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磁刺激讓你看得更清晰

Jacky Hsieh
・2012/06/16 ・1017字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

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法國腦部暨脊髓所研究中心(CNRS / Inserm / UPM)最近的一跨國研究指出,利用跨顱磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)成功地促使受試者的視覺能力提升。他們利用TMS刺激右腦與知覺意識和定位空間注意力的腦區,使受試者更能清楚接受在螢幕上顯示的目標物。這篇發表在最新一期《公共科學圖書館(PLoS ONE)》的研究,也許是個可以提供一些視覺疾病康復的新型技術,甚而提供需要看得非常精細的作業增進其視覺接收的解析度。

跨顱磁刺激是一種非侵入式,可對於特定腦區施打磁脈衝(pulse)的技術,他利用電流產生磁場(安培右手定則)而磁力線對準特定腦區,進而無痛且短暫的影響該腦區的神經元活化情形。這項技術目前主要使用於腦科學在認知行為上的研究,科學家近年則致力於這項技術應用於普羅大眾增進特定腦區功能的可能性。

Antoni Valero-Cabré的研究將跨顱磁刺激施打在右側額葉眼動區(right frontal eye field,rFEF)這個腦區並不位在主要視覺區,但它參與了眼動的計畫歷程與視覺注意力在空間中的定位。第一個實驗,受試者必須區辨一個僅短暫閃現33毫秒,位於凝視點左或右的模糊的Gabor圖(註1)是向左斜或向右斜,其中有一些在目標顯示之前用TMS刺激rFEF(另外一些雖然沒有用TMS刺激,但為讓受試者在有無刺激下感覺相同,此時就會施打sham TMS,即讓受試者心裡感覺相同但沒有真實進行刺激的偽TMS刺激)。其結果發現,在TMS刺激後的視覺敏感度比sham TMS的結果提升了12%。實驗二與實驗一大致相同,惟目標出現前多了一個預告目標物顯示位置的指標,這個指標有四分之一的機率是錯的,四分之三是對的,結果發現TMS刺激後僅在指標是正確的時候增進視覺敏感度。

雖然視覺意識這樣的大腦功能,在健康受試者身上本來就很好,但透過TMS刺激似乎還可以顯著的「提升」。這項技術也許可以嘗試協助心血管疾病引發皮質損壞的病人,或是有視網膜疾病的患者;而實驗二更說明,不僅只TMS刺激,若有正確的指標更有助益。

目前的實驗是在每一題出現前短暫的施打單次TMS(single pulse TMS),研究者也希望未來嘗試施打連續的TMS(repetitive TMS),讓其刺激的腦區可以維持較長的時間在「提升」(註2)後的狀態。

註1:筆者日前將「Gabor圖」翻作「正弦波紋理圖」,圖例可參閱原文看這一篇;還在找尋更適當的翻法,姑且就用「Gabor圖」吧!
註2:並非所有的TMS實驗結果都是「提升」,故加註引號。

資料來源:『Science Daily』:『Magnetic Stimulation to Improve Visual Perception』[5 June 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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選擇延焦段人工水晶體,同時矯正散光與白內障
careonline_96
・2022/11/15 ・1967字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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「醫師,我看東西越來越模糊。」老太太抱怨說,「尤其是晚上開車,對向車燈照過來的時候,眩光會很厲害,現在都不太敢開車。」

做完檢查後,醫師說,「你的白內障已經熟了,建議要安排開刀處理喔。」

「開完刀後,晚上有辦法開車嗎?會不會眩光?」老太太問,「我的鄰居當時是換多焦點人工水晶體,他說晚上開車很容易眩光。」

「現在的人工水晶體有很多種,我們可以根據用眼需求、是否有散光,來挑選合適的人工水晶體。」醫師仔細說明。

隨著年紀增長,我們眼睛的水晶體會漸漸老化、混濁,影響光線進入。高雄同喬眼科診所李永誠醫師指出,透過手術移除老化水晶體,並放入人工水晶體,才能夠讓患者恢復視力。

有經驗的醫療團隊能夠精準、有效率地執行手術。李永誠醫師說,那位老太太選擇使用延焦段散光人工水晶體,同時矯正白內障與散光。術後,患者的視力獲得明顯的改善,平時不太需要戴眼鏡就能駕車、旅遊,讓她相當開心。

在白內障手術前,醫師會仔細檢查視力,並了解患者的用眼需求、生活習慣、是否有散光、是否在夜間開車等,幫助挑選合適的人工水晶體。李永誠醫師說,如果人工水晶體不符合患者的需求,在手術一個月內,還有機會重新置換,若超過一個月,就比較難處理。所以在手術前,務必充分溝通,謹慎挑選人工水晶體。

延長視覺景深提升日常方便性

傳統單焦點人工水晶體只能提供遠距離清晰視力,中近距離需要戴眼鏡輔助。李永誠醫師說,延焦段人工水晶體可以提供遠距離清晰視力,並延長視覺景深,改善中距離視力,對於日常生活較為方便。

在居家生活中,其實大部分是中距離的視力需求,例如開車看儀表板、看導航,或是切菜、煮飯、打電腦、打麻將等,延焦段人工水晶體可以滿足多數人的用眼需求。

針對有夜間用眼需求、或是對於光學干擾比較敏感的人,延焦段人工水晶體也可以降低光學干擾,較不會有眩光或光暈的問題。李永誠醫師說,多焦點人工水晶體較會有光學干擾的問題,所以在夜間開車時,路燈或對向車燈會呈現一圈一圈的影像,可能影響行車安全。

同時矯正散光與白內障,提升生活品質

近視、散光是成年人常見的屈光問題,都會導致視力模糊。李永誠醫師說,現在的白內障手術等於是屈光矯正白內障手術,能夠在矯正白內障時,把患者原本的散光、近視、遠視、老花等問題,透過人工水晶體置換,一併改善。

「白內障患者之中,大概有 30%,甚至多達 50% 的患者具有散光度數,」李永誠醫師說,「如果矯正白內障,卻沒有矯正散光,術後的視力、視覺品質都沒有辦法達到理想的狀態。一般都會建議同時處理白內障和散光,才能在術後獲得較佳的視力,也可以減少手術後還需要配戴眼鏡的需求,提升生活品質與方便性。」

延焦段散光人工水晶體,可以同時解決白內障和散光的問題,李永誠醫師說,透過散光矯正科技,確保達到穩定的散光矯正效果,中距離視力能夠貼近日常生活需求,提供給患者日間方便、夜間安全的視覺品質。

貼心小提醒

隨著年紀增長,大部分的人都會漸漸出現白內障,李永誠醫師說,平時應避免長期暴露在強光、紫外線下,從事戶外活動時,請記得戴帽子、太陽眼鏡。日常生活中要避免用眼過度,不要長時間使用 3C 用品,不要在燈光不足的情況下滑手機、長時間追劇。

飲食方面建議多攝取蔬菜、水果,盡量避免抽菸、喝酒。李永誠醫師叮嚀,糖尿病患者,請記得定期到眼科檢查眼睛。

白內障可能會導致視力模糊、昏黃,如果白內障已經影響到視力,干擾到日常生活,就要跟眼科醫師討論是否需要進行白內障手術,利用合適的人工水晶體,讓生活能夠方便又安全。

careonline_96
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當視覺訊息進入腦部,哪些區域負責編輯訊息? ——《眼見為憑》
時報出版_96
・2021/06/12 ・2488字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者|理查.馬斯蘭(Richard Masland)
  • 譯者|鄧子衿

噢,為他演奏第一首曲子

把匕首刺進他的心臟

把砧板墊在他的腦下

揀裡面諷刺的顏色

——史蒂文斯

最先發生的事情

從視網膜輸出的訊息由視網膜節細胞的軸突傳遞,傳到腦中的兩個重要部位中細胞的突觸上,這兩個部位是外側膝狀核(lateral geniculate nucleus)上丘

上丘中「丘」這個字的原文是拉丁文 colliculus,意思是「小山丘」。早期的解剖學家會取這個名字,是因為在中腦(midbrain)後側有一個小隆起(「丘」),上丘就位於這個小隆起之上,相當合理的命名方式。上丘的下方是「下丘」(inferior colliculus),和聽覺有關。

從現在的研究結果得知,上丘主要的功能和視覺導向(visual orienting)有關。來自視網膜的訊息抵達上丘,上丘會讓我們注意到這個訊息構成的視覺世界中某個特別的區域。如果用電極刺激動物上丘的一個點,動物的眼睛和頭部會朝向視野的某個位置。如果動物的上丘受到損傷,便會忽略視野中的某些區域,在該區域中出現的事件不會引起動物的注意力。

很不幸,我們無法知道沒有上丘時主觀的視覺體驗會是如何。我們需要由病人的報告才能夠知道這種體驗,但是上丘距離腦中主宰意識的部位約只有一公分,在人腦中發生的損傷往往不只波及到上丘,周邊的部位幾乎都產生了損傷,在這種狀況下,注意力無法集中到視野中某個區域比起來就只是個小問題。

圖中 A 範圍為中腦,標示為 L 處即為上丘。圖/wikimedia

上丘中有許多看起來很有趣的中間神經元,也有很多分枝延伸到腦中其他部位,來自其他部位的分枝也會深入上丘。上丘實際上是一個多層結構,有些層接收的不是視覺訊息,而是由聽覺構成的空間。上丘的確有視覺導向的功能,但是在其中有幾層是讓動物朝向聲音來源,而不是視覺中的某個區域。你閉上眼睛時聽到一個聲音,上丘依然會讓你的眼睛朝向聲音來源移動。在視覺世界中,視覺線索和聲音線索經常來自同一個區域:可能是翼手龍的叫聲,或是拍動翅膀的聲音。在這種狀況下,視覺資訊和聽覺資訊會結合起來,讓你更清楚知道這種史前時代空中狩獵者的位置。

視神經軸突另一個主要的連接目標是外側膝狀核(lateral geniculate nucleus),原文中 geniculate 來自拉丁文,是「膝蓋模樣」的意思,「核」是指一群神經元聚集而成的結構(外側膝狀核的形狀有點色情)。視神經的訊息經由軸突傳到外側膝狀核中的神經元,而這些神經元有許多軸突延伸到視覺皮質。外側膝狀核是訊息傳遞到視覺皮質途徑中最重要的中繼站。外側膝狀核、視覺皮質或是兩者之間的連接途徑受傷,會讓人看不到視野中某些部分。視網膜到外側膝狀核到視覺皮質的途徑,是意識視覺(conscious vision)的主要傳遞路徑。

意識視覺的傳遞路徑。圖/《眼見為憑

如果視網膜節細胞的軸突經由突觸和外側膝狀核中的神經元連接,那麼膝狀核中的神經元對於視覺產生的反應是什麼?從後見之明來看,答案應該很容易就可以推敲出來:如同視網膜節細胞那般的反應,事實上這樣的事情經常發生。記錄外側膝狀核中的神經元活動,發現到這些神經元可以分成主要四群:暫時性開啟細胞、持續性開啟細胞、暫時性關閉細胞、持續性關閉細胞,以及其他「聰明」視覺分析細胞。他們送出的訊息會直接送往視覺皮質。

但是每個研究生都會學到,外側膝狀核並不僅僅是轉接站。我們要讓他們了解這一點,因為他們必須了解到,對大自然來說,把整個核結構放在視網膜和皮質之間,除了傳遞相同的事情之外什麼都不做,是完全沒有意義的。我們從解剖研究中得知,外側膝狀核最大的資料來源並不是視神經,意外的是,從視覺皮質伸到外側膝狀核的軸突,比來自視網膜的軸突多得多,前者占了深入外側膝狀核軸突中的八成。有許多理論解釋這個現象,但是沒有人確實知道這樣龐大的回饋迴路的作用是什麼。有些時候事情就是這樣。

那麼,外側膝狀核的功用到底是什麼?有幾個傑出的實驗室同時記錄了視網膜中節細胞以及這些節細胞軸突連結到的外側膝狀核中之個別細胞。我向你保證,這得有很厲害的技術才能辦得到。那些科學家在貓和猴子中發現到,外側膝狀核其神經元的活躍模式的確和那些送來訊息的視網膜神經元很接近(在小鼠中也是如此,但是其中有一群細胞接收了非常多樣的訊息)。

科學家發現,外側膝狀核其神經元的活躍模式的確和那些送來訊息的視網膜神經元很接近。圖/Pexels

我們也很清楚外側膝狀核加強了邊緣強化的效果:變化交界的點在視網膜中受到強化,在外側膝狀核又更為加強。這種效果是由視網膜和傳遞路徑上的一些中介神經元的連接所造成的,那些中介神經元就是為了強化而存在的。邊緣強化的影響力非常大,在外側膝狀核中有些神經元只對邊緣附近有反應,而對於大片平滑的物體(缺乏邊緣)幾乎沒有反應。

在外側膝狀核中會發生的另一件事,是其他外來事件會讓資訊的力道加強或是減弱,特別是會影響到整個腦部興奮程度的事件。你睡覺的時候,從視網膜抵達皮質的資訊便減少了。這很合理,這就像是搭乘晚間飛機時戴上眼罩。外側膝狀核功能有更為精細的一面:當你的注意力放在不同地方時,外側膝狀核的運作也會隨著增強或減弱。我們認為,如果你的注意力集中在聽覺上,視覺處理便會減少,因此在相同的視覺刺激下,外側膝狀核傳到皮質的訊息會減少。外側膝狀核會編輯傳到皮質的訊息。

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時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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用視覺吃東西,食用色素在食品中的角色定位——《食戰!數據化的美味行銷》(下)
遠足文化_96
・2021/03/30 ・3748字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

  • 作者/文正薰 (문정훈);譯者/劉宛昀

在上篇我們提到食用色素僅止於讓食品增色而已,並不能增加味覺或促進健康,那為什麼這麼多的產品非要添加食用色素不可呢?如果在飲料中不添加色素,只有瓶子是紅色的話,消費者會滿意嗎?為了尋找這道問題的答案,我們設計了一項實驗。我們準備了以下3種實驗物品:1 號飲料添加了紅色色素、裝在透明瓶子;2 號飲料未添加色素的無色草莓香飲料、裝在紅色瓶子中;3 號飲料未添加色素的無色草莓香飲料、裝在透明的瓶子中,請一些人參與感官實驗後,觀察他們的滿意度。

世上獨一無二的草莓口味飲料

雖說實驗計畫與方法簡單明瞭,但不代表執行過程也會如此順利,問題就在於市面上找不到滿足實驗條件的飲料。我們原本打算委託飲料製造商代為生產符合條件的飲料,但是卻因為費用超出預算而放棄,原因是飲料公司每一次啟動生產,最少會產出數千瓶以上。

飲料製造商每一次啟動生產,最少會產出數千瓶以上,於是我們最後決定親自製作要使用在實驗上的飲料。圖/Giphy

於是,我們最後決定親自製作要使用在實驗上的飲料─原以為這不是什麼困難的事,我們很勇敢。但對於飲料的製造,我們一無所知。

當時負責這項計畫的曹鐘杓研究員,突然間就開始製作飲料了。對 Food Biz LAB 來說,在要拿蘋果做實驗時,會先種蘋果樹、待蘋果成熟,收成後再拿來做實驗,因此製作飲料也是理所當然的事(信不信由你)。

他的首要工作,是先喝遍市面上販售的所有韓國產草莓香飲料。不用說飲料製造了,連基礎技術都不懂的我們,只能老老實實地開始了解這無數種飲料的味道。再說一次,我們實驗室的名字不是「Food Production LAB」,而是「Food Biz LAB」,我們的主要任務是發掘飲食的價值並加以傳播。

本來以為這不困難的曹鐘杓研究員,臉色一天比一天沉重。後來,他終於完成了草莓香飲料,久違地露出了開心的表情。他的草莓飲料外觀看起來挺像樣,香味也不差,而且不知為何看見他激動的神情,就覺得應該會很好喝。想到這是世上獨一無二的「自製草莓飲料」,一股感動湧上心頭。

我們很勇敢,原以為親自製作要使用在實驗上的飲料不是什麼困難的事。但對於飲料的製造,我們一無所知。圖/Giphy

不過對於擔任指導教授的我而言,進到我嘴裡的這杯飲料,味道猶如華格納的《崔斯坦與伊索德》(Tristan und Isolde )第一幕中的毒酒。

當然,在歌劇中的飲料其實是愛情的妙藥,但誤以為是毒藥而喝下的崔斯坦,心境想必也是如此悲壯。這杯需要另外加工的飲料才一入口,一股難以言喻的味道就衝擊了我舌頭上敏感的神經,向四處擴散,我立刻把飲料吐了出來。企圖以來自地獄的草莓口味飲料謀殺指導教授未遂的曹鐘杓研究員,臉色蒙上一層更深的陰影了。

在此之後接二連三的多次嘗試與失敗,就不在此一一記錄了。不屈不撓的曹鐘杓研究員以水和檸檬水為基本成分,再加入人工草莓香料與寡糖,為了製作出能喝得下去的飲料,他反覆經歷了無數次失敗,每回都以 1% 之差的比例調整配方,就這樣一次又一次地嘗試。當時首爾大學 200 棟常綠館的 8 樓走廊上飄散的甜蜜草莓香氣,濃郁程度與曹鐘杓研究員的努力成正比。

當時首爾大學 200 棟常綠館的8樓走廊上飄散的甜蜜草莓香,而進到我嘴裡的這杯飲料,味道猶如華格納的《崔斯坦與伊索德》(Tristan und Isolde )第一幕中的毒酒。

包含我在內,參與了這次實驗的眾多研究員,都不斷試喝味道並提出建議,最後好不容易製作出稱得上是「飲料」的飲料時,所感受到的喜悅只有我們才知道。「Food Biz LAB 草莓口味飲料 by 曹鐘杓」在經歷了上述幾番波折後終於完成了。

幸虧做出了飲料,我們才得以進入下一個階段。為配合實驗需求,我們將飲料完成品的三分之一添加了色素,盛入透明瓶子中;另外三分之一則維持無色,盛入紅色瓶子裡;剩餘的三分之一也是無色飲料,盛入透明瓶子內。

我們將這3款飲料中的一款提供給實驗受試者,向他們說明本次實驗是在新產品上市前,為了做市場調查而施行的試喝活動。

我們假設受試者的反應,會隨著飲料的種類差異而不同,因此在介紹用於實驗的飲料時,我們向其中一組受試者介紹這是可以輕鬆喝的一般無酒精飲料,對另一組則介紹這是類似維他命水的健康機能飲,接著開始進行實驗。

最後,受試者喝下各自拿到的飲料,再填寫我們所準備的問卷。

對味覺影響甚巨的視覺刺激

這場實驗進行了 4 天,以 300 名 20 多歲的男、女性受試者為對象,調查了他們對 6 種不同飲料(根據添加食用色素與否、不同飲料容器搭配出來的 3 種一般飲料與 3 種健康飲品)分別的喜好程度。問卷中也包含詢問實驗受試者對自身健康狀況感到樂觀或悲觀的問題,因為我們預期受試者對自身健康狀態的認知,對實驗結果會帶來有意義的影響。

以 300 名 20 多歲的男、女性受試者為對象,調查了他們對 6 種不同飲料分別的喜好程度。

幸好實驗進行期間,沒有發生受試者在喝了「Food Biz LAB 牌草莓口味飲料 by 曹鐘杓」後在座位上嘔吐的情況。雖然和研究結果無關,但我們希望不會看到有人做出「這不是給人喝的」反應,就這點而言算是成功了。曹鐘杓研究員可說是個無師自通的傑出飲料生產者!

視覺與嗅覺訊息的不一致,對人的喜好度會造成什麼影響呢?無論實驗受試者喝的是無酒精飲料或機能飲料,比起裝入透明瓶中的無色草莓味飲料,他們更偏好添加了紅色食用色素的草莓飲料與裝入紅瓶子的無色飲料。我們研判當受試者喝下如水一般透明無色但帶有草莓香的飲料,以及帶有草莓顏色、草莓味的飲料時,對前者的體驗比較不滿意。

果然,視覺刺激對味道的評價影響甚巨。此外,對自身健康狀態看法越是樂觀,意即越是認為自己身體健康的受試者,對於加了食用色素飲料的滿意度也越高。這代表大家對於食用色素其實沒那麼不滿,並不是很介意色素的使用。

即使不添加食用色素,僅使用有色飲料容器,就能提升消費者的滿意度了。圖/Giphy

好,那麼紅色飲料和紅色瓶子對決的話,哪邊更具有優勢呢?結果出爐:受試者最偏好的條件是以紅瓶盛裝的無添加色素飲料。意思是即使不添加食用色素,僅使用有色飲料容器,就能提升消費者的滿意度了。

有趣的是,以為自己喝下的裝在透明瓶子裡的紅色液體是機能飲料的組別,比起以為自己是喝下無酒精飲料的組別,表現出特別強烈的購買意願。為什麼呢?不太清楚。從統計上無法看出原因,但這畢竟是讓受試者直接以瓶子就口喝下飲料的方式所得到的實驗結果,假如將飲料倒入透明杯子裡再喝,結果或許又會不同。

食品中為何要使用食品添加物?

我們在日常生活中所吃的、喝的飲食裡,基於許多不同理由,會添加各式各樣的食品添加物。圖/pexels

我們在日常生活中所吃的、喝的飲食裡,基於許多不同理由,會添加各式各樣的食品添加物,其中的食用色素大多是為了讓食物看起來更可口而使用的。也就是在我們吃下食物前,用來吸引注意力的添加物。食用色素看似對於提升味覺或健康毫無幫助,但其實在成就「味道」這門綜合藝術時,色素也發揮了自身的功用。實際上,比起無色的草莓味飲料,人在喝紅色的草莓味飲料時會感到更加滿足。這是人類判斷對食物好惡的機制,因此不得不說食品中會添加食用色素也是有理由的。

用於食品中的色素,其實符合依據食品醫藥品安全處所訂立的嚴格標準,以證明產品對人體無害,而且因為只能添加極少的量,所以很難對健康造成直接的影響。問題可能在於部分食品業者,時不時傳出製造過程違規的事件,才無法獲得消費者充分的信賴吧。

說到這裡,你可能會更好奇先前提到的有關羅湜晨的故事。

究竟是什麼讓他胃口盡失呢?這都是因為創意性有餘、合理性不足的餐廳老闆,實在太自作聰明了。藍色飯粒的蛋包飯、綠色的泡菜鍋,和彷彿塗上水泥的豬排飯,有多少人看了這種照片後依然有食欲呢?至於他到底是怎麼把料理做成那副模樣的,我們還是別問比較好。後來,羅湜晨一行人感覺被耍,表情不悅地起身離開餐館,漫無目的地走啊走,故事就在這畫下了稍嫌平淡的句點。對了!飲料大王曹鐘杓先生在畢業後,任職於政府出資的研究所負責企劃研究的工作,聽說在這次研究後,就不再做飲料了。

——本書摘自《食戰!數據化的美味行銷》,2020 年 11 月,遠足文化
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