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邊看落日邊朗誦浮士德,竟靈光一閃發明旋轉磁場原理——《被消失的科學神人‧特斯拉親筆自傳》

PanSci_96
・2020/12/13 ・2641字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 475 ・五年級

編按:特斯拉於一八七○年代先後就讀奧地利的格拉茲 (Graz) 理工學院和布拉格大學,大學學業結束後,他罹患了嚴重的神經衰弱,期間,他看到了許多不可思議的奇異現象。

一八八○年,我帶著父親的期望前往波希米亞的布拉格市,在那裡繼續我的大學教育,並且做了一個果斷決定,繼續未竟的實驗,其中包含拆除發電機的整流器,觀察接下來會發生什麼現象,結果依舊徒勞無功。

在接下來的一年裡,我對人生的看法出現了急遽變化。我知道父母親為了供應我在經濟上的需要做出了重大犧牲,因而決定要卸下他們的重擔。當時美國裝設電話的風潮剛傳到歐洲,匈牙利決定要在布達佩斯裝設電話系統。

神經衰弱的折磨,從未奢望完全康復

一個大好機會出現了,尤其與我們家族熟識的一個友人,恰巧就是匈牙利一家電話公司的負責人。我在前文曾提及,我在布拉格期間罹患了嚴重的神經衰弱。

我在病中的經歷簡直令人匪夷所思!我一直有異於常人的超凡視力與聽力,我可以在其他人都已經看不到、聽不見的距離外,依舊能清楚聽辨。我記得,我小時候有好幾次聽到從鄰居家中傳來微弱的爆裂聲響,屋主卻依舊呼呼大睡,我只好大聲呼救,救了鄰居免遭祝融之災。

特斯拉當時深受神經衰弱的折磨。圖/Pexels

一八九九年,我四十多歲,在美國科羅拉多州繼續我的實驗,我可以清楚聽到五百五十英里外打雷的聲音,我的年輕助理頂多聽到一百五十英里,換言之,我的聽力比他靈敏三倍有餘──然而,比起我神經衰弱期間的敏銳聽力,此時的聽力簡直是小巫見大巫,可以說是耳聾級的程度。

我在布達佩斯的那段期間,可以聽見三個房間距離外的手錶滴答聲;一隻蒼蠅飛落在房中桌上,在我聽來就像是砰砰的重擊悶響。幾英里外馬車經過的聲音,會使我全身顫動;二、三十英里外的火車汽笛聲,會讓我坐的板凳或椅子劇烈晃動,使我承擔難以忍受的痛苦。我腳下的地面會震個不停;我必須把床放在緩衝橡皮墊上,才能獲得休息。

我如果無法分辨這些來自四面八方的嘈雜聲究竟是什麼,我就會產生幻聽心生恐懼。時亮時暗的陽光會嚴重衝擊我的腦部,使我暈厥過去。當我行經橋下或其他建物下方,會覺得有股巨大壓力壟罩在頭上,必須用最大的意志力才能通過。在黑暗中,我的感官敏銳如蝙蝠,我的前額有一種獨特的感知力,當它發癢時,我就知道十二英尺外有東西出沒。

特斯拉的感官變得十分敏感,使他分不清幻聽與真實世界的聲音。圖/Pexels

我的脈博變化可以從每分鐘只有跳幾下飆高到兩百六十下,造成體內器官與組織的抽搐和震顫,這恐怕是最難忍受的身體折磨。我曾求診一位內科名醫,他開立大量溴化鉀鎮靜劑讓我每天服用,但仍宣告我得的是無藥可醫的罕見疾病。

我這輩子最大的遺憾,就是當時沒有求診生理及心理學專家。我拚了命想要活下來,卻從未奢望自己能完全康復。誰會相信一個身體如此孱弱的絕症病人,可以蛻變成一個具有驚人體魄和頑強意志的人,能夠工作三十八年不輟,幾乎沒有一天休息,身體和心智卻依舊強健、生氣勃發?

意志力的奇蹟,發明旋轉磁場原理

我就是活生生的例子。我有強大的求生意志,我渴望繼續自己的研究工作,在一個運動家摯友的全力幫助下,奇妙的事發生了,我的身體恢復健康,心智依然敏捷。

當我重新投身於中斷的研究,卻發現自己的奮戰竟然這麼快就結束了,反而感到有些悵然──我還有許多精力無處可用。我當初接下這個不可能的挑戰,不是抱著平常的決心,對我來說,這是一個神聖的誓言,是一場攸關生與死的求索。

我深知,一旦我失敗了,我的生命活力也會隨之枯竭凋萎。如今,我打贏了這場戰役。答案其實早就在我大腦深處的某個隱蔽角落,已經呼之欲出,只差臨門一腳。

特斯拉與友人在公園散步欣賞落日時,有了新的靈感。圖/Pexels

我永遠記得那天下午,我和一位朋友正在城市公園享受散步詠詩的愜意,我那時候可以把整本書一字不漏地熟記在心,其中一本就是歌德的小說《浮士德》 (Faust) ,夕陽才剛西沉,我不禁聯想起書中一節絕美詩句:

太陽西沉,退隱,白晝就此完結,

它匆匆離去,去催促新的生命。

哦,竟沒有翅膀把我從地面升起,

永遠永遠去把她追隨!

正值她將逝未逝之際,我做了一個美夢。

唉,怎奈任何肉體的翅膀都不容易同精神的翅膀結伴而飛。

譯文摘自:《世界經典文學名著:浮士德》,歌德著,綠原譯,臺北:光復書局,一九九八年 

當我朗讀這些振奮人心的詩句,靈感如電光石火般湧現,真理瞬間揭露。我立刻拿起一根枝條在沙地上畫出心中浮現的設計圖──六年後,我在美國電機工程師學會發表演講時公開了這張圖──身旁的友人完全理解我在畫什麼。

特斯拉的第一台感應發電機。圖/柿子文化

我看到的影像是如此銳利清晰、堅實如金石,我告訴友人:「你看,這裡是馬達;注意看,我要將它反轉。」

我按捺不住心中的激動,滔滔不絕說了起來。皮格馬利翁 (Pygmalion) 看到親手雕刻的美麗少女「葛拉蒂亞」 (Galatea) 竟然有了生命時的驚喜,也難與我此時的激動難抑相比。

我或許無意間發現了一千個大自然奧祕,但是我願意用它們換取我的這項發明,它是我排除萬難用生命換來的嘔心瀝血之作。

——本文摘自泛科學2020年12月選書《被消失的科學神人:特斯拉親筆自傳》,柿子文化,2019年01月。

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PanSci_96
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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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《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》