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囓齒目動物展現「移情作用」所驅使的行為

only-perception
・2012/01/18 ・1880字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

根據一項由芝加哥大學神經科學家所完成的新研究,他們在實驗室大鼠中觀察到囓齒類動物因移情作用(empathy,同理心,譯註:同情心是 sympathy)驅使而產生幫忙行為(helping behavior)的第一個證據,那一再解放受到拘禁的同伴。

這項觀察(發表在今日的 Science 中),使利社會(pro-social)幫忙行為的起源在演化樹中的放置位置比先前所以為還要更早。雖然移情作用的行為曾在非人類靈長類以及其他野生物種中非正式地被觀察過,不過在這之前卻未曾在實驗室設置裡的囓齒目動物身上觀察到這種概念。

“這是幫忙行為被大鼠移情作用觸發的首個證據,” Jean Decety,PhD 表示,芝加哥大學 Irving B. Harris 心理學與精神病學教授。”文獻中有許多想法顯示,移情作用不為人類所獨有,且在猿類中已獲充分證明,但在囓齒類動物中,那卻仍不十分清楚。我們將一系列基於囓齒動物之移情作用的、幫助行為的實驗證據匯總,而那真的是它第一次被看見。”

這項研究證明移情作用驅使行為的深層演化根源,Jeffrey Mogil 表示,McGill 大學 Pain Studies 的 E.P. Taylor 教授,他研究過老鼠的疼痛情緒感染(emotional contagion)。

“乍看之下,這超越了移情作用,這是利社會行為,” Mogil 表示,他並未牽涉這項研究。”在更深入研究之前,那超越了已被證明的,而且那令人印象非常深刻,尤其是這裡並沒有什麼先進的技術。”

這些實驗,由心理學畢業生、第一作者 Inbal Ben-Ami Bartal 以及共同作者 Decety 與 Peggy Mason 所設計,將二隻平常關在同一個籠子的大鼠放入一個特別的測試競技場。一隻大鼠被留置在一個拘禁裝置中 — 一個封閉的管子,附有一個從外面碰觸開啟的門。第二隻大鼠自由地在籠中繞著拘禁裝置漫步,能夠看見與聽見牠被關捕的「籠友(cagemate)」,但沒有被迫採取行動。

研究者觀察到,當自由大鼠的籠友被關起來時,牠顯得比平常測試時更加激動。平常的時候,這隻大鼠被關在一個拘禁器是空的籠子中。這種反應提供了某種「情緒感染」的證據。這種現象常在人類與動物身上觀察到,在其中實驗對象共享另一實驗對象的恐懼、悲痛甚或所遭受的疼痛。

雖然情緒感染是「移情作用」最簡單的形態,不過大鼠的後續動作明顯地組成了主動幫忙行為,一種更複雜的移情作用表現。在數日的拘禁過程之後,自由大鼠學會如何開啟拘禁器的門,並使其籠友重獲自由。雖然起先動作很慢,不過一旦大鼠發現釋放其同伴的方法後,只要一放入測試競技場中,牠幾乎是立刻採取行動。

“我們並沒有以那種方式訓練這些大鼠,” Bartal 說。”這些大鼠之所以學習是因為牠們受到某種內在的東西刺激。我們並沒有告訴牠們如何開啟那扇門,牠們之前並沒有獲得任何開啟那扇門的經驗,因此那門很難開。不過牠們試了又試,最後終於辦到了。”

為了控制其他足以導致大鼠解放其同伴的「非移情作用」動機,研究者進行更進一步的實驗。當一個填充玩具大鼠至於拘禁器時,自由大鼠並沒有開門。當開門把牠的同伴放到一個分離的隔間時,自由大鼠持續碰開這扇門,這使得社交互動的報償(reward of social interaction)被排除在動機之外。對於大鼠的行為,實驗者留下「受移情作用刺激的行為」這個最簡單的解釋。

“除了終結被捕大鼠的苦難之外,這裡沒有會採取這種行動的其它原因,” Bartal 表示。”在這個大鼠模型世界中,可以看見相同的行為一再重複,基本上這意味著「這種行為」使大鼠獲得報償。”

身為此報償之力量的一種測試,另一項實驗被設成要給自由大鼠一個選擇:解救牠的同伴或是大啖巧克力。二個拘禁器與大鼠都放在籠中,一個拘禁器內含籠友,另一個則放了一堆巧克力片。雖然自由大鼠在釋放同伴之前有機會吃光所有的巧克力,但牠同樣喜歡在開啟內裝巧克力的拘禁器前,先打開包含其同伴的拘禁器。

“這相當引人注目,” Mason, PhD,神經生物學教授。”那告訴我們,幫助牠們的籠友在本質上與巧克力同樣重要。如果牠想要的話,牠大可把所有的巧克力都藏起來,但牠沒有。我們都大吃一驚。”

現在,這個移情作用行為的模型業已確立,研究者們完成額外的實驗。因為並非每一隻大鼠都學會開門並釋放其同伴,所以研究能比較這些個體,尋找這些行為差異的生物學來源。初步結果指出,雌性與雄性相比更有可能變成開門者,也許這反映出移情作用在為母期間(motherhood)的重要角色,並提供了另一條研究途徑。

“這個移情作用與幫助行為的模型,為構成其基礎的神經生理學機制的闡明開闢了道路,那到目前為止仍無法接近,” Bartal 表示。

這些實驗也提供更進一步的證據指出,移情作用驅使的幫助行為並不為人類所獨有 — 而且指出智人(Homo sapiens)可能從其大鼠表親那裡學到了教訓。

“當我們在沒有移情作用的情況下行動,我們正在反對我們的生物遺傳,” Mason 表示。”如果人類能更常傾聽他們的生物遺傳,我們會變得更好。”

資料來源:PHYSORG:Helping your fellow rat: Rodents show empathy-driven behavior[December 8, 2011]

轉載自only-perception

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only-perception
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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》