11月19日-20日，2021未來科學大獎周科學峰會成功舉辦。由于疫情原因，本次活動采取線上為主、線下為輔的形式進行。科學峰會期間，我們特別邀請到來自斯坦福大學、北京大學、清華大學、中國科學技術大學、哈佛大學、耶魯大學、普林斯頓大學、復旦大學、芝加哥大學、麻省理工學院、加州大學圣地亞哥分校、加州理工學院、斯德哥爾摩大學、滑鐵盧大學、豐田工業大學、美國科羅拉多大學、西湖大學、山西大學、浙江大學、南京大學、北京航空航天大學、芝加哥豐田計算技術研究所、中國科學院、國家天文臺、元禾璞華、華大九天等頂尖科研院所與產業龍頭，數十位全球頂級科學家及專家學者，分別圍繞生命科學、物理、化學、天文、數學、計算機6大領域，聚焦干細胞與再生醫學、RNA生物學、功能性腦成像與干預、量子的人工調控、量子材料、化學與材料、有機合成分子、宇宙起源、宜居星球、深空探測、代數幾何、數論、幾何拓撲、人工智能與生命科學、芯片等全球挑戰性科學議題，分享及探討前沿學術成果。今天分享的是科學峰會里“生命科學”“數學”“計算機”三大領域專場的相關內容。
解讀生命密碼 探尋科學未知
在【生命科學】干細胞與再生醫學專場中，2021未來科學大獎周Program Committee聯席主席、斯坦福大學文理學院講席教授、美國人文與科學院院士、美國國家科學院院士駱利群對演講嘉賓進行了介紹：林海帆教授長期從事干細胞生物學、癌癥干細胞學、與生殖生物學的研究。他證明了干細胞非對稱性分裂的自我更新理論與干細胞微環境假說，發現了多種干細胞調控基因，包括著名的Argonaute家系，并同期于他人發現與命名了piRNA（2006年Science十大科學突破之一）。而鄧宏魁教授在干細胞研究領域做出多項開創性貢獻，讓體細胞重新獲得多潛能性。
未來科學大獎科學委員會委員、耶魯大學Eugene Higgins講席教授、耶魯大學干細胞中心創始主任、上海科技大學生命學院創始院長（兼）、美國科學院院士、美國人文與科學院院士、中國科學院外籍院士林海帆，以《Piwi-piRNA 通路: 一個基因調控的新世界》為題進行了學術報告。林海帆院士團隊與1998年發現了第一個在動植物界干細胞都起著關鍵作用的基因家族——PAZ/PIWI結構域基因家族（即PPD家族，又常稱argonaute家族），此外，團隊也與其他三個實驗室同期發現并命名了piRNA。PPD家族在各種非編碼小RNA機制中發揮核心作用，其中，PIWI蛋白能與piRNA結合，在生殖細胞與原始干細胞中特異表達，代表了一種能整合基因組里各種序列的全基因組調控模式。
北京大學博雅講席教授、干細胞研究中心主任鄧宏魁以《化學重編程：細胞命運調控的新方法》為題，介紹了利用化學重編程制備多潛能干細胞和功能細胞，利用人多潛能干細胞分化制備肝臟細胞并應用于生物人工肝等研究成果。通過化學重編程對細胞命運進行調控，在體外可以實現功能細胞的制備，用于修復損傷的組織，在體內可以直接促進組織的再生，具有廣泛的應用前景。
在【生命科學】RNA生物學，未來醫療新方向專場中，駱利群對本場的兩位演講嘉賓進行了介紹：何川教授開發了DNA表觀遺傳學中DNA修飾堿基5-羥甲基胞嘧啶和5-醛基胞嘧啶等的檢測和測序方法，是“RNA表觀遺傳學”這個全新領域的發起人。付向東教授長期從事RNA基礎生物學研究，在最新的研究中，證明敲降PTB確實能夠產生新的多巴胺能神經元，并有效地逆轉了帕金森疾病。
未來科學大獎科學委員會委員、芝加哥大學講座教授、美國霍華德·休斯醫學研究所研究員何川，以《RNA 甲基化在生物醫學和農業里的未來前景》為題進行學術報告。2010年何川提出RNA的表觀遺傳學的概念，發現可逆的RNA修飾如RNA的甲基化和去甲基化能夠調控RNA的穩定性和翻譯，在動植物中都具有非常重要的生物學功能。這些發現已在促進干細胞擴增以實現骨髓移植等方面證明了其臨床的廣泛用用前景，推進了細胞治療進展。同時在農作物生產和草地恢復方面也展現出巨大的應用前景。
美國加州大學圣地亞哥分校細胞和分子醫學系教授付向東，在《神經再生：一個異常顛簸的發現之旅》的學術報告中分享了他在非神經元細胞轉化為神經元的科研經歷。付向東教授長期從事RNA基礎生物學研究，大約十年前付教授團隊發現，敲降一個RNA 結合蛋白PTB能夠將多種類型的細胞轉化為神經元。這揭示了一種新的將非神經元細胞轉分化為神經元的“減法”策略。
在【生命科學】功能性腦成像與干預專場中，未來科學大獎周Steering Committee委員、未來論壇理事、北京大學李兆基講席教授謝曉亮在致辭中表示：“隨著新的技術手段的進步，我們不僅能在分子和細胞的水平上繼續研究，還可以在神經網絡和系統的水平上理解腦功能。” 謝曉亮教授也對環節嘉賓進行了介紹：“劉河生教授團隊利用功能核磁找出了人腦不同的功能區域，對理解大腦機制進行腦疾病的個體化治療具有重要意義。李路明教授團隊的腦起搏器關鍵技術系統與應用，攻克了帕金森步態障礙的治療等世界難題，同時也是我國有源植入醫療器械超越進口實現領跑的成功范例。而高家紅教授團隊正在研發全新的大腦動態成像儀器，讓腦磁信號成為探索人腦奧秘和治療干預的重要途徑。”
哈佛大學附屬麻省總醫院人腦個體差異實驗室主任、南卡羅萊納醫科大學終身教授以及腦影像中心主任、Smart State講席教授劉河生以《個體化腦功能區剖分技術》為題進行學術報告。他表示：“由于人腦的個體差異巨大，現有的功能影像手段尚不能準確、可靠地反映單個患者的腦功能網絡，使得功能影像的臨床應用受到限制。團隊通過研究人腦的個體差異，開發了一種新的腦功能成像方法，精確繪制個體水平的腦功能區剖分。根據每位患者大腦功能的個體化腦功能區剖分（pBFS）, 可以‘量身定制’研究其大腦認知功能，對多種神經和精神疾病實現個性化的調控干預。”
清華大學航天航空學院教授、神經調控技術國家工程實驗室主任、清華大學航天航空學院院長、清華大學醫工交叉研究院院長李路明，以《腦起搏器-從臨床到腦疾病研究》為題，介紹了腦深部電刺激在國內的研究進展。他表示：“腦起搏器是研究大腦的有力工具。團隊經過20年的努力，不斷在腦起搏器方面取得進展：包括建立遠程調控體系，解決患者就診難題；提出變頻刺激概念，在治療步態障礙取得了良好效果；設計了有同步記錄能力的腦起搏器，實現了刺激下的同步記錄與對外信息傳輸，用于帶感知功能的神經刺激、睡眠監控等研究，使腦起搏器成為腦疾病科學研究的有力工具。此外，研制了用于脊髓電刺激的高密度電極和刺激器，構建了人工脊髓系統，正在研究讓截癱患者重新站立、行走，并取得了重要進展。”
北京大學講席教授、北京大學磁共振成像研究中心主任、醫學物理和工程北京市重點實驗室主任、北京大學麥戈文腦科學研究所研究員高家紅，以《人腦磁場的探測與解析》為題進行學術報告。他指出：“人類大腦神經元活動產生的電信號每時每刻都會形成腦磁場，腦磁信號已經成為探索人腦奧秘的重要途徑。由于腦磁信號極其微弱，大腦中磁信號的探測和精準解析是巨大難題。目前，隨著基于原子磁力計探測技術的新一代腦磁圖的發展和成熟，可穿戴和小型化腦磁探測技術將在腦機接口發揮重要作用，助力科學家和醫生解密人類認知、攻克癲癇和抑郁以及語言和行動障礙等神經系統疾病的診療難點，惠澤大眾的日常生活。”
人類想象力的構造 最終級就靠0合1實現
在【計算機】人工智能與生命科學專場中，清華大學智能科學講席教授、智能產業研究院院長，美國藝術與科學院院士，中國工程院外籍院士張亞勤在致辭中表示：“過去四年引入深度學習給生命科學領域帶來了快速發展。從一開始ResNET的應用到后來Transformer伴隨著很多進展的產出。同時，從序列、結構、功能的研究再到成藥需要很長過程。秉持遠見、保持耐心，讓人工智能加持下的生命科學產生更多突破。”
未來科學大獎科學委員會委員、滑鐵盧大學校級教授（University Professor）、加拿大皇家學會院士李明在《深度學習賦能高精度免疫肽段組學和個體化癌癥免疫治療》學術報告中表示：“當一個細胞發生癌變，我們的白細胞抗原(HLA)系統會把一些變異的肽段（新抗原）表達在細胞表面，以通知胞毒T細胞（CD8+ T）來清除這個癌細胞。個體化癌癥免疫治療的關鍵就是找到這些新抗原，而這正是人工智能取代濕實驗室的必然性。我們用深度學習來3倍提高肽段從頭測序的精度，從而為個體化癌癥免疫治療鋪平道路。”
芝加哥豐田計算技術研究所教授許錦波，以《蛋白質結構預測和深度學習》為題，介紹了現代人工智能（AI）方法（例如深度卷積殘差神經網絡與transformers）是如何革命性地實現蛋白質結構預測的。他表示：“準確描述蛋白質結構是理解生命過程的基礎。通過實驗手段測定蛋白質結構存在通量不足、費用昂貴等問題。而干試驗比濕實驗具有速度更快等潛力，但從氨基酸序列預測蛋白質的結構難度很大，通常需要大量的計算資源。通過引入深度學習，顛覆了蛋白質結構預測，深度卷積殘差神經網絡能夠將最難測試蛋白的預測精度大幅提高。”
在【計算機】芯片專場中，未來論壇理事、元禾璞華投委會主席陳大同在致辭中對兩位演講嘉賓進行介紹，他表示：“王志華教授有多重身份，他既是國際知名的頂尖的半導體專家，同時也是半導體領域的教育專家，另外，他也與學生連續創業，在微電子技術和醫藥劑相結合方面卓有成效。另外一位是國內龍頭企業華大九天（專門開發EDA軟件的公司）的CEO，楊曉東博士，他較早介入了EDA產業，并在硅谷進行了EDA產業的一系列嘗試。他們將就國內集成電路產業的發展以及本土EDA突破，結合自身的產業洞察與思考，給予行業發展可行性方案。”
清華大學長聘教授、電子電氣工程師協會會士王志華在主題報告中回顧集成電路產業發展的歷史與現狀，并從資金、人才、技術與市場等角度，分析國內集成電路產業的發展面臨的挑戰與機遇以及未來努力的方向。他指出，迄今為止集成電路技術已經發展了70余年，今天集成電路技術已經成為工業的基礎、產業的核心、安全的保障、知識產權的有效載體，就芯片國產化而言，廣義電腦的小型化、智能化曾經驅動集成電路發展數十年，未來小型化和智能化仍然是集成電路發展的重要推手，此外，也可以將非電產品電子化作集成電路發展的重要選項。在他看來，隨著EDA及工藝技術的不斷升級，集成電路技術和產業會持久的、長期的發展，而這有賴于從AI的底層算法尋求突破。
華大九天CEO楊曉東在《電子設計自動化 (EDA) 技術的過去與未來》分享中表示：“雖然EDA已發展近半個世紀，但半導體產業依然不斷面臨來自性能、成本、良率、功耗及物理極限的持續挑戰。”他指出，集成電路的發展遵循著摩爾定律，摩爾定律的延續需EDA技術的支撐，而設計復雜性驅動整個設計方法的發展，新的應用也催生很多集成電路需求，帶動EDA的發展。中國自主研發EDA產業的發展對保障國內半導體產業至關重要，但需要加速和強化人才培養和相關基礎科學的研發及投入。他相信，EDA的未來在中國，中國的EDA大有可為。
用0-9理解世界 用0和1建構世界
在【數學】代數幾何專場中，2021未來科學大獎周Program Committee輪值主席，浙江大學求是講席教授、數學高等研究院院長，中國科學院院士勵建書演講嘉賓進行了介紹。他表示：“阮勇斌教授是新幾何領域國際領軍人物，在辛拓撲與量子上同調等方面的開創性研究在國際數學界有重要影響。李駿教授解決了代數曲面上向量叢模空間理論的一系列基本問題，其結果被寫入教課書已成為該領域的經典定理，是在代數幾何方面有很深造詣的領袖級專家。”
浙江大學數學高等研究院教授、中國科學院院士阮勇斌在《曲線知多少》中，通過一些直觀的計數問題，讓聽眾感受數學的有趣，以及計數幾何理論的威力。阮勇斌教授從基本的平面幾何中的數直線條數出發，介紹了其推廣版本：在二次、三次曲面上數有理曲線，這些問題的解決與我國著名數學家陳省身引入的Chern示性類相關，并進而介紹了復平面上數有理曲線的問題，這由著名的Gromov-Witten理論徹底解決，并且該理論可以處理更復雜的計數問題，在Calabi-Yau 3維流形上的計數。有趣的是，該問題的答案是先由物理學家運用物理理論，弦理論給出的。
上海數學中心首席教授、復旦大學數學科學學院教授、中國科學院院士李駿，在《不可思議的代數有效性》中，希望和大家分享數學體系之美。他指出，代數幾何始于黎曼用幾何方法研究多項式的根，其成熟于代數和幾何方法的交互使用。數學的美妙，在于應用邏輯可以將不可思議的點連成線。他以用離散的有限域方法解決復流形上連續幾何的問題這一例子來體現所敘的美。李駿教授與合作者關于K3曲面上是存在無限條有理曲線的研究就是這一美妙的具體體現。李駿教授也試著解釋了現代代數幾何的開創者Grothendieck建立的整數曲面如何將離散的有限域與我們可見的空間聯系起來，向聽眾展示了他們的證明思路中奇妙的部分。
在【數學】數論專場中，勵建書對本場演講嘉賓進行了介紹：劉一峰教授的研究方向是數論、自守形式與代數幾何，同時也是橢圓曲線的專家，曾于2017年獲斯隆研究獎，2018年獲SASTRA拉馬努金獎。惲之瑋教授主要研究領域是幾何表示論，此前惲之瑋和張偉因為L函數的泰勒展開的高階項提供了幾何解釋，贏得了當年的數學“新視野獎”。兩位80后青年數學家將向觀眾展現數學世界的神奇奧秘。
浙江大學數學高等研究院教授劉一峰，在《從丟番圖方程到算術幾何》學術報告會中，以找“水果方程”的正整數解開場，介紹了數學家如何用橢圓曲線觀點來看待并解決這類問題，進而介紹了一般的丟番圖問題與該領域著名的BSD猜想。他指出，BSD猜想涉及黎曼zeta函數的推廣：L函數，猜測了L函數在s=1處的零階與橢圓曲線有理數解的秩的聯系。BSD猜想的一個著名進展是Gross-Zagier公式，劉一峰教授與合作者通過對高維代數簇的算術幾何研究，將這一公式推廣到了高維。
麻省理工學院教授惲之瑋從圖形的對稱性出發，引出了今天的主題——《數論與對稱性》。他首先介紹了代數的對稱性，在他看來，研究清楚這一對稱性可以說是數論的一個終極目標。進而惲之瑋教授介紹了數學家用來描述對稱性的概念：群，并通過計算一些mod p解丟番圖方程的例子，解釋了這與隨機矩陣之間的聯系，這也是伽羅瓦群和連續李群之間的聯系。此外，惲之瑋教授還介紹了Langlands綱領，這也為上述聯系給出一些猜想。
在【數學】幾何拓撲專場中，勵建書教授對演講嘉賓進行了介紹：田剛教授解決了一系列幾何及數學物理中的重大問題，特別是在Kahler-Einstein度量研究中做了開創性工作，是Gromov-Witten不變量理論的奠基人之一。而劉毅教授是非常有才華的80后的青年數學家，其主要研究領域是低維拓撲，課題涉及三維流形、雙曲幾何等。此前，劉毅的研究確證了DFL在其理論建立之初遺留的大多數猜測，因而具有基礎性意義。
未來科學大獎周Steering Committee委員、未來論壇理事、北京國際數學研究中心主任、中國科學院院士、美國人文與科學院外籍院士田剛以《拓撲與幾何化》為題，從拓撲學的經典結果凸多面體的歐拉公式出發，介紹了二維曲面的拓撲分類，進而談及高維拓撲中重要的工具之一同調群。隨后田剛教授簡要講解了幾何學中的著名問題龐加萊猜想，以及在解決這一問題過程中發展出的一些理論和工具——黎曼幾何、Thurston的三維幾何化猜想、Ricci流等。
北京國際數學研究中心教授劉毅，以《曲面的映照與復疊》為題進行學術報告，借助一般曲面的Euler公式的例子，介紹了Gauss-Bonnet公式和Riemann的單值化定理，并指出，它們都是研究曲面上各種幾何結構的重要工具，為有特定拓撲結構的曲面上幾何結構給予限制。隨后劉毅教授介紹了曲面映射的結構和例子，包括自映射中的周期映射，Dehn扭曲，偽Anosov型，曲面間映射中的捏映射，分歧復疊等。
2021未來科學大獎周科學峰會是極具影響力的高端多領域國際性科學會議，圍繞世界前沿話題，以科學突破未來邊界，啟迪和傳播科學精神，傳遞科學能量、點燃科學激情，希望通過國際尖端科研人才的領先性意見和獨到見解感染更多的科學愛好者和年輕的科學力量。今年，為期一周的未來科學大獎周期間舉辦的多場系列活動及科學藝術展覽已順利舉行。相信在疫情時期，線上線下完美結合的科學盛會必然能突破時間和區域的界限，打造出2021年度最有影響力的科學盛事，以科學精神影響中國、影響世界、影響下一代。
