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解析憂鬱症患者的腦電波:什麼是「反芻性思考」?為何它讓令人傷心欲絕?

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/14 ・2273字 ・閱讀時間約 4 分鐘

臺北醫學大學 心智意識與腦科學研究所副教授 徐慈妤 團隊的最新研究發現,即使在沒有任何負面情緒的狀況下,只要去做與自我有關的決定,憂鬱症患者的腦電波就與一般人不同,而且這個腦部活動跟憂鬱症病人的「反芻性思考量表」有相關。

這份研究於9月正式發表在國際期刊《精神病學和神經科學雜誌》(Journal of Psychiatry & Neuroscience),研究標題為:「當大腦在處理與自我相關的訊息時,腦部活動與憂鬱反芻性思考有關」(Depressive rumination is correlated with brain responses during self-related processing)。

最新研究顯示,憂鬱症的病徵與大腦處理訊號的方式有關。圖/envato elements

什麼是「反芻性思考」?

臺北醫學大學醫學系副教授&精神科主治醫師 鐘國軒 說明,反芻性思考,指的是一種反覆專注於自我負面感受與想法的思考傾向,是憂鬱症病人常見的思考模式,也與憂鬱的嚴重度及自殺的風險相關。

台南市立安南醫院精神科主任 張俊鴻 補充,這些思考內容可以分好幾種,例如被害妄想(覺得被跟蹤,大腦被外星人裝監視器)、強迫性思考(覺得手有病毒一定要繼續清潔用酒精清潔20次)等等,而憂鬱症病人的反芻性思考,通常是跟自己有關的負向思考,例如覺得「為什麼我這麼沒有用」、「這都是我造成的」、「我活該」⋯⋯等。

徐慈妤提到,過往研究發現憂鬱症患者的反芻性思考更頻繁,而這些消極、負面的反覆想法與憂鬱症的嚴重程度、持續時間有關聯。這個研究,是想知道在沒有任何外在情緒性刺激的情況下,憂鬱症患者處理與「自我有關訊息」的腦電波,是否與一般人不同,以及這樣的腦部活動與憂鬱反芻性思考的關聯性。

反芻性思考會讓人陷入負面的無限循環。圖/envato elements

臺北醫學大學心智意識與腦科學研究所的尼爾.鄧肯(Niall W. Duncan)副教授 接著說明,所謂「自我有關訊息」指的是人們思考與自己有關的事件,例如當人們在生活中做決定,其實就是在處理跟自我有關的訊息。而憂鬱症患者則比一般人更常在無意識的狀況下,處理與「自我」有關的資訊。

過去的各種研究雖然已知大腦某些區域的功能,與反芻性思考有闗,但評估方式可能受到患者情緒的影響,而無法呈現憂鬱症在自我概念失調的真貌。

科學如何證實大腦與反芻性思考的關係?

本研究透過不受情緒影響之心理評估任務,分析腦波(EEG)之事件相關電位(ERP),發現憂鬱症病人在處理與自我有關的資訊時,在半秒鐘之內,腦電波就開始與一般人不同,且受試者在額葉中心電極之反芻性思考與自我相關反應的差異有闗,而對照組則無此關聯;此外,憂鬱症受試者於接受自我相關反應之心理評估任務時,其中心電極可見較高之 θ 振盪功率,而對照組則無此現象。

也就是說,大腦前額區還有中央區的皮質,會在自我相關測試時,出現不同腦波,而且腦波變化會隨著憂鬱症的症狀嚴重而增加,也會隨反芻性思考嚴重度增加。

研究發現,憂鬱症患者處理自我訊號時,大腦的腦波與一般人不同。(示意圖)圖/envato elements

不過,要補充的是,這份研究裡的受試者都是平均年齡為中年的女性,且絕大多數都有使用抗憂鬱藥物。因此,未來可能要再做進一步的實驗,區別個別藥物影響;並且無法直接將這個大腦結果,推論到其他年齡層或其他性別。

徐慈妤也指出,還需要透過後續研究進一步釐清,與自我相關的定義是不是還能再擴大或修正。未來也會進一步研究自我相關處理的神經網絡與反芻性思考如何影響憂鬱症狀。

所以,我們可以怎麼理解憂鬱症?

話說回來,這份研究從更明確的生理證據擴大我們對憂鬱症的理解,展現出憂鬱症可能是一種「自我概念失調」的精神疾病。

鄧肯指出,憂鬱症的大腦生理基礎,讓憂鬱症患者無法單靠自我意志來改變想法,就如同沒辦法叫感冒的人不要咳嗽一樣,且就算感冒的人忍著不咳嗽,也不代表感冒好了。張俊鴻也認為,這時候,也許我們能做的就是陪伴,以及鼓勵他就醫接受治療。

憂鬱症患者可能因為腦部變化,無法自行終止負面想法,需要他人的鼓勵與陪伴。圖/envato elements

臺北醫學大學附設醫院精神科 李信謙主任 指出,世界衛生組織將憂鬱症定為 2020 年全球第二大疾病,僅次於心血管疾病。憂鬱症造成的失能狀況可能不僅影響患者自己,更會影響到周遭家人朋友。

早期臨床都會認為,憂鬱症是對各種事件的被動反應,大家就會認為治療都是治標不治本。李信謙表示,本研究看到憂鬱症患者的腦部活動,在思考與自己有關的事之前,已與一般人有異。

從研究中看到的生理變化,可再更深入研究並應用在治療憂鬱症,鍾國軒舉例,或許可著力於自我概念失調這個層面,包括使用可能改變自我概念的藥物與非藥物療法。

引用文獻

  1. Hsu, T. Y., Liu, T. L., Cheng, P. Z., Lee, H. C., Lane, T. J., & Duncan, N. W. (2021). Depressive rumination is correlated with brain responses during self-related processing. Journal of psychiatry & neuroscience : JPN46(5), E518–E527. https://doi.org/10.1503/jpn.210052

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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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