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【科科雞年到】雞頭為什麼可以「防震」?

果殼網_96
・2017/01/24 ・1781字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

在攝影領域,人們為了「防震」可是沒少下功夫:不僅攝影師們要練就「鐵腕」,人們還開發出了各種專門的防震設備。

然而,無論面對多麼高科技的人工防震技術,人們總還是會想出一些新奇的解決方案。它返璞歸真、純天然、低成本、操作簡單、效果拔群……對,那就是——綁雞頭上。

就算屁股再怎麼扭,我的頭就是不動。
就算屁股再怎麼扭,我的頭就是不動。

在那些傳遍網路的動圖中,穩如泰山的雞頭總會占有一席之地。甚至還真有網友對「雞頭攝影」的穩定性進行了評測。比起人手持和頭戴攝像機,雞頭拍下的畫面確實更穩定,不過無法控制雞往哪邊看成了這套設備的致命傷……

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從左到右:裝在人頭上,裝在雞頭上,手持。影片來自:jeremiahjw

雞頭為什麼能防震?這種「種族天賦」有多厲害呢?

鳥頭防震有多厲害?

在鳥類當中,頭部「防震」是非常普通存在的現象。除了雞頭,鳥頭「防震」的例子還有很多,比如那些一邊行走一邊「點頭」的鴿子。它們可不是為了走出最搖擺的節奏感,而是要讓自己的頭部在行進中大部分時間都保持穩定,然後再咻地一下換到下一個位置。(更多閱讀:鳥類行走的點頭問題

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鴿子行走時的頭部運動。圖/參考文獻1

鳥類對於空間變化的感知很敏感,只要頭部發生了微小的位移,它們就能夠通過視野中物體相對位置的變化感知出來,從而做出相應的調整。行走中的鴿子頭部在「穩定期」的位移能控制在 0.5 毫米以內[1],而那些特別依賴空間判斷的鳥類物種,比如蜂鳥、翠鳥以及茶隼,它們的「防震性能」還會更高。

視覺防震?其實你也行

一般認為,鳥類穩定的頭部是為了保持穩定的視線,在動物界,這其實是非常普遍的現象。當動物個體處於某種視覺環境中時,它們往往都會本能地將自己的視野中心鎖定在某個點,或某一個物體上。如果你試試左右轉頭,也會發現自己的視線多半不會跟隨著頭部徐徐移動,而是從穩定的點跳到下一個點。

保持視線穩定對動物的生存很有好處,因為消除視線晃動的干擾,就可以更容易地分辨出真正在移動的目標——這些目標可能是一頓午飯,一位不懷好意的競爭對手,或者一位來勢洶洶的捕食者。我們其實也一樣有調節視線穩定的機制,只不過人類的「視覺防震」更多依靠靈活轉動的眼球。因為飛行對視覺的依賴性,鳥類的眼球十分發達,以至於幾乎擠占了眼眶內所有的空間,而與此同時,它們的眼球運動則會受到限制。所以當鳥類想要調整視線時,它們就要依靠靈活的脖子了。

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靠脖子來盡可能維持視覺穩定,這招人類也用得上——看看那些轉圈的舞蹈演員吧。

此外,也有一些科學家認為,鳥類行走時頭部「一頓一頓」的模式還可以產生運動視差,幫助提供物體深度和距離的信息。這個解釋看起來很合理,不過它還未得到直接證實。

為了實現視野的穩定,視覺系統和平衡系統都會在其中參與調節。研究也發現,像蜂鳥這樣格外擅長保持空中穩定的鳥類,它們也擁有比其他鳥類更大的相關腦區。

跟著鳥類學防震

直接在雞頭上綁照相機並不是什麼好主意,不過從鳥類身上,研究者們確實能找到提升防震性能的靈感。

2015 年時,史丹福大學的工程師們就用高速攝影機記錄下了天鵝飛過湖面時頭頸部的動作[2]。在撲動雙翼時,天鵝們的身體上下搖擺,但在頸部的調整之下,頭部卻能保持相當平穩的狀態。一些無人機偵察機也採用了撲翼的設計,把鳥類飛行中調整頭部的過程記錄下來,並建立模型來模擬它,這樣的成果用在無人機上,拍攝到的畫面也就能變得更加清晰了。

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把「鳥頭防震」變成物理模型。圖/參考文獻 2

不管怎麼說,鳥頭確實是視覺系統穩定性的一個讓人印象深刻的例子。或許有一天,我們手中的相機也會像它們一樣穩如泰山呢。

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),編輯:窗敲雨。本文禁止二次轉載,如需轉載請聯繫 sns@guokr.com

參考資料

  1. Barrie J. Frostemai. Bird head stabilization. Current Biology, Volume 19, Issue 8, pR315–R316, 28 April 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2009.02.002
  2. Ashley E. Pete, Daniel Kress, Marina A. Dimitrov, et al. The role of passive avian head stabilization in flapping flight. Interface, September 2015 Volume: 12 Issue: 110. DOI: 10.1098/rsif.2015.0508
  3. Iwaniuk, A.N., and Wylie, D.R. (2007). Neural specialization for hovering in hummingbirds: Hypertrophy of the pretectal nucleus lentiformis mesencephali. J. Comp. Neurol. 500, 211.

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Paxlovid能有效降低死亡風險嗎?COVID-19口服藥現況

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/17 ・2421字 ・閱讀時間約 5 分鐘
示意圖/envato elements

今年四月台灣宣布將走向「重症清零,輕症管控」:非放任病毒肆虐式「與病毒共存」(living with covid-19) 的控管疫情策略。 若需要達到「重症清零,輕症管控」的目標,醫療人員的支援與 COVID-19 藥物的使用,將是關鍵手段,對於感染後容易導致重症的個案,也需要有抗病毒藥物來治療或預防惡化

目前有哪些治療新冠肺癌的藥物?

目前首度獲得美國 FDA 許可的抗新冠藥物「Remdesivir」 (瑞德西韋),是透過抑制病毒的 RNA 合成酶達到藥效。美國 FDA 更在近期批准,注射液劑型的 Remdesivir 適用於「出生 28 天及以上、至少 3 公斤」的嬰幼兒染疫患者,成為首款嬰幼兒的新冠療法

然而注射液劑型需要專業的打針技術,並非一般民眾可居家自行使用,因此抗新冠口服藥物的開發,各國一直都很重視。現行已通過美國 FDA 緊急使用授權(EUA)的抗新冠口服藥物,有輝瑞公司研發的「Paxlovid」,以及默克(或稱默沙東)公司研發的「Molnupiravir」(莫納皮拉韋)

而 Paxlovid 是由 Nirmatrelvir(奈瑪特韋)和 Ritonavir(利托那韋)兩種藥物所搭配使用,其中 Nirmatrelvir 主要作用是抑制新冠病毒的 Mpro 蛋白酶活性,進而干擾病毒的複製,達到抗病毒的效果。而 Ritonavir 則是能延長 Nirmatrelvir 在人體內的血中濃度,透過抑制人體內正常酵素 CYP3A4 酵素活性,避免 CYP3A4 快速將 Nirmatrelvir 代謝掉,而失去 Nirmatrelvir 該有的藥效。

這兩個藥物所構成的 Paxlovid 好像一對好夥伴互相協助,成為具有高效力的口服抗新冠藥物

Paxlovid 能有效降低死亡風險?

Paxlovid。圖/ Kches16414 , CC BY-SA 4.0

根據文獻指出,Paxlovid 能降低 COVID-19 感染後的 85-89% 住院或死亡風險,是目前對抗新冠肺炎最佳的選項之一。《新英格蘭醫學期刊》(NEJM)期刊於上個月發表最新 Paxlovid 臨床試驗的研究報告:「Oral Nirmatrelvir for High-Risk, Nonhospitalized Adults with Covid-19」證實,使用 Paxlovid 治療未施打疫苗且有症狀的 Covid-19 患者,能將 Covid-19 的重症風險降低 89%,且藥物的安全性在臨床上可接受,且沒有明顯的安全問題。

不過,此研究個案限於未施打疫苗者,而目前大多數人已經接種過新冠肺炎疫苗,情況略有不同。已有將此藥使用於已施打過疫苗者的研究正進行中,但若在未施打者有幫助,對於施打過疫苗而可能具有部分保護力的人,推測仍應會有治療效果,此研究是在症狀出現三天內給藥得到良好的效果,至於再晚一些時後才給藥,就沒有數據可參考。

但需要注意的是,有在服用其他藥物的患者(如:降血脂、抗腫瘤藥或神經精神藥物等),若服用 Paxlovid 會影響 CYP3A4 的作用,可能也會改變其他藥物的作用效果,若藥物在血中濃度無法被安全控制,往往對病情有負面的影響。因此服用 Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽才能使用,民眾無法自由服用

Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽。圖/envato elements

Molnupiravir 口服藥的表現又是如何?

病毒在複製的過程當中,往往需要大量的核糖核苷(ribonucleoside),作為合成新的病毒所需要的材料。而 Molnupiravir 口服藥,是一種「核糖核苷類似物」,也就是病毒在複製所需要的「冒牌」材料,透過這樣的方式干擾病毒的複製過程,進而阻止病毒的繁殖

Molnupiravir 不會像 Paxlovid 去影響到其他藥物在體內的作用,然而這些核糖核苷類似物在人體細胞進行複製的時候也會使用,所以可能具有誘導基因突變的風險

雖然一般來說,口服 Molnupiravir 的療程只有 5 天,在這樣的時間周期來說,對一般成人造成基因突變的風險是很低。但是,Molnupiravir 對於胎兒或哺乳中的嬰兒,風險就顯得高出許多。所以,Molnupiravir 在默克公司的官方網站有聲明,不建議孕婦及哺乳中的女性服用

此外,根據新英格蘭醫學期刊在今年三月的報告中,發現將 Molnupiravir 用於非住院的新冠患者治療中,僅僅將高危新冠患者的住院和死亡風險降低了 30%,低於早前估計的 50%。

Molnupiravir 不建議孕婦及哺乳中的女性服用。圖/envato elements

「老藥新用」的開發策略

環顧目前的抗新冠藥物,大都是利用「老藥新用」(drug repurposing)的藥物開發策略,才能在這麼短的時間達到如此的成就。「老藥」是指已被核准做為臨床使用的藥物,「新用」則是指由原來已核准的藥物中發現新的適應症用途或是新的用法。

老藥的好處就是其藥物臨床前的數據都已經被建立,其中包含藥理實驗、藥物動力學、代謝途徑、副作用等,這些數據對藥物開發相當重要。

在目前這些新冠藥物中,瑞德西韋一開始是用來開發對抗伊波拉病毒,而 Paxlovid 中的 Nirmatrelvir 原先用以治療愛滋病,此外 Molnupiravir 則是為了治療流感。這樣的成功經驗相信能提供政府與學者參考,期望台灣開發新冠藥物有亮眼的成績,也讓我們未來在對抗 COVID-19 疫情當中有更好的手段。

引用文獻

  1. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
  2. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Approves First COVID-19 Treatment for Young Children
  3. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes First Oral Antiviral for Treatment of COVID-19
  4.  Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes Additional Oral Antiviral for Treatment of COVID-19 in Certain Adults
  5. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
  6. Cox, Robert M., Josef D. Wolf, and Richard K. Plemper. “Therapeutically administered ribonucleoside analogue MK-4482/EIDD-2801 blocks SARS-CoV-2 transmission in ferrets.” Nature microbiology 6.1 (2021): 11-18.
  7. Jayk Bernal, Angélica, et al. “Molnupiravir for oral treatment of Covid-19 in nonhospitalized patients.” New England Journal of Medicine 386.6 (2022): 509-520.

臨床試驗

  • EPIC-HR: Study of Oral PF-07321332/Ritonavir Compared With Placebo in Nonhospitalized High Risk Adults With COVID-19(NCT04960202

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