• 作者／許家綸：尋常一般的神經科醫師

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？

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。

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。

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。

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。

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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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。

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。

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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