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猿猴用的Apps(Apps for Apes)——《人類時代》

時報出版_96
・2015/10/06 ・3942字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 446 ・四年級
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一個萬里無雲的日子,在多倫多動物園,兒童成群結隊,在父母師長的陪伴之下,興奮地聚在展覽場地前。有些孩子掏出手機傳送簡訊,有些則和獸檻內怡然自得的野生動物拍照。他們吱吱喳喳地圍聚在一大塊圓頂棲地周圍,這塊地方設計成印尼雨林的模樣,分為上下數層,還包括樹上的窩和蜿蜒的流水。在孩子們眼前是帶著幼兒的兩隻母紅毛猩猩,牠們熟練地在扁平的粗藤蔓裡穿梭,其實這些藤蔓是消防軟管。

搖臀擺尾的紅毛猩猩在猿猴世界裡最擅長鞦韆特技,牠們的雙臂及踝,天生就是空中擺盪的好手,牠們也有與其他手指相對的大拇指和大腳趾,還有可以彎曲的膝蓋和弓起的足踝。因此牠們可以扭擺身體,作出任何角度或姿態。我滿懷驚奇地看著一隻年輕的雌猩猩不費吹灰之力就在藤蔓間擺盪,接著張開雙手和雙腿,抓住兩條藤蔓,放低臀部,轉動手腕,徹底保持靜止不動,懸掛在那裡,就像卡在樹頂上的橘色風箏一樣。

source:Hadi Zaher
source:Hadi Zaher

儘管我們早就不再用前肢以手指關節撐地走路,但有時候還是忍不住會想要用手臂吊著樹枝擺盪,在遊戲場的單槓上一手接一手的前進。只是和紅毛猩猩一比起來,我們的關節僵硬,力氣也不足。儘管我們和牠們有九七%的基因相同,但牠們依舊是在樹上蹦跳自如的黃毛舞者,而我們則是喋喋不休的陸地生物。在曠野中,紅毛猩猩大半的時候都在高處擺盪,懸在半空中優雅地移動,牠們過著獨居生活,唯有生兒育女時例外。

母猩猩每隔六至八年撫育一個子女,寵溺牠們,教導牠們在森林裡的生存之道,雖然有形形色色的水果可供食用,但卻必須判斷安全與否──而且有些很難剝皮或砸開,因為果殼可能很厚,或者像中世紀的武器那樣生滿尖刺。

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一隻紅毛猩猩媽媽出其不意地朝地面俯衝,彷彿溜下隱形的滑梯。牠拾起一根棍子,伸入樹幹中掏挖,捉到了一些可食的東西,輕輕地取出來吃下去。原本嘈雜的學生看到這一幕,不由自主地安靜下來,呆呆地望著她技巧高超地使用工具,尤其她一口口地吞下食物,就像用刀子吃豆子一樣輕鬆。

在林中空地後方,遠離人群之處,我看到一隻長毛的七歲小男生正專心一致地看著iPad,並且用一隻手指觸碰螢幕,只聽到小聲的獅吼,接著是紅鶴嗄嗄的鳴叫。他用棕色的杏仁大眼瞥視我,頭頂上則是一頭細薄的紅褐色毛髮。

我那一頭如鬃毛似的黑髮在熱氣蒸騰之中捲曲蓬亂,即使這逗樂了他,他也並沒有笑。他和我四目相顧,但他的心思馬上又回到更有趣的iPad 上,先用雙手抓著它,接著雙手和赤裸的雙腳一起上陣。我得承認,這雙腳意外地乾淨,他的手則是我所見過七歲孩子最大的手。我整個手掌都能塞進他的手心。

source:redapes
source:redapes

不過這一切對七歲的蘇門達臘猩猩來說,並沒有什麼了不起。牠叫布迪,印尼話的意思是「智者」。牠長得很快,已經開始顯出青春期的跡象:如桃子絨毛般的鬍髭,和日後會長成雄偉雙下巴的波狀凸起,有朝一日當牠長成兩百磅重的成年猩猩之後,只要像唱歌劇那般「長鳴」,不論是張口顫聲高唱或淺音低吟,雙下巴就會跟著膨脹震動。不過成年猩猩眼耳之間兩片巨大的頰肉,在牠臉上倒還沒有出現,這頰肉日後會發揮擴音器的效果,把牠的長鳴透過濃密的樹頂傳播到半哩之遙。

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他的同伴麥特.貝瑞吉(Matt Berridge)四十來歲,又高又瘦,一頭黑髮,他手上拿著 iPad 靠在柵欄邊,讓布迪可以玩弄它,卻不致把它整個搶去解體。身為多倫多動物園紅毛猩猩管理員的麥特總共有兩個小猴兒子,兩個都愛玩iPad。總歸一句話,猿猴兒子就是猿猴兒子。

「猿用Apps」 (Apps for Apes)計畫是由紅毛猩猩拓廣組織(Orangutan Outreach)所贊助,這個國際計畫一方面要協助數量日益減少的野生紅毛猩猩,一方面也希望充實紅毛猩猩的心靈活動,提供更能刺激心智的棲地,改進全球被畜養紅毛猩猩的生活。心智的培養十分重要,因為這些大猿的智力相當於三、四歲的人類兒童,也和孩子們同樣好奇。牠們很擅長使用工具,可以把棍子的用途發揮得淋漓盡致,比如從樹上把水果敲下來,撈食螞蟻和白蟻。牠們會用葉子作手套,在食用有刺的水果或攀爬尖利的藤蔓時保護雙手。牠們習慣在白天活動,每天日落前,都會在樹頂上折疊出新鮮的床墊。牠們也會以葉為傘遮蔽驕陽,折疊雨帽和防水的屋頂。必要時牠們也會嚼食葉片,或把它們揉成一團當作海綿,然後浸入滲滿雨水的植物。如果要跨越小溪,牠們會用樹枝測量水深。對於樹頂葉雲裡生有各種果子的樹木,牠們也瞭若指掌。

source:redapes
source:redapes

紅毛猩猩和對應的人類兒童一樣,喜歡玩iPad,不過牠們並不會沉迷其中。牠們就是不會像我們那樣,受科技所迷惑。「比如,我那七歲的兒子時時刻刻都在玩iPad,可是布迪卻不會這樣,」麥特告訴我。這孩子喜歡發光的螢幕,但卻不會一坐數小時,光是盯著它看。

「我們怎麼會迷上這種不自然的東西,而不理會其他的一切?」麥特問道,「有時你會希望自己的孩子專心一致,但當你看到紅毛猩猩從不會對這種東西著迷,而你又知道牠們絕頂聰明,這總教我不由得思索:我們一直盯著這玩意兒不放,究竟算不算得上聰明?甚至連我自己,都不再考驗我的記憶力了。我就光是……滴滴滴滴。」他在螢幕上作出打字的動作,「我幾乎完全依賴這些機器,這樣會不會減弱了我的腦力?」

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「草莓,」 一個女人的聲音隨著布迪輕拍螢幕上的草莓傳了出來,「草莓,」牠找到相對應的圖片之後,她又重複了一遍。麥特用小塊的新鮮草莓、蘋果,和梨子獎勵牠,蘇門答臘蒼翠欲滴的熱帶雨林會供應形形色色的珍奇水果,這是紅毛猩猩最愛的菜色。

另一個池水的應用程式則讓布迪著迷不已,它看來像水,也像水一樣有漣漪波紋,如果布迪觸摸它,它就會濺起漩渦,但布迪卻不會覺得潮濕,如果牠把手指頭拿到鼻子前面,也聞不出水味。由布迪的感官知覺來體會,這的確奇怪,但卻不如用Skype 和人類與其他紅毛猩猩互動那般奇怪。

布迪頭一次見到紅毛猩猩拓廣組織的會長理查.齊默曼(Richard Zimmerman)由一圈光環中呼喚牠時,忍不住觸摸了螢幕,彷彿是在想:他在和我說話。接著困惑的牠伸出手去觸摸麥特的臉。在螢幕上有個人正在說話,他知道牠的名字,微笑著凝視牠,以友善的聲音呼喚牠。為什麼理查的臉是平的而麥特的臉卻立體?牠經常看電視,最喜歡的節目是有紅毛猩猩的自然影片。麥特有時會給牠看YouTube 上成年雄性紅毛猩猩仰天長嘯的影片,總能吸引牠凝神觀賞。但螢幕從不會對牠說話。和人類對談,與其他紅毛猩猩社交,認識親切的陌生人,玩弄iPad,這全都是牠日常生活的常態,可是現在的這個情景卻是截然不同的另一種社交,雖然牠並不明白,卻引領牠更深入人類時代。

當今的家長都擔心子女成天盯著螢幕,對他們的腦部會產生什麼樣的不良影響;美國醫學會(American Medical Association)建議,兒童兩歲之前不要看電腦,然而也有迷戀科技的家長會為孩子買「iPad 如廁訓練座」(iPotty for iPad),這是訓練用的便器,有內建的 iPad 支架,家長還可以在iPad 應用程式商店中找到如廁訓練的應用程式和互動書籍。

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麥特倒不在乎布迪花在iPad 上的時間長短,因為布迪並不像他的親生兒子那樣沉迷,牠只會偶爾用用iPad,何況還沒有人研究用iPad 對紅毛猩猩的腦部會有什麼影響。它會不會使牠們的感官和我們的更相像?不論如何,布迪在生長過程中,歷經動物園生活、人類科技和文化,必然會對牠的腦部有各式各樣的影響,就像經驗會對兒童的腦部有影響一樣。不論是好是壞,我們人類都發揮了豐富的想像力改變世界,為我們和其他生物所用,驅除我們視為「有害」的生物,也邀請其他生物共享我們所發明的奇珍異寶(醫藥、複雜的工具、食物、特殊的隱語、數位玩具),敦促牠們和我們一起混淆自然和非自然的界線。

若你有心,不妨想像布迪手執iPad,它的應用程式和遊戲就是本書的各個篇章。只要觸摸螢幕,牠就揭開了一個又一個的章節,聆聽人類的聲音細訴過去的故事,或者凝神觀賞繽紛的臉孔和景色。在某些篇章裡,牠甚至瞥見了自己,手上拿著 iPad,或許是正在遊戲的幼猿,也或許代表牠日漸減少的同類,是牠們的重要大使。兩個角色都是牠真實生活中要面對的命運。

布迪舉起一隻毛茸茸的橙色手指放在螢幕上,猶豫片刻,接著觸摸了第一章。牠的手指一按,掀起漫天風雪,只見大學生在各建築中奔跑穿梭,書本緊緊夾在大衣裡……。

  • 註1:過去七十五年來,人類砍伐太多的林木,紅毛猩猩的數量劇降了八成。國際自然保護聯盟.(InternationalUnion for Conservation of Nature.)把婆羅洲紅毛猩猩列為瀕危,蘇門達臘紅毛猩猩則列為極度瀕危,僅剩約十年,整個物種就會全部滅絕。蘇哈托時代.(1921 ─ 2008.),一億英畝的印尼雨林消失,當地的林業巨頭更加速掠奪紅木、黑檀木、柚木等高貴木材。此外還有棕櫚油,可以用來製作許多嫘縈及其他許多成分中有「棕櫚仁油」.(palm kernel oil.)、「palmate」,或「棕櫚酸鹽」palmitate.)等字詞的產品。如果你留心查看,就會發現有多少食物、洗髮精、牙膏、肥皂、化妝品,和其他產品使用棕櫚油。紅毛猩猩拓廣組織呼籲大家抵制所有棕櫚油相關產品,數十家跨國大企業.(麥當勞、百事可樂等.)已經同意參與,希望能藉此保護雨林。

getImage (6)本文摘自泛科學2015年10月選書《人類時代:我們所塑造的世界》,時報出版。

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本書搭配好活動《PanSci TALK:生而為人》,邀請到泛科學專欄作家寒波來分享「猴子有好幾種,為什麼人只有一種?」討論關於人類演化的故事;下半場則由〈故事〉專欄作家馬雅人分享「雨林世界:自然環境與馬雅文明」。

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時報出版_96
174 篇文章 ・ 35 位粉絲
出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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微小 RNA,大大改變!2024 諾貝爾生醫獎揭示基因調控新篇章
PanSci_96
・2024/11/12 ・2604字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2024 年諾貝爾生理學或醫學獎榮耀地頒發給了兩位傑出的科學家——維克多·安布羅斯(Victor Ambros)和蓋瑞·魯夫昆(Gary Ruvkun),以表彰他們對 microRNA 的發現和研究。他們的工作揭示了一種過去人類一無所知的基因調控機制,不僅顛覆了我們對生物學的理解,還為未來全新的醫療技術開啟了大門。那麼,什麼是 microRNA?它是如何被發現的?又能用來治療哪些棘手的疾病?

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microRNA 是什麼?

首先,讓我們澄清一個常見的誤解:microRN A並非我們熟知的 mRNA(信使 RNA)。microRNA,中文稱為微型核糖核酸,是一種長度僅有 20~25 個核苷酸的小型 RNA 分子。與長度動輒數百甚至數千個核苷酸的 mRNA 相比,microRNA 確實名副其實地「微」。

microRNA 本身並不會被轉譯成蛋白質,但它在基因調控中扮演著關鍵角色。它能夠與特定的 mRNA 結合,抑制或調節這些 mRNA 的轉譯,從而控制蛋白質的合成。這種調控機制被稱為「轉錄後基因調控」(post-transcriptional gene regulation),是細胞精確控制基因表達的重要方式。

它如何調控基因表現?

在細胞中,DNA 是遺傳信息的載體,但它需要通過轉錄和轉譯過程才能發揮作用。轉錄(transcription)是將 DNA 上的遺傳信息轉錄到 mRNA 上,而轉譯(translation)則是將 mRNA上的信息轉譯成蛋白質。

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然而,microRNA 在轉錄與轉譯之間的關鍵環節發揮了調控作用。它可以與目標 mRNA 分子結合,阻礙或抑制其轉譯過程,從而控制特定蛋白質的生成。這就像是在烹飪過程中,microRNA 扮演了一個負責調整出菜速度的協調人員,決定了哪道菜(蛋白質)應該在何時上桌(被合成)。

更有趣的是,microRNA 與 mRNA 之間並非一對一的關係。一個 microRNA 可以調控多個 mRNA,而一個 mRNA 也可能受到多個 microRNA 的影響。這種多對多的關係,使得細胞內的基因調控網絡極為複雜,但也提供了極大的靈活性,讓細胞能夠精確地適應內外環境的變化。

microRNA 的發現經過

microRNA 的發現充滿了機緣巧合。上世紀 80 年代,安布羅斯和魯夫昆對基因在不同時序活化的機制深感興趣。他們選擇了秀麗隱桿線蟲(C. elegans)作為研究對象,這種微小的線蟲體長僅 0.1 公分,但擁有肌肉、神經等多種細胞類型,且全身透明,非常適合觀察和研究。

他們發現,當線蟲的 lin-14 基因發生突變時,線蟲會跳過幼蟲的第一發育階段,直接進入第二階段,導致成蟲體型較小。而當 lin-4 基因突變時,第一發育階段會被延長,成蟲體型較大。他們推測,lin-4 可能通過抑制 lin-14 的表現來調節線蟲的發育。

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經過數年的研究,安布羅斯證明了 lin-4 會產生一段不編碼蛋白質的短鏈 RNA,這正是 microRNA。同時,魯夫昆發現,lin-14 的 mRNA 雖然正常轉錄,但在轉譯過程中被抑制,導致基因表達受阻。兩人的研究互相印證,揭示了 microRNA 如何通過結合目標 mRNA,控制基因的表達。

然而,這一重要發現並未立即引起廣泛關注。當時的科學界普遍認為,這種機制可能僅存在於線蟲中,對於其他生物並無意義。直到 2000 年,科學家們在多種生物中發現了類似的 microRNA,證明了這種調控機制的普遍性和重要性。

microRNA 的調控機制直到 2000 年才被證明了它的重要性。

microRNA 可以用於治療哪些疾病?

microRNA 在生物的生命歷程中扮演著重要角色,從胚胎發育、器官功能到老化過程,都與其息息相關。目前,已發現的人類 microRNA 種類可能超過 2500 種,並且這個數字還在不斷增加。

在醫學領域,microRNA 的發現為多種疾病的治療帶來了新的希望。

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1. 癌症治療

microRNA 與癌症的關係密切。研究發現,某些 microRNA 的異常表達可能導致細胞無限制地增殖,從而形成腫瘤。通過調節這些 microRNA 的表達,有可能抑制癌細胞的生長。目前,已有生物科技公司開始研發基於 microRNA 的抗癌療法。

2. 神經退行性疾病

在阿茲海默症、帕金森氏症等神經退行性疾病中,microRNA 也被發現參與了病理過程。調節特定的 microRNA,有望減緩疾病的進展,改善患者的生活質量。

3. 心血管疾病

microRNA 在心肌梗塞、心臟衰竭、動脈硬化等心血管疾病中也扮演著關鍵角色。通過調節相關的 microRNA,有可能促進心肌細胞的再生,恢復心臟功能。

4. 其他疾病

此外,microRNA 還與先天性聽力損失、眼科疾病、骨骼疾病、糖尿病、自身免疫疾病等多種疾病相關。研究者們正積極探索 microRNA 在這些領域的治療潛力。

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挑戰與未來展望

儘管 microRNA 在醫學上具有巨大潛力,但要將其應用於臨床治療,仍然面臨著諸多挑戰。

1. 脫靶效應

由於 microRNA 可以影響多個目標 mRNA,調節一個 microRNA 可能會對多個基因的表達產生影響,導致不可預測的副作用。如何提高 microRNA 療法的精準性,減少脫靶效應,是一大難題。

2. 遞送系統

microRNA 分子在體內容易被降解,如何將其穩定地運送到目標細胞或組織,是技術上的另一個挑戰。需要開發高效、安全的遞送系統,確保 microRNA 能夠發揮預期的治療效果。

3. 安全性和有效性評估

任何新的治療方法都需要經過嚴格的安全性和有效性評估。microRNA 療法需要經過大量的臨床試驗,才能最終應用於臨床。

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然而,這些挑戰並未阻止科學家們的熱情。隨著技術的不斷進步,我們有理由相信,microRNA 療法將在未來為人類的健康帶來重大突破。

microRNA 療法或許將在未來帶來人類醫療上的重大突破。圖/envato

結語

microRNA 的發現,不僅顛覆了我們對基因表達和調控的傳統認識,還為醫學領域帶來了革命性的變革。2024 年諾貝爾生醫獎的頒發,是對安布羅斯和魯夫昆兩位科學家傑出貢獻的最高肯定。

未來,隨著對 microRNA 研究的不斷深入,我們有望開發出更多基於 microRNA 的診斷和治療方法,為癌症、阿茲海默症、心臟衰竭等棘手疾病帶來新的希望。

如果你對生物醫學領域感興趣,或許下一個重大突破將由你來實現。microRNA 的故事告訴我們,即使是最微小的發現,也可能帶來巨大的改變。

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世界最快顯微鏡問世 阿秒瞬間捕捉電子運動
顯微觀點_96
・2024/11/11 ・1726字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

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圖/顯微觀點

穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope, TEM)的出世,將物體放大數百萬倍,讓科學家得幾看見小至 0.1 奈米的樣本結構。但是「看得小還要看得快」,若要看到電子的運動軌跡,還得快速捕捉才能看得清楚。

美國亞利桑那大學(University of Arizona)物理與光學系副教授哈山(Mohammed Th. Hassan)率領的研究團隊,日前開發了世界上最快的電子顯微鏡,小至 1 阿秒(attosecond)的解析度,能更精確地捕獲分子內的電子快速運動。

2023年諾貝爾物理學獎頒給法國物理學家皮耶.阿戈斯提尼(Pierre Agostini)、匈牙利/奧地利物理學家費倫茨.克勞斯(Ferenc Krausz)和法國/瑞典物理學家安妮.呂利耶(Anne L’Huillier),表彰他們「發展出產生阿秒光脈衝的實驗方法,得以研究物質中的電子動力學」。哈山團隊便是以此技術為基礎進行研究開發。

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21 世紀初,首次出現了具有奈秒(nanosecond)解析度的電子顯微鏡,以對雷射誘導的鎳金屬熔化和鈷塊體的形態變化進行成像,在這之後許多研究工作都集中在提高電子顯微鏡的時間解析度。

2008 年,電子顯微鏡的時間解析度提高到亞皮秒,亦即比皮秒(picosecond)還要小的時間尺度,擴展了電子顯微鏡對更快的分子和原子運動進行成像的能力。而透過連續和脈衝雷射光束的閘控技術,可將時間解析度提高到亞飛秒的時間尺度,記錄數阿秒的平均動態影片。

但這樣的阿秒脈衝序列僅限於成像週期性動力學,對非週期性的運動,如電荷遷移、電子運動等須將探測限制為單一事件的研究,則需要產生(使用)單一阿秒電子脈衝。

哈山團隊開發的顯微鏡,使用雷射將電子束切割成兩個超短脈衝。第一個脈衝稱為泵浦脈衝(pump pulse),將能量注入樣品並導致電子移動或其他快速變化;第二個脈衝稱為光閘脈衝(optical gating pulse),創造一個短暫時間視窗,產生閘控的單一阿秒電子脈衝。仔細同步兩個脈衝,研究人員就可以控制電子脈衝何時探測樣品。

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World Fastes Microscope
閘控光束被引導至發生電子閘控和阿秒電子脈衝產生的樣品位置,用於記錄影像(衍射/直接)以探測物質的電子動力學。圖/Attosecond electron microscopy and diffraction

就像相機上的快門一樣,這些脈衝也使團隊能夠每 625 阿秒捕捉一張石墨烯片中電子的新影像,時間解析度大約是現有技術的一千倍。

團隊也提到許多實驗因素對於執行阿秒電子成像實驗至關重要,例如:雷射的高重複率,以閘控大量電子;以及雷射光束的高穩定性強度來實現顯微鏡中的低訊噪比等。

「當你獲得最新一代的智慧型手機時,通常配備更好的相機」,哈山表示新開發的穿透式電子顯微鏡就像最新智慧型手機搭載非常強大的相機。

「現在使用我們的電子透射顯微鏡首次能夠達到阿秒級的時間解析度,我們稱之為『阿秒顯微術』。這是第一次,我們可以看到電子在運動中的樣態」,哈山說道。

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而新開發的電子顯微鏡可以即時拍攝、控制化學和生化反應,預期也將對材料合成、藥物設計和個人化醫療領域的研究產生助益。

時間的數量級

  • 阿秒(as):10-18 秒
  • 飛秒(fs):10-15 秒
  • 皮秒(ps):10-12 秒
  • 奈秒(ns):10-9 秒
  • 微秒(µs):10-6 秒
  • 毫秒(ms):10-3 秒

參考資料:

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顯微觀點_96
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