2024年研究前沿

中国科学院科技战略咨询研究院中国科学院文献情报中心科睿唯安 2024研究前沿RESEARCH FRONTS 目录Contents 1.1农业科学、植物学和动物学领域Top10热点前沿发展态势111.2重点热点前沿――“植物RNA中N6-甲基腺苷修饰的检测、调控及其功能”121.3重点热点前沿――“单细胞转录组测序在植物组织发育研究中的应用”15 2.新兴前沿及重点新兴前沿解读19 2.1新兴前沿概述192.2重点新兴前沿――“深度迁移学习方法在作物分类和病害检测中的应用”19 1.热点前沿及重点热点前沿解读21 1.1生态与环境科学领域Top 10热点前沿发展态势211.2重点热点前沿――“轮胎磨损颗粒的环境归趋与生态毒理”221.3重点热点前沿――“二氧化碳直接空气捕获的技术经济评估”26 1.热点前沿及重点热点前沿解读31 1.1地球科学领域Top 10热点前沿发展态势311.2重点热点前沿――“地下储氢技术发展潜力研究”321.3重点热点前沿――“全新世温度变化研究”36 1.热点前沿及重点热点前沿解读41 1.1临床医学领域Top 10热点前沿发展态势411.2重点热点前沿――“单克隆抗体药物治疗早期阿尔茨海默病”421.3重点热点前沿――“靶向或免疫治疗不可切除肝细胞癌”45 2.新兴前沿及重点新兴前沿解读49 2.1新兴前沿概述492.2重点新兴前沿――“可穿戴超声系统的应用”49 1.热点前沿及重点热点前沿解读51 1.1生物科学领域Top 10热点前沿发展态势511.2重点热点前沿――“表观遗传时钟”521.3重点热点前沿――“功能性人脑类器官的模型”56 2.新兴前沿及重点新兴前沿解读59 2.1新兴前沿概述592.2重点新兴前沿――“细胞焦亡的关键效应因子――GSDMs家族”59 1.热点前沿及重点热点前沿解读61 1.1化学与材料科学领域Top 10热点前沿发展态势611.2重点热点前沿――“水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计”621.3重点热点前沿――“吸附式大气集水研究”65 2.新兴前沿及重点新兴前沿解读68 2.1新兴前沿概述682.2重点新兴前沿――“有机电化学晶体管”68 1.热点前沿及重点热点前沿解读71 1.1物理学领域Top 10热点前沿发展态势711.2重点热点前沿――“半导体量子计算”721.3重点热点前沿――“轴子暗物质探测”76 1.热点前沿及重点热点前沿解读81 1.1天文学与天体物理学领域Top 10热点前沿发展态势811.2重点热点前沿――“哈勃常数争议及宇宙学”821.3重点热点前沿――“脉冲星计时阵列探测纳赫兹引力波”85 2.新兴前沿及重点新兴前沿解读89 2.1新兴前沿概述892.2重点新兴前沿――“‘詹姆斯·韦伯空间望远镜’初步成果”89 1.1数学领域Top 10热点前沿发展态势911.2重点热点前沿――“数据驱动模型预测控制中的稳定性与鲁棒性研究”921.3重点热点前沿――“最优传输问题新算法及应用”95 1.热点前沿及重点热点前沿解读101 1.1信息科学领域Top 10热点前沿发展态势1011.2重点热点前沿――“机器学习辅助蛋白质定向进化”1021.3重点热点前沿――“通信感知一体化研究”105 1.热点前沿及重点热点前沿解读111 1.1经济学、心理学及其他社会科学领域Top 10热点前沿发展态势1111.2重点热点前沿――“超加工食品消费问题”1121.3重点热点前沿――“零工经济的算法、人力资源及平台管理”116 2.新兴前沿及重点新兴前沿解读119 2.1新兴前沿概述1192.2重点新兴前沿――“生成式AI技术在教育领域的应用及影响”119 附录研究前沿综述：寻找科学的结构120 2024研究前沿｜背景与方法论01 背景与方法论 1.背景 科学研究的世界呈现出蔓延生长、不断演化的景象。科研管理者和政策制定者需要掌握科研的进展和动态，以有限的资源来支持和推进科学进步。对于他们而言，洞察科研动向、尤其是跟踪新兴专业领域对其工作具有重大的意义。 类人员判断的主观性），而是基于研究人员的相互引用而形成的知识之间和人之间的联络。这些研究前沿的数据连续记载了分散的研究领域的发生、汇聚、发展（或者是萎缩、消散），以及分化和自组织成更近的研究活动节点。在演进的过程中，每组核心论文的基本情况，如主要的论文、作者、研究机构等，都可以被查明和跟踪。通过对该研究前沿的施引论文①的分析，可以发现该领域的最新进展和发展方向。 为此，科睿唯安发布了“研究前沿”（ResearchFronts）数据和报告。定义一个被称作研究前沿的专业领域的方法，源自于科学研究之间存在的某种特定的共性。这种共性可能来自于实验数据，也可能来自于研究方法，或者概念和假设，并反映在研究人员在论文中引用其他同行的工作这一学术行为之中。 2013年科睿唯安发布了《2013研究前沿――自然科学和社会科学的前100个探索领域》白皮书。2014年和2015年科睿唯安与中国科学院文献情报中心成立的“新兴技术未来分析联合研究中心”推出了《2014研究前沿》和《2015研究前沿》分析报告。2016年至2023年，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安联合发布了《2016研究前沿》、《2017研究前沿》、《2018研究前沿》、《2019研究前沿》、《2020研究前沿》、《2021研究前沿》、《2022研究前沿》和《2023研究前沿》分析报告。这一系列报告引起了全球广泛的关注。2024年，在以往系列研究前沿报告的基础上，推出了《2024研究前沿》分析报告。报告仍然以文献计量学中的共被引分析方法为基础，基于科睿唯安的Essential Science IndicatorsTM(ESI)数据库中的13318个研究前沿，遴选出了2024年自然科学和社会科学的11大学科领域排名最前的110个热点前沿和15个新兴前沿。 通过持续跟踪全球最重要的科研和学术论文，研究分析论文被引用的模式和聚类，特别是成簇的高被引论文频繁地共同被引用的情况，可以发现研究前沿。当一簇高被引论文共同被引用的情形达到一定的活跃度和连贯性时，就形成一个研究前沿，而这一簇高被引论文便是组成该研究前沿的“核心论文”。研究前沿的分析数据揭示了不同研究者在探究相关的科学问题时会产生一定的关联，尽管这些研究人员的背景不同或来自不同的学科领域。 总之，研究前沿的分析提供了一个独特的视角来揭示科学研究的脉络。研究前沿的分析不依赖于对文献的人工标引和分类（因为这种方法可能会有标引分 2.方法论 整个分析工作分为两个部分：研究前沿的遴选和命名由科睿唯安和中国科学院科技战略咨询研究院科技战略情报研究所合作完成，125个研究前沿的核心论文及其施引论文的数据由科睿唯安提供；研究前 沿的分析和重点研究前沿（包括重点热点前沿和重点新兴前沿）的遴选及解读由中国科学院科技战略咨询研究院科技战略情报研究所主持完成。此次分析基于2018-2023年的论文数据，数据下载时间为2024年3月。 2.1研究前沿的遴选与命名 《2024研究前沿》分析报告反映了当前自然科学与社会科学的11大学科领域的125个研究前沿（包括110个热点前沿和15个新兴前沿）。我们将ESI数据库中20个学科的研究前沿划分到11②个高度聚合的大学科领域，以此为基础遴选出较为活跃或发展迅速的研究前沿。报告中所列的125个研究前沿的具体遴选过程如下： 均篇均被引频次的研究前沿，再根据核心论文出版年的平均值重新排序，由各学科战略情报研究人员判断这些研究前沿的研究主题是否显著促进了本领域的知识进步，并遴选出若干备选前沿。 结合上述两种方法，最终在11个大学科领域各遴选出10个热点前沿，共计110个热点前沿。因为每个领域具有不同的特点和引用行为，有些学科领域中的很多研究前沿在总被引频次和篇均被引频次上会相对较少，所以从11大学科领域中分别遴选出的排名前10的热点前沿，代表各大学科领域中最具影响力的研究前沿，但并不一定代表数据库（所有学科）中最大最热的研究前沿。 2.1.1热点前沿的遴选 今年热点前沿的遴选用了两种方法。方法1沿用往年的热点前沿和新兴前沿遴选方法。方法2从2022年起，对数学领域和信息科学领域研究前沿的遴选方法进行了微调和拓展应用。 2.1.2新兴前沿的遴选 方法1：首先将每个ESI学科中的研究前沿，按照核心论文的总被引频次进行排序，提取排在每个ESI学科前10%的最具引文影响力的研究前沿，并按照大学科领域进行合并。然后根据核心论文出版年的平均值重新排序，遴选出每个大学科领域中那些“最年轻”的研究前沿，并由各学科战略情报研究人员进行调整和归并。通过上述几个步骤在11个大学科领域分别选出若干个热点前沿。 一个研究前沿有很多新近发表的核心论文，通常提示其是一个快速发展的专业研究方向。为了选取新兴的前沿，组成研究前沿的基础文献即核心论文的时效性是优先考虑的因素。这就是为什么我们称其为新兴前沿。 对11个大学科领域，为了识别新兴前沿，我们对研究前沿中的核心论文的出版年赋予了更多的权重或优先级，只有核心论文平均出版年在2022年6月之后的研究前沿才被考虑。将11个大学科领域对应的 方法2：首先按照11个大学科领域研究前沿中核心论文的篇均被引频次进行排序，选出超过本领域平 ②11个大学科领域分别为：1.农业科学、植物学和动物学；2.生态与环境科学；3.地球科学；4.临床医学；5.生物科学；6.化学与材料科学；7.物理学；8.天文学与天体物理学；9.数学；10.信息科学；11.经济学、心理学及其他社会科学。 每个ESI学科的研究前沿按被引频次从高到低排序，选取被引频次排在前10%的研究前沿，然后由各学科战略情报研究人员经过调研和评审，遴选出每个ESI学科中的新兴前沿，并将其整合到11大学科领域中，从而遴选出了11大学科领域的15个新兴前沿，这15个新兴前沿最早的平均出版年是2022.6。 选出新兴前沿，而临床医学领域选出了4个新兴前沿。 通过以上两个流程，本报告突出显示了11个高度聚合的大学科领域中的110个热点前沿和15个新兴前沿。 2.1.3研究前沿的命名 由各学科战略情报研究人员，根据研究前沿的核心论文的研究主题、主要内容和特点等，对125个研究前沿逐一进行命名，并结合专家意见调整确定。 从11大学科领域中共遴选出15个新兴前沿，并不按学科限定其遴选数量，因此这些新兴前沿在各个大学科领域中分布并不均匀，例如，2024年数学领域没有遴 2.2研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读 本报告在遴选的125个研究前沿的数据的基础上，由中国科学院科技战略咨询研究院的战略情报研究人员对11大学科领域的110个热点前沿的发展趋势进行了分析，并对28个重点研究前沿进行了详细的解读（见后续各章）。重点研究前沿包括重点热点前沿和重点新兴前沿两部分。 （1）核心论文数（P） ESI数据库用共被引文献簇（核心论文）来表征研究前沿，并根据核心论文的元数据及其统计结果揭示研究前沿的发展态势，其中核心论文数（P）标志着研究前沿的大小，核心论文的平均出版年和论文的时间分布标志着研究前沿的进度。核心论文数（P）表达了研究前沿中知识基础的重要程度。在一定时间段内，一个研究前沿的核心论文数（P）越大，表明该前沿越活跃。 研究前沿由一组共同高被引的核心论文和一组引用核心论文的施引论文组成。核心论文来自于ESI数据库中的高被引论文，即在同学科同年度中根据被引频次排在前1%的论文。这些有影响力的核心论文的作者、机构、国家在该领域做出了不可磨灭的贡献,本报告对其进行了深入分析和解读。同时，引用研究前沿核心论文的施引论文可以反映出核心论文所提出的技术、数据、理论在核心论文发表之后是如何被进一步发展的，即使这些引用核心论文的施引论文本身并不是高被引论文。本报告对相关内容也进行了一定程度的揭示。 （2