網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

1
0

文字

分享

0
1
0

和精靈寶可夢一起長大讓你腦部有「寶可夢專區」?兒童期的刺激如何影響大腦視覺辨識

彭士桓_96
・2020/01/15 ・1733字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 465 ・五年級

如果你小時候花了無數個小時抓寶可夢、訓練牠、與牠一同戰鬥,那你腦內的皺摺可能已經存在了妙蛙種子、果然翁、皮卡丘等精靈寶可夢的專屬區域,實際上無時無刻跟牠們生活在一起!

視覺快速辨識的專區:腹側顳葉皮質

人類的視覺可進行快速的辨識認知,此能力是來自於腦部視覺通路中皮質快速地計算反應。這個部分主要由腹側顳葉皮質(ventral temporal cortex,VTC)負責,就像是一個強大的圖書館,將不同的訊息分門別類的儲存在特定的區域位置上,有的負責臉部影像資料或身型,有的負責環境,有的負責文字圖像等等。例如每個人專責辨識人臉的腦部區域都同樣位於梭狀回(fusiform gyrus)。

我們能從過去的研究中得知,每個人腦中對於臉部辨識、環境空間所對應的視覺皮質區域都相同。但我們尚且無從得知的是:怎樣的視覺影像,會改變腦部發展過程中的幾何空間與組成?

為了知道 VTC 在發育時的建構組織過程,美國史丹佛大學 Jesse Gomez 博士進行一項行動研究。首先他選擇了幼兒時期大量接受特定新型視覺類別(似動物的畫素角色,而有別於自然如人臉與環境等的 3D 視覺影像)的刺激進行研究1-2。為了同時滿足幼兒時期的長時間大量刺激、有獎賞性的及新型影像等條件,作者選擇了 1996 年代任天堂流行電動遊戲「寶可夢」的玩家作為研究對象。選擇的理由除上述之外還包含:

  • 五歲孩童就可以進行此遊戲,甚至重度成癮;
  • 遊戲角色近似動物,但能與現實區別;
  • 視覺距離與視窗大小固定(GameBoy 2.5 cm X 2.5 cm)

接著作者便進行實驗來解答:兒童時期長時間接受寶可夢影像刺激,是否會在 VTC 區域產生新的資料區?

圖/publicdomainpictures

長大之後,寶可夢玩家的大腦……

作者利用核磁共振成像(MRI)掃描 11 位小時候(5-8歲)開始大量接觸寶可夢及 11 位兒時未接觸寶可夢的成年受試者腦部。在提供八種不同形式影像(寶可夢、卡通、動物、臉部、身軀、文字、車子、長廊空間)時,觀察腦部皮質訊號的改變,結果發現這些成人對於所有影像刺激的位置都有類似的皮質訊號反應,例如看見人臉時,梭狀回就出現訊號、看見長廊時,側附溝(collateral sulcus)就會有反應。

有趣的是,當看見上百個不同寶可夢角色時,兒時大量接觸寶可夢的人在枕顳側(OTS, occipitotemporal sulcus)特定區域會出面明顯的反應;而對照組則無。這樣的結果證實幼兒時期特定的視覺刺激,會造成成年時腦部視覺皮質的特定功能結構變化。

哈佛大學 Krishna Srihasam 博士也曾發現,接受過字母辨識訓練的幼年猴子,在腦部皮質會產生特定的文字選擇區,而在成年後才給予訓練的猴子則不會有此特定區域3

這些研究讓我們了解,幼年時期的腦部可塑性高,大量特定視覺刺激確實會使腦部產生新的資料區域,而寶可夢的實驗中,作者也發現寶可夢辨識區就位於臉部辨識區旁。腦部在發育的過程中特定功能的細胞是否會聚集構成較大的資料分類區(就像圖書館裡較大的分類檢索),還值得未來科學家們進一步研究。

讀到這裡,可能開始有不少父母開始擔憂「不停抓寶」會不會影響孩子的腦容量,我想倒是不至於如此。因為人類的腦部細胞具有高度可塑性。而且這項研究計畫的主持人 Jesse Gomez 是博士,受試者們也都是博士,都是正常且成功的大人,所以不用擔心。(但筆者在此並非鼓勵過度玩電動,還是要節制,請各位小朋友不要拿這個研究來跟爸爸媽媽們討價還價!)

至於這樣刺激所產生的視覺新區域,對於未來的認知及學習是否有關聯也還需進一步進行釐清,但這樣的研究所需要的時間可想而知,若沒有個二、三十年是無法得知結果的。

其實筆者個人也好奇,不知道臺灣的小朋友們是否有會有可愛巧虎、天線寶寶、小巴士TAYO、汪汪隊等腦部皮質視覺辨識區?還是鼓勵父母們多多陪伴孩童,給他們多點健康有趣的視覺體驗吧!

參考資料

  1. Jesse Gomez, Michael Barnett and Kalanit Grill-Spector. Extensive childhood experience with Pokémon suggests eccentricity drives organization of visual cortex. Nature Human Behaviour. Nat Hum Behav. 2019 Jun;3(6):611-624.
  2. Janini D and Konkle T. A Pokémon-sized window into the human brain. Nat Hum Behav. 2019 Jun;3(6):552-553.
  3. Srihasam K, Mandeville JB, Morocz IA, Sullivan KJ, Livingstone MS. Behavioral and anatomical consequences of early versus late symbol training in macaques. Neuron. 2012 Feb 9;73(3):608-19.
  4. https://news.stanford.edu/2019/05/06/regular-pokemon-players-pikachu-brain/【史丹佛大學介紹此研究】

文章難易度
彭士桓_96
14 篇文章 ・ 0 位粉絲
生活即是科學,科學即是生活。臺大分醫所博士,虔誠信科學者。希望透過文字介紹有趣的科學,並期望自己在有限度的生命中,創造無限的價值。


0

12
5

文字

分享

0
12
5

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

文章難易度
科技魅癮_96
15 篇文章 ・ 12 位粉絲
《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》