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卷首语·与人工智能同行
2024年度诺贝尔物理学奖和化学奖分别颁给了AI(人工智能)领域科学家，标志着全球科研的一个新趋势：AI技术作为一股不可忽视的力量，正在推动科学研究的范式转变。这也是本期封面专题将要讲述的故事。面向人类自身的生命，手术室里的医生有了一种观察大脑的颠覆性新方法：AI算法结合基因测序，可以帮助他们加速对脑肿瘤的诊断。而在地球之外的更广阔视野里，人们寻找另一个地球的努力可能也会被AI改写：现代天文学正陷入海量的数据难以识别的瓶颈，而刚获得诺贝尔奖的神经网络机器学习算法，则有望帮助科学家建立起有效识别行星和提高天文望远镜分辨率的方法，大幅提升我们寻找外星同类工作的效率。在地球上，似乎任何一件事情都开始与AI有所关联。作者戴维·蒙哥马利将带领我们进入到与时光相关的故事里：在被火山喷发毁灭的古城中，人们发掘出一些神秘卷轴，它可能埋藏着关于其主人的一些秘密，但人力难以解读——漫长的岁月让这些卷轴的材质一触即毁，唯有借助AI算法的扫描，人们才得以阅读其中的隐秘内容。作者安娜·皮尔则将视角投向我们更亲近的邻居——野生动物的心灵世界。鲸群中流传着以奇特“尾音”为记号的秘密语言，现在，借助于将这种自然语言导入计算机算法分析，科学家已经逐步了解鲸类社交的语言特点，为未来更进一步与野生动物交流打下了基础。尽管AI自身的许多方面对我们依然陌生，但它已经使人类与其他生物建立了密切的联系。这几个故事向我们生动地描绘了由AI技术发展带来的技术震撼。这个工具属于一个前所未有的人工新物种，它自身可能仍有争议，但毫无疑问，研究方式的革命已经到来。与AI同行，它将给我们人类打开一扇通往未来更多可能性的窗口。AI革命——欢迎进入发现的新时代
撰文：克里斯·盖尤马利，丽贝卡·博伊尔 等
在医疗、太空、考古、自然乃至我们生活中的其他领域，人工智能的应用越来越广泛，正在以各种方式重塑着我们的世界和我们对这项科技的认识。从了解过去到探索未来，在人工智能的加持下，科学家们拥有了新的超能力，更加高效、精准地破解一个个科学谜团。人工智能的发展充满着各种可能，也赋予了我们开发其潜能的广阔空间。
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意想不到的可能性 在日本东京的“安卓歌剧院”，一个机器人正在利用生成式人工智能工具ChatGPT即兴创作歌词。AI如何赋予外科医生新的超能力
撰文：克里斯·盖尤马利
颅骨已经切开，时间紧迫。突然间，手术室里的医生有了一种观察大脑的颠覆性新方法。
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识别肿瘤，拯救生命 2024年，一群医生在荷兰玛西玛公主中心做手术，该中心经常使用人工智能，帮助医疗团队更加迅速、高效地诊断肿瘤。|LUCA LOCATELLI![]()
“神经外科的问题是，”小儿脑外科医生埃尔科·霍温说，“它非常苛刻。”哪怕是专家，通常也要先切开患者的头颅，才能更清楚地了解他们正在治疗的疾病。这就让神经外科医生陷入了两难境地，因为病人还躺在那里，大脑暴露在外。要根据并不完善的信息做出一系列颇有难度的判断：这里真有肿瘤吗？如果确为癌症，它是否具有侵袭性，需要马上切除？还是说，这个肿瘤较为温和，用化疗等侵入性较低的方法治疗即可？霍温现为玛西玛公主中心一支研究团队的成员，从2023年夏天起，该团队开始试验用人工智能来实时识别肿瘤。他们将自己使用的人工智能模型昵称为“鲟鱼”，它能在40分钟甚至更短的时间内给脑肿瘤分类，准确率高达90%。“病理学家仍会仔细观察每一片切片。”玛西玛公主中心儿童癌症病理实验室主任巴斯蒂安·托普斯说。人工智能只是提供了更多信息。分子医学中心的首席研究员、副教授杰伦·德里德喜欢用一个更具体的例子来描述这项工作：“人工智能要解决的难题是，如果我拿出一张大象的图片，计算机能识别图片上的东西吗？”假设摆在你面前的只有图片的1%，可能是象鼻上几个灰乎乎的格纹，其余的99%都不知道或看不出来，“我们现在能否制造出一种人工智能，它仍然可以识别出图片上有一只大象呢？”他问道，“这就是我们研发出的人工智能。这就是它最终的用途。”
AI何以为寻找另一个地球注入强大动力
撰文：丽贝卡·博伊尔
在寻找生命的过程中，天文学家们不仅看到了更广阔的太空图景，还重新审视了可能忽视的东西。
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行星猎手 哈米德·瓦利扎德根是硅谷的计算机科学家，有大把待遇丰厚的技术工作可以选择，然而他却申请了NASA的一个职位。“对于我来说，回答有趣的重大问题所带来的快乐远超经济上的考量。”他说。|ISMAIL FERDOUS
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“我可以一连几个小时凝望天空，思考生命的意义，想知道在这个浩瀚的宇宙中，我们是否孤独。”美国国家航空航天局(NASA)的机器学习科学家哈米德·瓦利扎德根说。然而他的太空科学家同事起初似乎并不愿意把人工智能当作探索宇宙的工具，可能是因为先进算法一般不会让人看到其运算过程。复杂的人工智能系统受大脑的启发，因此单个的人造“神经元”会进行计算，再将信息传送给网络中的其他节点。由此造成的系统计算量极大，无法知道答案是如何得出的。瓦利扎德根说，这种“暗箱操作”的特性，让那些习惯了传统的超精确建模和模拟标准的科学家们敬而远之。然而现代天文学正在遭遇瓶颈。太空中和地球上的望远镜收集了大量信息，人类却无法快速破译，甚至根本无法破译。2018年，瓦利扎德根和团队开始构建一个机器学习程序，加速搜寻系外行星。他们用数据训练该软件，给软件取名为Exo Miner，并用开普勒望远镜的观测记录对它进行了测试。“我不知道我们能取得多少成果。”瓦利扎德根表示。不过他的模型很快就发现了370颗此前未知的系外行星。“一开始，系外行星科学家对这些结果颇多疑虑，他们说：‘不行，这不能被认定为行星。’但随着时间的推移，他们对辨认行星更有把握了。”他说，Exo Miner发现的行星还没有被否认的先例。
AI如何破解远古时代失落的秘密
撰文：戴维·蒙哥马利
新工具加身，学者们突然就能阅读纸莎草纸卷轴了，长久以来，人们一直认为这些卷轴十分脆弱，已无法打开。这项突破可能会改写历史。
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在2000年历史的卷轴中看到“紫色” 在被火山灰的热碳化的纸莎草纸卷轴上，卢克·法利特尔和优素福·纳德尔建造的人工智能模型检测出了墨迹图形。后来发现，这些图形是希腊字母，其中一串拼成了“紫色”一词。|VESUVIUS CHALLENGE
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2023年春天，一个名叫卢克·法利特尔的大学生驾车前往位于美国得克萨斯州星际基地的太空探索技术公司实习时，被一个播客吸引住了。主持人正在介绍一项竞赛，其目标可谓大胆：无需展开就能阅读一个有2000年历史的卷轴。公元79年，维苏威火山喷发，摧毁了罗马城市庞贝和赫库兰尼姆，也将纸莎草纸卷轴掩埋并碳化，这份用于竞赛的手稿就是其中之一。如果用手打开，卷轴就会碎成碎片，上面的信息也会随之损毁。要一探究竟，参赛者必须自行开发出能够解读卷轴已有的3D扫描图像的程序，并绘制出精细的物理变化图，检测已碳化材料上的字迹。另一位参赛者观察到了类似干泥上的裂纹的图案，而这可能表明纸上有墨迹。于是法利特尔训练了一个机器学习模型，专门寻找“裂纹”。一个周六的深夜，已回到内布拉斯加大学的法利特尔得到消息，又有一部分卷轴的扫描图已上传，供参赛者使用。当时，正在参加聚会的法利特尔用手机登录桌面，用自己的人工智能模型解读新上传的图像。几小时后，他查看手机，看到希腊字母Π、Ο和Ρ穿越了千年时光，在他眼前闪动。“我意识到，哇，我刚刚自动发现了三个来自罗马帝国的新字母，那一刻真是太酷了，”法利特尔说，“我兴奋极了，其他人也兴奋极了。我把它发给了组织者，也发给了我妈妈。”
AI如何揭秘动物隐秘的内心世界
撰文：安娜·皮尔
动物们在说什么？研究人员终于创建出了聆听动物心声的工具。
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记录抹香鲸 “CETI计划”从抹香鲸入手，其目标是了解非人类语言。该计划在多米尼加使用无人机追踪鲸，利用人工智能收集了数千小时的音频并对其进行了编目。|JAIME ROJO
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在2020年5月，普拉秋莎·夏尔马绞尽脑汁地分析着数据，准备与她在麻省理工学院的研究团队开会，期待能够找到一种模式。这可不是普通的数据集，而是已经过证明无法破译的。它包含十多年来收集到的抹香鲸交流时发出的“吱嘎”声、“咔哒”声，总共有好几个小时。夏尔马是“鲸类语言翻译计划”(Project CETI)的成员，用团队的话来说，就是要想办法听懂“鲸在说什么”。该计划的目标很简单，但实现起来却极为困难：要翻译非人类的交流方式。因此夏尔马和团队其他成员招募了自己的非人类盟友——一个初级人工智能程序，用新方法协助组织声音线索，提供更多灵感。7年前，CETI偶然在哈佛大学拉德克利夫研究院诞生。当时，海洋生物学家、美国国家地理学会探险家戴维·格鲁伯正在办公室里听抹香鲸的录音。计算机科学家沙菲·戈德瓦瑟路过时听到了奇怪的“咔哒”声，就走进格鲁伯的办公室，问他那是什么声音。格鲁伯的回答带来了一个新思路：戈德瓦瑟的许多同事已经在使用机器学习来改进人类语言的翻译水平，那么何不把类似的方法在鲸身上试试呢？AI将如何辅助预测自然灾害
为地下世界绘制地图的研究人员，对地震波的运动方式及地震可能发生的地点有了更丰富的了解。![]()
地震的变化 地球物理学家扎卡里·罗斯正在开创一种新方法，来探究我们脚下的世界。|ISMAIL FERDOUS
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美国加利福尼亚州的地下有一个断层构成的迷宫，在这里，大块的岩石从彼此旁边滑过、滑向一边、滑到下面或撞在一起。它们以肉眼难以察觉的速度缓慢移动，最后会剧烈地晃动，大地随之颤抖。地震的破坏力会不可避免地重创该州。谁也无法阻止地震发生，但弄清地震可能发生的地点和震级，就能让社区提前做好防备。换句话说，要减轻这些未来会发生的灾难，最好的办法就是绘制地下地图，标出每个断层并监测其活动。为了绘制这些地图，研究人员在地表放置了测震仪，即一种能够感知并详细记录地震等各种振动的小机器。地震波有点像音乐，若能识别它们的音符和韵律变化，科学家们就能弄清是什么神秘乐器演奏的、它们的位置及它们在断裂时的表现。过去，这项工作十分艰苦，往往进展缓慢，有时得到的结果还不准确。“老实说，”传统的地震预测学手段“实在不怎么样”，加利福尼亚理工学院地球物理学助理教授扎卡里·罗斯说。即使是当时最好的计算机程序也会忽略某些地震。“我们有现成的海量数据。”加利福尼亚州的地质活动十分活跃，测震仪遍布各处，因此收集到的数据量超过了人类专家合理的处理能力。此外，大部分断层滑动时产生的地震都微不可察，形成的地震波极其微弱，即使技术水平最高的地震学家也很难在地震数据中发现它们，如果它们与交通噪音等人为产生的噪音相似时，则更是如此。2017年，罗斯突然来了灵感。他看到机器学习程序在处理大量照片时，会识别照片上的元素并进行分类，其准确性和速度都是人类无法比拟的。于是他想，何不在地震学中使用类似的方法呢？
石中故事
远比罗马帝国建成还要早的时期，塔雷奥蒂克人就在梅诺卡岛留下了纷繁多样的石筑奇观。从船形住宅到巨石塔楼，再到与天体遥遥对应的神龛石台……在这座相对宁静的西班牙岛屿，生者的住宅与灵魂的屋宇共同揭晓着古老的秘密。在塔雷奥蒂克遗迹入选世界遗产名录一周年后，让我们登上梅诺卡岛，追溯这段跨越2000年的文化足迹。![]()
图顿斯巨石船形墓是梅诺卡岛屿身份的标志，是梅诺卡岛及岛屿塔雷奥蒂克文化特有的建筑。这座建成于3000多年前的坟墓采用所谓赛克勒庇恩风格，即用粗制石砖干砌墙体。同样的建筑风格也曾出现在古希腊迈锡尼文明中。|HISTORIC HERITAGE SERVICE, MENORCA ISLAND COUNCIL
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站在梅诺卡岛的巨石高塔的塔顶瞭望，人们将看到古代地中海超级大国如何在岛上掀起历史的波涛——历经腓尼基人、希腊人再到罗马人，此消彼长，更迭不息。但早在这些重量级人物登岸以前，岛上谦虚的拓荒者们已经在狂风肆虐、几乎没有树木的土地上开创了一种生活。那些叫作“塔拉约特”(talayot)的塔楼就是由最初的居民及其后裔用所找到的众多大块石灰石原料建成的。梅诺卡人利用手边所有的一切，创造了这些坚如磐石的遗产。最初的岛民是谁？梅诺卡岛委员会文化部考古专家乔昆姆·庞斯认为：“他们来自伊比利亚半岛东北部或里昂湾附近区域。”他补充说：“在公元前3000年的下半世纪，他们带上部分家畜和基础器皿，乘坐原始的小船抵达了梅诺卡的海岸，也许是为了逃离欧洲大陆上的冲突与对立，才决定踏上如此冒险的旅途。”![]()
这幅插画展示了托雷德恩-加尔梅斯遗址的塔雷奥蒂克定居点，它的外围庭院有一个圆形蓄水池(中)。植被组成了木结构屋顶的外层。较大建筑顶部留有开口，让阳光可以射入内院。多柱的廊厅(右上)可能被用来存储食物或蓄养牲畜。|ALBERT ÁLVAREZ-DEBÒLIT/ ELENA SINTES; MENORCA ISLAND COUNCIL
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梅诺卡独特建筑的最初的雏形与大约起源于公元前2000年的墓葬堆紧密相关。到了公元前1600年左右，那些造型简单的巨石坟墓(或称“支石墓”)终于被最早的赛克勒庇恩巨石建筑——被称作“纳维塔”(naveta)、形似船体倒置的建筑所取代。400年后，名称源自阿拉伯语中“塔拉雅”(talaya，即“暸望塔”)的塔拉约特塔楼开始兴起，创造了该建筑形式的塔雷奥蒂克岛屿文化也由此得名。在特别的截锥体船形建筑广泛涌现的同时，各个当地社区也在迅速发展。以每个塔拉约特中心为原点，聚落逐渐向外扩张；随着时间的推移，又出现了新的建筑设计，例如会让一些人想起巨石阵石柱的塔乌拉石台(taula)、圆形住宅以及宽阔的围墙。不久前，梅诺卡岛的塔雷奥蒂克文化遗迹被联合国教科文组织列入世界遗产名录。这份名单代表着对遗址全球文化价值的认可。
欧洲回荒
罗马尼亚的喀尔巴阡山脉高处，使生态恢复古时风貌的计划正轰轰烈烈地展开，绝迹已久的野牛群已回归山坡。高度工业化的欧洲如今兴起回荒之风，把远大目标写进法律，甚至没有放弃新建国家公园的梦想。面前的一个主要挑战是：与复兴的野兽比邻而居的人类需要怎样调整生活方式？![]()
努克什瓦拉的一名牧羊人仍沿袭着千百年来的老生计，但随着一代代年轻人离乡外迁，这种生活方式也在衰落。设立国家公园的赞成者认为此举有望带来经济发展机会。|JASPER DOEST
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罗马尼亚喀尔巴阡山中一个叫瑟蒂克的村子里，此刻，弗洛林·霍里亚·巴罗斯正等在贴着实木外壁板的两层高农舍门外，满脸怒气。不久前的深夜，这名农户被自家猪圈里的一阵骚乱惊醒。“那只熊沿街走过来，翻过篱笆，打落猪圈门进去行凶。我放狗把它赶跑了。”他说出了事故经过。几小时后，棕熊又绕回来，盯上另一座猪圈。现在院子里有两头猪倒毙，另一头虽活着却吓傻了，绕着围栏蹒跚打转，后背满是被熊的爪牙撕烂的伤。第四头猪下落不明。巴罗斯平日兼做兽医，正考虑给那头伤猪一个痛快，免它垂危挣扎之苦，但又决定先等一个当地理事会来人。“我想让他们看看那头熊干的好事。”他说。这是夜袭发生后的次日早晨，我陪同波格丹·苏利克到场，从他镇静自若的神态来看，应是已惯于面对难缠局面——他在喀尔巴阡保护基金会带领一支快速干预团队，专门处理这类事故。该机构自2009年起就致力于争取当地民众支持、共同保护附近的濒危林区和野生动物。基金会的资金来自国际慈善人士和欧盟最大的一项环境事业拨款，目标是在喀尔巴阡山脉的弗格拉什山区新建一座国家公园，占地2000平方千米。有些人视之为“欧洲的黄石”：考虑到当代荒野地区存量之少，这可能是欧洲最后一个设立大型国家公园的机会。![]()
喀尔巴阡森林中受保护的棕熊数量繁盛，可能导致与周边居民乃至游客的频繁遭遇。这只母熊少了一条后腿，无法猎杀食物，由跨弗格拉什公路上的自驾观光者投喂供养——喂熊之举在这一带很常见。而在另一些地区，壮起胆子的熊盯上了村民的家畜。|JASPER DOEST
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铺满林木的沟壑和海拔 2500米的弗格拉什群峰构成了中欧最大一处无人区，荫庇着极其丰富的生物栖息地：针叶林伴着湿地，高峻的山脊旁生有草甸，还有高山柳、欧洲花楸、白桦、欧洲银杉、白榆、欧亚槭和低坡上的山毛榉。这里至少分布着1500个动植物物种，包括金雕、红翅旋壁雀、长尾林鸮等稀有鸟类，以及野猪、狼、猞猁，当然还有熊。苏利克的职责是协助调解该生态区边缘稀落乡镇中发生的野生动物冲突。最近他几乎连觉都顾不上睡。“这熊在四天里已经弄死了11头猪。”他说，“但更大的问题是它面对人和狗显得毫无顾忌，而且很聪明，每个地方祸害一次就走，不会再来。”以上内容为节选，想看更多精彩内容，请购买《华夏地理》杂志2024版11月刊。
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