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為什麼你記得過去,卻不記得我了?失智症的發作過程——《大腦的悖論》

八旗文化_96
・2019/05/01 ・4807字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

令人讚嘆的是,這現象放諸四海皆準。

並非只有藝術界的大師,才能在大腦飽受退化摧殘時還持續創作。接下來,讓我們看看政治領域吧。而這也正是道德懷疑論者最愛爭論的領域。偉大的藝術家往往因為他們的公開形象相當正面,而被世人銘記,但重要的民意代表或政客,則可能是英雄也可能是梟雄,甚至兩面兼具。我們來列舉一些即使認知功能下降、甚至早期失智,但在政治圈依然極具影響力的例子。

失智面前,人人平等

放眼望去,最重要的美德,便是智慧。圖/epochtimes

柏拉圖在《理想國》﹙Republic﹚中說到:「放眼望去,最重要的美德,便是智慧。」是啊!我們總覺得有錢有勢的人擁有先天優勢,不管是物質方面還是生物優勢方面;事實上,可能連有錢有勢的人自己都這麼想——說好聽點這叫做有自信,說難聽則叫做驕傲自大。

然而,無論這是不是大自然的真理,失智的生理機制並不會因為患者是否富有、是否有權有勢,或是具備特定的道德標準就有所改變。我們才剛開始瞭解失智的病因與病程、瞭解失智如何剝奪人類心智,讓偉大的智慧被掏空,徒留一副困惑與不協調的軀殼。失智有許多不同型態,有些會讓大腦逐漸萎縮,有些則會造成多次小中風。更糟的是,他們往往會同時發生。

不管你是否富有,是否有權有勢,或是不是個仗義執言的好人,失智都會用各種可怕的方式, 逐漸侵蝕我們的心靈。接下來,你會非常訝異於過去甚至現在,居然有那麼多歷史上的重大決策,是由許多已進入失智病程的人,在大眾尚未察覺的情況下所做的。

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雷根總統接見川普。圖/wikipedia

這個想法,萌芽於多年前我協助雷根總統進行診斷之時。身為一個來自前蘇聯的難民,我在我那群紐約自由派知識分子的朋友中,一直是個異類。我相當仰慕雷根總統,而他還「解放」了我前半輩子所逃離的那個「邪惡帝國」。

因此,當我發現雷根總統可能罹患失智時,這可不是開玩笑,我真的有點難過。當時一般民眾還不知道,甚至連懷疑都沒懷疑過雷根總統竟會罹患阿茲海默症。事實上,當時雷根甚至還坐在白宮裡辦公。

雷根總統在第二任任期時,有時候會被記者問到比特堡的敬獻花圈事件。那是 1985 年,雷根總統無視於幕僚的建議,前往一個充滿納粹禁衛軍的墓地致意。那看起來就像是美國總統被當時的西德總理海爾穆.柯爾操控了;柯爾需要這樣的一個畫面,好安然結束他的政治生涯。當我看到雷根在電視專訪中回答記者問題時,左右搖動且不太協調的模樣,我打了通電話給我的神經外科醫師朋友吉姆.休斯(他同時也熱衷於外交事務),我說:「雷根得了阿茲海默症!」吉姆笑了,他不相信我是認真的、我不是在開開玩笑而已。

失智症前期的警訊

圖/wikimedia

聽起來雖然是很草率的診斷,甚至沒什麼必要性,但我認為我的判斷絕對比一般人更準確。擔任神經心理學家近二十年,我擅長臨床鑑別診斷,研讀、判斷、治療各種影響心智的神經疾病,對我來說如家常便飯。我也做了許多臨床研究,出版科學論文,也撰寫許多與大腦跟心智有關的書籍,在其中介紹了千百種大腦異常的狀況。這讓我那顆診斷腦,在所有人都還沒察覺到雷根總統的症狀前(甚至他本人也沒察覺),就能因他那不和諧的反應而響起警鈴。

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我對於雷根總統的預感不久之後果然應驗了。那是他總統任期的最後一天,我在電視上看著喬治.布希總統的就職典禮。雷根從侍衛前面走過,靠近為他準備的華麗皮椅,接下來他幾乎是跌進椅子裡的,而且馬上就陷入睡意,他的頭不斷在胸前點著。

「已經影響到腦幹啦……」

我對自己說。這暗示了掌控清醒機制、好讓我們足夠清醒的腦幹區域已受到影響。此刻我更加確認雷根總統的第二任任期,很可能是在失智症前期的狀態下度過的。

我對雷根總統罹患阿茲海默症的判斷,在他離開白宮後第一次在官方活動出現相關徵兆前便已確定。有一次,我看到雷根討論伊朗門事件的專訪,我對他的反應感到印象深刻與震驚。他坦誠地表示,他對於該事件沒有任何記憶,而對於專訪者丟給他的事件與相關人物名稱,他臉上充滿著困惑與不解。我和多數名嘴的想法相反,我真的認為雷根總統並不是在卸責,也非想要掩飾任何事實。做為一個有經驗的臨床學者,我相信他真的是不記得了。羅納德.雷根總統當時正經歷失智症前期。

大腦生病了。圖/pixabay

不久之後,我單憑電視節目做出的診斷,於一九九四年在梅約診所獲得正式確認,並揭露他的遺傳危險因子(他母親和哥哥也同時罹患了失智症)。這位前總統勇敢公開他的心智狀況,讓我和許多人由衷感到敬佩。而我之前對雷根總統的觀察,是否他當時真的處於失智症發病狀態,或是他還處在「神經退化」或「輕微認知退化」的灰色地帶,只是失智症即將到來的前兆呢?

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答案也許只是定義問題,畢竟我們在討論的本來就是大腦逐漸的分崩離析的狀態,而非突然的轉變。雷根的失智症在二○○四年告終,此時大約是在官方確診後十年。然而,我想實際病程應該比十年還要長得多。

失憶不等於完全失去記憶?

失去記憶,用專有名詞表達就是「失憶症」,一直都是神經心理學的關注焦點。毫不意外地, 記憶這麼複雜的機制可以有許多種瓦解方式。人很少會出現完全的失憶。所謂失憶,幾乎都是失去不同部分的記憶,而形成各種不同的失憶症。

在神經心理學領域,「順行性失憶症」和「逆行性失憶症」最大的不同在於:

順行性失憶症是在腦傷後因為難以學習新事物,而無法形成新的記憶。而逆行性失憶症,則是難以回憶起腦傷前所發生的事情。

如果一個人因為去年的車禍使腦部受到傷害,而回憶不起昨天在報紙上讀了什麼,那麼這人很有可能得到順行性失憶症。而如果這人不能想起在車禍前已經工作五年的公司名稱,那麼他很可能得到逆行性失憶症。腦傷後同時得到兩種型態的失憶症不算少見,在這樣的情況下,這位可憐的仁兄將無法回想起他最近所學的事物,也無法回憶起車禍前所發生的事。

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以我們現在對順行性失憶症與逆行性失憶症的瞭解,並不一定能夠釐清失憶是發生在車禍後的哪個時間點。如果車禍傷者之前相對健康,於車禍中受到了創傷性腦傷,那麼失憶發生的時間點就很容易釐清。但若患者已罹患失智,那就幾乎不可能釐清失憶的時間點了。畢竟失智的病程本來就相當緩慢,需要好幾年的時間。他或她很可能在很久之前就已經生病了,通常在幾年之前,而很難用月來衡量。

失智的病程相當緩慢,需要好幾年的時間。圖/shutterstock

即便失憶症的診斷相當複雜,容易陷入泥沼,但多年來,順行性失憶症和逆行性失憶症的概念,對於神經心理學家與神經學家來說,還是相當有用。這兩種失憶症常常會同時出現,但基於莫名其妙而非有邏輯的理由,順行性失憶症比較受到關注,並且常被認為比逆行性失憶症更常見也更嚴重。

我自己的臨床經歷並不認同這個相當普遍的假設。我認為,我們已看到常見的邏輯謬誤造成的效果,原本缺乏實證的事物,最後卻好像被證明了(因為研究者對於逆行性失憶症,不像對順行性失憶症付出一樣的心力,因此案例較少)。我自己總是對於逆行性失憶症感到好奇,我認為逆行性失憶症提供一道特別的窗口,讓我們能藉此瞭解資訊如何在腦中被整理與儲存。

失憶會從最近的事物開始遺忘

除此之外,逆行性失憶症也能告訴我們更多關於形成長期記憶的時間進程。當腦傷影響到過去的記憶時,並非所有的記憶都受到相同程度的損傷。幾乎無一例外的是,比起較久遠的記憶,近期形成的記憶受到的影響相對較大。我們稱這個現象為具時間梯度的逆行性失憶症。

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有些人在車禍中受到較嚴重的頭部傷害,可能會對近一兩個月的事情毫無記憶,嚴重者甚至對車禍前一兩年的事情都想不起來,但十幾二十年前的事情卻很難因此忘記。這樣的狀況和失智症患者的症狀相同。這就是為什麼,當有人只因為自己還記得中小學時代老師的名字就主張自己的記憶沒有變得太差時,這一點說服力也沒有。

一個阿茲海默症患者即便罹病多年,也可能對於很久遠的記憶相當清楚,然而近期發生的事卻在發病初期就已全然遺忘。

QUIZ。圖/pixabay

具時間梯度的現象,看似相當違逆直覺。多年以前,我對各種不同背景的朋友做了一項調查,要他們猜猜哪些記憶在罹患腦疾後最容易受到影響,是近期記憶還是遠期記憶?我讓他們憑著未受腦科學或神經心理學專業訓練影響前的常識猜猜看,結果他們無一人猜對,全都以為遠端記憶會先受到影響。逆行性失憶症這種違反常識的特性,臨床上對於鑑別腦傷引起的失憶、心理因素引起的失憶(如轉化症)或是純然的裝病,相當重要。

這樣的特性雖然讓毫無準備的一般大眾感到困惑,但同時也讓我們瞭解到長期記憶究竟是花多久時間形成的。如果說只仰賴大腦的迴響作用形成的記憶相當脆弱的話,那麼具有時間梯度的記憶就讓我們有機會去預估形成長期記憶所需要的時間歷程究竟有多長。結果發現,逆行性失憶症能影響到好幾年前,甚至十多年前的記憶。

回收?回縮?被找回來的記憶

目前得知海馬迴電燒術可能會導致逆行性失憶症,使得患者失去近十五年的記憶。這意味著,如果要形成更永久、相對不易破壞且能永久改變大腦結構的長期記憶,可能需要十五年以上的時間。這個過程極緩慢且需要時間逐步疊加,不會一夕之間就形成長期記憶。

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長期記憶需要時間緩慢形成,這是其具有時間梯度性的另一個特色――回縮。

現已知道,才剛在災難中受到腦部傷害的患者,常常會突然失去近幾年甚至近十年的記憶。但隨著時間過去,有些記憶會逐漸恢復,而且這些恢復的記憶都會回到原來該有的時間點上。

記憶失去的期間會漸漸回縮(這個用法過於隨興且不優雅,是過去科學家研究記憶時使用的專有名詞,有些科學家隨手寫著「回縮中的逆向性失憶症」或是「回縮中的時間梯度」)。正如逆向性失憶症有違直覺一般,失憶的「回縮」通常也有違大眾的直覺。亦即當記憶回復的時候,遠期記憶會比近期記憶更先回復。但回復的記憶很可能並不完整,有些近期記憶甚至永遠不會回復。

患者失去記憶的嚴重程度和腦受傷程度有關,每一個人都不太一樣。永遠喪失記憶是非常棘手且麻煩的。目前還沒有任何假說或真相藥水,能夠回復已經完全失去的記憶。任何試圖回復記憶的嘗試,都不過是對於神經心理學缺乏理解的表現。

十五年的「記憶」養成計劃

時間是記憶最大的敵人。圖/pixabay

由「收縮中的逆向性失憶症」陸續回復的記憶能讓我們瞭解到,長期記憶的形成需要非常長的時間。

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一個記憶形成的時間越久,會回復得越快。那些在腦傷前才剛形成的記憶,則往往脆弱到無法回復,恐怕將永遠消失。

因此,在形成記憶的過程中,最關鍵的阻礙就是時間。要在大腦中形成長期記憶,需要花上數年甚至數十年的時間。既然在物理世界中不存在永動機這種東西,大腦裡的生物電迴路迴響作用可能也持續不了多久,很快就會自行消失。事實上,它們的確在形成後不久就逐漸消失。大多數的迴路迴響作用,在記憶印痕於腦部結構形成之前就已消失不見。大自然看來相當保護永久記憶庫,要改變大腦結構並不容易。那麼又有哪些記憶能夠取得特權,通過神經網絡的艱難挑戰呢?靜待下章分解。

本文摘自《大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦》,2018年11月,八旗文化出版。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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「滿腦子塑膠?」–顯微鏡揭露健康危機
顯微觀點_96
・2025/12/02 ・2337字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文轉載自顯微觀點

塑膠垃圾早已是全球性的環境難題。除了塑膠製品丟棄成為海廢後,隨波漂流跨越國境影響生態外,大量廢棄物流入海洋、陸地並分解為塑膠微粒,可能隨著食物鏈進入魚貝類,最後再回到餐桌,在在引發健康疑慮。

大腦裡的塑膠湯匙

今年二月,一篇發表於《自然醫學》(Nature Medicine)期刊的研究指出,人體大腦中發現的塑膠微粒量大到相當於一整支塑膠湯匙,且可能與失智症相關,更是引發全球關注。

美國新墨西哥大學藥學系教授馬修・坎彭(Matthew Campen)的研究團隊,以 2016 年和 2024 年的死者器官樣本,分析微塑膠與奈米塑膠(microplastics and nanoplastics, MNPs, 後續統稱為塑膠微粒)在主要器官系統中的相對分布。

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過去透過顯微光譜學(visual microscopic spectroscopy methods)已觀察到肺、腸道與胎盤等器官中存在塑膠顆粒,但這些方法多半受限於觀察粒徑大於5微米的塑膠微粒,更細小的奈米塑膠則難以被偵測到。

因此,坎彭團隊結合化學分析與顯微觀察,運用了多種互補的技術,包括熱裂解氣相層析質譜儀(Py-GC/MS)、衰減全反射式傅立葉紅外線光譜儀(ATR–FTIR),以及搭配光學與電子顯微鏡,為分析化學提供「看得見的」證據。

他們證實了人體腎臟、肝臟和大腦中皆存在塑膠微粒,主要成分為聚乙烯(PE),其他聚合物濃度則較少。而和肝臟或腎臟相比,腦組織中的聚乙烯比例更高。以透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy, TEM)觀察到腦中的塑膠微粒呈奈米級碎片狀,尺寸多小於 200 nm,寬度不到 40 nm。

研究團隊在平均年齡 45 至 50 歲的死者腦組織中觀察到,每克腦組織約含 4800 微克的塑膠微粒,佔腦質量的 0.48%;且相較於 2016 年樣本,2024 年的大腦塑膠量增加近 50%。

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「這意味著我們大腦的 99.5% 是腦,其他則是塑膠。」坎彭如此說道。

團隊分析失智症患者的腦樣本後發現,塑膠微粒濃度更高,且明顯分布於發炎細胞區域與血管壁沿線。研究推測失智症與塑膠微粒之間可能存在關聯,但尚無法證明因果。因為失智症典型症狀如腦萎縮、血腦障壁受損與清除機制不佳,也可能導致塑膠微粒更易累積、濃度升高。因此,仍需改進分析技術與更大規模的研究,以釐清塑膠微粒對神經健康的真實影響。

腦組織發現塑膠微粒
使用偏光顯微鏡和電子顯微鏡觀察腦組織切片,發現存在塑膠微粒。圖片來源:坎彭團隊研究論文(Fig. 2)

調查塑膠微粒的名偵探

要找出肉眼看不見的塑膠微粒,無疑像大海撈針一樣,而這正是顯微鏡技術發揮關鍵作用之處。

顯微鏡是目前辨識塑膠微粒最重要的工具之一。由於塑膠顆粒的尺寸從幾毫米到幾奈米不等,外觀、顏色、透明度差異極大,肉眼觀察幾乎無法分辨。透過顯微鏡,不僅能觀察形態與結構,還能搭配光譜分析,確認化學組成。

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光學顯微鏡是最基礎的工具,可快速辨識顏色、大小與形狀。若搭配偏光濾鏡或螢光染劑,可提高透明塑膠的辨識度。這種方法操作簡便、成本低,常用於初步篩選樣本,但解析度受可見光繞射限制(約200 nm),對奈米級塑膠仍力有未逮。

而螢光顯微鏡與共軛焦雷射顯微鏡則能提供更清晰的影像與深度資訊,適合觀察顆粒在細胞或組織內的分布。不過,染劑與天然有機物反應時,仍可能造成誤判。

當需要更高解析度時,便是電子顯微鏡登場的時候。掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)能清楚呈現微塑膠表面的粗糙度、裂紋與附著物;若結合能量散射 X 光譜(EDS),還能分析表面元素,確認是否為碳基塑膠。穿透式電子顯微鏡(TEM)則是研究奈米塑膠的關鍵,能觀察到顆粒內部結構與與細胞交互作用的情形。

除此之外,原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)也是研究塑膠微粒的重要工具。它以極細的探針在樣本表面掃描,達到原子級的立體圖像,不僅能觀察顆粒粗糙度,還能分析硬度和附著力,對研究塑膠老化或表面污染吸附特別有用。

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另一方面,由於單靠影像無法證明顆粒成分,因此常會結合如微傅立葉紅外光譜(μ-FTIR)或微拉曼光譜顯微鏡(μ-Raman)等光譜分析技術,準確辨認不同聚合物類型。

坎彭團隊的研究正是運用這些技術層層驗證,不同顯微影像共同構成一條完整的證據鏈,塑膠微粒在人體中的分布情形得以現形。

先以偏光顯微鏡觀察、定位組織切片中的「折射性顆粒」,並在肝、腎中見到1–5 µm的桿狀或顆粒狀結構,以及在腦部觀察到小於1 µm的顆粒。

再利用掃描式電子顯微鏡(SEM)搭配能譜分析(EDS)觀察這些「疑似塑膠」的顆粒表面形貌與化學組成,驗證這些顆粒是主要由碳與少量氧構成,而幾乎沒有金屬或矽元素的塑膠。最後使用穿透式電子顯微鏡(TEM)來觀察奈米級的塑膠微粒。

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從光學顯微鏡到電子顯微鏡,從紅外光譜到拉曼分析,這些儀器不只完成研究採樣,更是環境真相的揭露者。每一項技術都像是不同層級的偵探工具,拼湊出塑膠在環境與人體之間的行蹤。

塑膠顆粒
塑膠微粒可能隨著食物鏈進入魚貝類,最後再回到餐桌。圖片來源:Adobe Stock

參考資料:

  • Nihart, A.J., Garcia, M.A., El Hayek, E. et al. Bioaccumulation of microplastics in decedent human brains. (2025). Nature Medicine,31, 1114–1119https://doi.org/10.1038/s41591-024-03453-1
  • Kalaronis, D., Ainali, N. M., Evgenidou, E., Kyzas, G. Z., Yang, X., Bikiaris, D. N., & Lambropoulou, D. A. (2022). Microscopic Techniques as Means for the Determination of Microplastics and Nanoplastics in the Aquatic Environment: A Concise Review. Green Analytical Chemistry3, 1–54.
  • Human brain samples contain an entire spoon’s worth of nanoplastics, study says

延伸閱讀:

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顯微觀點_96
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【成語科學】老馬識途:馬的記憶力好嗎?
張之傑_96
・2025/06/28 ・1309字 ・閱讀時間約 2 分鐘

一段來自春秋戰國的故事

介紹這個成語,先要簡單談談周朝的歷史。

周武王建立的周朝,傳到周幽王,已是第 12 代。周幽王寵愛褒姒,做了不少糊塗事,弄得國家亡了,自己被殺。繼位的周平王,把國都從鎬京(今西安)遷到雒邑(今洛陽),史稱東周。遷都以前,史稱西周。

東周分為兩個階段,前期稱為「春秋」,後期稱為「戰國」。春秋時,周王仍有天下共主的名義,但已不能號令各諸侯國,於是北方邊疆民族開始騷擾中原。齊桓公在大政治家管仲的輔佐下,提出「尊王攘夷」(尊崇周王,排除夷狄)的口號,藉以號令其他諸侯國,成為春秋時期的第一位霸主。齊桓公之後,還有四位霸主,史稱春秋五霸。

成語「老馬識途」,出自於齊桓公與管仲的故事。圖 / wikimedia

齊桓公提出的尊王攘夷,不只是個口號,還付諸行動。西元前 663 年,北方的孤竹國入侵燕國。燕國向齊國求援,齊桓公親自率軍出征。去的時候是春季,打敗孤竹國時已是冬季,從春暖花開到地上積雪,由於景物變化太大,以致找不到去時的道路。

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大家正在不知所措的時候,管仲對齊桓公說:「主公不要憂慮,據說老馬認識走過的路,讓我們試試吧。」於是挑選了幾匹老馬,讓牠們在前面行走,軍隊跟在後面,果然找到去時的道路。這個故事就是成語老馬識途的出典,記載在《韓非子》這本書上。

 因此,老馬識途的含意,比喻有經驗的人對事情較為熟悉。說到這裡,循例造兩個句吧。

 要不是他老馬識途,我們進入這片森林,肯定迷路。

你老馬識途,這次前往小琉球旅行,就由你帶隊吧。

短期記憶差,長期記憶卻超強

談到這裡,該談談老馬識途的科學意涵了。馬的短期記憶很差,只能維持十幾秒,因此馴馬時,馬犯了錯懲罰牠,可能早已忘記剛才做了什麼。然而,馬的長期記憶卻好得出奇,甚至比人類還要好。馬一旦學會某件事,就會永遠記得。實驗證明,馬可以在十幾年後,仍記得和牠相處過的人呢。

馬的短期記憶力雖然很差,但長期記憶力卻十分驚人。圖 / pixabay

因此馬曾經經常走某一條路,牠是會牢記不忘的。不過由於馬的短期記憶不佳,所以先決條件是:要走過許多次才行。以管仲讓老馬帶路的例子來說,那些老馬肯定曾經在這一帶來來往往。章老師猜想,管仲挑選的幾匹老馬,或許是當地的老馬,而不是從齊國帶去的老馬。

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馬的長期記憶力好,還有個故事可以證明。唐代宮廷訓練馬匹跳舞,稱為「舞馬」。西元 755 年,爆發「安史之亂」,叛軍攻陷長安,叛軍首領安祿山看過舞馬表演,擄去數十匹。安史之亂結束後,這批舞馬被唐軍接收,把牠們當成一般戰馬飼養。有一天軍中宴會,鼓樂聲響起,舞馬習慣性地隨著節拍跳舞,指揮官以為是馬怪,命令士兵鞭打,牠們仍然跳個不停,最後竟然被打死了。

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