网络流行语、十大年度热词等各种雅词俗语，有的如流星一闪即逝，有的持久闪亮渐成主流规范用语。而在科学界，主流词汇的变化也是科学创新在社会 人文层面的一种体现，如天气变化、纳米技术、噪声理论……有些迅速传播，占领了科学界和大众交流领域，形成了科学范式，而有些被很快取代。影响科学范式兴 起衰落的因素很多，最近，德国和丹麦一个联合研究小组构建了一种新模型，演示了词汇范式的传播演进过程，让人们更好地理科学范式的转化和文化革新。
 

　　科学范式兴衰模型

　　德国布莱梅大学斯蒂芬·伯恩霍德、丹麦尼尔斯·玻尔研究院的摩根·豪·简森和金·斯奈朋在近期出版的《物理评论快报》上共同发表一篇题为《科学 范式兴衰》（Emergence and Decline of Scientific Paradigms）的论文，对科学哲学和科学政策都有重要意义。研究人员认为，科学界的词汇多元化现象值得特别关注。
 

　　对“范式”最简单的理解就是规范用语。科学范式这一概念由美国科学哲学家托马斯·库恩在上世纪60年代提出，以此来概括和描述多个领域的现实科学，而不仅仅是科学史和哲学。对于科学范式有不同方面、不同层次和不同角度的多重界定和说明。
 

　　科学范式有一种趋势，即迅速兴起而缓慢衰落。这种不对称反映了要发展出真正独创的概念词汇非常困难。相比之下，一个概念更容易被修改进而逐渐被侵蚀。研究人员构建的模型模拟了概念的出现、传播，并对主体再次接受已经过时废弃的概念进行了限制，以反映这种不对称性。
 

　　“新概念取代老概念会面临各种困难，我们的模型演示了新概念和这些困难之间的相互作用，在这之间，兴趣的排列顺序起着主导作用。”伯恩霍德说。 目前已有几种舆论概念的形成模型。但在一些重要方面，新模型有更合理的限定，如允许概念无限变化，每种概念都有一个小概率可能被人们接纳，每种概念只能出 现一次，一个主体不能返回来再次接受他以前支持过的概念，同时新模型反映了科学家对新概念的不断探索。
 

　　在该模型中，概念传播有两个可能的途径。第一，一个主体经由邻居接受某个新概念，并且许多其他主体已或多或少支持这种概念；第二，一个主体随机 获得一种前所未有的新概念，能否被接受主要依赖于“革新率”。第一种途径代表了社会系统的合作效应，而第二种途径代表了革新程度。
 

　　概念范式转换规律

　　“我们设计的模型显示，由于社会压力的作用，社会合作会使新观念更加难以凝聚，”伯恩霍德说，“我们发现有一种‘胜者为王’（winner takes all）的动力，这是一种类似于时尚的动力，短期内引领了科学。”
 

　　整体上，科学范式转换的方式很有规律，老的范式被腐蚀削弱，随后被新概念取代。一个具有主导科学范式的系统，会逐渐转变成一个拥有各种各样概念 的小团体系统，某些系统继续演进，最终再次生成一个主导范式。科学范式兴衰的动力取决于一个系统的革新率，革新率很高的系统能容纳更多噪声，取代过程中噪 声纷杂，出现许多新概念和主流范式竞争，也能容纳许多小区域内概念的兴衰替代。相比之下，革新率低的系统，噪声也低，主流范式能长期保持，直到出现大的事 件来取代它。而且不管什么范式概念，其转换方式相当一致。
 

　　“这也揭示了为什么小系统可能比大系统更有活力，大公司有时需要小型新创公司作为革新之源。”伯恩霍德指出，“我们的模型不涉及对错评价，它探 索了群体思想观念的传播效应。相比于多个小群体，群体思想制造了一个更大的系统却革新性更少。简言之，对于革新而言，听你自己的比听其他人的更好。”
 

　　此外，这种研究科学范式转换的模型还能用来分析流行病的传播。伯恩霍德说，我们把“新”“旧”概念放到流行病学模型中，采用一个概念只能被接受 一次的“一去不返”机制，这与寄主的感染免疫非常相似：如果寄主过去曾经被某种特定病毒感染，他将不会被这种病毒感染两次。(常丽君)

　　英国和新加坡研究人员１日报告说，他们制造出能够观测５０纳米大小物体的光学显微镜，这是迄今观测能力最强的光学显微镜，也是世界上第一个能在普通白光照明下直接观测纳米级物体的光学显微镜。
 

　　英国曼彻斯特大学研究人员和新加坡同行当天在新一期《自然·通信》杂志上报告了这项成果。由于光的衍射特性的限制，光学显微镜的观测极限通常约 为１微米。研究人员通过为光学显微镜添加一种特殊的“透明微米球透镜”，克服了上述障碍，使这一极限达到５０纳米，观测能力提高了２０倍。
 

　　论文第一作者王增波博士告诉新华社记者：“这是目前世界上唯一能在普通白光照明下直接观测纳米级物体的光学显微镜，是一个新的世界纪录。”
 

　　据介绍，目前一般使用电子显微镜观测极其微小的物体，但它也有一些缺陷。比如在观测细胞时，电子显微镜只能显示出细胞表面的状况，而不能用于观 测细胞内部结构。之前还有研究人员先为细胞染色，然后利用特制光学显微镜观测染色后的细胞内部结构，但这种方法对病毒无效，因为染料无法进入病毒内部。而 这种新型光学显微镜首次提供了在普通条件下观测细胞内部结构和病毒活动机理的手段。
 

　　领导该项研究的曼彻斯特大学教授李琳说，这可能会为观测细胞和病毒的方式带来革命性变化，有助于研发新的药物和疾病治疗方法。
 

　　研究人员还表示，利用类似方法可以进一步制造出观测能力更强的光学显微镜。从理论上说，这种基于“透明微米球透镜”的光学显微镜不存在观测极限。（记者 黄堃）

在NGC 2359中的宇宙泡泡
 

　　NGC 2359又被称作“托尔头盔”，是位于大犬座的发射星云，离地球大约有15000光年的距离。据估计，这个星云的直径约有30光年。与之相较，整个银河系的直径约为100000光年。 　
 

　　在这一宇宙结构中，天文学家已经发现了许多宇宙泡泡和宇宙弧线，但是对于它们的存在，一直没有一个合理的解释。在这项新的科学研究中，天文学家最终在这个方面取得了一些进展。 　
 

　　专家表示，主要的原因在于一颗巨大的沃尔夫-拉叶星，它处于泡泡的中心，这一点在图像中可以得到证实。这类恒星含有许多宇宙流星，这些流星不仅 非常巨大而且亮度极高。沃尔夫-拉叶星(通常也被称WR恒星)是相对较老并用质量很大的天体。它们的质量约是太阳质量了20倍，或者更大，它们的主要特性 是其质量以非常高的速率流失。 　
 

　　产生这一现象的主要机制是高速太阳风以每秒2000公里的速度将物质吹离恒星。沃尔夫-拉叶星的平均表面温度非常高，在25000到 50000K(K表示绝对温标)。据每日星系媒体报道，相较而言，太阳的表面温度大约仅有5800K，但是日冕的温度更高，可达到数百万摄氏度。 　
 

　　这项新的科学研究显示，在NGC 2359星云及其它类似的星云中，由于太阳风从沃尔夫-拉叶星中吹出大量的宇宙物质，导致这些宇宙泡泡的产生。然而，该项研究数据同时显示NGC 2359内部运行的其它机制并不在其它类似的位置出现。根据研究，这些观测上的差异可以说明一个推断，那就是位于星云中的沃尔夫-拉叶星可能以超音速的速 度移动。
 

　　这仅是一个推测，研究人员计划利用更高级的太空望远镜获取效果更好的全景观测，或许可以证实这颗恒星是否在移动，或者是保持不动。

多年来，神经科学家一直在分析大脑在何时何地会活跃
 

　　大脑接受外界信息的刺激，如视听信号以物理、化学形式存在，而神经系统只能以神经脉冲的形式传递信息，因此必须把各种物理、化学信号转变为频 率、节奏、波长等神经脉冲来表示不同的信息，这一过程称为编码。就像人们调节收音机的频率，科学家目前已在利用一种脑皮层电流描记的方法，精确描记大脑活 动时的频率、波长等神经脉冲并对其进行分析，以获得有关大脑意识的更多详情，帮助人们从一个全新角度理解大脑的工作机制。
 

　　脑生理学的三种工具

　　多年来，神经科学家一直在分析大脑在何时何地会活跃。最近，华盛顿大学医学院研究人员使用了脑皮层电流描记法，这是一种用临时放置于大脑皮层表面的电极阵列来监测大脑的技术。“分析大脑功能，通常集中于大脑的哪个部位、什么时候产生活跃。”医学院的埃里克·里奥萨德说，而分析大脑活动的频率、波 长为研究脑生理学提供了除脑电图（EEG）、功能性核磁共振成像（fMRI）以外的第三种主要手段。
 

　　功能性核磁共振成像技术主要是利用磁振造影来测量神经元活动所引发的血液动力的改变，在大脑中定位某个功能区。脑电图则是将电极放在头皮上，许 多神经元同时放电就产生了脑电波，经脑电图机放大后记录在专门的纸上，得出一定波形、波幅、频率和位相的曲线即为脑电图。放电频率决定了大脑活跃频率或波 长，这是可以用赫兹或秒周期来计量的。脑电图对癫痫诊断价值最大，用脑电图监控外伤或癫痫病人的意识，可以帮助确定诊断和分型，对诊断脑肿瘤或损伤有一定 帮助，也可用来研究睡眠。
 

　　相比于脑电图，脑皮层电流描记法能直接记录来自大脑皮层的脑波数据。在临床上，里奥萨德和其他神经外科医生用这种方法来鉴别抗癫痫药物作用源 区，绘制出这些区域以便通过外科手术清除病灶。得到病人允许后，他们将电极阵列放在癫痫病人颅骨以下的大脑皮层表面，监控大脑活动波谱，以找到抗癫痫药物 在大脑中的作用源区，与传统的脑电波监控手段相比，这种方法获得的结果要更加详细。
 

　　精细解码脑电波

　　利用电极阵列收集大脑活跃性频率的数据，可以获得更多重要的内部观察资料。里奥萨德既是神经外科教授，也是神经生物学与生物医学工程教授。他 说：“EEG只能监控40赫兹及以下的频率，但是脑皮层电流描记让我们能对500赫兹以下频率的脑电波活动进行监控，从而能完整地研究大脑活动的生理机 制，得到更好的信号，并能更准确地定位信号的来源去向。”
 

　　里奥萨德和同事通过电极阵列来观察外科麻醉后的意识减弱和恢复过程，研究结果发表在去年12月出版的美国《国家科学院院刊》上。他们发现，每个频率都产生了不同的信息，这显示出不同的神经回路会如何随着意识的减弱而变化。
 

　　在失去意识过程中，按某种顺序发生了一系列变化，在恢复意识的过程中以相反的顺序重复。某个频率区的活动性称为伽玛带，被认为是神经元与其附近神经元之间交流传输信息的表现，随着伽玛带频率的下降或回归，病人失去或恢复意识。
 

　　“不管病人麻醉得有多深，某个大脑网络总是以很低的频率保持活跃性不变，”里奥萨德说，“大脑活跃性频率高低频之间有着某种关联，这种关联也不会变，我们推测这可能与某些记忆回路有关。”
 

　　在另一篇发表于2月9日《神经科学杂志》上的研究论文中，里奥萨德和同事证明了，大脑特定区域的波长可以用来测定该区域在当时执行的功能。他们 将一个电极放在多个不同的脑区，包括语言中枢测量脑活性数据，集中分析这些数据显示，病人的许多信息可通过脑区中的活性高频带获得。比如：是否听到了一个 单词？是否准备说出一个他听到或看到的单词？是否正在说一个他听到或看到的单词？
 

　　“一直以来，我们把大脑活动频率作为一个整体，用来研究一个现象，但我们发现这些频率并非毫无差别，而是非常多样。”里奥萨德说，“我们用脑皮 层电流描记法分析这些频率，可解码更多的体现大脑活动和认知意向的电流脉冲，因此可更多地从大脑无线电台中获得信息。”(常丽君)

李国杰，中国工程院院士，中科院计算技术研究所所长