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新型冠狀病毒與它的產地:科學家如何推論病毒的起源?

Aaron H._96
・2020/02/03 ・2174字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為了掌握新型冠狀病毒的疫情,了解病毒可能的傳染途徑,進行演化樹分析(phylogenetic analysis),是對於了解新型病毒相當重要的研究方法之一。

冠狀病毒模型。source: Wikimedia

隨著分子生物學技術的發展,運用巨型分子演化分析的技術,透過分析病毒遺傳物質分子(DNA或RNA)演化的過程,是科學家了解新型冠狀病毒的重要工具。隨著疫情發展,能夠縮小新型病毒的可能起源,也會是左右防疫策略的重要參考資料。

第一步:基因定序

在進行病毒的遺傳物質分子演化分析前,需要盡可能確認新型病毒的基因序列。但新型病毒由於案例數較少,初期的序列分析結果往往有所出入,需多次修正。

此次中國北京疾病管制局的研究團隊,挑選了九位患者,其中有八位,都有前往華南海鮮市場的病史,並從這些患者採取了呼吸道分泌物的檢體,運用次世代定序 (NGS,Next Generation Sequencing) 的方式,拼湊出新型冠狀病毒全部與部分的基因序列。並陸續將這些序列資料,提供給全世界的病毒研究者交互確認,修正序列的錯誤。

新型冠狀病毒(2019-nCoV)的完整與部分基因定序結果。source:github

最終在這九位患者身上,總共取得了十個基因序列的樣本,樣本間的相似程度超過99.98%。取得病毒的基因序列之後,會與基因庫中既有的病毒基因序列進行比對。

值得注意的是,目前看來與2018年於舟山市,從蝙蝠身上取得的類SARS病毒相比,有將近88%的相似度,和SARS的相似度較低,則僅有79%。這似乎暗示著蝙蝠很有可能就是新型冠狀病毒的宿主之一。

第二步:繪製演化樹

類似的研究則在1月29號,由義大利學者所發表的論文中予以驗證。在義大利學者的研究中,將新型冠狀病毒的基因序列與SARS、MERS與舟山蝙蝠的類SARS病毒上做比較。最終以現有的樣本比對,依序排出演化樹,來估計新型冠狀病毒與其他病毒的親緣關係。

親緣性演化樹在每個分支的節點處,代表有共同的先祖,向下延伸的各個平行的病毒,則有相近的親緣關係。以這張演化樹為例,新型冠狀病毒與2015年在中國發現的蝙蝠類SARS病毒(MG772934)則屬於親源較近的內族群(Ingroup),SARS與其他的蝙蝠類SARS病毒則為外群體(Outgroup),暗示新型冠狀病毒與SARS已經有足夠的變異。至於跟 MERS 相比,則可能差異就更大了,目前認為沒有直接的關係。

每個節點上所標記的數字,則表示節點下的群體相互擁有共同先祖的機率(bootstrap value)。在此研究中,也同時比對了病毒的核鞘蛋白和棘蛋白的結構相似度,初步符合演化樹的分析結果。

不應過度推論演化樹的推導結果

需要特別注意的是,演化樹分析雖然能夠表明不同病毒間的親緣關係,但是演化樹分析的結果,容易受到取樣綿密程度 (taxon sampling density) 與比對資訊完整度的影響,只能用做初步推測病毒來源時參考使用,在資料比對數量不夠龐大的情況下,不能夠被過度推論,親緣相近的物種來源,就是病毒實際的起源。

因此單憑演化樹並不足以直接判定蝙蝠就是病毒的唯一宿主,真正的病毒來源,則等待與資料量更龐大的病毒基因組資料庫進行比對,才能更為確認。

目前單憑演化樹並不足以直接判定蝙蝠就是病毒的唯一宿主。source: Patrick Randall @Flickr

目前雖然檢驗的樣本數還過小,但目前的研究多半認定新型冠狀病毒的型態,還相當一致,Scripps 研究中心的分子生物學家 Kristian Andersen在一篇訪問中也提到,目前看來,新型冠狀病毒的遺傳物質型態較為單純,只進行了單次的物種間的跨越,傾向病毒來源來自單一物種。

目前的傳染力道,則多半是人與人之間的傳播,所造成的感染。

參考文獻:

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Aaron H._96
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非典型醫學人,既寫作也翻譯,長期沉迷醫療與科技領域。

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爸媽的話左耳進右耳出?其實都是噪音惹的禍!——如何找出最佳「訊噪比」?

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2021/09/24 ・2843字 ・閱讀時間約 5 分鐘

作者 / 林堂智|雅文基金會聽語科學研究中心 研究助理

從生理結構來看,我們可以利用眼瞼作為視覺訊息接收的開關,閉上眼睛就能眼不見為淨。對於聽覺而言,這樣的按鈕也貌似存在,畢竟當一個人發呆、做白日夢時,即使別人喊破喉嚨,他沒有反應就是沒有反應,這不就是關閉聽覺的表現嗎?這種「你有說,但我沒聽到」的現象,究竟是怎麼發生的?讓我們繼續看下去!

常常把我的話當耳邊風!真是夠了!圖/pixabay

耳朵是無辜的!訊息的選擇大腦說了算

耳朵的主要工作僅止於訊息傳遞,而後續的訊息處理工作其實是由大腦完成的,也就是說,當這個全年無休的聲音接收器孜孜不倦地傳遞訊息,最終在眾多雜訊中,該聚焦處理哪些訊息是由大腦決定。在雜訊中聚焦處理訊息的能力稱作「聽覺注意力」。然而,聽覺注意力卻也容易受到認知負荷量噪音的影響。

在處理訊息的過程中,大腦需要提供燃料(認知資源)給聽覺注意力進行運作,然而資源有限[1],若是接收過多或太複雜的訊息,大腦便有可能因為運轉「過熱」而呈現放空或呆滯的狀態。就好比每台電腦都會有特定進行資料運算的空間,一旦超過負荷就會運轉緩慢或甚至當機。同理,當我們處在一個訊息繁雜的環境下,我們的聽覺注意力便有可能會無所適從,讓訊息接收和判斷更困難。

聽你想聽的,是人之常情

還好就如《人海中注意你的聲音、喧鬧中聽見我的名字:認識雞尾酒會效應[2]一文中,筆者透過雞尾酒會效應[3](Cherry,1953)討論聽覺注意力的展現與運轉機制。當訊息繁雜時,我們的注意力能選擇目標訊號來優先處理,並抑制非目標訊息的干擾。不過,若非目標訊息達到可被察覺的門檻(Threshold)時,我們仍會因此分心而被影響。

好比說,下課時正起勁地和同學聊最新的手遊,即使走廊吵雜,一聽到暗戀女孩的笑聲,耳朵還是會立刻豎起,心裡小鹿亂撞地慌張轉頭尋找她的蹤影。不過,當非目標訊息(aka噪音)太大聲時,還是會讓你「充耳,卻沒辦法聞」,想聽也聽不到。

充耳,卻沒辦法聞 ,想聽也聽不到。圖/Pexels

還是充耳不聞?也許就是噪音惹的禍!

噪音是一種人們不想(需)要(unwanted/undesired)的聲音,它不但會干擾思考、工作與日常,也會為身心理健康帶來負面影響。[4]日常生活中,噪音無處不在,不論是捷運站、學校教室、甚至是家中客廳的噪音皆可能影響語音察覺能力。過去研究顯示,70 dBA 以上的環境噪音(相當於使用吸塵器的音量)對於聽覺注意力有顯著的負面影響。[5] Zhang 等人的研究指出,在學校的環境噪音下(如:操場遊戲聲、電風扇運轉聲、窗外車流聲等),孩子於視覺追蹤作業的反應速度、任務準確性與注意力表現皆較差。[6]尤其在達 75dB SPL 的高強度噪音下,孩子需要耗費更多的認知資源才能維持注意力來接收與處理訊息。Fernandes 等人也發現高強度噪音會讓孩子的閱讀與理解作業表現較差。[7]

找出最好「訊噪比」,讓我們和噪音共處

然而,環境噪音的問題並非無法解決,現今許多科技產品,像是很多老師會佩帶的小蜜蜂麥克風,就能在教學現場克服環境噪音。這類科技產品可以讓目標訊息(老師說話的內容)更大聲,用來蓋過環境噪音,讓學童聽得更清楚。

訊息和噪音音量的比值又稱為訊噪比(Signal-to-Noise Ratio),可用於反映訊號清晰度。訊噪比值越高越有利於聆聽;當訊噪比越低或為負數時,則代表噪音比訊號的音量來得大,不利聆聽,就算想聽也是聽不清楚的。若要有效傳遞聲音訊息,較為理想的狀態是提高目標音量或是降低噪音音量,讓訊噪比維持在利於聆聽的值。

訊噪比值的高低,決定訊號內容的清晰度,也許試著將聲音訊號再放大聲一點或降低噪音的音量,打造利於聆聽的環境。圖/雅文基金會

別一竿子打翻一船人!你懂低訊噪的好嗎? 

雖然訊噪比和聆聽品質有關,但噪音真的只能夠扮演反派角色嗎?其實訊噪比的機制主要圍繞著「遮蔽」(Masking)的概念。當我們感知到噪音多於目標訊息時,則表示噪音已遮蔽目標訊號,可能因此發生訊息缺漏或難以察覺目標訊號的情況。

噪音遮蔽可分為能量遮蔽(energetic masking)與訊息遮蔽(informational masking)。[7] 能量遮蔽指噪音在時間和頻率上與目標音重疊,主要發生在聽覺外周(auditory periphery),例如隔壁鄰居的狗吠聲被豪大雨聲蓋過去了。訊息遮蔽則是噪音與目標音訊息由於其在認知層次上的相似性而在處理的過程中所造成的遮蔽。好比台語使用者聽到「脫口罩」時,因週遭環境語音的干擾,而聽成「脫褲走」的訊息判斷錯誤。[8,9] 

我們也能善用噪音遮蔽的特性改善生活品質。比如說,在日本或誠品書店洗手間常見的「音姬(OTOHIME)」機台會在有人如廁時,自動發出涓涓流水聲,用來遮蔽解放的尷尬聲響。聽覺系統作為全年無休的勞工,即使我們在睡覺,他仍在運作;因此只要有突然的聲音(狗叫聲、汽車引擎聲、打鼾聲等),皆可讓大腦警覺而使你驚醒。此時,頻率平穩一致的白噪音(吹風機、電風扇)和粉紅噪音(下雨聲、營火聲)就十分好用,可以遮蔽影響睡眠的外界聲音變化,達到噪音消除的作用,讓你一夜好眠。

噪音用得恰,如廁不尷尬。圖/tohoint.co.jp

不論處在哪種生活情境,噪音無處不在,且難以殲滅,不過我們可以使用一些策略來改善生活品質。例如:尋找適當的位置(背對噪音源或移駕到安靜角落)讓聆聽更輕鬆,或使用科技產品來降低噪音或提升目標音量,以凸顯目標訊息內容。最後,善用遮蔽效應即可抵銷噪音,提升學習、工作,甚至是休息時的效率與品質[10]

參考資料

  1. Kahneman D. (1973). Attention and Effort. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
  2. 雅文兒童聽語文教基金會(2021)。人海中注意你的聲音、喧鬧中聽見我的名字:認識雞尾酒會效應。泛科學
  3. Cherry, E. C. (1953). Some experiments on the recognition of speech, with one and with two ears. The Journal of the Acoustical Society of America25(5), 975–979.
  4. Fink, D. (2019, December). A new definition of noise: noise is unwanted and/or harmful sound. Noise is the new ‘secondhand smoke’. In Proceedings of Meetings on Acoustics 178ASA (Vol. 39, No. 1, p. 050002). Acoustical Society of America.
  5. Schlittmeier, S. J., Feil, A., Liebl, A., & Hellbrück, J. (2015). The impact of road traffic noise on cognitive performance in attention-based tasks depends on noise level even within moderate-level ranges. Noise & Health, 17(76), 148-157.
  6. Zhang, Z., Zhang, Y., & Kang, J. (2018). An Experimental Study on the Influence of Environmental Noise on Students’ Attention. In The 11th EuroNoise Conference, Crete.
  7. Fernandes, R. A., Vidor, D. C. G. M., & Oliveira, A. A. D. (2019). The effect of noise on attention and performance in reading and writing tasks. In CoDAS 31(4). Sociedade Brasileira de Fonoaudiologia.
  8. Yang, Z.-G., Song, Y.-W., Zhang T.-T., Li, L. (2014). The subcomponents of informational masking: Evidence from behavioral and neural imaging studies. Advances in Psychological Science, 22(3), 400-408.
  9. 徐灿、杨小虎、汪玉霞、张辉、丁红卫、刘畅(2018)。 语音型噪音对二语者汉语元音声调感知的影响。心理與行為研究16(1):22-30。
  10. Lu, S. Y., Huang, Y. H., & Lin, K. Y. (2020). Spectral content (colour) of noise exposure affects work efficiency. Noise & Health22(104), 19-27.

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