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記憶好?記憶差?打開記憶的黑盒子

Jacky Hsieh
・2012/06/05 ・1885字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 506 ・六年級
photo credit: ali edwards via photo pin cc

你還記得一周前的晚餐吃了什麼嗎?有可能已經不記得了!但如果問你上一餐吃什麼,你卻可以清楚描述盤子裡的食物是什麼。為什麼記憶此一時彼一時?上週晚餐的記憶是想不起來或是,它早已消逝?

我們處處都用視覺記憶(Visual Memory),從記得剛剛走過你身邊的陌生人長什麼樣,到記得上一次你看手錶的時間,如果沒有視覺記憶,便無法存取我們所見,更遑論回憶提取它了。就像電腦的記憶體容量會限制存取能力,視覺注意力的大小也與許多高階認知功能有所關連,包括學業成就,解決新問題的能力,或是對事情的理解能力等等。所以了解視覺記憶力如何使得這些心智運作完整,以及如何因為其大小限制運作情形,便顯得相當重要。這是一個被辯論多時的疑惑,我們則要試圖解答他:

剛問的「你上一餐吃什麼?」被存放在視覺短期記憶中(visual short-term memory)的視覺工作記憶(visual working memory),這裡是視覺影像的暫存區,即使當你用餐完,已經開始做下一件事的時候,它就像是一面白板,訊息被寫在上頭之後便會被擦掉。所以我們只仰賴工作記憶在一小段時間內,有點像上課時你不斷抄寫的上課筆記。

問題是:這些被寫在白板上的訊息,何時會被擦掉?而當它被擦掉的時候,我們就再也想不起它了嗎?如果視覺短期記憶只是漸漸的被擦掉,那這些殘餘的部分應該仍可以被提取,但如果被一次抹除,我們則無法以任何形式回憶它。

加州大學心理學家Weiwei Zhang與Steven Luck試圖解釋這個問題,在他們的實驗中,受試者先會看到三個不同顏色的正方形在電腦螢幕上快速閃現,受試者必須記住這三者的顏色,接著經過1,4,或10秒之後重新顯現三個在相同位置但為白色的正方形,此時會被要求回答其中一個剛剛是什麼顏色的,這其中一個是從三者中隨機挑選,受試者事前不知道道將會是哪一個。

如果短期記憶是慢慢消逝──漸漸地從白板上擦掉──那即使是10秒以後,受試者應該仍能記得的顏色,只會稍微偏離原本的顏色;但如果是直接消逝──白板在寫下資訊後都未被觸碰,直到一次擦去所有內容──那受試者應該在未被擦去前準確地回答,擦去後則只能猜測。

Zhang與Luck的結果發現:受試者要不是準確地回覆顏色,不然就是用猜的,像是電腦裡的數位照片,不會因時間而泛黃,但當你移除後,就永遠消失了!

但這個結果似乎無法套用在各種記憶,一篇較新的研究.麻省理工大學與哈佛大學的研究者發現,如果短期記憶可以「存活」的夠長,長到足以轉成長期記憶,就不需要被「擦掉」了。Talia Konkle的實驗要受試者連續看3000張不同的照片,接著看200組圖片,每一組都有新照片一張與3000張當中的一張舊照片,要受試者選出哪一張是舊的。結果顯示受試者可以正確地選出哪一張是舊照片,正確率高達九成六;換句話說,在經過「記得」3000張照片之後,他們能有如此好的表現。

事實上,這樣的高正確率僅在舊照與新照是截然不同的景色(例如高爾夫球課vs冒險樂園),為了要測試究竟這樣的記憶到底「記得」多少細節,所以也分析了舊照與新照在雷同的景色情況的正確率(例如兩座不同的冒險樂園),要看出這樣雷同景色的兩張照片必須記得較多的細節,也許你會認為受試者的正確率因此會變得很差,不過其實只差了一成,正確率達八成四,甚至如果受試者必須在一開始看比3000張更多的照片時,仍能順利的區辨哪張是舊的哪張是新的,僅稍微減少正確率而已。這也說明了,即使我們的記憶包含許多細節,但終究不是照相機完整地保存其原貌。

前述的兩個實驗提出了一個迷惑:為什麼我們能記住如此大量的圖片,但卻記不住僅在幾秒鐘之前呈現的三個不同顏色的正方形?究竟這些視覺刺激怎麼被定義何時存在短期記憶何時存在長期記憶?

2011年的一篇回顧文獻,哈佛與麻省理工的研究者說明了這些圖像對你的意義是影響兩者的原因,這些視覺刺激與你的先前經驗連結扮演重要角色。

Zhang與Luck的實驗要受試者記憶對他們而言無意義無關聯的顏色,這與他們的背景知識毫無關聯,所以這些內容就像寫在白板上的資訊,還來不及被抄在筆記本上就被擦掉了;但Konkle的實驗要受試者看的是圖片,這些對受試者而言是有意義的,而這些背景知識影響了大腦處理這些圖片的過程,也讓這上千張的圖像能像資訊從白板上寫入短期記憶的筆記本,甚而進入銀行內的長期記憶金庫,金庫裡還包含了記憶的細節。

總而言之,這些實驗說明了為什麼記憶的消逝並不是處處相同,甚至有些不會消逝。也解釋了為什麼我們怎麼樣也記不住一些事,但有些卻怎麼都忘不了。

資料來源:Scientific American: Why Is Memory So Good and So Bad? [29 May 2012]

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Jacky Hsieh
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中大認知所碩士。使用者經驗工程師。喜歡寫東西分享。


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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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