0

0
0

文字

分享

0
0
0

大腦地圖的起點:發現「布羅卡區」 │ 科學史上的今天:4/17

張瑞棋_96
・2015/04/17 ・1004字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

1861 年 4 月初,巴黎人類學學會的年會上爭論著大腦如何運作的問題:究竟大腦功能是整體運作的結果,或是不同腦區各自負責特定的功能?這兩派爭論已近半世紀,但都缺乏具體的證據足以支持己論或駁倒對方。此時特定區域論的奧布丹醫師 (Simon Auburtin) 在台上再度重申他岳父布依由 (Jean Bouillaud) 十三年前的賭注:因腦傷而失去說話能力的病患,其病灶一定是在前額葉,若有人能找到反例,他願奉上 500 法郎。

學會的發起人外科醫師布羅卡 (Paul Broca, 1824 – 1880) 坐在台下聽得興味盎然。他對此問題並未研究,也無特定立場,卻因緣際會成為拍板定案的關鍵人物。

就在一週後,醫院來了一個右腿嚴重感染的 51 歲病人,布羅卡注意到他除了「 Tan」這個音之外完全不會說話,但能聽得懂別人的話語。於是他進一步調查這位被稱為「 Tan」的病史,發現他是 30 歲以後才喪失說話能力,40 歲後右半身才從手臂到下肢逐漸癱瘓;目前的感染即是因為長期臥病在床而導致褥瘡。

4 月 17 日上午,「Tan」終因敗血症過世,布羅卡當天剖開他的腦袋取出大腦,果然在左腦額葉表面發現有個雞蛋大的傷口。布羅卡仔細觀察傷口的變化,並對照「Tan」的病史,推斷病灶始於額葉下方、眼眶之上的位置,這部位應該就是負責掌管說話能力。布羅卡繼續留意類似病例,在兩年內又從十二位病患的大腦確認了這個推論,成為史上第一位找出大腦特定區域之功能的人。為了紀念他的貢獻,左腦這個負責說話的部位就稱為「布羅卡區」。

布羅卡開啟了繪製大腦地圖的序幕,醫師與科學家們開始尋找大腦各個區域的職掌。隨著技術的演進,這幅地圖越來越精細,涵蓋的層面也越來越廣,包括知覺、運動、情緒、……等等。所以這代表特定區域論已取得全面勝利嗎?也不盡然。

就以說話能力為例,除了布羅卡區,其實還牽涉到韋尼克 (Wernicke) 區(韋尼克區損傷的病人雖然可以清楚地說出字詞,卻是亂無章法的組合,而他們也無法理解別人說的話)、聽覺皮質或視覺皮質、與運動皮質。事實上,任何心智活動都需要大腦各部位的協同運作,就像交響曲需要不同樂器一起演奏。另一方面,大腦裏的這些樂器必要時還能變換角色,彼此支援。

總之,大腦的運作遠比特定區域論者所以為的還要複雜,也更具彈性。布羅卡的發現成為大腦地圖的起點,而大腦地圖只是了解心智活動的起點。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

文章難易度

0

1
0

文字

分享

0
1
0
用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
160 篇文章 ・ 270 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

2
0

文字

分享

0
2
0
大腦是個很棒的東西,但是早期 Homo 的大腦不一樣
寒波_96
・2021/05/06 ・3267字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 487 ・五年級

大腦,是人類一大招牌特色。人類所屬的 Homo 曾經有過許多物種,最早的 Homo 誕生超過 200 萬年。新研究卻發現我們的額葉,要等到距今 170 萬年過後才形成。[1, 2, 3, 4]

人類簡史

人類的演化並非一步到位,而是延續數百萬年的漫長過程。已知紀錄中,最早的 Homo 化石距今 280 萬年,出土於東非;但是 200 到 280 萬年前這段期間,化石非常稀少。到了 200 萬年前左右,有巧人(Homo habilis)、魯道夫人(Homo rudolfensis)、直立人(Homo erectus),至少 3 種近親共存。

非洲以外最早的 Homo 化石,出土於亞洲西南部的喬治亞 Dmanisi 遺址,距今大約 177 萬年,一般認為是直立人,或是類似直立人的型號。但是更早以前,也許已經有其他人離開非洲。例如黃土高原便出土過距今 210 萬年的石器。

至於亞洲東部的直立人和其他古人類,像是北方的藍田人、北京人,南方的爪哇人、佛洛勒斯人(Homo floresiensis),都是距今 170 萬年以內的事了。一百多萬年來眾多 Homo 們之間複雜的交流、繼承、遷徙、取代、合體關係,曖昧難解。

現代化額葉是什麼時候轉型的?

大腦的改變,是人類演化史上非常關鍵的部分。但是頭殼是硬的,有機會形成化石;大腦軟軟的,幾乎不可能變成化石保存,又該怎麼研究呢?

幸好有些時候,大腦的形狀會印在頭殼上,就像軟體動物的印痕化石。這類樣本雖然稀罕,總是比沒有好,能夠提供極為寶貴的線索。

各地古人類以及他們額葉的演化。圖/參考資料 2

新研究比較不同地點、年代的古早頭殼,分析大腦組織的方式,特別是額葉(frontal lobe)。

額葉與認知、語言等功能有關,裡頭的布羅卡區(Broca’s area)對語言至關重要,可謂人之所以為人的一項基礎。

大腦是個很棒的東西,但是早期 Homo 的大腦不一樣

分析對象不只各色 Homo,也包括更資深的南猿。南猿超過 400 萬年前誕生,衍生出許多物種,一直到 200 萬年前全部滅團。Homo 當初應該就是由某群南猿改版而來,和其餘南猿共存了相當一段時間。

比較結果是:南猿的額葉和黑猩猩相似;而且連末代南猿,198 萬年前住在南非的泉源南猿(Australopithecus sediba)也不例外。上述結果並不意外,畢竟南猿的身體構造、體型、腦容量等特徵,和黑猩猩相去不遠。

那麼 Homo 呢?距今 200 到 280 萬年前期間欠缺樣本;約 200 萬年前的巧人,和南猿差別仍然有限;

值得玩味的是,已經離開非洲,喬治亞 177 萬年前的直立人,額葉組成竟然也還沒什麼改變!

各種古人類們的腦容量、年代、地理位置。大致趨勢是愈接近現代,腦容量愈大,不過納萊迪人 (DH3)、佛洛勒斯人(LB1)例外。圖/參考資料 1

之後大家都有了升級改版的額葉

要一直到距今 150 萬年前之後,才有明顯的轉變。在此之後,不論非洲的直立人、亞洲的直立人,或不太像是直立人的任何其他人,額葉組成都更接近我們。

此一階段另一顯眼的變化是,各地古人類的腦容量都變得更大。由此看來,額葉改版似乎和腦容量增大的趨勢一致。但是距今不是太久的 2 種小腦袋古人類:南非的納萊迪人(Homo naledi)、東南亞外海島上的佛洛勒斯人,卻可能也配備現代版額葉。

距今 20 多萬年的納萊迪人,以及數萬年前的佛洛勒斯人,某些形態特徵相當原始,生存年代卻相對晚近,因此難以判斷與其他人的關係,也不清楚他們的額葉在何時發生轉變。不過應該能夠判斷:腦容量和額葉組織的關係,並非完全一致。

另一點較為肯定的是,

距今 280 萬年前 Homo 首度誕生的時刻,額葉尚未改版,甚至到了一百萬年後,最早離開非洲的直立人也還沒有。額葉重組似乎發生在距今 150 到 170 萬年前,普及化是 150 萬年以後的事。

額葉組織再造,才能製作更複雜的石器?

不可忽略,額葉改變的年代,和石器技術發生轉型,更複雜的阿舍利(Acheulian)誕生的時期一致。

至今知道最原始的石器,拉米關(Lomekwian)出現於東非的肯亞,距今 330 萬年,不過僅限一時一地。超過 258 萬年前誕生的奧都萬(Oldowan),一直延續使用到幾萬年前。相比之下,176 萬年前首度於東非現蹤的阿舍利,手藝更為複雜。

從簡單的奧都萬到複雜的阿舍利,經過不短的 80 萬年,原因眾說紛紜。近來有研究指出,製作奧都萬或阿舍利時大腦的狀態不一樣,生產阿舍利時有更多腦區活躍(狀態和彈鋼琴意外類似)。

另一研究則認為,必需具備相當的溝通能力,才能傳承阿舍利的技藝。綜合來說,就是

需要更進階的認知與溝通能力,才能順利發展出阿舍利風格的石器。

比較簡單的奧都萬砍砸器,與比較複雜的阿舍利手斧。圖/改自 Wikipedia 的 Oldowan 與 Acheulean

最早的阿舍利出土於 176 萬年前,周圍沒有化石,不清楚工具人是何許人也。不過可以確定在阿舍利尚未發明以前,直立人已經離開非洲,而喬治亞直立人,以及之後亞洲東部的直立人,都沒有生產過阿舍利。

然而,假如說額葉改版,導致石器轉型,繼續追究下去就會面臨一個矛盾。原始版額葉的人,確實都只能做出簡單的奧都萬;但是升級版額葉的人,不見得就會生產阿舍利,仍有像東南亞的直立人-爪哇人那般,滿足於奧都萬。

論文推論是,較早的喬治亞直立人,和較晚的亞洲直立人之間沒有繼承關係;爪哇人這類亞洲直立人,是祖先在非洲升級完額葉以後,才再度離開非洲的移民後裔。如果論文的推論正確,他們配備改版過的腦袋,卻不會使用升級後的石器,將是個有趣的問題。

大腦是個很棒的東西,我希望每個人都有一個。

延伸閱讀

參考資料

  1. de León, M. S. P., Bienvenu, T., Marom, A., Engel, S., Tafforeau, P., Warren, J. L. A., … & Zollikofer, C. P. (2021). The primitive brain of early Homo. Science, 372(6538), 165-171.
  2. The enigmatic origins of the human brain
  3. Modern human brain originated in Africa around 1.7 million years ago
  4. Our earliest ancestors weren’t as brainy as we thought, fossil skulls suggest

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
178 篇文章 ・ 705 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

0

3
1

文字

分享

0
3
1
張瑞棋:我想呈現科學家榮耀的背後,和常人無異的一面
梁晏慈
・2016/03/31 ・2235字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

「以古為鏡,可以知興替。」如果能在過去、現在兩點拉出一條直線的話,未來的趨勢也有機會在我們掌握之中;當我們遇到困難時可以透過過往的經驗,幫助我們下判斷。這就是歷史的重要性!同樣的,歷史的脈絡可以幫助我們學習科學,而且還有機會發現科學家並不是我們想像中的神聖不可侵。2015 年 12 月 22 日在胖地台北,泛科學的專欄作者張瑞棋帶著《科學史上的今天》,和我們分享科學家背後鮮為人知的小故事。

24032111600_eeb5011598_o

「從小到大,科學家在我們心中非常偉大,無論是哥白尼的日心說,或者證明地心引力作用一樣的伽利略。這些科學家閃耀著光芒,直到越讀越多書後才發現,光芒的背後其實存在著陰影。這些科學家們的陰影來自信仰權威以及性別。」

信仰

普遍認為哥白尼的日心說之所以不被認可,是因為宗教的打壓。然而另一種觀點是由於哥白尼認為上帝創造的宇宙應該存在著完美對稱的幾何關係,也就是軌道應該是圓形的!但這會和他觀察到的天文現象不吻合,因此與其說日心說的發表示因為教會的壓力,其實哥白尼本身的執迷才是造成學說延宕的原因。又比如提出滅絕說的居唯葉,他認為物種會因為某些災難而滅絕,另一方面在創世後仍物種繼續被創造。由於他深信聖經的創世論,甚至抨擊達爾文的演化論,導致演化論的發展備受阻礙。

23959901819_f62a99b171_o
讓我們一起來聽聽科學家背後鮮為人知的故事吧!

權威

除了信仰外,有時候科學家利用自身權威、堅持己見,抑制別派學說,亦會影響科學的發展。你能想像西元十六世紀,醫生們拿著的解剖經典是出自於西元二世紀的蓋倫,且內容漏洞百出嗎?蓋倫是根據其動物解剖的經驗來推斷人體的內部構造,當然和人體的構造有很大的出入。但許多人不改抵抗權威,使得錯誤流傳千年。直到維薩留斯的出現,人體的結構才終於被了解。維薩留斯憑藉著大量的人體解剖經驗,推翻了多年來的理論,加上他有美術的長才,得以將知識快速的更新、傳播。

另一個為人所知的例子是牛頓萊布尼茲。在微積分發展上,英國推崇地位較高的牛頓提出的流數,而非萊布尼茲的微積分,這導致英國的數學研究落後其他歐陸國家。最後一個權威造成的悲劇,讓許多產婦賠上了性命。十九世紀,醫生塞默維斯發現由醫院接生的產婦死亡率遠遠高出了由助產士接生的。他推測原因是醫學系的學生在解剖完大體後沒有清潔,而將細菌帶給產婦。然而其他高傲的醫生們認為:醫生怎麼可能害人呢?而摒棄了塞默維斯的想法。

23699506794_7112b4cdaf_o

性別

女性在科學界受到的打壓也不少:在代數領域有傑出成就的埃米諾特,竟因其性別而無法擔任大學教授;華生看了羅莎琳.佛蘭克林的 DNA  X 光繞射圖片,終於發現了 DNA 的雙螺旋結構,並以此得到了諾貝爾獎。雖然華生得獎的時候佛蘭克林已過世,然而我們可以想像,在當時的社會氛圍下,即便她在世,女性科學家的得獎機率仍然很低;發現脈衝星的喬瑟琳貝爾其成就在天文界有目共睹,然而諾貝爾物理獎的獎座是被指導教授赫維許拿走;吳健雄透過實驗證實宇稱不守恆,但最後是理論學家楊振寧及李政道是拿到了諾貝爾物理獎。

有些時候科學家對抗的不是來自外界的輿論、權威,反對的力量反而是來自科學界:牛頓打壓虎克及萊布尼茲;愛迪生堅持使用直流電系統,並利用交流電椅製造世人對交流電的恐懼,藉此反對特斯拉的交流電系統;發明氫彈的泰勒對前主管歐本海默落井下石,聲稱歐本海默對美國不忠……

我想呈現的不只是科學家的榮耀,還有其與常人無異的一面

24327733915_4de03532ec_o

跟著《科學史上的今天》的腳步,我們可以發現科學家或許只在智力上比一般人高超,但其品性仍和常人一樣:他們也會忌妒、也會排擠別人、也會為了得到權力耍手段。如果大家能用平等的角度認識科學家,去了解理論後的時代背景,那學科學就不再只是背公式和定理,而是和一段段生命故事相遇的奇幻旅程。

 

梁晏慈
8 篇文章 ・ 1 位粉絲
梁晏慈,台灣大學化學系研究所。 喜歡聽故事、說故事,還有貓。