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能用三分鐘讓我懂才代表你也懂!專訪生科懶人包推手陳示國

PanSci_96
・2017/04/12 ・3595字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

三分鐘可以幹嘛?其實可以做的事情很多,像是上個廁所刷牙洗臉、或是做個 50 下伏地挺身(然後躺在地上喘)、或是刷個臉書……(哎呀!已經過了一小時!)

但就是有人腦洞大開,要逼人用三分鐘完整的邏輯、清楚的口條、生動的描繪來介紹一篇生科論文,還要用天下第一武道大會的方式來選出最強者!這看似不科學的設定,意圖用時間的壓力榨出知識的精華(也讓參加者叫苦連天),到底是誰那麼沒有人性只有理性呢?

陳示國老師的廬山真面目。

我們專訪了「生科懶人包:全國三分鐘生科論文演講口說競賽」的幕後推動人之一,台大生命科學系助理教授陳示國老師,先來展示用三分鐘回答完 18 個問題的絕技,請上場!計時開始!

動物生理時鐘研究

老師的研究主要以「動物生理時鐘」為主,請問這個領域近期有哪些比較特別或重大的研究進展?

1. 我們的基因表現有 20~40% 被生理時鐘調控,其中調控的點超過 2 萬多個。凡是你想得到的都被生理時鐘調控。
2. 調控生理時鐘最主要的來源是視網膜內一群主要感受藍光的神經細胞。白天照藍光讚,晚上照藍光劣。

環境中影響生理時鐘最主要的因子是日光週期,請問如果將動物關在完全見不到日光的環境下,牠們的生理時鐘會有怎樣的變化?是會依個體紊亂呢還是因為種類不同受到別的因素影響呢?

生理時鐘厲害的就是不照光他依舊自動會跑,而且很準呢!人類的生理時鐘大約是 24 小時 11 分鐘,也就是沒有人叫你(也沒有光照),你每天會晚 11 分鐘起床,難怪我們每天早上都起不來。

每天都賴床原來是生理時鐘搞的鬼啊~圖/Lily Monster @Flickr

動物的生理時鐘是基因決定還是可以後天改變的呢?

時鐘由基因決定,時鐘告訴動物現在幾點,至於幾點要做什麼,我們還是可以自己決定。

「內生性感光視神經細胞」對大眾來說是個比較陌生的名詞,想請問它和一般視網膜上的感光細胞有什麼不同?又有那些特殊的功能?

一般感光細胞偵測光的改變量(對比),無法偵測現在有多亮,因此拿來形成視覺很好用。但是內生性感光視神經細胞可以偵測亮度,因此跟亮度有關的生理現象比如瞳孔大小,負趨光性,生理時鐘調控就由它們來負責。

老師實驗室近期的研究發表,使用的單一神經細胞標定方式,解析出眼球與大腦之間的神經細胞迴路,能否介紹一下這個方法的特殊之處,以及它在科學上幫助我們了解了什麼以前無法解答的問題?

最近大家都想知道腦裡面上億個神經細胞如何連結成神經網路,神經系統就像是樂高,一個神經細胞可以想像成一塊樂高積木,藉由不同的組合就能拼出不同功能。但是我們之前只能看到一群上百個或是上千個細胞的連結,就好像給你一盒 1000 個元件的樂高,但是沒有組裝說明書,標定單一神經細胞等於告訴我們這一顆積木在整組樂高中的位置。等我們標定出全部的神經細胞,我們會更加了解神經系統到底是如何運作。

某些動物擁有強大的夜視能力,是因為其自主感光視神經細胞的感光能力強大嗎?

大部分的動物感光細胞的感光能力差別不大,我們的眼睛內感光細胞可是能對單一光子產生反應,單一光子是多微弱呢?我們手機發出的亮度大概是 1012 的光子亮度,所以理論上 1 千億分之 1 的手機亮度照到感光細胞我們就可以看到,這樣手機螢幕可以開超暗,說不定可以好幾個月不用充電!可惜我們的眼球結構無法有效率的讓這樣低亮度的光聚集到感光細胞上,這也是我們夜視能力不好的主要原因。

手機發出的亮度大概是 1012 的光子亮度,所以理論上 1 千億分之 1 的手機亮度照到感光細胞我們就可以看到。圖/GIPHY

三分鐘生科懶人包

生科懶人包需要在三分鐘之內講完一個研究結果,在資料闡述準備上有那些需要注意的地方?

簡單扼要,雖然數大便是美,但是懶人包比賽「要點太多便是不懂」。

生科懶人包活動希望藉由訓練生科研究人才的溝通能力,也能增進大眾對生命科學研究的題材的了解。我們日常生活中會接觸到生命科學的題材嗎?了解這些對一般大眾能有什麼幫助?對研究生來說,參加生科懶人包活動對他們有什麼幫助?

我們日常遇到的生科題材實在是太多了,例如濾藍光眼鏡到底好不好?晚上 11 點睡覺是不是保護肝?例子實在是太多。我們在實驗室的研究或許很專精,但是參加懶人包比賽可以讓學生站在更宏觀的角度去看自己的實驗,每個實驗都由一個為什麼來的,而每一個生科的為什麼都跟我們的生活息息相關,但是這一個為什麼可能需要有好多層級之後才會關聯到日常生活的事物,同學參加比賽可以藉此挑戰自己的邏輯以及聯想力

科普傳播中最困難的是要把研究內容簡化,如何能夠把研究講的簡單卻又不失嚴謹?這個減法是否有訣竅?

科學中的定律並不是由一件單一實驗可以證明的,通常是累積很多實驗室,研究人員,多年努力才能下一個好的結論,我想科普困難的在於需要有強大的背景知識當做一個後盾,才能將內容簡化。嚴謹,就藏在參考文獻是否包含足夠的觀點。

嚴謹,就藏在參考文獻是否包含足夠的觀點。圖/pedro veneroso @Flickr

還有哪些科研領域也適合舉辦像生科懶人包這樣的活動?

我想大部份基礎研究領域都可以,畢竟所有的基礎研究都在問「為什麼」,而人類是充滿好奇心的動物,我們最喜歡聽別人說為什麼,然後因為得到答案而有恍然大悟的喜悅感。

生科懶人包是生科系限定的活動,如果有其他科系的學生,但研究領與屬於生科範圍是否也考慮納入?

今年擴大為生命科學相關研究領域都可以加入,歡迎各界好漢一同來挑戰!

各種成為生科人的領悟

老師怎麼看待「一日生科,終生科科」這句話?生科系的出路真的很差嗎?

一個人追求的目標,無法達到就科科了。我想有些人的目標是安安穩穩的過一輩子,那麼這個人進到每天都在挑戰未知的生科領域,就會終生科科。如果追求的是數鈔票數到手抽筋,那麼當個商人最有機會。如果想要安安穩穩的數鈔票,找個富爸媽才不會科科。生命科學是探討生物界的未知,探討人體的未知,探討疾病的未知,為人類未來的健康打基礎,很可惜現在社會對於著眼未來並不是很友善,不過還是歡迎心臟強大的有志青年加入生科領域。

研究生物科學後,會不會影響自己的宗教信仰?

宗教的主旨是希望人能向善,科學是追求真理,本質上沒有衝突。

生物科學跟生物科技之間是競爭關係還是合作關係?學生要怎麼選擇研究方向比較合適?

我自己認為,生物科學跟生物科技是時間前後關係,當我們藉由生物科學的研究了解一個生理現象後,就可以利用生物科技來解決這個生理現象出問題所造成的疾病,實際實驗操作上可能不會差太多,所以學生如果比較想問「為什麼」之類的問題可能比較適合生物科學,如果比較想問「怎麼辦」之類的問題可能比較適合生物科技。

您怎麼看同性婚姻?從生物學的角度出發,怎麼理解同性戀呢?

以下言論完全是自我感覺,不涉及「科學」立場。

我自己是做神經系統的研究,對我而言,性取向就好像日夜行動物的取向一樣,應該是由腦中某些神經迴路所決定,而腦中迴路很多是天生的,就好像日行性動物天生就在白天活動,夜行性動物天生就在夜間活動。然而雖然人類是日行性動物,有些人天生就是夜貓子,可能是他 / 她生理時鐘的腦部核區連結比較接近夜行性動物,當然這樣的言論完全沒有實際實驗證據。因為不了解,所以我們才會需要對於腦有更多的基礎研究,也因為對於生理機制的不了解,我們更應該以開放的心態來面對同性婚姻。

未來人類會否放棄葷食,演變成全素食的物種?

圖/David Stanley @Flickr

吃素食的動物擁有較複雜的消化系統,例如相對下較大的盲腸,人類的盲腸幾乎退化,因此我們並不是適合完全吃葉菜類食物。但是如果今天地球被我們破壞到只剩下葉菜可以吃,那麼演化或許會讓人類改變。至於植物性蛋白這方面,就需要下次另外三分鐘來介紹了。


 

2017 生科懶人包:全國三分鐘生科論文演講口說競賽

詳情請見:3MTLS 三分鐘生科論文口說競賽


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一生可以聆聽的聲音總量是註定的?戴上你的聽力計算機!

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/05/17 ・3915字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 文/黃上維 聽力師|雅文兒童聽語文教基金會

「早上跑了五圈操場,晚上吃個雞排加珍奶應該還好吧……」、「昨天買了一雙限量版精品鞋,這個月就不吃晚餐了……」,生活中充滿算數題,來決定我們的生活習慣與行為,其實,在聽力學領域中,也有類似概念哦!聽的刺激不夠,聽覺系統解析的功能會逐漸衰退;聽的刺激太多,聽覺系統也會感到疲勞或損傷。到底聽多少,才能剛剛好?今天就帶你揭密聆聽的守則。

世界衛生組織(World Health Organization,WHO)統計全球已超過 5% 人口有失能性聽力損失。然而,多數聽力損失可被預防,調查發現將近 50% 的年輕人使用過高的音量聆聽個人音訊設備,約 40% 經常去娛樂場所的人(包括演唱會、運動賽事)則暴露在過久的高音量下[1]。 WHO 為此著手訂定「安全聆聽」的保健策略,如同醫師及藥師給藥時會算劑量,安全聆聽需要計算聲音暴露容許量(sound allowance)。

聽得「過久」或「過大聲」都會造成傷害

聲音是一種能量,基於相等能量原理(equal energy principle),無論能量在時間上的分佈如何,相同聲能的聲音會造成一樣的永久性聽力變化,表示「長時間聆聽較低的音量」會產生與「短時間聆聽非常的大音量」相同的影響。

WHO 提出兩種標準,均以七天作為一周期[2]。當聲音能量加倍(以 3 分貝為級距),容許的時間要減半,如下圖所示,健康成人適用一般標準;「兒童、耳毒性藥物服用史」等對噪音更為脆弱的族群則適用敏感標準,其將風險起始點下修至 75 分貝(dBA)的聲音每周聆聽 40 小時。此外,視障、認知困難者及老年人,考量聽力一旦損失,對其產生的負向影響將更大,也應選用較嚴謹的標準[3]

WHO 聲音暴露容許量。分貝越高,容許時間越少。圖/作者,製作自參考資料 2

聽起來不難嗎?生活中的聲音有多大聲

當我們在身處安靜室內,隔著一張桌子與朋友聊天時,說話音量的分貝就已經有 55-60 分貝(dBA);此時若環境變得吵雜,我們也會不自覺提高說話音量,分貝來到 65 分貝,如此可見生活中的大聲音是無所不在。美國 3M 公司團隊針對超過 1700 種職業、娛樂、社區等噪音源進行實際量測或整理文獻,發表了各項分貝數值[4],本文整理生活常見情境,並將分貝範圍達 75 分貝以上者,標為警示音量。

常見聲音音量分布。淺色底表示範圍,深色底表示平均值。圖/作者,製作自參考資料 4

現在我們來將分貝數對應 WHO 的「成人聲音暴露容許量」,以果汁攪拌機為例,平均音量是 82 分貝,一周應避免超過 25 小時的從旁聆聽,這似乎是件輕鬆的事!(除非你家開果汁店那就另當別論);然而交通機車噪音平均達到 98 分貝,一周應避免超過 40 分鐘的騎乘,對被譽為「機車王國」的台灣而言,似乎就沒有那麼容易。

隱形聽力殺手:環境噪音及娛樂噪音

交通機車噪音除了來自周遭車輛與自體引擎外,氣流吹向安全帽框所產生的風切聲(wind noise)也是一來源,因此噪音量與車速、安全帽種類都有關。早在 30 年前就有研究發現,當騎乘車速約莫每小時 50 公里,佩戴全罩式安全帽的耳邊噪音量較高,為 95 分貝、佩戴 3/4 罩安全帽的耳邊噪音量較低,為 89 分貝;隨著車速提高至約莫 80 公里,兩者分別上升至 103、98 分貝(Ross B.C. , 1989)。看來,機車族不僅要思考哪種安全帽可以保護頭部安全,還得思考該如何在騎車時也保護耳朵的健康。

騎個車也可能會讓自己過度暴露在噪音中?圖/pexels

此外,隨著 3C 產品與藍芽技術推層出新,聽穿戴科技(hearable tech)結合音樂通話、健康追蹤、導航等需求,已成為「人耳兩機」的時尚趨勢,但常見智慧型手機連接耳機的最大輸出音量高達 113.1 分貝[6],當我們使用耳機聆聽,更應當留意音量大小,特別是周遭環境較吵雜時,若為了蓋過捷運、鐵路等交通噪音而不自覺加大音量,結果恐怕得不償失。

「相等能量原理」不是算命神器,你的聽力也要靠自己努力

噪音性聽損實為多重致因、複雜表徵的疾病,不單與聲音大小有關,也不單只損害「察覺」聲音的能力。首先是個體的易感性(susceptibility),基因變異或高血脂將使個人對噪音的暴露更脆弱,而營養均衡的飲食或自體生成的熱休克蛋白(能維持細胞活性、幫助細胞修復的蛋白質)則可提高個人的保護力[7][8];再者是細胞損傷的針對性,噪音導致的暫時性聽損雖有機會恢復,但長期來看恐加速與老化相關的聽損,且噪音對聽覺神經結構的破壞,將使「分辨」聲音的能力也退步[9]。因此雖單靠相等能量原理難以完美詮釋終身的噪音危害,但作為基礎的估算仍有其價值。

善用工具!落實安全聆聽

為了盡可能減少噪音性聽損的風險,許多防音防護具(hearing protection devices)已經上市,除了一般通用的耳塞、耳罩,依照不同款式與材質、正確配戴與否,所能帶來的噪音衰減評比值(Noise Reduction Rating,NRR)在 0-35 分貝間[10];臺灣亦有不少助聽器公司,能由專業聽力師為我們取下專屬耳型(ear impression),再製作成客製化耳塞,更貼合個人的耳道以提高舒適。

在特殊製防音具中,分為基於音量水平(level-dependent)或基於頻率均等的衰減(uniform attenuation)。音量水平僅針對高音量衰減,而能保留安靜情境中較低音量的語音溝通需求,通常可應用在營造、紡織、航空等高噪職業。簡單來說,這樣的技術可以過濾機械運作時產生的大聲噪音,讓作業員較輕鬆聽到其他同事的說話聲。均等的衰減技術則考慮傳統耳塞對高頻率音的衰減大於低頻率音,因此在設計上利用聲學特性對高頻音產生額外共振,這樣就能留有貼近原音的清晰音質,可供音樂家、音響工程師,及講求高音質的大眾使用[11]

客製化防噪耳塞,結合內部音管做濾音功能,預期能達到頻率均等的衰減。圖/作者

人人在手的安全聆聽幫手

響應 WHO 與國際電信聯盟(International Telecommunication Union)在 2019 年提出的安全聆聽設備標準[2],許多手機與耳機製造商已開始著手在軟硬體端導入 WHO 的聆聽標準,可由「設定」內的「聲音與觸覺回饋/音效與震動」或下載應用程式做設定,功能雖因廠牌有異,但多涵蓋下述項目:

  1. 耳機高音量通知:當聆聽超過聲音累積允許量時發出通知提醒。
  2. 降低耳機高音量:選定設備最高音量限制,系統會分析耳機音訊並降低任何超出的音訊。
  3. 即刻檢視耳機音量:在聆聽音訊時,查看當前的音量變化。
  4. 個人化音訊調節:輸入專屬的聽力圖,系統能根據個人在不同頻率的聽力程度客製化調整音訊,使聆聽感受更清晰,或許你就能稍微調降整體音量,延長聆聽的允許時間。
  5. 累積耳機音量:部分根據耳道聲學,自動計算一段時間的耳內音量,標示使用狀況屬於正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周聆聽的餘額。
  6. 累積環境音量:自動計算一段時間的環境音量,標示正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周接觸的餘額。
為了一生的聽覺健康,記得落實安全聆聽的守則。圖/pexels

噪音對健康的影響不止於聽覺,也與睡眠障礙、新陳代謝與心血管疾病、兒童的認知表現下降有關[12]。因此不論先天的聽力基礎如何,聽力保健是人人都要關心的健康議題。大家不妨現在就拿起手機與耳機、開始設定,讓智慧 3C 發揮「智慧生活」的價值,協助你我「落實安全聆聽」吧!

參考資料

  1. World Health Organization. (2021). World Report on Hearing, 40,65. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/world-report-on-hearing
  2. World Health Organization. (2019). Safe listening devices and systems: a WHO-ITU standard, 15-16. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/9789241515276
  3. Berglund, Birgitta, Lindvall, Thomas, Schwela, Dietrich H & World Health Organization. Occupational and Environmental Health Team. (‎1999)‎. Guidelines for community noise, 35. Available at:https://apps.who.int/iris/handle/10665/66217
  4. Elliott H. Berger, Rick Neitzel, & Cynthia A. Kladden. 3M Personal Safety Division. (2015). Noise Navigator: Sound Level Database, 39-46 Available at:https://multimedia.3m.com/mws/media/888553O/noise-navigator-sound-level-hearing-protection-database.pdf
  5. Ross B. C. (1989). Noise exposure of motorcyclists. The Annals of occupational hygiene, 33(1), 123–127. https://doi.org/10.1093/annhyg/33.1.123
  6. Kim, G., & Han, W. (2018). Sound pressure levels generated at risk volume steps of portable listening devices: types of smartphone and genres of music. BMC public health, 18(1), 481. https://doi.org/10.1186/s12889-018-5399-4
  7. Le, T. N., Straatman, L. V., Lea, J., & Westerberg, B. (2017). Current insights in noise-induced hearing loss: a literature review of the underlying mechanism, pathophysiology, asymmetry, and management options. Journal of otolaryngology – head & neck surgery, 46(1), 41. https://doi.org/10.1186/s40463-017-0219-x 
  8. 張寧家(2011)。 影響台灣勞工噪音性聽力障礙易感性相關因子之研究。高雄醫學大學醫學研究所博士學位論文。 
  9. Wu, P. Z., O’Malley, J. T., de Gruttola, V., & Liberman, M. C. (2021). Primary Neural Degeneration in Noise-Exposed Human Cochleas: Correlations with Outer Hair Cell Loss and Word-Discrimination Scores. The Journal of neuroscience, 41(20), 4439–4447. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3238-20.2021
  10. Centers for Disease Control and Prevention, USA. (December 11, 2018). How Do I Prevent Hearing Loss from Loud Noise? Retrieved from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/how_do_i_prevent_hearing_loss.html
  11. Patricia A. Niquette. (Mar 7, 2007). Uniform Attenuation Hearing Protection Devices. Retrieved from https://hearingreview.com/hearing-products/uniform-attenuation-hearing-protection-devices
  12. Basner, M., Babisch, W., Davis, A., Brink, M., Clark, C., Janssen, S., & Stansfeld, S. (2014). Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet, 383(9925), 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-X

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