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人機介面:大腦控制機械手臂

Jacky Hsieh
・2012/06/26 ・318字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

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Cathy Hutchinson已經四肢癱瘓了十五年,但是現在他可以透過人機介面,用大腦控制機械手臂伸向並拿起杯子,啜飲一口晨間咖啡。這個人機介面在Cathy 頭上植入了96-channel每根只有頭髮這麼粗的微電極,讀取一小群運動皮質的神經元活動情形,透過電腦運算把這些訊號轉換,變成數位命令給機械手臂。

布朗大學的神經科學家Dr. John Donoghue期許這樣的人機介面,未來能有一天幫助癱瘓者「重建」他們的動作控制。原始的研究論文發表在五月的《自然》(Nature),下方的影片可以看到Cathy如何控制機械手臂,以及該研究團隊的採訪。

Paralysed woman moves robot with her mind – by Nature Video

資料來源:Using the Brain to Control Robotic ArmsParalysed woman moves robot with her mind

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Jacky Hsieh
57 篇文章 ・ 0 位粉絲
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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砰!栽落地面的澳洲鸚鵡醉了嗎?
胡中行_96
・2022/06/20 ・2106字 ・閱讀時間約 4 分鐘

在澳大利亞的北領地、西澳、昆士蘭和新南威爾斯,每年夏季從熱帶到亞熱帶地區,芒果依序成熟。[1]正當空氣中瀰漫著爛熟的果香,枝枒上再也撐不住的芒果與吸蜜鸚鵡(lorikeets)[2, 3][備註],紛紛墜地。

遵循往年的慣例,Stephen Cutter 醫師在北領地的首府達爾文,沿路撿拾鸚鵡,帶回方舟動物醫院(Ark Animal Hospital)治療。[2]

  

Stephen Cutter醫師把吸蜜鸚鵡帶回醫院治療。(來源:Associated Press on YouTube

  

酒醉的動物

芒果樹、傘樹(Schefflera actinophylla)等植物的果實和花蜜,自然發酵後,能令鳥類微醺。[2]在不產芒果的南澳,也有被稱作「醉鸚鵡樹」(Drunken Parrot Tree)的紅雲花樹(Schotia brachypetala),會讓酒品極差的吸蜜鸚鵡變得聒噪惱人。[4]

此外,世界上其他地方的動物,亦有不少雷同案例。比方說,印尼婆羅洲的紅毛猩猩,熱愛帶有強烈酒味的榴槤;非洲的大象與猴子,會食用棕櫚樹和非洲漆樹(Marula trees)已發酵的果實;在瑞典還曾有爛醉的麋鹿,因為鹿角被蘋果樹纏住,而登上國際新聞。[2]

  

酒品極差的吸蜜鸚鵡,在紅雲花樹上吵鬧。(來源:Botanic Gardens of South Australia on YouTube

  

吸蜜鸚鵡癱瘓症候群

《國家地理》與《澳大利亞地理》雜誌,以及澳洲廣播公司等媒體,約莫在 2010、2011 年前後,開始報導這些定期在芒果季中毒的鸚鵡。[2, 3, 5]然而,有別於水果酒精造成的症狀,牠們不僅失去飛翔和平衡的能力,整隻從天上栽落,有些還因病而亡,死時雙爪蜷曲緊握。[2, 3, 6]

  

此現象即為「吸蜜鸚鵡癱瘓症候群」(lorikeet paralysis syndrome)或「緊爪症候群」(clenched-foot syndrome),暱稱「落鸚症候群」(drop lorri syndrome)。[3, 6, 7]

  

病毒感染,或食物中毒?

如同那些在北領地被「撿屍」的遠親,昆士蘭南部和新南威爾斯東北部,每年 10 到 6 月,特別是 12 月至 2 月期間,總有數以千計的吸蜜鸚鵡,罹患此症。[7]西澳在夏季尾聲,也有紅翅鸚鵡(red-winged parrots,學名: Aprosmictus erythropterus),因倒地不起,而遭掠食者攻擊。[3]生病的鸚鵡通常會先被送至加護病房,治癒後還要長期復健。[7]

葛瑞菲斯大學的 Darryl Jones 教授假設這是病毒感染,尤其鳥類不懂社交距離,傳得特別快;[6]雪梨大學的 David Phalen 教授則猜測是有毒植物的果實所致,而此植物的分佈,可能碰巧與某些鸚鵡的棲地重疊。[7]

  

緝察元凶

為了搞清楚到底是哪種植物毒害吸蜜鸚鵡,David Phalen 教授邀請熱心的在地人提供線索:民眾可以上 iNaturalist 平臺,登錄他們觀察到的野生吸蜜鸚鵡吃了什麼,資訊愈多愈好。

科學家再針對被舉報的植物,進行採樣,並深入研究。他們分析數據的基本原則,如下:[7]

  1. 在地圖上標註觀察的地點,並以其食用的植物種類篩選資訊。
  2. 指出研究範圍內,吸蜜鸚鵡吃的植物種類。
  3. 分辨吸蜜鸚鵡在疾病流行區和其他地方,食物的差別。
  4. 找出吸蜜鸚鵡在發病期,食用哪些平常不吃的植物。

儘管研究初步的結果,已經掌握了十幾種牠們愛吃的植物,例如:紅千層(bottlebrushes,又稱「瓶刷子樹」)、紅雲花樹、傘樹、澳洲白千層(paperbarks)以及紐西蘭聖誕樹(New Zealand Christmas trees)等。

研究團隊仍未確定毒害吸蜜鸚鵡的元兇,所以民眾依然持續上載觀察報告。[7]

  

參與生物觀察

如果上述研究計劃引發了您的興趣,卻無奈自己住在臺灣幫不上忙,其實也可以瀏覽「臺灣生物多樣性網絡」的「參與Participation」網頁。裏頭有各式各樣的動植物觀察回報團體與系統,讓每個有心貢獻科學的市井小民,都有機會盡一己之力。[8]

備註

本文將紅翅鸚鵡以外的「吸蜜鸚鵡癱瘓症候群」(lorikeet paralysis syndrome)患者,統稱為「吸蜜鸚鵡」(lorikeets)。原始英文資料提及的亞種,包括北領地的「紅頸吸蜜鸚鵡」(red-collared lorikeets,學名:Trichoglossus rubritorquis)[2]以及昆士蘭與新南威爾斯的「彩虹吸蜜鸚鵡」(rainbow lorikeets,學名:Trichoglossus haematodus)[7]。《國家地理》雜誌將二者視為單一物種[5];《澳大利亞地理》雜誌和雪梨大學網頁則使用兩個不同的學名。[2, 7]

參考資料

  1. Where do my mangoes come from? (Australian Mangos, 2022)
  2. Drunk birds: inebriation in the wild (Australian Geographic, 2011)
  3. Parrots getting drunk after eating fallen, fermenting mangoes in the Kimberley (ABC News, 2021)
  4. Go home, lorikeets – you’re drunk! (Botanic Gardens of South Australia, 2017)
  5. Strange Planet: Drunken Australian Parrots (National Geographic, 2010)
  6. Virus causing lorikeets to ‘drop out of the sky’ resurfaces in South-East Queensland (ABC News, 2020)
  7. Lorikeet Paralysis Syndrome Project by Professor David Phalen (the University of Sydney)
  8. 參與 Participation(臺灣生物多樣性網絡)
胡中行_96
64 篇文章 ・ 23 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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鬼壓床與低血鉀週期性麻痺症
葉綠舒
・2015/03/19 ・538字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

低血鉀週期性麻痺症(hypokalemic periodic paralysis,HypoPP)是什麼?根據自由時報的報導,英國1名12歲少女米亞(Mia Park,下圖)罹患罕見的遺傳疾病,今年初發病以來,每隔一天就癱瘓,最長可癱瘓19小時。

credit:自由時報
credit:自由時報

患者的鉀離子被留在肌肉中,使得血液中的鉀離子太低,造成疲倦無力、氣促、便秘腹脹、反射低弱等症狀;若鉀離子降到太低(小於2.5mEq/L),有可能致死。

遺傳性的『低血鉀週期性麻痺症(hypokalemic periodic paralysis)』,為「體染色體顯性」遺傳,與鈣離子通道(CACNL1A3)突變有關。由於在女性會發生不完全的遺傳,所以發生週期性麻痺比率為男性>女性(3:1),常發病於兒童晚期或是成人期。

甲狀腺功能亢進也會引發低血鉀,但是在檢查的時候就會發現,遺傳性HypoPP病人的甲狀腺功能是正常的。

民間俗稱的「鬼壓床」其實也是一種低血鉀症,通常在劇烈運動、食用大量碳水化合物食物後較容易發生。遺傳性的HypoPP的發作也與運動與攝食碳水化合物食物有關。

原刊轉載自作者部落格

參考文獻:

葉綠舒
262 篇文章 ・ 8 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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人機介面:大腦控制機械手臂
Jacky Hsieh
・2012/06/26 ・318字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

Cathy Hutchinson已經四肢癱瘓了十五年,但是現在他可以透過人機介面,用大腦控制機械手臂伸向並拿起杯子,啜飲一口晨間咖啡。這個人機介面在Cathy 頭上植入了96-channel每根只有頭髮這麼粗的微電極,讀取一小群運動皮質的神經元活動情形,透過電腦運算把這些訊號轉換,變成數位命令給機械手臂。

布朗大學的神經科學家Dr. John Donoghue期許這樣的人機介面,未來能有一天幫助癱瘓者「重建」他們的動作控制。原始的研究論文發表在五月的《自然》(Nature),下方的影片可以看到Cathy如何控制機械手臂,以及該研究團隊的採訪。

Paralysed woman moves robot with her mind – by Nature Video

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基於質子的電晶體能使機器與生物溝通
only-perception
・2011/09/23 ・1136字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 581 ・九年級

人類裝置,從燈泡到 iPods,利用電子傳送資訊。在另一方面,人體與其他生物(living things,活物),利用離子或質子傳送訊號與完成工作。

在華盛頓大學的材料科學家打造出一種新奇的、使用質子的電晶體,為能與生物直接溝通的裝置創造出關鍵的一部份。這項研究本週發表在跨學科期刊,Nature Communications,的線上版。

為了生物感應器或義肢學(prosthetics),與人體過程(processes)連結的裝置正被探索中,不過它們通常利用電子溝通,那是帶負電的粒子,與質子(帶正電荷的氫原子)或離子(帶正電荷或負電荷的原子)有所不同。

“所以在界面上,這個問題一直都是一種挑戰:電子訊號如何轉譯成離子訊號,反之亦然?” 第一作者 Marco Rolandi 表示,UW 材料科學與工程助教授。”我們發現一種生物材料,那非常善於傳導質子,且有機會成為與活體系統(living system)之間的界面。”

在體內,質子活化「on」以及「off」開關,而且是生物能量傳遞中的關鍵角色。離子開啟與關閉細胞膜中的通道,以便將東西泵出或泵入細胞。包括人類在內的動物,利用離子放鬆牠們的肌肉以及傳輸腦部訊號。一部與活體系統相容的機器,在這種情況下,簡單的說,能監控這種過程。有朝一日那還能夠產生質子流(proton current)以直接控制某些功能。

朝向這類型控制的第一步是一種電晶體,那能夠送出質子流的脈衝。這款原型裝置是一個場效應電晶體,是一種基本的電晶體類型,那包含一個質子流的閘極(gate)、汲極(drain)與源極(source)終端。在這類使用質子的裝置中,這個 UW 原型是第一個。它量起來約 5 微米寬,大約是人類頭髮寬度的二十分之一。

“在我們的裝置中,大型生物啟發分子(large bioinspired molecules)能移動質子,且質子流被開啟或關閉的情況,可完全類比其他場效應電晶體中的電流,” Rolandi 說。

該裝置使用一種經過修飾的幾丁質(chitosan,甲聚醣),這種化合物原本萃取自魷魚鞘(squid pen,當魷魚有殼時會留下這種結構)。這種材料與生物相容、容易製造,而且能從食品業所廢棄的蟹殼與魷魚鞘回收。

第一作者 Chao Zhong(音譯:鍾超,UW 博士後研究者)與第二作者 Yingxin Deng(音譯:鄧迎新,UW 畢業生)發現,這種形態的幾丁質在搬移質子上格外優異。幾丁質會吸收水分並形成許多氫鍵;質子接著能從某個氫鍵跳躍至另一個。

由共同作者 M.P. Anantram(UW 電機工程教授)以及 Anita Fadavi Roudsari(加拿大 Waterloo 大學)所發展出來的電荷傳輸電腦模型與實驗結果非常相符。

“所以我們現在有一個與電子迴路相似的質子迴路,我們才剛開始了解,而非完整了解,” Rolandi 說。

Rolandi 表示,未來十年左右的應用很可能會是在實驗室內細胞的直接感測。目前的原型有個矽基底,而且無法用於人體中。然而,長期來看,一種生物相容的版本將能直接被植入到生物中以直接監測或甚至控制某些生物學過程。

資料來源:PHYSORG: Proton-based transistor could let machines communicate with living things [September 20, 2011]

轉載自 only-perception

所有討論 2
only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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人機介面:大腦控制機械手臂
Jacky Hsieh
・2012/06/26 ・318字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

Cathy Hutchinson已經四肢癱瘓了十五年,但是現在他可以透過人機介面,用大腦控制機械手臂伸向並拿起杯子,啜飲一口晨間咖啡。這個人機介面在Cathy 頭上植入了96-channel每根只有頭髮這麼粗的微電極,讀取一小群運動皮質的神經元活動情形,透過電腦運算把這些訊號轉換,變成數位命令給機械手臂。

布朗大學的神經科學家Dr. John Donoghue期許這樣的人機介面,未來能有一天幫助癱瘓者「重建」他們的動作控制。原始的研究論文發表在五月的《自然》(Nature),下方的影片可以看到Cathy如何控制機械手臂,以及該研究團隊的採訪。

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