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不用什麼都會,你也可以舉一反三?大腦到底是怎麼做到的?

Chit Ying Lau_96
・2021/01/02 ・2186字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

如何在辦公室裡種多肉植物?以下是你不可不知的三個種植步驟:

  1. 搜一下種植須知
  2. 把植物挪到窗邊,曬曬太陽
  3. 定期澆花,檢查底盤積水

看起來很有道理對不對?但其實筆者根~本~就沒有種過多肉植物!這些只是小時候「種綠豆的經驗中」學習到的,嘿嘿嘿。

生活中的許多技能與知識,都是透過經驗學習成長的。圖/Pexels

俗話說:「經一事,長一智」,當我們在學習待人接物、新的工作技能時,往往都會汲取很多很多的經驗,接下來,我們的大腦會把這些日常經驗抽象化、歸納並找出規律,藉此將經驗化為知識,並將知識應用在新的事件上。

比如說,小時候種綠豆的經驗會被抽象化成 3 個小事件(上面的種植步驟),即使我們從沒種過多肉植物,也不清楚多肉植物對水份、陽光的需求,但我們仍懂得舉一反三,把種綠豆時習得的基本種植步驟應用在多肉植物上。

然而,大腦究竟是如何記住這些「小事件」(種植綠豆的步驟)之間的關係,並應用到類似的新事件(種植多肉植物)呢?

腦袋裡的計數器: ESR 細胞

為了解答這個問題,曾經獲得諾貝爾獎的利根川進(Susumu Tonegawa)與他領導的團隊設計了一個方形迷宮,在小鼠的迷宮實驗中,小鼠需要通過 4 次迷宮才可以獲得食物的獎勵。

首先,經過 8 天的訓練後,研究團隊發現,小鼠會在跑第 4 圈的時候加速

也就是說,牠們已經從之前的訓練經驗中得知,自己會在第 4 圈後出現食物的獎勵 1

不過,小鼠到底是怎麼追蹤自己跑了多少圈呢?

由於海馬體與感知、空間、時間有關,目前科學家已經知道,當海馬體 CA1 區域被激活時,海馬體 CA1 區域就能利用其他區域的感官資訊,來幫助小鼠鞏固空間記憶。

因此研究團隊使用病毒感染海馬體 CA1 區域的神經細胞,而這個病毒身上載有對「鈣離子」相當敏感的螢光蛋白。

一旦這個區域的神經細胞被激活,鈣離子就會增加,從而增強蛋白的螢光強度,因此科學家就可以透過亮起來的螢光蛋白,測量出這裡的神經細胞有沒有被激活。

ESR 細胞在整個跑圈過程中都展示出活性,但會在特定的圈數表現得更活躍。
圖/Chit Ying Lau、Freepik

值得留意的是,這些神經元會在特定的圈數變得更加活躍,表示它們會「分工合作」,各自記錄不同圈數(事件),因此被統稱為 Event-specific rate remapping cells(簡稱為 ESR 細胞)。

這些「圈數」就如種植的步驟一樣,被視為一個又一個獨立的小事件(Event)。

果然,團隊發現區域有大概 17% 的神經元在小鼠跑圈圈的時候被激活,它們激活的比例更在訓練後增至 29% ,可見其活性是學習而來的。

ESR 細胞:跑跑跑,向前跑,經過小巷和大道

然而,這些 ESR 細胞到底是如何儲存資訊的呢?它們是透過「走了多遠」、「走了多久」來記住嗎?還是直接把每一圈當作一個事件呢?

為了解 ESR 細胞的活動機制,團隊把迷宮擴大、複雜化,隨機指定老鼠每一圈要走的路程,而小鼠仍會在走完第 4 圈後得到獎勵。

驚人的是——即使每圈小鼠要走的路程都不一樣, ESR 細胞的活動並沒有受影響!由此看來, ESR 細胞的確將不同圈數當作獨立的小事件,亦不會受距離變化影響。

ESR 細胞將不同圈數視為獨立事件,不受距離影響。圖/Pexels

然而,當研究員改變獎勵出現的頻率,ESR 細胞的活動也隨即出現神奇的變化。

  • 如果小鼠跑完每個圈後都會得到獎勵,大部份 ESR 細胞的活動都會消失
  • 如果小鼠要多跑一個圈(lap 5)才得到獎勵,原本的 lap 4 細胞會在第 5 圈變得更活躍。

顯然,這些ESR細胞並不純粹追蹤「圈數」,而是儲存了「圈數之間的關係」。

別再說是新一哥哥教的!ESR 才是大功臣

在現實人生中,生活總是千變萬化的,就算今天學會了如何種綠豆、種多肉植物,但明天可能需要學會種仙人掌、水生植物。

由此可知,如果一組 ESR 細胞只能儲存特定經驗,那要應付日常的小轉變都很費勁了。

於是,團隊讓小鼠在方形迷宮訓練了一天後,在翌日把迷宮換成了「圓形」。

結果顯示,有高達 38% 的 ESR 細胞在圓形迷宮內仍然保持他們追蹤特定圈數的能力,表示小鼠可以把從方形迷宮學習到的知識應用到圓形迷宮上。

總而言之,ESR 細胞相當穩健,即使換了迷宮的形狀、路程,也不會影響它的活動。透過 ESR 細胞,大腦可以追蹤事件與事件之間的關係,且不易受外在環境改變,奠定了知識轉移的基礎。

不過,現實生活中要追蹤的事情可比這些實驗複雜得多了。ESR的記憶可以保存多久?知識轉移的機制是甚麼?ESR細胞會和海馬體其他細胞相互合作嗎?這些問題仍有待解答。

參考資料

  1. Sun, C., Yang, W., Martin, J. et al. Hippocampal neurons represent events as transferable units of experience. Nat Neurosci 23, 651–663 (2020).
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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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【泛科開課】國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切
PanSci_96
・2023/01/07 ・795字 ・閱讀時間約 1 分鐘

2023 年國民法官制度上路,每個人都有機會成為國民法官,你收到法院邀請函了嗎?

全國備選國民法官超過 13 萬人,也許明天就會收到法院邀請函。但是對於整個國民法官制度,與實際法院判決流程還一頭霧水該怎麼辦?

擁有美國國家訴訟詰辯學院教師資格 aka 刑事律師黃致豪,將開設「國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切」線上課程,從理論與實務出發,全白話生動幽默說明;著重在「入選國民法官後,我該怎麼辦?」的實用概念與技巧。與坊間可以找到的律師、檢察官訓練資訊以及司法院的公關說帖不同,更非法條整理,是由專家整理,第一部專門為未來的國民法官量身打造的實用課程

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假設自己成為國民法官,你也有這些害怕:

  • 我又沒念過法律,為什麼我要決定人家的生死?接到通知就一定要去嗎?
  • 鑑定人或者專家,講的到底是真是假,該怎麼判斷?沒念過法律的人,意見可以跟高學歷的博士、法官、鑑定人對抗或者質疑他們嗎?
  • 職業法官與國民法官的差別在哪?國民法官在法庭中的角色是什麼?
  • 我在法庭上可以針對發言內容提出問題嗎?我可以跟家人親友討論我目前在審理的案件嗎?
  • 如果我不想判死刑結果大家判了死刑,我該怎麼辦?

過去的法院判決流程,總是與大眾生活存在距離。但唯有了解,才能消除疑惑。讓黃致豪律師一次解答所有國民法官在制度面、實務面、程序面、科學面會遇到的問題,幫你「臨庭」不亂

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大科學人專訪|職業棋士黑嘉嘉:台語課我考了一百分,事實上我一句台語都不會講
LIS_96
・2023/01/01 ・2006字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

自己可以選擇想做的事是很棒的事

Q:黑嘉嘉在國小、國中、高中分別遇過什麼「有成就感」或是「特別挫折」的經驗

我的媽媽是數學和英文老師,因為姊姊國中要開始自學,我就跟著姐姐自學,後來國中就到美國讀書,小時候媽媽給了我很多的學習資源,比方說圍棋。

我在美國念中學是兩點半就下課,學業滿輕鬆的,每週五學校規定老師不可以給學生出作業,週末要好好去玩,禮拜一會比較晚上課,整個設計都是非常人性化。我們有一堂課,是可以自己選擇要上什麼,像是電腦、合唱團唱歌、美術。這三堂課是妳可已自己選擇要上哪一堂課,這樣可以自己選擇是很棒的事情!

整個求學過程算是滿快樂的,應該算是滿順利的。

沒有環境就自己創造

Q:你覺得什麼是學習過程中最重要的關鍵?

我覺得有興趣是最重要的,我到美國之後,是完全沒有圍棋的環境,在美國找不到圍棋老師,也找不到會下棋的任何人,我有點靠著自學,在網路上自己找對手下棋,自己看棋譜,自己覆盤。因為我對圍棋很有興趣和熱情,所以我願意花很多間,哪怕我沒有環境,我也自己創造環境給自己。

黑嘉嘉憑著對圍棋的熱情,創造學習的環境給自己。圖/Envato Elements

除了學習動機獨立思考和勇於嘗試同等重要

Q:自學的過程中是否遇到挫折和挑戰?又如何解決困難和挑戰?

我覺得當我在台灣我有圍棋老師的時候,我發現老師說什麼,我就聽什麼,沒有真的理解。比方老師說要下這裡好,我不知道為什麼,我下次就下這裡,但我沒有真的就理解為什麼要下這裡,到美國沒有老師,我就必須全部自己思考,那為什麼下這裡呢?到底好在那裡?我就開始不下這裡,看看會發生什麼事,在這一次次的失敗中學習,自學的過程當中會發現很多過去沒有想過的問題。

除了動機之外「獨立思考的能力」、「嘗試」也同等重要,得自己思考和理解過後才會變成你自己的,如果硬背可能很快就忘記了!

培養獨立思考的能力,並且從嘗試中學習。圖/Envato Elements

小朋友能夠擁有選擇的權利

Q:給台灣教育的建議?

就我過去在台灣唸小學的經驗,我覺得最大的問題就是我會被強迫去背很多東西,這些東西考完試之後就忘光了,之後也是完全不會用到,還有一次台語課我考了一百分,事實上我一句台語都不會講,我就覺得很離譜,一句都不會講怎麼會考到一百分,這個情況是不正常的,不應該出現這樣的情況,運用應該是最重要的,不應該是我考了一百分覺得自己很棒,但那應該是要有慚愧的心情,我考了一百分但我一句台語都不會講。應用才是我覺得更重要的事情!

我會希望小朋以能夠有更多選擇的權利,他們可以選擇喜歡什麼,自己想要學習什麼,也喜望他們能夠有更多獨立思考的能力,這也是需要老師去帶領他們,學習獨立思考。

需由老師帶領孩子,學習如何獨立思考。圖/Envato Elements

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」, 黑嘉嘉分享給我們的大科學人宣言:

❛❛ 人生如棋,在 19 X 19 的棋盤宇宙中,學習處事真理;落子無悔,每個選擇都牽動著下一個結果。  ❜❜  ——黑嘉嘉

人生如棋,落子無悔,是黑嘉嘉喜歡的圍棋格言,棋盤上的道理都是可以運用到科學和生活當中。在這邊也跟大家分享「黑嘉嘉的圍棋線上教室」最近剛好滿一週年,科學是生活,生活是科學,如果你對棋盤中的思考模式想進一步了解,歡迎大家報名體驗,有成人和小朋友的課程可以試上哦。

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LIS_96
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LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。