2013 Visualization Challenge

获奖作品将刊载于2014年2月7日出版的《科学》杂志上

　　显示来自太阳的粒子和能量对地球气候与天气影响的引人注目的视频是《2013国际科学与工程可视化挑战赛》的头等奖赢家之一，这一挑战赛是由《科学》杂志和美国国家科学基金会（NSF）联合主办的。

　　“动态地球”是该电影动画项目的名称，美国航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心的Horace Mitchell与其合作者共同构思了这一4分钟的视频片段；他说，这一视频“描述了从太阳风的流动粒子及日冕物质狂暴的抛射到由太阳对大气和海洋的加热所驱动的风及洋流等太阳对地球的巨大规模的影响。” “观众可以通过以上这些动态系统感受到各种流动给人带来的有序与无序的壮丽感觉。”来自NASA的科学可视化工作室的视觉设计师制作的这一视频片段是一个更长的由Liam Neeson进行解说的高分辨率天象电影的一部分。该完整的电影现在正在世界各地60多个天文馆内放映，估计的观看人数达50万之多。

　　《科学》杂志执行编辑Monica M. Bradford说：“这些获奖者在让观众沉浸在科学当中的同时，也让科学数据变得美丽起来，而且也使新理念变得生动活泼”；《科学》杂志是由AAAS这一非营利的国际科学协会出版的。“该奖项旨在表彰获奖者制作发人深省的视频及视觉画面的卓越才能。”

　　“看不见的珊瑚流”是一幅照片，它展现了由构建礁石的珊瑚所产生的微观尺度的流动之美；它将成为2014年2月7日刊《科学》杂志的封面照片。来自麻省理工学院的Vicente Fernandez解释说：“珊瑚依靠衬在其表面的极小的毛发或纤毛的摆动从而清除残渣并增进珊瑚与周围海水的营养及气体交换，而流动就在这个过程中产生了。” 这一能让公众在社交媒体上分享他们特别喜欢的作品的年度竞赛收到了1983份“公众之选”奖的投票。这些得奖的参赛作品之一是“可穿戴的能源”，它描述了一个将电源内置于衣服织物内的产品。它可被用于医疗、军事及运动服装业。德雷克塞尔大学的Kristy Yost说：“[它]就这一技术最终将如何被用于日常生活进行了展示。我们正在研发可被完全编织并被整合到储能面料内的纱线，以给未来世代的电子服装提供能源。”

　　该国际竞赛目前已经进行了11个年头了，它所表彰的是那些用视觉媒体向普通大众传达科学研究及理念的获奖者。来自NSF及《科学》杂志的工作人员对来自12个国家——其中包括17个美国的州及加拿大地区的227个参赛作品进行了筛选。评判的标准包括视觉冲击力、有效的沟通、新鲜感及原创性。

　　该年度挑战赛展现了互动视频及壮观的视觉画面，其中的一些亮点包括：

　　给脑绘图:一个被称作“EyeWire:给大脑绘图的游戏（A Game to Map the Brain）”是一项供大众参与的神经科学游戏，这款游戏可让玩家绘制大脑中神经元的3维结构。以麻省理工学院为基地工作的Sebastian Seung说：“绘制人的整个连接组历来都是最巨技术挑战性的。”该小组成员Amy Robinson说：“来自135个国家的10万多人在EyeWire.org开通的第一年里参与了这个项目。”

　　通过人体的肠道之旅:由Arkitek Studios制作的3D动画演示“肠粘膜免疫”探索了人体免疫系统如何对胃肠道系统内的细菌做出反应--即它是如何保护机体免受食源性致病菌及它是如何对细菌入侵做出反应的--该动画演示从宏观按比例缩小至亚细胞水平并就身体内部的运行方式是如何取得其平衡的进行了观察。

　　目睹纳米粒子之美:“公众之选”视频“球形核酸”是由Seagull Company及西北大学制作的另外一个动画演示片，它给观众提供了第一手的机会以观察将SNAs标为治疗具有遗传基础疾病的潜在方法的属性。源自由 Mirkin博士所做的研究，其内容概述了这些属性如何使其自身在生物医学领域对治疗方法有利。

　　其它的获奖作品包括一个吸引STEM领域的学生解决科学问题的互动应用软件；一幅受到日本木制品启发的照片，它显示了叶片茸毛的精微结构。一幅数字绘制的插图对一只冻晕海龟所经历的4个阶段的循环进行了描述；一幅在具有多层颜色编码密码的棉织被子上以数字方式打印的图像，表明有多少人会选择相同的密码。一个对世界海洋深度进行探索的3D游戏；一种在某个手雕像上实施的新颖的生物膜成像技术以比正常分辨率高400倍的方式向人们传达细菌生长的信息；一种能够让使用者通过上下移动时间轴而目睹地球从一个熔融体转变到我们现在所知的行星的工具；以及更多的内容。（DOI： 10.1126/science.343.6171.600）

降低氯离子以恢复转换功能

　　Oxytocin-Mediated GABA Inhibition During Delivery Attenuates Autism Pathogenesis in Rodent Offspring

　　据一则新的报告显示，一种药物可防止自闭症模型的怀孕小鼠的后代出现自闭症行为，虽然无法在产前将该药物给予人类孕妇（因为没有办法筛检人类胎儿的自闭症），但在之后的发育过程中给予该药物，即将这种药物给予已经出现自闭症症状的幼童，这样的临床试验正在取得进展。自闭症谱系障碍或ASD的成因是复杂的。脑神经元长期的兴奋似乎是其部分肇因。因此，GABA -- 它是大脑中主要的抑制性神经递质 -- 受到了关注；对一个生长中的胎儿而言，GABA通常会激发其大脑内神经元并接着在其出生时让这些神经元平静下来，这一转换是由来自母体的催产素介导的，它具有保护性的功效。但在自闭症中，这一转换没有发生。其神经元仍然处于激发状态，因为氯离子--这是一种关键的信号传导分子 – 的积聚浓度要高于其应有的浓度。在先前提到的临床试验中，一种叫做布美他尼的可降低氯离子的药物似乎能够在有ASD的儿童中恢复GABA的转换功能，同时减少自闭症和阿斯伯格综合征的严重程度。为了更好地理解布美他尼是否会以他们认为的作用方式影响（即通过降低氯离子的水平）作为GABA转换基础的细胞过程，并确定仅恢复该转换本身是否就能减轻自闭症的症状，Roman Tyzio及其同事（他们中有数人参与了临床试验）对2个啮齿类的自闭症动物模型进行了研究。研究人员发现，在妊娠小鼠中的催产素没有从母体向胎儿发送信号，而其结果是氯离子会在胎儿神经元内积聚，其浓度比应有的浓度要高。然而，通过给母体注射布美他尼，研究人员能够将氯离子浓度降至其恰当的浓度--并因而恢复了GABA的转换功能。至关重要的是，接触这种治疗的小鼠的后代没有显现自闭症的特征。这项研究为在那些正在参与临床实验的并已经出现了自闭症症状的幼童使用布美他尼提供了支持。由 Andrew W. Zimmerman 和 Susan L. Connors 所撰写的一篇《观点栏目》提出了更多的见解。这项研究得到了来自Neurochlore的资助；Neurochlore是一家专注于治疗发育障碍的公司。（DOI:10.1126/science.1247190）

转移抗体注意力的蛋白会帮助病原体

　　A Structurally Distinct Human Mycoplasma Protein that Generically Blocks Antigen-Antibody Union

　　一项新的研究显示，通过与其遭遇的抗体结合并迷惑其中的大多数，一种新发现的蛋白可阻止抗体行使其职能。这种被称作蛋白M的蛋白质的活性代表了细菌躲避免疫系统的一种新方式。蛋白M的可与无数抗体结合的能力还使它成为一种重要的用于工业规模抗体纯化的可能的工具。抗体是由免疫系统用来发现并中和像细菌及病毒等异物的大分子蛋白。大多数抗体会与特定的抗原结合。然而，在研究作为慢性感染基础的细胞过程时，Rajesh Grover及其同事发现了一种由支原体菌产生的能与许多不同抗体结合的独特的膜蛋白，其有效地掩盖了它们用于锁定抗原的分子空间。通过一系列的实验，研究人员显示，蛋白M会强力地与人、小鼠、大鼠、兔子、山羊及牛的抗体结合，从而降低了抗体与它们预期的病原体的结合能力。他们认为，蛋白M的大号尺寸（它看来是迄今发现的最大的抗体结合蛋白）可帮助它达到这一阻挡抗体的效应。而且正如其它的抗体结合蛋白曾经帮助科学家们提纯抗体以用于各种研究一样，这一蛋白也很可能会提供这样的帮助。（DOI:10.1126/science.1246135）

当治疗会促使肿瘤转移时

　　β1 Integrin Inhibition Elicits a Prometastatic Switch Through the TGFβ–miR-200–ZEB Network in E-Cadherin–Positive Triple-Negative Breast Cancer

　　一项新的研究显示，一项旨在治疗原发性肿瘤的策略可能会促使身体其它部位肿瘤细胞的扩散。在癌症病人中，治疗的目的是为了杀死原发性肿瘤并防止其扩散。当许多细胞与其细胞外基质分离时，它们就会死亡；一个正在进行当中的临床乳腺癌研究的疗法可阻断β1整合素，后者是一种在细胞粘附中起作用的特别蛋白。如今，Hoa Truong 等人报告说，阻断β1整合素的疗法可能会在特定的患者中引起肿瘤转移性疾病。在体外研究中——研究人员在这些研究中阻断了被称作TNBC细胞系的乳腺癌细胞系中的β1整合素的功能，这些癌细胞获得了单独迁移的能力；在培养的情况下，它们可移动并侵入一个三维的胶原基质。当被注射到斑马鱼体内时，缺乏β1整合素的TNBC细胞会比其亲本的TNBC细胞播散得更远；当这些细胞被植入到小鼠体内时，这些细胞会形成更多的非转移性肿瘤，尽管其与植入的亲本细胞所产生的原发性肿瘤相比会产生较小的原发性肿瘤。由Truong等人所做的研究提示，β1整合素控制着一个可抑制癌症细胞扩散的信号传递网络，而且更进一步地说，以β1整合素作为标靶的疗法可能不适合于某些乳腺癌患者。

南半球重复性的大气循环

　　Periodic Variability in the Large-Scale Southern Hemisphere Atmospheric Circulation

　　研究人员说，在地球的南半球，每隔20至30天，大气就会以自我重复的模式进行循环。他们的发现令人感到意外，这不仅因为这一大规模的循环模式在如此长的时间中一直未被注意到，而且因为所有的有记录的重要周期性大气循环模式大多集中在热带地区。David Thompson 和 Elizabeth Barnes如今报告，这些重复性的循环模式，像ENSO——麦儒季节内振荡（Madden-Julian Oscillation）和准两年振荡——可以同样地在中纬度发生--且他们的发现可帮助改善气象预报，而且能帮助科学家们理解驱动地球气候变化的物理过程。研究人员提示，这一范围广泛的大气过程与斜压性或密度对南半球温度与压力的依赖性有关；他们说，它可作为半球尺度的热漩涡、降水量及动能而被观察到。 Thompson 和 Barnes 创制了一个简单的模型来说明这一过程，并发现它可准确地展现南半球的这一周期性行为。他们还发现，不同复杂程度的全球性循环的标准模型展现了这一周期性的行为。据研究人员披露，这一事件的周期性的性质可能与在斜压性和回旋的热通量之间的双向反馈有关。他们说，这种重复性循环模式的确认应能帮助研究人员理解并更好地预测南半球气候的可变性。（DOI:10.1126/science.1247660）