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本篇研究来自清华大学精密仪器系、清华大学类脑计算研究中心邓磊课题组。该文系统地研究了脉冲神经网络（Spiking Neural Networks，SNN）中关键建模组件的功能特性。研究发现，神经元膜电位泄漏在平衡长时记忆和短时响应、影响鲁棒性方面起着关键作用，膜电位重置机制对时域处理中断和发放率控制非常重要，循环突触连接虽对复杂动力学建模至关重要但会牺牲模型鲁棒性。这些有趣的现象加深了对SNN行为的理解，能够为SNN模型的优化提供指导。 文章介绍 Understanding the functional roles of modelling components in spiking neural networks Huifeng Yin（尹汇锋）, Hanle Zheng（郑晗乐）, Jiayi Mao（毛佳一）, Siyuan Ding（丁思源）, Xing Liu（刘星）, Mingkun Xu（徐明坤）, Yifan Hu（胡一凡）, Jing Pei（裴京） and Lei Deng（邓磊） 通讯作者： 邓磊，清华大学精密仪器系、清华大学类脑计算研究中心   研究背景： SNN是受大脑神经回路启发的一种神经网络模型，能在保持生物合理性的同时通过脉冲事件驱动的方式实现高效计算。然而，虽然SNN具有丰富的时空动力学和低功耗优势，其中各建模组件的功能角色尚不明确，这给SNN建模理解和优化带来了挑战。该文试图理解并揭示基于LIF（Leaky Integrate-and-Fire）经典神经元模型的SNN关键建模组件的功能角色，如膜电位泄漏、重置和循环突触连接等，加深对SNN工作原理和行为特性的理解，为SNN在不同任务中建模优化提供理论指导。   研究内容： 该文系统性地研究了LIF-SNN模型关键建模组件的功能角色。通过调整膜电位泄漏（有/无及泄漏程度）、重置（有/无）和循环突触连接（有/无）等几种关键建模组件的构成，设计和评估经典LIF-SNN模型的几种变体模型，通过控制变量法分析变体模型在不同数据集和组件配置下的性能，评估指标包括识别准确率、时间尺度泛化性和对抗攻击鲁棒性等，加深对SNN工作原理和行为特性的理解。具体而言，神经元膜电位泄漏在平衡长时记忆和短时响应、影响鲁棒性方面起着关键作用，全泄漏难以保留长时信息而零泄漏会降低高频响应能力，一定程度泄漏可提高模型泛化能力和鲁棒性；膜电位重置机制会一定程度中断时域记忆，但可降低脉冲发放率节约计算成本；循环突触连接能够增加复杂动力学建模提高准确率，但会牺牲模型泛化性和鲁棒性。上述发现为SNN在不同应用需求下的性能优化提供了有价值的理论指导，能够发展更通用、更有效、更鲁棒的SNN模型。 作者介绍 邓磊  副教授 清华大学 邓磊，清华大学精密仪器系，清华大学类脑计算研究中心，副教授、博士生导师，入选国家高层次青年人才计划。从事类脑计算领域研究超过10年，在Nature、Nature Communications、PIEEE、JSSC、ICML、ICLR等期刊和会议发表论文近百篇，包含3篇封面论文、1篇ESI 0.1%热点论文和2篇ESI 1%高被引论文，担任Frontiers in Neuroscience期刊副主编、中国人工智能学会脑机融合与生物机器智能专委会委员和多个国际会议分论坛主席和程序委员会委员。个人曾入选全球前2%顶尖科学家榜单、北脑青年学者、吴文俊人工智能优秀青年奖和《麻省理工科技评论》中国籍35岁以下科技创新35人等，代表性成果曾获中国科学十大进展、世界互联网领先科技成果、中国计算机学会技术发明一等奖和日内瓦国际发明展金奖等奖项。 期刊介绍 Neuromorphic Computing and Engineering 2023年影响因子：5.8  Citescore: 5.9 Neuromorphic Computing...

特刊详情 客座编辑 Giacomo Falchetta，奥地利国际应用系统分析研究所/意大利欧洲地中海气候变化研究中心 Francesco Colelli，意大利威尼斯大学/意大利欧洲地中海气候变化研究中心 Ahmed Hammad，新加坡Decatab公司   主题范围 In a rapidly transforming world with increasingly felt climate change impacts, infrastructures at multiple scales are responsible for shaping societal risks, impacts, and sustainable development pathways. Infrastructure availability and quality also play an important role in defining adaptive capacity. As a consequence, it is important...

Environmental Research Letters（ERL）近日公布了2023年“编辑推荐文章奖”（ERL Editor’s Choice Awards 2023）的获奖名单。ERL“编辑推荐文章奖”由期刊编委会成员投票产生，是期刊年度奖项计划的一部分。所有获奖人将收到由期刊颁发的证书及奖品。 2023年获奖名单 2023年编辑推荐原创文章奖 Dams and tribal land loss in the United States Heather Randell and Andrew Curley 2023 Environ. Res. Lett. 18 094001 2023年编辑推荐综述文章奖 Achieving net-zero emissions in agriculture: a review Lorenzo Rosa and Paolo Gabrielli 2023 Environ. Res. Lett. 18 063002   2023年编辑推荐青年科研人员文章奖 Extreme heatwave over Eastern China in summer 2022: the role...

特刊详情 客座编辑 Hassan Zahouani，法国里昂大学 Mike Adams，英国伯明翰大学 主题范围 Material and texture selection, along with form, colour and gloss are examples of product qualities. Well-polished metal or wooden surfaces and finely woven cloth are examples of articles particularly designed to appeal to the human senses of vision and touch. One major factor of perceived quality is the...

本篇研究来自上海交通大学张礼知课题组。该研究通过调控BiOCl表面羟基覆盖度来降低催化剂表面空间位阻，从而促进表面氧空位生成，实现光催化O2活化产物由•O2–向O22–的转变。该策略能够有效促进NO完全氧化生成双齿硝酸盐，从而抑制NO2有害副产物的生成及光电子对NO3–的反向还原。该结果为通过调控催化剂表面结构来实现高效、安全的NO光催化去除提供了重要理论基础和实验依据。 文章介绍 Surface hydroxyl manipulation of BiOCl nanosheets for promoted O2 activation and photocatalytic NO removal Zhiping Yang（杨治平）, Yanbiao Shi（石彦彪）, Xiaoyi Zhang（张笑怡）, Jundi Cheng（程俊迪）, Qianhui Liu（刘千惠）, Bing Zhou（周兵）, Biao Zhou（周彪）, Yue Hu（胡月）, Chengliang Mao（毛成梁）, Hao Li（李浩） and Lizhi Zhang（张礼知）   通讯作者： 石彦彪，上海交通大学环境科学与工程学院 李浩，上海交通大学环境科学与工程学院 张礼知，华中师范大学化学学院/上海交通大学环境科学与工程学院   研究背景： 氮氧化物（NOx）是化石燃料燃烧和废物焚烧过程中产生的次级气溶胶前驱体，对大气环境和人类健康构成严重威胁。传统的高浓度NO去除技术难以有效处理城市和室内空气中低浓度NO，这促使研究者探索更绿色、经济、可持续性的解决方案。太阳光驱动的半导体光催化技术因其能够在环境条件下有效去除ppb级别的NO而备受关注。然而，当前报道的半导体光催化材料在选择性生成活性氧物种（ROS）并抑制NO氧化过程中有害副产物（如NO2）生成方面仍存在挑战。 本研究通过调控BiOCl纳米片表面羟基浓度来降低其空间位阻并促进氧空位产生，将光催化O2活化过程产生的ROS从•O2–转变为O22–，从而实现NO完全氧化产生更稳定的双齿硝酸盐，避免有害的NO2形成和光电子诱导的NO3–反向还原。   研究内容： 本研究在饱和甘露醇溶液水热处理来调控BiOCl纳米片表面羟基覆盖度，从而构筑具有不同空间位阻的表面结构。通过DFT理论计算优化O2在富羟基和贫羟基BiOCl表面（BiOCl-OHrich-NS、BiOCl-OHrich-UN）的吸附构型、吸附能量、O-O键长、电荷转移、电子态密度，解析O2分子活化状态和产物，并根据过渡态模型推测不同活性氧物种介导的NO氧化反应过程。   图1. (a) O₂在BiOCl-OHrich-NS和(b) BiOCl-OHpoor-UN表面吸附构型及(c, d)差分电荷；(e) 理论模拟•O2⁻和O22⁻介导下NO光氧化反应。   随后利用红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）来定量分析材料表面羟基浓度；通过高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和电子顺磁共振（EPR）来验证不同表面羟基浓度的BiOCl表面氧空位（OV）分布及含量。   图2. (a) BiOCl-OHrich-NS和BiOCl-OHpoor-UN的FTIR光谱和(b)高分辨率O 1s XPS光谱。(c)...

本篇研究来自兰州大学邓伟华课题组。本文系统建立了聚合物质心扩散这一前沿热点布朗非高斯扩散模型。从单体的链式解聚过程出发，推导出有关质心位置分布满足的Fokker-Planck方程和质心位置泛函分布满足的Feynman-Kac方程。基于深度BSDE方法，提供了该模型泛函分布的一些应用，比如正半平面占据时间、首次通过时间等。本文提出在该领域将来的发展方向上可结合人工智能算法处理模型满足的方程，在生命科学领域有重要的潜在应用。 文章介绍 Feynman-Kac equation for Brownian non-Gaussian polymer diffusion Tian Zhou（周甜）, Heng Wang（王恒） and Weihua Deng（邓伟华） 通讯作者： 邓伟华，兰州大学   研究背景： 布朗非高斯扩散过程在自然界中普遍存在，其特点在于均方位移与时间成正比，而扩散粒子位置分布不再满足高斯分布。布朗非高斯扩散过程在许多领域具有重要的应用价值。就生物医学领域而言，布朗非高斯扩散的输运特性可以提供有关药物输送的重要信息。目前，有关布朗非高斯扩散机制的理解仍不全面，需要进一步研究其特性和应用。 布朗非高斯扩散是描述聚合物分子运动的一个重要模型，为了探讨聚合物质心扩散的布朗非高斯特性和应用，本文针对聚合物质心的扩散过程进行了建模，结合深度BSDE方法提供了一些理论应用。该研究发展了人工智能算法，进一步丰富了布朗非高斯扩散的理论，在生命科学等领域有重要的潜在应用。   研究内容： 本文借助朗之万方程描述伴随化学反应的聚合物质心扩散过程，通过计算扩散过程的均方位移说明了聚合物质心扩散的布朗非高斯特性。从单体的解聚过程着手，推导出有关质心位置和单体数目联合分布满足的向前Fokker-Planck方程。在初始单体数给定的前提下，仅关心质心位置分布，推导出质心位置分布满足的向后Fokker-Planck方程。在此基础上，进一步推导出质心位置泛函分布满足的向前（向后）Feynman-Kac方程。最后，利用深度BSDE方法和蒙特卡洛模拟方法讨论了Feynman-Kac方程的一些应用，比如正半平面占据时间、首次通过时间等，这些应用进一步验证了所推导方程的正确性。 该研究成果进一步发展和丰富了布朗非高斯扩散过程的理论成果。另一方面，将人工智能算法与反常扩散动力学建立了联系，为扩散动力学的研究提供了新的方法。聚合物具有广泛的应用领域，该研究成果的理论模型在生物医学、生命科学等领域有重要的潜在应用。 作者介绍 邓伟华  教授 兰州大学 邓伟华，男，生于1977年10月10日，安徽涡阳人，兰州大学数学与统计学院教授、萃英学者、院长，国家杰青获得者。主要从事科学计算与数值分析、统计物理学和随机模拟、非线性动力学和反常扩散、非局部偏微分方程与随机表示、深度学习模型与算法等研究（http://orcid.org/0000-0002-8573-012X）。 期刊介绍 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical  2023年影响因子：2.0  Citescore：4.1 Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical（JPhysA）每年出版50期，针对运用数学结构来描述物理世界的基本过程，并探索这些结构的分析、计算和数值方法。期刊内容涵盖：统计物理；非平衡系统、计算方法和现代平衡理论；混沌和复杂系统；数学物理；量子力学和量子信息理论；场论和弦理论；流体和等离子体理论；生物模型等方面。文章类型包括原创性论文和综述，以及关注于热点研究的专题综述和特刊，提供及时、全面的纵览。

特刊详情 客座编辑 Yu Pan，美国哈佛大学 George V. Lauder，美国哈佛大学 Haibo Dong，美国弗吉尼亚大学 Keith W. Moored，美国理海大学 主题范围 Over billions of years, evolution has led fish to master a wide array of swimming methods, allowing them to effectively maneuver and flourish in their aquatic habitat. The investigation of fish locomotion has long fascinated scientists, offering invaluable insights into fluid mechanics,...

特刊详情 客座编辑 Hewenxuan Li（李贺文轩），Cornell University（美国康奈尔大学） Rui Yuan（袁锐），Wuhan University of Science and Technology（武汉科技大学） Somdatta Goswami，Johns Hopkins University（美国约翰斯·霍普金斯大学） Qianying Cao（曹倩影），Brown University（美国布朗大学） 主题范围 Advances in novel material manufacturing and design increasingly leverage inherent material and structural nonlinearities to achieve system stability and multiple operational modes with minimal input energy to the system. The multifaceted nature of nonlinear materials...

特刊详情 客座编辑 成璐，中国人民大学 常东风，山东大学 董轶哲，英国爱丁堡大学 Kevin Connolly，英国思克莱德大学 Itziar Lazkano，美国威斯康星大学密尔沃基分校   主题范围 In 2015, the United Nations put forward the 2030 Agenda, offering comprehensive guidance to nations striving for a better future in environmental, economic, and social dimensions. Since their introduction, significant efforts and widespread actions have been undertaken at the national level to fulfill the...

专刊详情 客座编辑： 曹毅, 南京大学 Judy Wu，美国堪萨斯大学   主题范围： 2024年是IOP出版社Materials Research Express（MRX）期刊创刊十周年，我们怀着无比激动的心情，邀请您与我们共同庆祝MRX创刊十周年这一重要时刻。 在这期十周年纪念专刊中，我们精选了1篇教程文章、9篇综述文章和10篇研究性文章供您阅读，以此庆祝过去十年中MRX所取得的诸多成就！ 这些成就包括与全球120个国家的学者开展广泛合作，来自全球7,127家机构的作者在MRX期刊发表了14,137篇论文，在2023年，MRX期刊文章下载量达1,524,534次，引用达23,168次，在过去三年，下载量增长了13.5%。在此，我们向所有作者、审稿人、编委会成员和广大读者致以诚挚的感谢。 MRX期刊一直致力于成为材料领域学者们发布创新和最新研究成果的国际平台。过去十年，正是因为有了你们的支持，MRX才取得了如此巨大的成功。未来十年，你们的支持更将是MRX继续成长的动力，期待与大家共同谱写新的辉煌篇章！ 文章精选 Tutorial Dissipation and irreversibility in computing David K Ferry and Wolfgang Porod 2023 Mater. Res. Express 10 083001   Topical Reviews Recent advances of silicate materials for wastewater treatment: a review Meng Xu et al 2024 Mater. Res. Express 11 032001   A review on additive manufacturing for...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选两个主题的研究文章供大家阅读，本月的主题为The Built Environment和Neuromorphic Computing and Devices。这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！ 您可以扫描下方二维码，查看IOP出版社环境领域和工程领域的最新资讯；还可以>>点击此处链接，订阅该领域的最新研究进展以及相关期刊的最新信息。 环境： 工程： 精选文章 The Built Environment Environmental Research Letters Impacts of urban shrinkage on the built environment and its environmental sustainability: an analytical review Xiujuan He, Weijun Gao, Dongjie Guan and Lilei Zhou   Urban growth modeling for the assessment of future climate and disaster risks: approaches, gaps...

IOP出版社衷心祝贺来自美国的科学家John Hopfield和来自英国、加拿大的科学家Geoffrey Hinton荣获2024年诺贝尔物理学奖，以表彰他们在利用人工神经网络实现机器学习方面的开创性工作。 我们为能够出版这些突破性研究成果的部分内容感到自豪。历年诺贝尔奖得主中的其他研究也曾在IOP出版社发表。自1901年以来，共有224人获得诺贝尔物理学奖，其中132位获奖者曾在IOP出版社发表过他们的研究成果。IOP出版社旗下的Reports on Progress in Physics（ROPP）期刊今年迎来90周年，33篇由诺贝尔奖得主撰写的文章曾在该期刊上发表。 为了庆祝诺贝尔物理学奖以及ROPP期刊的里程碑，并表彰物理学领域的进步，我们特别汇总了“2024年诺贝尔奖文章特辑”，并在此分享最近由诺贝尔奖得主发表在ROPP期刊的文章以及机器学习领域的相关文章。 诺贝尔奖得主ROPP文章特辑 The Physics of Attosecond Light Pulses Pierre Agostini and Louis F DiMauro 2023年获奖者：Ferenc Krausz (1962-) 和Pierre Agostini (1941-) 他们的同事Anne L’Huillier同样获奖。他们因“实验方法产生用于研究物质中电子动力学的阿秒光脉冲”而获得诺贝尔奖。   Bell’s Theorem: Experimental Tests and Implications J F Clauser and A Shimony 2022年获奖者：John Clauser (1942-) 与他的同事Alain Aspect和Anton Zeilinger一起，因“通过纠缠光子实验，证实了贝尔不等式的违背，并开创了量子信息科学的新纪元”而获奖。   The Nucleus of Our Galaxy R Genzel, D Hollenbach...