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為什麼我們該遵守大腦勞基法,當個不熬夜的好雇主?

活躍星系核_96
・2018/03/14 ・1659字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 536 ・七年級
  • 作者/許家綸:尋常一般的神經科醫師
source:Tambako The Jaguar

不論是為了打電動、追劇、考前抱佛腳、趕工作進度或是要照顧小孩,大家一定都有過熬夜的經驗;身體還年輕的話或許在熬夜隔天依舊可以神采奕奕的上早八,但對像我這樣的中年男子來說就影響甚鉅了!熬夜隔天沒睡飽的大腦狀況會特別糟,不只專注力會大幅下降,思考時還會頭痛欲裂,像是嚴重生鏽的馬達完全卡死。

到底,熬夜對大腦的傷害是什麼?一夜好眠對大腦來說有何意義呢?

via giphy

表面上,睡覺似乎是個費時又不經濟的行為;但背地裡,就算是睡覺時我們的大腦可沒閒著。當我們每晚闔上眼,大腦就自動開始「系統更新」。進入睡眠後,大腦就能杜絕掉外界的干擾,在短短數小時裡全神貫注地處理清醒時的經驗,新的學習會在慢波睡眠時期(Slow-wave sleep)與舊有記憶內容作連結,並在動眼期(REM sleep stage)進行突觸的強化1。等到我們一覺醒來,便可以裝備著升級版的大腦,繼續記錄著全新的人生體驗。

你的腦袋比你想像的更勤勞!

大腦比你想像的還要勤勞,不只睡覺時會進行系統更新,白天時就算你啥事都沒做的整天發呆,大腦中稱之預設模式網路(Default mode network)仍然暗自活躍著;這組由楔前葉(Precuneus)、外側頂葉與內側前額葉(Medial prefrontal cortex;mPFC )組成的網路2,隨時繃緊神經聽候你的新指令。

大腦中預設模式網路之 MRI 影像。By John Graner @wiki

日夜操忙的大腦也會產生大量代謝廢物,其中包括乙型類澱粉蛋白(Aβ),一種被認為是阿茲海默症的致病元兇。那麼大腦該怎麼處理這些勞動債呢?

睡眠中的大腦還會兼當清潔工

利用基因轉殖老鼠(APP/PS1 mode),科學家發現它們腦中可溶性Aβ 的濃度隨覺醒而增加、進入睡眠後減少3,這暗示睡眠的大腦還兼職打掃,透過某種機制送走代謝廢物。但假若長時間不休息,可溶性Aβ 會累積成類澱粉斑塊(amyloid plaque)後,就不容易被清除,逐漸累積的類澱粉斑塊會進一步破壞睡眠結構,間接影響清潔的工作效率,形成一種惡性循環4

勞動債真是負債容易還債難啊。圖/tlparadis@flickr

而一整夜的睡眠中,並不是每段時期都是最佳清潔時間。

清潔效率最好的時刻發生在非動眼期(Non-REM sleep),尤其是最深沉的、我們稱之為慢波睡眠時期(slow wave sleep);在這段期間,大腦的整體活性不但被降至最低,清除 Aβ 的效率更是清醒時的兩倍5,可說是「黃金打掃時間」!只不過,這種慢波睡眠會自中年開始逐量遞減,75 歲之後剩不到 10%,所以上了年紀之後,才會越來越沒有熬夜的本錢了啊。

說到睡覺,勿忘秒睡達人大雄。via 57gif

除了基因轉殖老鼠,在睡眠呼吸障礙(sleep disorder breathing)的老人也有類似的觀察,這群人常因半夜缺氧容易覺醒、睡眠片斷、深度的慢波睡眠驟減,長遠下來,智力退化的風險更高6。這樣看來「不睡覺會變笨」,還真是有點科學證據。

話又說回來,每天我們大腦無怨無尤地做了這麼多事,身為雇主的唯一能回報的,也就是賞它一個香甜的美容覺吧。

這麼說的話,睡美人除了是整個國家最美的人,也有可能是腦子最清楚的人!?圖/ Victor Gilbert@wikimedia

參考資料

  1. Diekelmann S,Born J. The memory function of sleep. Nat Rev Neurosci 2010;11:114–126
  2. Jagust WJ,Mormino EC. Lifespan brain activity,β-amyloid,and Alzheimer’s disease. Trends Cogn. Sci. 2011; 15:520–
  3. Roh JH,et al. Disruption of the sleep-wake cycle and diurnal fluctuation of β-amyloid in mice with Alzheimer’s disease pathology. Sci. Transl. Med. 2012; 4:150ra122.
  4. Ju YE,et al. Sleep and Alzheimer disease pathology–a bidirectional relationship. Nat Rev Neurol. 2014; 10:115–119
  5. Mander BA,Winer JR,Jagust WJ,Walker MP. Sleep: a novel mechanistic pathway,biomarker,and treatment target in the pathology of Alzheimer’s disease? Trends Neurosci 2016;39:552–566
  6. Yaffe K,et al. Sleep-disordered breathing,hypoxia,and risk of mild cognitive impairment and dementia in older women. JAMA. 2011; 306:613–619

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活躍星系核_96
756 篇文章 ・ 72 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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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。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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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》