者试图同时登顶。其中包括Tom Bourdillon和他的攀岩伙伴Charles Evans，以及Edmund Hillary和Tenzing Norgay。

使用新的再呼吸系统，波迪龙和埃文斯以创纪录的速度攀登珠穆朗玛峰——在90分钟内攀登了1500英尺。同样的路程，希拉里和丹增花了两个多小时。

最终，他们到达了距离珠峰峰顶不到90米的地方，但新的氧气系统出现了问题，迫使他们折返。没有人确定是什么导致设备故障，但可能是空气泄漏或阀门冻结

三天后，埃德蒙·希拉里和丹增·诺盖用他们的开放式呼吸系统登顶，并成为家喻户晓的人物。

自从布迪龙和埃文斯的登山失败后，开放式系统继续受到登山运动的青睐，但科学家们现在正利用布迪龙的设计开发医疗设备，以帮助患有阻塞性肺病的患者。

长期以来，人们一直在寻找可以替代照明的节能照明浪费的白炽灯泡，世界各国政府已经开始计划逐步淘汰。

然而，目前市面上最常见的节能灯泡——紧凑型荧光灯，在打开电源后需要一段时间才能预热，而且人们普遍认为它发出的光是刺眼的蓝色。

现在，尽管LED技术的突破提供了一种廉价的替代品。我们邀请到了剑桥大学材料科学与冶金系的研究主任科林·汉弗莱斯，他一直致力于将LED技术推向更广阔的市场

戴夫- LED到底是什么?

科林:LED是一种固体，当你通过一个微小的电流时，它就会发出明亮的光，我带来了一个儿童玩具，这是一只猪。用一根手指，我可以按下猪的杠杆你就能从猪身上发出明亮的光，如果我停止按，我实际上已经把足够的能量放进去了明亮的光现在继续发光。所以，它们非常节能。

戴夫:所以，比传统的灯泡好得多。传统的灯泡只需要加热一根电线，我猜会浪费很多能源。

Colin -比传统照明好多了。请允许我稍微修正一下，传统的灯泡实际上只有5%的效率，95%来自热量，对吧?一个紧凑型荧光灯，这些所谓的低能耗灯泡，它们的效率大约是20%。所以，即使是这些所谓的低能耗灯泡，它们也有80%是低效的。

戴夫:那么，你能从led中获得什么样的效率呢?

Colin -目前，你可以买到效率30%的led灯，所以它的效率已经是老式灯泡的6倍了。但在实验室里，我们的效率是60%它们将在未来几年内进入市场。

戴夫:所以，这真的是一个进步。

科林:是的，它们将是最有效的光源。

戴夫:但是我想led的一个问题是，如果你真的想去买的话，它们很贵。这有什么问题，为什么这么贵?

科林:所以，它们真的很贵，因为为了发出足够的光，你必须有大约8到10个灯泡形状的led。这是一个飞利浦灯泡，我在约翰·路易斯买的，花了13英镑，它是一个48瓦的等效灯泡。没有多少人会花13英镑，即使在它的使用寿命内，你会省下很多电费，所以你会省下很多钱。但是最初的花费对人们来说太贵了。

它们很贵，因为它们有8到10个led。每个LED的成本约为1或2磅。这是因为它们生长在蓝宝石或碳化硅晶圆上，晶圆是——想想冰淇淋晶圆或奶酪晶圆。所以，一块蓝宝石晶圆，你实际上是人工种植了一大块蓝宝石，你把它切成晶圆。蓝宝石很贵，碳化硅也很贵。硅本身真的很便宜。所以，在硅上种植可以节省很多钱。

戴夫:你到底在硅上还是碳化硅上种了什么?

科林:我们要沉积一种叫做氮化镓的材料，这种材料在自然界中是不存在的。所以，这是一种人造材料，而真正发光的材料是一种叫做氮化铟镓的东西。所以，它是三种不同的元素——铟、镓和氮——放在一起，这些元素在非常薄的一层叫做量子阱的层里，正是这些层发出了明亮的光。

戴夫:你怎么得到LED的颜色?他们是天生的白色吗?

科林:这是个好问题。所以，光是由氮化铟镓发出的如果我们在氮化铟镓中有15%的铟，就会得到蓝光。如果你有25%的铟，你就会得到绿灯。如果有80%的铟，就会发出红光。从某种意义上说，这就像烹饪。你只要改变成分，改变混合物就会得到不同的光。事实上，我带来了一些led如果你按下这些按钮，你会看到各种不同的颜色。

为了得到白光，我们用蓝光，这是我带来的另一个演示。事实上，这是我们制造的第一批氮化镓硅led之一，在这个演示中，它并不是非常高效。我们提高了效率，但它仍然很亮。所以，这是你接收到的蓝光。

戴夫:那是相当深的蓝光。

科林:是的，没错，如果你把所谓的荧光粉放在上面，它会把蓝光转换成白光荧光粉是一种材料，在这种材料里你放进去高能光子，是蓝色的，然后你得到低能量光子，在这种情况下是黄色的。荧光粉很薄所以蓝光穿过黄色荧光粉发出白光。

戴夫:这是把蓝光转换成其他颜色的有效方法吗?

这是个很好的问题，因为你在荧光粉中失去了能量，同时，从一个高能光子到一个低能光子，你使用了能量。所以，在这之后的下一代，你将完全摆脱荧光粉，你将通过单独的红色，绿色和蓝色led来发出白光。你将它们组合在一起产生白光，你可能有一个小的控制装置，就像电视机上的控制装置一样，它实际上可以控制白光的显色性。所以，当你早上醒来的时候，你可能会看到蓝白色的光，你可能会吃到一顿浪漫的晚餐，发出淡红色的白光。但是你可以控制你得到的光的颜色。

戴夫:这听起来可能是个愚蠢的问题，但你为什么还不这么做呢?

Colin:我们还没有这样做，因为我们不明白的原因，这就是研究的来源，绿色led的效率低于蓝色或红色。我们不知道为什么，所以这是一个需要解决的科学问题，但如果你能解决这个问题，那么我们就能从红、绿、蓝中获得非常有效的白光。

戴夫:所以现在你买LED的时候，它是基于蓝宝石晶圆的，这是很昂贵的东西，而你要用硅代替它，为什么不容易呢?

Colin -目前你能买到的所有商用led。它们生长在蓝宝石晶圆或碳化硅晶圆上，它们都非常昂贵。所以，我们有了在硅晶片上生长的想法这在科学上要困难得多因为当你加热硅时，它膨胀的速度和你加热氮化镓时的速度大不相同。我们在1000摄氏度下培育这些led。非常非常热。所以，当你冷却下来的时候，led就会因为这个而破裂。所以，我们要做的是，我们故意要在系统中引入一层一层的压缩，它与冷却时的张力相匹配，所以它不会破裂。另一件事是，当你在硅上生长时，会有很多缺陷，大约是在蓝宝石上生长时的10倍。因此，我们引入了特殊的聪明的技术来最小化和减少缺陷密度。

戴夫:那么，在硅上种植LED能降低多少LED的价格呢?

科林:嗯，硅真的很便宜。因此，一块直径6英寸的硅晶片价值20英镑。一块直径6英寸的蓝宝石晶圆售价约为500英镑。所以，你知道，它要便宜10倍以上，如果你使用硅，你可以通过一个6英寸的加工生产线，所有的制造，高产量和所有我们与硅芯片相关的东西，你可以在这些led上得到。

对当前一代节能灯泡的一个批评是它们的颜色，但这不仅仅是因为人们觉得蓝光有点刺眼，科学家还发现蓝光会影响你的睡眠周期，尤其是如果你在睡觉前阅读的话。

克里斯采访了牛津大学昼夜神经科学教授拉塞尔·福斯特，以了解照明如何影响我们的生活。

罗素:当然，眼睛以两种截然不同的方式探测光线。眼睛是用来构建我们的世界的图像，当然，这是视觉，我们已经理解了几个世纪。当然，眼睛还有另一个功能，那就是检测环境的整体亮度水平，你用它来调节生理机能，比如生物钟，警觉性水平。真正值得注意的是有不同种类的感受器——经典的感受器，杆状细胞和锥状细胞正在构建世界的图像，然后还有另一种光传感器，叫做光敏视网膜神经节细胞，它测量亮度，并将信息直接发射到大脑的那些区域，这些区域调节着对光的非视觉反应。

克里斯:所以，作为人类，我们已经进化到早上起床，天黑时睡觉。那么，人造光对我们的健康有什么影响和影响?

罗素:嗯，当爱迪生发明了电灯泡并在20世纪20年代被广泛使用的时候^th世纪，它允许我们入侵黑夜。据估计，即使是不做轮班工作的人，也可能因为使用人造光而每晚少睡1.5到2个小时。总的来说，作为一个社会和个人，我们的睡眠水平与前工业时代相比已经微乎其微了。所以，人造光所做的就是把原本很长的睡眠时间压缩到6个小时，对大多数人来说是6个半小时。

克里斯-那么光的类型呢?因为爱迪生的灯泡发出一定范围的波长，这实际上是一种舒适的日光，就像发光一样。我们现在制造的灯泡，实际上，我只是在看一些，是由发光二极管供电的，它会产生一种非常刺眼的蓝色。那么，光线的类型是否有潜在的影响呢?

拉塞尔-是的。这些感光神经节细胞是纯粹的亮度探测器。有趣的是，它们对蓝色波长的光最敏感。所以，这些富含蓝色的发光二极管会极大地刺激那些细胞，这些细胞用来调节我们的生物钟，我们的警觉性水平，以及我们的瞳孔大小。

克里斯:当然，我们看到大量使用led灯的地方之一是电脑屏幕，如果你相信脸书和推特告诉我们的，最后一件事是，英国一半的年轻人，可能还有世界上其他地方的年轻人在睡觉前都会查看他们的脸书页面或推特账户上有什么。所以，我们必须在深夜高度暴露在这种以蓝色为主的光线下。

拉塞尔:是的，这确实很吸引人，因为当然，青少年有晚睡晚起的生理倾向。但你所谈论的这些事情极大地夸大了它。查看自己的脸书，把自己暴露在这些屏幕前。现在，它不是特别明亮，最早的屏幕可能不够亮，不足以改变生物钟，这需要相当多的光线。但它们的亮度肯定足以提高警觉性，从而推迟夜间睡眠时间。所以，这些屏幕在某种程度上夸大了青少年晚睡晚起的生理倾向。

克里斯-在工作场所或家中，当我们更普遍地采用蓝色为主的照明时，情况会怎样?这总是坏事吗?早上吃这个是不是不好，因为它会让我感觉更精神?

拉塞尔:我认为这完全是正确的，这是对这些光源的明智使用，可能会产生难以置信的强大作用。所以，你所需要的是早晨明亮的阳光，让你的生物钟调整到当地时间，这样就太棒了。所以，早上暴露在这些明亮的光源下是非常好的，此外，它们还会提高工作场所的警觉性。它的缺点是，在一天结束的时候，当你想睡觉的时候，你会暴露在强光下，最不寻常的事情之一是，我看到一些这样的设备被集成到浴室的镜子里。现在，我们很多人做的最后一件事当然是在睡觉前对着明亮的镜子刷牙，当然，这会大大提高我们的警觉性，推迟我们的睡眠时间。所以，这不仅仅是在电脑屏幕类型的设备中，而是在许多应用中，不适当的光线暴露不一定对我们有好处。

克里斯:那么你认为现在，我们可以制造出发光二极管这样的东西，可以发出不同波长的光，我们可以把发光二极管的时间定在早上以蓝色为主，这样我们就可以继续工作了。然后随着时间的推移，他们可以调整，这样人们就会感到更放松。当你晚上上床睡觉时，你会看到更多的红光，当你想要入睡时，这并没有这种活跃的效果。

我认为这是一个非常令人兴奋的应用。我的意思是，智能地使用这些设备在微调我们的视觉生物学，以及睡眠-觉醒周期生物学方面可能会非常强大。

克里斯:有证据表明它有不良影响吗?因为到目前为止你所说的一切，我都不反对，但这些都是基于——嗯，它会让人们感觉更清醒，或者它会让我们与我们的生物钟不一致，但有证据表明它实际上是不好的吗?

拉塞尔:我们有一些研究已经出现，这些研究关注的是ipad和类似的设备对抑制褪黑激素的影响。当然，褪黑激素的抑制通常被用作光对生物钟影响的替代措施。这些设备被证明可以抑制褪黑素，所以，是的，我们确实有一些真实的生物学，非图像形成的感光系统，非视觉系统受到这些设备的影响。