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Une mémoire est stockée sur plusieurs connexions

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Régions cérébrales impliquées dans la mémoire

Vidéo : Il a également été constaté que plusieurs régions cérébrales potentiellement impliquées dans l’encodage de la mémoire (en haut) sont impliquées dans le rappel lors de la réactivation (en bas).
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Crédit: Tonegawa Lab / MIT Picower Institute

Une nouvelle étude menée par des scientifiques de Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire Le MIT présente les preuves les plus complètes et les plus rigoureuses à ce jour que le cerveau des mammifères stocke une seule mémoire dans un complexe largement distribué et fonctionnellement connecté couvrant de nombreuses régions du cerveau, plutôt qu’un ou même quelques endroits.

Le pionnier de la mémoire, Richard Simon, a prédit un tel « complexe d’engrammes standardisé » il y a plus d’un siècle, mais la réalisation d’une nouvelle étude confirmant son hypothèse nécessite l’application de plusieurs techniques développées récemment. Dans l’étude, l’équipe a identifié et catégorisé des dizaines de zones qui n’étaient pas connues auparavant pour être impliquées dans la mémoire et a montré que le rappel de la mémoire devient comportementalement plus robuste lorsque plusieurs zones de stockage de mémoire sont réactivées, plutôt qu’une seule.

« Lorsque nous parlons de stockage de mémoire, nous parlons généralement tous de l’hippocampe ou du cortex », a déclaré Dheeraj Roy, co-auteur et co-auteur. La recherche a commencé alors qu’il était étudiant diplômé au laboratoire RIKEN-MIT de génétique des circuits neuronaux à l’Institut Picower dirigé par l’auteur principal et professeur Picower Susumu Tonegawa. Cette étude reflète la description plus complète des cellules de codage de la mémoire, ou «engrammes» de la mémoire, réparties dans le cerveau, et pas seulement dans les zones de mémoire connues. Il fournit essentiellement une liste de premier rang des régions d’engrammes à haute probabilité. Cette liste devrait conduire à de nombreuses autres études futures, dont nous sommes ravis, à la fois dans nos laboratoires et par d’autres groupes. »

En plus de Roy, qui est maintenant McGovern Fellow au Broad Institute du MIT et à l’Université de Harvard et au laboratoire de neurosciences du professeur Gubeng Feng au MIT, les autres auteurs principaux de l’étude sont Young Geun Park, Minyoung Kim, Ying Zhang et Sachi Ogawa.

mémoire de carte

L’équipe a pu cartographier les régions impliquées dans le complexe engramme en effectuant une analyse impartiale de plus de 247 régions cérébrales chez des souris qui ont été transférées de leur cage d’origine à une autre cage où elles ont ressenti un choc électrique léger mais mémorable. Dans un groupe de souris, leurs neurones ont été conçus pour devenir fluorescents lorsqu’ils expriment un gène nécessaire pour coder la mémoire. Dans un autre groupe, les cellules activées en rappelant normalement la mémoire de déclenchement (par exemple, lorsque les souris sont revenues à la position de départ) ont été marquées par fluorescence à la place. Les cellules activées par codage de la mémoire ou par rappel peuvent ainsi être facilement vues au microscope après que les cerveaux ont été préservés et nettoyés optiquement à l’aide d’une technique appelée SHIELD, développée par le co-auteur Kwanghun Chung, professeur associé à l’Institut Picower, Institut de génie médical et des sciences et Département de génie chimique. À l’aide d’un ordinateur pour compter les cellules fluorescentes dans chaque échantillon, l’équipe a produit des cartes à l’échelle du cerveau des régions qui semblaient contenir une importante activité de codage ou de rappel de la mémoire.

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Les cartes ont mis en évidence de nombreux domaines qui seraient censés être impliqués dans la mémoire, mais aussi de nombreux domaines qui ne l’étaient pas. Pour aider à déterminer quelles régions auraient pu être activées par une activité non liée à la mémoire de tir, l’équipe a comparé ce qu’ils ont vu chez les souris qui tirent ou encodent la récupération avec ce qu’ils ont vu dans le cerveau des témoins qui ont simplement été laissés dans leur cage. . Cela leur a permis de calculer « l’indice d’engramme » de l’ordre de 117 régions cérébrales avec une forte probabilité de participer au complexe de mémoire d’engramme. Ils ont approfondi l’analyse en concevant de nouvelles souris dans lesquelles les neurones impliqués à la fois dans le codage de la mémoire et le rappel peuvent être doublement marqués, révélant ainsi les cellules qui interfèrent avec ces activités.

Pour être vraiment une cellule d’engramme, notent les auteurs, un neurone doit être activé à la fois dans le codage et la mémorisation.

« Ces expériences ont non seulement révélé une réactivation importante des engrammes dans les régions de l’hippocampe et de l’amygdale, mais ont également démontré une réactivation dans plusieurs structures thalamiques, corticales, cérébrales et du tronc cérébral », ont écrit les auteurs. « Il est important de noter que lorsque nous avons comparé les régions du cerveau identifiées par l’analyse de l’indice d’engramme avec ces régions réactivées, nous avons observé qu’environ 60 % des régions étaient cohérentes entre les analyses. »

Manipulation de la mémoire

Après avoir classé les régions les plus susceptibles d’être impliquées dans le complexe d’engrammes, l’équipe s’est engagée dans plusieurs manipulations pour tester directement leurs prédictions et déterminer comment les régions d’engrammes complexes fonctionnent ensemble.

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Par exemple, ils ont conçu des souris pour que les cellules activées par le codage de la mémoire deviennent également contrôlables par des éclairs de lumière (une technique appelée « optogénétique »). Les chercheurs ont ensuite appliqué des éclairs de lumière pour sélectionner des régions du cerveau à partir d’une liste d’indices d’engrammes pour voir si leur stimulation reproduirait artificiellement un comportement de mémoire de peur gelée sur place, même lorsque les souris étaient placées dans une cage « neutre » où le déclenchement ne s’était pas produit.

« Remarquablement, toutes ces régions du cerveau ont induit un fort rappel de la mémoire lorsqu’elles sont stimulées par l’optogénétique », notent les chercheurs. De plus, les régions stimulées dont l’analyse suggérait qu’elles étaient insignifiantes pour le glissement de la mémoire n’ont en fait produit aucun comportement de gel.

L’équipe a ensuite démontré comment les différentes régions du complexe d’engrammes sont connectées. Ils ont sélectionné deux régions de mémoire bien connues, CA1 de l’hippocampe et de l’amygdale latérale basale (BLA), et des cellules engrammes activées visuellement pour induire un comportement de rappel de mémoire en cage neutre. Ils ont découvert que la stimulation de ces régions produisait une activité de récupération de la mémoire dans des régions « ultérieures » spécifiques identifiées comme membres potentiels du complexe engramme. Pendant ce temps, l’inhibition visuelle de la récupération de la mémoire de déclenchement normale dans le CA1 ou le BLA (c’est-à-dire lorsque les souris ont été renvoyées dans la cage où elles ont testé le déclenchement) a réduit l’activité dans les régions du complexe engramme en aval par rapport à ce qu’elles ont mesuré chez les souris avec des conditions normales et sans entrave. rappeler.

D’autres expériences ont montré que les activations optogénétiques des neurones engrammes complexes suivaient des schémas similaires à ceux observés dans la récupération de la mémoire naturelle. Ainsi, après avoir démontré que l’encodage et la récupération de la mémoire naturelle semblent se produire dans un vaste complexe d’engrammes, l’équipe a décidé de tester si la réactivation de plusieurs régions améliorerait le rappel de la mémoire par rapport à la réactivation d’une seule région. Après tout, des expériences antérieures ont montré que l’activation d’une seule zone de l’engramme ne produit pas un rappel aussi explicite qu’une récupération normale. Cette fois, l’équipe a utilisé un moyen chimique pour stimuler différentes régions complexes de l’engramme et, lorsqu’elle l’a fait, elle a en fait découvert que la stimulation de jusqu’à trois régions impliquées en même temps produisait un comportement de congélation plus fort que la stimulation d’une ou deux régions seulement.

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Signification du stockage distribué

En stockant une seule mémoire via un composé aussi répandu, a déclaré Roy, le cerveau peut rendre la mémoire plus efficace et flexible.

« Différents engrammes de mémoire peuvent nous permettre de reconstruire des souvenirs plus efficacement lorsque nous essayons de nous souvenir d’un événement passé (de même pour les engrammes initiaux où différents engrammes peuvent apporter des informations différentes de l’expérience originale) », a-t-il déclaré. « Deuxièmement, dans des conditions pathologiques, si certaines régions sont altérées, les mémoires distribuées nous permettront de nous souvenir des événements passés, et d’une certaine manière d’être plus robustes contre les dommages régionaux. »

À plus long terme, la deuxième idée pourrait indiquer une stratégie clinique pour traiter les troubles de la mémoire : « Si certains cas de troubles de la mémoire sont causés par des défauts de l’hippocampe ou du cortex, pouvons-nous cibler des cellules Engram non étudiées dans d’autres régions et une telle manipulation peut-elle restaurer une fonction de mémoire ? ? »

Ce n’est là qu’une des nombreuses nouvelles questions que les chercheurs peuvent se poser maintenant que l’étude a révélé une liste d’endroits où rechercher au moins un type de mémoire dans le cerveau des mammifères.

Les autres auteurs de l’article sont Nicholas Dianapoli, Sheeny Jo, Jay Choo, Heejin Choi, Lee Kaminsky, Jared Martin, Olivia Mosto et Tomomi Aida.

Les sources de financement comprennent la JPB Foundation, le RIKEN Center for Brain Science, le Howard Hughes Institute of Medicine, le Warren Alpert Award for Distinguished Researchers, les National Institutes of Health, le Burroughs Wellcome Fund, le Searle Scholars Program et le Packard Prize in Sciences et Ingénierie. , NARSAD Young Investigator Award, McKnight Foundation Technology Award, NCSOFT Cultural Foundation et Institute of Basic Sciences.


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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

Le Protocole de Montréal de 1987 a réglementé avec succès les CFC nocifs pour la couche d’ozone afin de protéger la couche d’ozone, réduisant ainsi le trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique, et une reprise est attendue dans les 50 prochaines années.

Cependant, de nouvelles recherches de Université de Californie du Sud Ecole d’Ingénieurs de Viterbi Il a montré que ces oxydes ont été multipliés par huit entre 2016 et 2022 et continueront de s’accumuler à mesure que le nombre de satellites en orbite terrestre basse (LEO) augmentera, mettant ainsi la couche d’ozone en danger dans les décennies à venir.

Les chercheurs ont expliqué que sur 8 100 objets en orbite terrestre basse, 6 000 sont des satellites Starlink lancés au cours des dernières années et que la demande d’une couverture Internet mondiale entraîne une augmentation rapide du lancement d’essaims de petits satellites de communication.

SpaceX est le leader de ce projet, avec l’autorisation de lancer 12 000 satellites Starlink supplémentaires et jusqu’à 42 000 satellites prévus. Amazon et d’autres sociétés dans le monde envisagent également de créer des constellations allant de 3 000 à 13 000 satellites, ajoutent les auteurs de l’étude.

Les satellites Internet ont une durée de vie d’environ cinq ans seulement, les entreprises doivent donc lancer des satellites de remplacement pour maintenir le service Internet, ce qui poursuit un cycle d’obsolescence programmée et de contamination imprévue, ont indiqué les chercheurs.

Les oxydes d’aluminium déclenchent des réactions chimiques qui détruisent l’ozone stratosphérique, qui protège la Terre des rayons ultraviolets. Les oxydes ne réagissent pas chimiquement avec les molécules d’ozone, mais conduisent plutôt à des réactions destructrices entre l’ozone et le chlore, conduisant à l’appauvrissement de la couche d’ozone.

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Étant donné que les oxydes d’aluminium ne sont pas consommés dans ces réactions chimiques, ils peuvent continuer à détruire molécule après molécule d’ozone pendant des décennies à mesure qu’ils dérivent dans la stratosphère, ont indiqué les chercheurs.

« Ce n’est que ces dernières années que les gens ont commencé à penser que cela pourrait devenir un problème », a déclaré Joseph Wang, chercheur en astronautique à l’Université de Californie du Sud et auteur correspondant de l’étude, dans un communiqué. « Nous avons été l’une des premières équipes à considérer les implications de ces faits. »

Puisqu’il est impossible de collecter des données sur des engins spatiaux en feu, des études antérieures ont utilisé des analyses de micrométéorites pour estimer la contamination potentielle. Cependant, les chercheurs ont indiqué que les micrométéorites contiennent très peu d’aluminium, un métal qui représente 15 à 40 % de la masse de la plupart des satellites. Ces estimations ne s’appliquent donc pas bien aux nouveaux satellites.

Au lieu de cela, les chercheurs ont modélisé la composition chimique et les liaisons au sein des matériaux satellites lors de leurs interactions aux niveaux moléculaire et atomique. Les résultats ont permis aux chercheurs de comprendre comment la matière change avec différents apports d’énergie.

L’étude a été financée par NASAIl a été constaté qu’en 2022, la rentrée des satellites a augmenté la quantité d’aluminium dans l’atmosphère de 29,5 % au-dessus des niveaux normaux.

La modélisation a montré qu’un satellite typique de 250 kg avec 30 pour cent de sa masse d’aluminium générerait environ 30 kg de nanoparticules d’oxyde d’aluminium (taille de 1 à 100 nanomètres) lors de la rentrée. La plupart de ces particules sont générées dans la mésosphère, entre 50 et 85 kilomètres (30 à 50 miles) au-dessus de la surface de la Terre.

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L’équipe a ensuite calculé que, en fonction de la taille des particules, il faudrait jusqu’à 30 ans pour que les oxydes d’aluminium dérivent jusqu’aux hauteurs stratosphériques, où se trouvent 90 % de l’ozone troposphérique.

Les chercheurs estiment qu’au moment où les constellations de satellites actuellement prévues seront achevées, 912 tonnes d’aluminium tomberont sur Terre chaque année. Cela libérerait environ 360 tonnes d’oxydes d’aluminium par an dans l’atmosphère, soit une augmentation de 646 % par rapport aux niveaux naturels.

L’étude a été publiée dans la revue en libre accès AGU Lettres de recherche géophysiqueentièrement lisible ici.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

Le noyau interne a commencé à ralentir vers 2010, se déplaçant plus lentement que la surface de la Terre. Crédit : Université de Californie du Sud

Une nouvelle étude fournit des preuves claires que le noyau interne de la Terre a commencé à ralentir vers 2010.

Université de Californie du Sud Les scientifiques ont découvert que le noyau interne de la Terre ralentit par rapport à la surface de la planète, un phénomène qui a commencé vers 2010 après des décennies de tendance inverse. Ce changement majeur a été révélé par l’analyse de données sismiques détaillées provenant de tremblements de terre et d’essais nucléaires. La décélération est affectée par la dynamique du noyau externe liquide environnant et par l’attraction gravitationnelle du manteau terrestre, ce qui peut légèrement affecter la rotation de la Terre.

Dynamique du noyau interne

Des scientifiques de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau interne de la Terre reculait – ralentissait – par rapport à la surface de la planète, comme le montre une nouvelle étude publiée le 12 juin dans la revue nature.

La communauté scientifique débat depuis longtemps du mouvement du noyau interne, certaines études suggérant qu’il tourne plus vite que la surface de la Terre. Cependant, des recherches récentes de l’Université de Californie du Sud montrent de manière concluante qu’à partir de 2010 environ, le noyau interne a ralenti et se déplace désormais à un rythme plus lent que la surface de la planète.

« Quand j’ai vu pour la première fois les sismogrammes qui faisaient allusion à ce changement, j’ai été mystifié », a déclaré John Vidal, professeur de géosciences au doyen de l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. « Mais lorsque nous avons trouvé vingt autres observations pointant vers le même schéma, la conclusion était inévitable. Le noyau interne avait ralenti pour la première fois depuis plusieurs décennies. D’autres scientifiques ont récemment plaidé en faveur de modèles similaires et différents, mais notre dernière étude fournit la solution la plus convaincante. »

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Déclin et ralentissement relatifs

Le noyau interne est dans un état d’inversion et de rétraction par rapport à la surface de la planète car il se déplace légèrement plus lentement au lieu de plus vite que le manteau terrestre pour la première fois depuis environ 40 ans. Par rapport à sa vitesse des décennies précédentes, le noyau interne ralentit.

Le noyau interne est une boule solide de fer et de nickel entourée d’un noyau externe de fer et de nickel liquides. D’environ la taille de la Lune, le noyau interne se trouve à plus de 3 000 milles sous nos pieds et présente un défi pour les chercheurs : il ne peut être ni visité ni vu. Les scientifiques doivent utiliser les ondes sismiques des tremblements de terre pour créer des visualisations du mouvement du noyau interne.

Une nouvelle approche de l’approche itérative

Vidal et Wei Wang, de l’Académie chinoise des sciences, ont utilisé des formes d’onde et des tremblements de terre répétés, contrairement à d’autres recherches. Les tremblements de terre répétés sont des événements sismiques qui se produisent au même endroit pour produire des sismogrammes identiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont compilé et analysé les données sismiques enregistrées autour des îles Sandwich du Sud à partir de 121 tremblements de terre répétés survenus entre 1991 et 2023. Ils ont également utilisé les données de deux essais nucléaires soviétiques entre 1971 et 1974, ainsi que des essais répétés français et américains. Expériences nucléaires issues d’autres études du noyau interne.

Vidal a déclaré que le ralentissement de la vitesse du noyau interne était causé par le balancement du noyau externe de fer liquide qui l’entoure, qui génère le champ magnétique terrestre, en plus des forces gravitationnelles des zones denses du manteau rocheux sus-jacent.

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Impact sur la surface de la Terre

Les effets de ce changement dans le mouvement du noyau interne de la surface terrestre ne peuvent que faire l’objet de spéculations. Vidal a déclaré que le retrait du noyau interne pourrait modifier la durée d’une journée de quelques fractions de seconde : « Il est très difficile de remarquer que, de l’ordre d’un millième de seconde, il se perd presque dans le bruit des océans. et l’ambiance. »

Les futures recherches menées par les scientifiques de l’USC espèrent tracer plus en détail le chemin du noyau interne afin de révéler exactement pourquoi il change.

« La danse intérieure du cœur est peut-être plus vibrante que ce que nous connaissons jusqu’à présent », a déclaré Vidal.

Référence : « Inner Core Retraction by Seismic Waveform Reflections » par Wei Wang, Jun E. Fidel, Guanying Pang, Keith D. Cooper et Ruyan Wang, 12 juin 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07536-4

Outre Vidal, les autres auteurs de l’étude comprennent Ruian Wang de l’Université de Californie du Sud Dornsife, Wei Wang de l’Académie chinoise des sciences, Guanying Pang de l’Université Cornell et Keith Cooper de l’Université de l’Utah.

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (EAR-2041892) et l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS-201904 et IGGCAS-202204).

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Obtenez jusqu’à 90 % de précision dans le bruit

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Obtenez jusqu’à 90 % de précision dans le bruit

Une téléportation quantique de haute précision a été réalisée par une équipe de recherche utilisant une nouvelle technologie d’intrication hybride qui résiste au bruit ambiant, avec un taux de réussite proche de 90 %. Crédit : SciTechDaily.com

Les scientifiques ont fait progresser la téléportation quantique en atténuant les interférences sonores grâce à une nouvelle méthode impliquant l’intrication hybride, atteignant une précision de près de 90 % dans la téléportation des états quantiques, ce qui pourrait considérablement améliorer la communication quantique sécurisée.

Une équipe de recherche dirigée par l’académicien Guangkan Guo de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) relevant de l’Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec l’équipe de recherche de l’Université de Turku, en Finlande, a réussi à surmonter le bruit ambiant pour atteindre ce. Téléportation quantique de haute précision utilisant l’intrication hybride en plusieurs parties. Leurs découvertes ont été récemment publiées dans la revue Avancement de la science.

Surmonter les défis de la téléportation quantique

La téléportation quantique est un protocole crucial dans les communications quantiques, permettant la téléportation d’états quantiques inconnus grâce à l’utilisation de l’intrication quantique. Cependant, en raison de la nature fragile de l’intrication quantique, la téléportation quantique est très sensible au bruit. Réaliser une téléportation quantique de haute précision dans des environnements bruyants constitue un défi urgent.

Étapes de la téléportation quantique bruyante

Étapes de téléportation quantique bruyante. Crédit : Chow-de Liu et al.

Avancées dans la gestion du bruit quantique

Auparavant, pour résoudre le problème de la décohérence des systèmes quantiques ouverts dans un environnement bruyant, l’équipe de recherche a mis au point une méthode complète de régularisation. Photon Polarisation et fréquence, tirant parti de la conception avancée du chemin optique et des dispositifs de modulation spatiale de la lumière programmables. Cette approche leur a permis de créer un simulateur quantique de décohérence de phase entièrement contrôlable et de réaliser une téléportation quantique au-delà du bruit, en utilisant des effets de mémoire non locaux.

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Nouvelles technologies en téléportation quantique

Cependant, les effets de mémoire non locale nécessitent des ressources quantiques strictes telles que l’intrication environnementale, ce qui ne peut être réalisé en général. Sur la base de ces résultats, le présent travail présente une technique de transmission quantique plus polyvalente qui atténue efficacement le bruit ambiant.

En utilisant un simulateur quantique de décohérence de phase entièrement contrôlable, les chercheurs ont introduit des modifications de phase spécifiques dans l’environnement pour établir un état initial intriqué de photons à double polarisation et fréquence. Ces photons ont ensuite été distribués à deux stations utilisateur distinctes, chacune subissant une évolution de décohérence.

Conclusion et implications

En fin de compte, grâce à la communication classique, les chercheurs ont effectué des opérations unitaires appropriées sur les qubits récupérés pour récupérer l’état quantique transmis, atteignant une précision calculée de près de 90 %. Les états de polarisation ne violent jamais l’inégalité de Bell, ce qui suggère une téléportation quantique basée sur une non-localité quantique cachée.

Cette méthode offre une nouvelle façon de surmonter le bruit ambiant, différente des techniques traditionnelles telles que la séparation dynamique et les sous-espaces sans cohérence, et fait progresser la compréhension de la non-localité quantique.

Référence : « Surmonter le bruit dans la téléportation quantique à l’aide de l’enchevêtrement hybride multipart » par Zhao De Liu, Olli Siltanen, Tom Kossila, Rui Heng Miao, Chen Shi Ning, Chuanfeng Li, Guang Kan Ju et Jyrki Bello, 1er mai 2024, Avancement de la science.
est ce que je: 10.1126/sciadv.adj3435

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