電影片源哪裡找？科學家利用 CRISPR 把影像儲存在大腸桿菌的DNA！

• 作者／顯微觀點
• 本文轉載自顯微觀點《第一張複雜腦圖譜：果蠅連接體》

2024年10月，神經科學的劃時代里程碑，成年雌果蠅完整大腦神經圖譜系列研究，發表在《自然》期刊（Nature）。此圖譜詳盡至果蠅腦中每一條神經的所有分支、每一個突觸的尺寸和型態，這樣的腦神經圖譜稱為「連接體」（connectome）。要繪製完整成熟雌性果蠅連接體，需要辨識近14萬個神經元（神經細胞）與其間的5千萬個突觸（不同神經元的連接處）。

「世上還沒有另一個如此複雜的成年動物全腦連接體。」

馬拉．莫西／普林斯頓大學神經科學研究所長

普林斯頓大學神經科學研究所長馬拉．莫西（Mala Murthy）、神經科學與電腦科學教授承現峻（Sebastian Seung）率領跨國科學團隊建造果蠅連接體雲端平台「FlyWire」，並在《自然》同時發表12篇論文，以《成熟大腦的神經連接圖》（Neuronal wiring diagram of an adult brain.）為旗艦研究，展現果蠅大腦的完整神經迴路，包含8453種神經元的構造與位置，其中4581種為本系列研究的新發現。

連接體開拓腦科學高速公路

有了詳細的腦神經地圖，科學家得以規劃嶄新的神經科學研究路徑，更加直接、詳盡地實驗神經構造與行為之間的關聯。例如，按圖索驥蒐集所有關於果蠅「剎車」動作的神經元，建構完整的動作神經網路，找出過往研究方式所遺漏的因素；或是利用果蠅連接體推論出「觀看」等動作的完整神經活動，捕捉新的神經科學現象。

生物資料科學家更進一步利用此完整連接體搭配演算法建立一個虛擬蠅腦，不僅完全重現神經元線路，更能及時推算各神經訊號的傳輸路徑與功能，模擬果蠅的真實腦內活動。接收初始訊號之後，這個虛擬蠅腦啟動一連串神經訊號，最後以運動神經元控制肢體作為結果，就像活生生的果蠅在對環境刺激進行反應。

讓神經科學換檔加速的果蠅連接體，在「FlyWire」網站向公眾徹底開放。由公眾人力與人工智慧合力打造的龐大資料庫，現在平等地提供研究資源，科學界認為，FlyWire的完整度與開放性將大幅加速人類大腦的解密。

「蠅」來連接體學大躍進

人類大腦含有超過500億個神經元，形成上百兆個突觸，具備了人工智慧還無法達成的認知、思考與創造力。若能理解人腦的基礎運作方式，科學家有機會找到帕金森氏症等退化性腦部疾病的解藥，或是掌握思覺失調症等精神疾病的生理機制。甚至逐漸實現承現峻的科學狂想：以連接體科技上傳記憶與意識，讓人類達到永生。

發展四十年後，連接體學家終於掌握了果蠅大腦，這個器官最寬處不到0.75毫米，渺小如塵埃，其中蘊含的連接體奧秘卻超越過去累積的科學資料。以果蠅連接體完成博士學位的多肯沃（Sven Dorkenwald）比喻，果蠅連接體彷彿是一座茂密森林，神經元猶如樹木，可以透過根系彼此溝通。但在空間比例上，果蠅的某個視神經橫跨全腦連接雙眼，有如一棵紐約的樹木能夠和位在洛杉磯的樹木互通聲息。

相對「頭腦簡單」的線蟲與果蠅幼蟲缺少成年果蠅的複雜行為與反應，成年果蠅卻與人類共享許多認知功能與神經生理反應。例如：辨別同類、劃分地盤/食物、求偶交配等行為，以及時差、酒醉、咖啡因亢奮等特殊生理狀態。

果蠅：當前最佳人腦模擬器

在動物行為領域，果蠅大腦與人類大腦面對許多相似的問題，如何前往目的地、判斷氣味來源、觀察周遭物體的移動，以及複雜的社會性行為，如歌唱求偶、爭奪資源；以及注意力與情緒調節等。從神經科學技術的現實面來看，果蠅大腦也是最適合進行全腦研究的複雜連接體，現有科技僅能對斑馬魚、小鼠的大腦進行分區重建。

「連接體研究需要夠複雜但體積不太大的腦，果蠅正好位在這個甜蜜點上。」

馬拉．莫西

莫西實驗室深入研究果蠅行為，發現果蠅的生存、繁殖行為蘊含複雜的模式。例如，雄果蠅演奏求偶時，會依照雌果蠅與它的距離改變演奏的音量與編曲，並追隨雌果蠅。運用FlyWire，莫西團隊清點雌果蠅中腦關於聽覺的600多個神經元與其突觸，辨認出20種新的神經元，發現其功能網路比過往所知更加複雜。

莫西團隊發現，雌果蠅聽覺迴路中，神經元的回饋訊號可以憑藉音訊特徵進行預測，未來可以據此模型預測真實雌果蠅對「情歌」的回應行為。或許我們深深自豪的音樂品味也刻劃在我們的腦神經細胞之間，只是和我們的連接體一樣，比果蠅的複雜萬倍。

在基因層面，果蠅與人類共享約60%的基因，包括學習、時差反應與唐氏症相關的基因。接近3/4的人類遺傳疾病能在果蠅DNA中找到對應的基因。因此，完整的成年果蠅連接體被視為通往人類大腦奧秘的橋頭堡。

美國太空總署（NASA）在1947年將果蠅送上太空，作為地球生命前往太空環境的實驗品。牠們竟生還返地，為太空人開拓了道路。作為經典模式生物，果蠅相關研究獲得6項諾貝爾獎，生理學、神經科學與行為學領域已累積豐富資料，搭配完整連接體圖譜的跨領域研究，勢必能帶人類深入探索腦宇宙。

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《手舉不高、痛到睡不著，盤點肩膀痛原因（圖文懶人包）》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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肩膀是由上臂肱骨、肩胛骨、與鎖骨共同組成的部位。要投球、要捉背，我們都會動用到肩膀，不過當肩膀活動度很大，相對就比較不穩定，造成疼痛的機會也不少。最常引起肩膀疼痛的原因是肌腱發炎、滑囊發炎、肌腱撕裂、以及關節發炎。

肩膀痛的可能原因

•  沾黏性肩關節囊炎

滑囊是一小包充滿液體的囊袋，位於在骨頭與肌肉、肌腱等組織之間做為緩衝，讓肌肉收縮活動的過程中可以減少與骨頭的直接摩擦。

不過，過度使用肩關節可能會導致滑囊發炎，患者剛開始覺得痛，但是後來主要覺得僵硬，肩膀主動性與被動性活動度減少，穿衣服、梳頭髮、洗澡搓背等動作都會受限，也就是俗稱的五十肩。

延伸閱讀：五十肩要開刀嗎？ – 冰凍肩

• 肩旋轉肌夾擠或肌腱炎

夾擠症候群（Impingement syndrome）與滑囊炎與旋轉肌肌腱炎（Overuse tendinitis）高度相關，大家可以看著圖片想像一下，肩峰骨頭的下方是滑囊與旋轉肌，當我們要把手往上舉，肩峰骨頭對滑囊與旋轉肌的壓力就愈大，萬一本身有滑囊發炎或旋轉肌發炎的人，症狀就會更明顯，只要肩膀做外展、外旋動作時就會感到疼痛。不過，與五十肩不同的是，旋轉肌夾擠患者的肩膀活動度大致正常，不影響肩膀的主動性或被動性活動度。

延伸閱讀：肩膀痛痛的 – 夾擠症候群

• 肩旋轉肌撕裂傷

旋轉肌是四條肌肉的總稱，這四條肌肉分別是棘上肌、棘下肌、肩胛下肌及小圓肌。每次上臂外展或外旋時，都需要旋轉肌的作用。長期磨損、年紀大會帶來退化性變化，可能出現旋轉肌撕裂傷（Rotator cuff tear）。患者先是覺得肩膀做外展、外旋動作時感到疼痛，夜晚時感覺到肩膀患側的疼痛，痛到不好睡，尤其若靠著患側睡會很痛，後來發現肩膀無力做外展、外旋動作。由於旋轉肌撕裂傷與反覆活動造成的退化磨損很有關係，通常患者年紀大於四十歲。

延伸閱讀：手臂舉不起來，睡覺不動肩膀也好痛！為何我會有「旋轉肌撕裂傷」？

• 二頭肌肌腱炎或肌腱斷裂

二頭肌在上臂肱骨的前側，其肌腱也可能會發炎或裂開。與旋轉肌撕裂傷不同的是，二頭肌肌腱炎或肌腱斷裂會讓人痛在肩膀的前側，例如患者會說舉物、提物時容易痛，手舉過頭也會痛，且有時會伴隨無力。

• 肩關節退化性關節炎

相較於膝關節炎或髖關節炎來說，肩膀這裡的退化性關節炎較少見，萬一發生的話，常常與患者過去受過外傷有關，或本身從事的職業（例：投手）會經常磨損肩關節。患者會於中年時漸進性感覺到肩膀前側與深處的疼痛，同時也容易變得僵硬，主動與被動性的外展和外旋動作減少。

肩膀痛的檢查

當患者因肩膀痛就診，醫師會先了解這個痛是怎麼產生的，是突然某個動作引起的，還是慢性愈來愈嚴重的？接著醫師會檢查患者肩膀是否有任何的腫脹、變形、或肌肉無力，並確認患者主動動作與被動動作是否受到影響。有必要的話會安排X光、電腦斷層、核磁共振等影像檢查確認骨頭與肌肉、肌腱等軟組織狀況。

肩膀痛的復健

確認肩膀痛原因後，我們會比較了解如何面對肩膀痛。如果是反覆的脫臼，或是較嚴重的旋轉肌撕裂傷，可能會需要用手術治療。但大部分因其他狀況而肩膀痛的患者可以因為休息、適當的復健、及改變肩膀活動而有改善。

延伸閱讀：肩膀僵硬怎麼辦？每日七招自救

• 作者／照護線上編輯部
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過年前你是否也趕緊預約了染髮燙髮，讓自己在新春煥然一新，頂著美美的頭過年呢？現在染髮非常普遍，想蓋掉白髮、追星、展現個性時，似乎都要染個頭髮。不過，你是否考慮過染髮對健康的影響呢？

染髮與健康風險

在討論染髮劑的安全性時，我們要認識一個成分：Para-phenylene-diamine，簡寫為PPD，中文是「對苯二胺」。市面上許多染髮產品會含有對苯二胺（PPD），尤其是在灰黑色調、藍紫色調、和棕色調的染髮產品，因為對苯二胺可以加速染色過程，讓顏色變深，而有了廣泛的用途。

對苯二胺（PPD）是種煤焦油衍生物，它本質上沒有毒性，但氧化後會在複雜的反應中釋放出幾種代謝物和中間體。因此當身體部位直接暴露許多對苯二胺，可能會導致過敏性皮膚炎，或讓關節疼痛和僵硬、結膜炎，有些人則會引發支氣管炎。

染髮可能影響腎臟功能？

中等劑量的對苯二胺（PPD）與其代謝產物會毒害腎實質組織，氧化後也會再轉為腎毒性物質，還會透過溶血傷害腎小管，讓人在第一週內引起急性腎衰竭。

誤用染髮劑可能致死

在一些亞洲與非洲發展中國家，居民甚至可能會拿染髮劑作為自殺用途！在故意攝入含有對苯二胺（PPD）的染髮劑後，有一半以上的患者會出現急性腎衰竭、呼吸窘迫等狀況而死亡。

一篇在蘇丹進行的研究收集了30名有明顯染髮劑中毒症狀的成年人，發現其中近九成的患者腎功能變差，而需要進行血液透析。而且患者症狀的嚴重程度與攝取的對苯二胺（PPD）量直接相關，強調了對苯二胺對腎功能的毒性。

當然，這兩個研究說的都是「直接服用染髮劑」而造成生命危險，如果是把染髮劑作為正常染髮用途，會有怎麼的狀況呢？

小心使用染髮劑

一般我們認為，在大量接觸 PPD（特別是透過攝取）的情況下，很容易造成急性腎損傷，但標準局部使用染髮劑相關的風險似乎很小。

然而早在1924年，就有醫學案例報告一位替客人染髮時沒帶手套的造型師，因為皮膚吸收了過多的對苯二胺（PPD），而引發反覆的癲癇發作。

2018年有個案例報告指出，一位32歲的健康女性在染髮之後，開始有上腹痛、嘔吐等狀況，染髮四天後被送到急診，發現已有急性腎衰竭與支氣管炎等狀況，經過一番治療才穩住。她回憶當時美容院的通風不良，導致她吸入過量的對苯二胺（PPD）。這大概是我們目前找到屬於「正常染髮使用」卻影響「健康年輕人」腎臟功能的報告。

目前，嚴重的腎臟併發症主要與大量接觸對苯二胺（PPD）有關，我們可以得出幾個結論：

• 避免攝入染髮劑
• 保持染髮時的通風良好：雖然目前沒有證據支持透過頭皮使用染髮劑會對腎功能造成重大風險。然而，請記得在染髮過程中要保持通風，否則會增加呼吸道吸入與皮膚吸收對苯二胺（PPD）的量。（可能是2018年的年輕女性案例會接觸到過量對苯二胺的原因）
• 腎臟病患者應謹慎使用染髮劑：患有腎臟疾病的人或經常使用含有高濃度 PPD 的染髮劑的人應該謹慎行事。如果你本身有腎臟疾病，會因為個人需求常常在染髮，最好選擇 PPD 濃度較低，或不含 PPD 的染髮劑，來降低腎臟損傷的潛在風險。
• 「天然」標示的產品不一定更安全：不要以為標示「天然」就很安全。標示天然的染髮產品還是有化學成分，更可能是添加了未標示的化學物質。了解染髮產品的成分並選擇更安全的替代品可以幫助減少任何潛在健康危害。

染髮之外，紋身、身體彩繪也要小心

除了染髮之外，暫時性的身體紋身，像是一些深色的手部彩繪，也可能會用到對苯二胺（PPD）。案例報告顯示曾有阿拉伯女性在手部彩繪後，因為對苯二胺的毒性而出現嚴重的肺水腫與過敏，有的人則是出現嚴重的水泡和疤痕。雖然在多數地區都有禁用對苯二胺（PPD）於身體彩繪、紋身的規定，但在嘉年華會、市場、觀光地區等，使用對苯二胺的狀況還是很常見。請記住，紋身墨水的成分通常沒有經過嚴格控管，製造商也不會公開配方，造成健康風險危害的機會其實不小喔！

腎臟損傷之外，染髮可能造成的癌症風險

在2020年有一篇刊載於《英國醫學期刊BMJ》的研究，追蹤了117200位美國女性超過36年，發現個人使用的染髮與多數的癌症沒有明顯相關；不過，染髮似乎增加了患者罹患基底細胞癌、乳癌、卵巢癌的機率。2022年的研究則發現，染髮提高了男性罹患攝護腺癌的機率。

既然染髮可能會讓女性更容易罹患乳癌、卵巢癌，男性更容易罹患攝護腺癌，代表部分的染髮成分可能還是有致癌性質。

染髮前停看聽！

染髮已經是許多人生活的一部分，但常見的事情不一定正確或必要，染髮劑中的對苯二胺（PPD）可能帶來健康風險，包括皮膚過敏、腎臟損害，甚至某些癌症風險。當你上美容院或自行選購染髮劑的時候，還是要仔細看看，選擇 PPD 濃度較低或 PPD-Free 染劑，並在染髮過程使用手套，減少皮膚接觸；保持通風，避免吸入PPD。最好不要頻繁染髮，降低累積風險。