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古物中的奈米顆粒﹕舊技術﹐新應用

科景_96
・2011/02/08 ・986字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 530 ・七年級
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Original publish date:Jun 13, 2003

編輯 Agape 報導

透過現代科技的分析﹐科學家們發現顏料中金屬成份的奈米顆粒﹐是使文藝復興時代的陶器﹐呈現出豐富鮮艷色彩的主要原因。

陶器的上釉技術﹐早在西元第四世紀時﹐在美所不達米亞被發明。日後隨著回教文化的向北推進﹐這項技術也在第十二世紀時﹐傳到了西班牙。而意大利則在第十六﹑十七世紀時﹐也學會了這項技術﹐並且在文藝復興時代將其充份應用﹐製造出以多彩釉聞名的Deruta與Gubbio陶器。

最近﹐意大利的物理學家們﹐透過各項精密儀器的分析﹐嘗試為這些古物的鮮艷色彩﹐提供科學上的解釋。Perugia大學的Bruno Brunetti與其研究小組和合作夥伴﹐利用如拉塞福散射光譜(Rutherford backscattering spectrometry) ﹑光吸收頻譜(optical absorption spectroscopy)﹑X射線螢光術(x-ray fluorescence)﹑與Extended X-ray absorption fine structure measurement(EXAFS)等技術﹐對Deruta陶器的表面結構及色層進行了一連串完整的分析。

他們發現﹐在陶器表面呈現金色的部份﹐其實是由厚度在60到120nm﹑內含銀的奈米顆粒與銅離子(一價與二價)的顏料層所組成﹐在其中﹐銅並沒有以元素的形式存在。其中銀與銅離子的重量比例分別約為20%與1-3%。而至於呈現紅色的部份﹐其顏料層厚度約為60到180nm﹐主要成份則為8%的銅元素奈米顆粒與一價的銅離子。

根據Brunetti等人進一步的分析﹐他們發現在金色與紅色層中﹐大部份的銅離子是處於帶一價正電荷的形態。初步的想法是可能與陶器窯燒時﹐是在還原壓力(reductive atmosphere)下有關。然而﹐有相關的實驗顯示﹐陶土/玻璃土中若含有鹼金族元素如鈉﹑鉀的離子﹐則其中的銅元素因著與鈉﹑鉀離子的互換﹐較容易形成帶一價正電荷的銅離子。經過仔細分析EXAFS的數據﹐他們發現在古物樣品的金色層與紅色層中﹐銅離子與氧離子的鍵結﹐基本上是一價銅離子的形式。並且經過與陶土/玻璃土的EXAFS數據比對﹐具有極相近的結構。由此﹐他們推論﹐在釉色層的形成過程中﹐首先是銅離子與鹼金族離子的互換﹐然後才是金屬奈米顆粒的形成。

Brunetti等人的研究結果﹐為文藝復興時代意大利陶器的美麗色彩﹐提供了一個科學上的解釋。此外﹐由於現代光電元件也嘗試在玻璃基板中﹐攙入金屬奈米顆粒﹐產生非線性的效果。這個從古物中得到的結果﹐也許可以為有心研究的科學家﹐激發新的想法與帶來技術上的突破。

原始論文:

PhysicsWeb: Renaissance pottery comes under the microscope

Copper in glazes of Renaissance luster pottery: Nanoparticles, ions, and local environment, S. Padovani et al., Journal of Applied Physics 93, 10058 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

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科景_96
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懷念逝去之人而感傷?其實悲傷是為了讓你與他人再次產生聯繫!——《悲傷的的大腦》
臉譜出版_96
・2023/03/26 ・2535字 ・閱讀時間約 5 分鐘

渴求過去的心態

我與眾多喪親者做了大量訪談;其中一次,一位年長的出色男性坐在小桌子另一端與我談話,他的妻子幾年前過世了。

他對我說了過去夫妻之間的暖心故事,告訴我他們中學時認識的過程,之後年紀輕輕就結了婚,生了兩個孩子一起建立美好的家庭。他訴說著過去的家庭生活有多快樂、他有多愛她。

說起妻子因病去世時,他就有點忍不住淚水了,在她過世前的最後幾週,他陪伴左右,然而最後她還是走了。接著他又說,自己最近認識了一位和妻子很不一樣的女性,對方有著與妻子截然不同的興趣,而且個性比較外向。

對他來說,重新開始約會雖然感覺有點怪,但他覺得和對方在一起的自己充滿了活力。這時他靜了下來,沉思了一陣子後,只說了一句:「我只是想說,以前的我們很好。」他又停頓了下,「而現在這樣也很好。」

他還是相當懷念、渴望逝去的時光。圖/envatoelements

渴求的心情並不是專屬於過去的產物,也不是只會令人緬懷以前的人事物;渴求同時也代表一個人對當下有某些不滿。假如人真的只會對過去產生渴求,那就可以單純花一些時間回憶過去,覺得追憶夠了以後再把注意力轉回當下發生的一切就好。

然而在面對悲傷的時候,眼前的現實可能充滿了痛苦,這也就顯得過去的一切更加美好。假如當下的現實生活真的不是那麼吸引人,或是因為自己根本無法將注意力從過去移開,因此不知道當下能賦予自己什麼,這種渴求的狀態就更可能會不斷持續。

悲傷的盡頭是恐懼嗎?

除了我在前文已提過的悲傷、憤怒和失去一部分自己的感受以外,悲傷也可能令人心裡充滿恐慌。

《卿卿如晤》是C.S.路易斯(C. S. Lewis)在太太過世後寫出的優美作品,他在書中寫道:「我從不知道,悲傷與恐懼竟如此相像。」(No one ever told me that grief felt so like fear.)對我來說,悲傷到一個極致時,確實可以稱得上是恐慌的狀態了。

父親過世後,我沒有孩子、沒有配偶、也不再有父母;在那之後的幾年我都覺得自己與這個世界徹底疏離,過去那些我習以為常的依附關係皆已不復存在。通常在傍晚時分,現實世界中的當下就會引起我的痛苦,而恐慌便成了我面對這些情緒產生的自然反應。

悲傷的心情好似不會停止,甚至轉變成了恐慌。圖/envatoelements

我的心和思緒會如萬馬奔騰一樣高速運轉,同時焦躁難耐地坐也坐不住;在這種恐慌的時刻,唯一能讓我好一點的就是順應身體釋放的腎上腺素,好好動一動身體,因此我通常選擇於夜色籠罩下在社區裡快走。走一走以後我的身體累了,心靈也終於開始感到疲憊,這時我會忍不住流淚,然後慢慢回家。

就我自己的體驗與C.S.路易斯的文字來說,其與神經學家賈克.潘克賽普(Jaak Panksepp)的想法不謀而合。

潘克賽普是情感神經科學(affective neuroscience)這個領域的先鋒,研究的正是情緒的神經運作機制;他堅信能以科學方法和實驗研究動物的情緒,也真的發展出了完整的科學模型,對大腦製造出的各種情緒以及情緒功能提出了解釋。

土桑的溫暖天氣是吸引年長學者造訪的一大誘因,我也因此有幸於二○一七年潘克賽普過世之前,在亞利桑那大學數次聆聽他的演講。大家對他的科學貢獻了解不多,然而其中之一就是神經生物學的悲傷研究。

悲傷與恐懼的身體反應

潘克賽普對悲傷不僅止於學術上的了解──他的女兒在青少年時期因酒駕者肇事而喪命,因此他對悲傷有最切身的經驗。

潘克賽普用全大寫的字母為掌管不同情緒的神經系統命名,如愉悅(JOY)、憤怒(RAGE)以及恐懼(FEAR);掌管失落相關情緒的系統則是恐慌/悲傷(PANIC/GRIEF),從名稱就可以看出這兩種情緒的高度重疊。當然了,悲傷與恐慌的感受並非完全相同,潘克賽普的論述中指的是(一)強烈的悲傷、(二)物種間共通的悲傷感受、(三)尚未經過較高層次大腦皮質處理的悲傷。

他曾記錄下動物與同類被分開時會產生的反應,這些動物會產生更多身體活動,包括心跳與呼吸速率都會上升,同時也會釋放壓力賀爾蒙(例如:皮質醇)、發出求救訊號。潘克賽普在此領域提的焦點是動物發出的求救訊號,甚至有些物種會發出超聲波求救。

潘克賽普也提出了他稱為悲傷解剖學的理論,也就是動物在受到電流刺激時,大腦中互相連結而產生求救訊號的腦區。這些腦區當中就包含了中腦(midbrain)的導水管周邊灰質(periaqueductal gray),位置就在脊髓上方。

動物在感受悲傷時,大腦導水管的灰質會產生活動。圖/envatoelements

在我的第二項神經成像研究中,所有喪親受試者(無論有沒有複雜性悲傷)在看著他們深愛的逝者照片時,導水管周邊灰質都會產生活動;看著陌生人的照片時則沒有這種反應。

恐慌是為了讓自己與他人再產生聯繫

恐慌、身體活動增加、求救訊號都可能會令孤伶伶的動物與其他同類產生接觸;因此我們或許可以想像,恐慌/悲傷的功能就是為了促使動物(包括靈長類)與其他個體接觸;即便落單的個體無法再與原本的照顧者團聚,有其他同類在還是比較能夠提升其存活率。

處於壓力下的動物能透過社交接觸釋放類鴉片物質,不僅能夠舒緩壓力狀態,也能促使牠們學習新的經驗—與其他同類接觸的行為會使動物得到強大的酬賞(也就是體內產生的類鴉片物質),而這種有強烈吸引力的酬賞就會促使動物繼續做出能促發酬賞的行為。

假如我們能夠把這種生理機制當作獨特的治療機制,那該有多好啊。

——本文摘自《悲傷的大腦:一位心理神經免疫學者的傷慟考,從腦科學探究失去摯愛的悲痛與修復》,2023 年 3 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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你是自願想起那些記憶的嗎?為什麼大腦要我們想起——《悲傷的的大腦》
臉譜出版_96
・2023/03/25 ・2023字 ・閱讀時間約 4 分鐘

記憶的自主性

父親死後我時常花時間回想關於他的回憶,也因此開始質疑心理學家們對侵入性思維的看法,畢竟以我的例子來說,我是自己選擇想起那些回憶的。

丹麥心理學家多爾泰.本森(Dorthe Berntsen)找來近期發生人生重大壓力事件的人,問他們在做白日夢或腦袋放空時會想到什麼;她發現這些人腦袋裡也會出現自主記憶(voluntary memories)(就像我主動回想父親的病床在醫院裡移動的那段回憶一樣),其頻率與非自主記憶(involuntary memories)(就像父親在廚房烹飪的回憶突然出現在我腦海裡)出現的頻率相當。

因此,雖然非自主記憶確實比較令人難過,但它們出現的頻率其實並不比自主記憶高。與生命一帆風順時相比,人們面對充滿壓力的變故時會比較常回想起上述兩種記憶,而我們會覺得非自主記憶比較常出現其實是因為它更令我們困擾,因為這些記憶帶來的情緒令你我措手不及。

當我主動向親朋好友們訴說父親耍幽默的故事時,雖然一樣會有強烈的情緒,但因為那是我「選擇」要提起的回憶,所以我能夠事先準備好面對情緒帶來的影響。

有時候我們自己選擇想起某些回憶。圖/envatoelements

自主記憶與非自主記憶之間的差別也讓我們察覺人類大腦與動物大腦(例如田鼠)之間的差異;人類比動物多出了近一公斤的大腦皮質,最重要的是,這些多出來的皮質都位於人類前額與太陽穴之間的額葉(frontal lobes)。大腦的前額腦區為人類所獨有,有協助人類調節情緒等功能。

各位或許還記得,人類大腦提取記憶的方式就像在烤蛋糕一樣,必須從不同腦區集結各種材料;必須用到海馬迴及其周遭用來儲存與回憶相關的各種線索的腦區,大腦同時也得從負責掌管視覺或聽覺的腦區提取內容,以增加思緒的真實性,讓大腦產生想像的同時也具備視覺與聽覺效果。

無論是自主記憶或是非自主記憶,都必須運用到這些腦區,而本森為了搞清楚這兩種記憶之間的差異,仔細比較了受試者在產生這兩種記憶時的功能性磁振造影結果。自主記憶與非自主記憶不同之處在於,它是人類自己主動提取的記憶,因此會運用到額葉外側接近頭骨的腦區──背外側前額葉皮質(dorsolateral prefrontal cortex)。

前額葉會參與人們自主想起的記憶。圖/envatoelements

偶然間想起的記憶總特別難過?

我們需要具備神經心理學家所稱的「執行功能」(executive functions)才能刻意想起某件事情,這是人類特有的能力;這種能力就像企業的執行長一樣,負責組織、指示大腦的其他腦區擔負各種任務。

無論是刻意提取記憶片段,還是回憶不由自主湧上心頭,人類大腦製造記憶的方式大致相同;其中的差別之處在於,如果是刻意提取記憶,人類額葉掌管的執行功能會參與運作,負責指揮大腦想起某一段記憶。

無論是大學畢業典禮、第一個孩子誕生的瞬間,或是結婚的那一天,在這些人生大事過去後的幾週、幾個月甚至是幾年後,就算沒有刻意回想,每個人都有可能突然想起那些時刻,思緒突然出現在腦海裡。也許你當下只是在做一些平凡單調的日常瑣事,或是當天剛好看到某些有關的事物,這些美好的回憶都很有可能驟然躍上心頭。

侵入性思維由令人情緒極度激動的事件而起,當然也可能包括有正面意義的事件──並非只會因為極度負面的事件而產生。但因為關於負面事件的侵入性思維總是特別令人難過,人們才會在出現這些討厭的回憶時格外擔心自己的心理健康。

非自主記憶引來的悲傷總是無法堤防,讓我們更加難過。圖/envatoelements

大部分情況來說(特別是在面對強烈的悲傷時),侵入性思維其實只是大腦的自然反應,目的是要讓我們記住這些重要、充滿情感波動的事件。從大腦的角度來看,人類大腦好像是一再讀取關於失落的思緒,然而大腦對於人們生命中重要的正面事件同樣也是這麼做的。

在猝不及防的情況下,思緒與感受突然被悲傷佔據確實令人非常難受,但大腦其實是為了了解情況才會重新讀取這些記憶,就像你我對親友重新訴說某些記憶與故事一樣,我們只是想更深入了解這些人生片段。

如果能從這個角度看待侵入性思維,下一次這種狀況再次發生時,你就不會覺得有什麼大不了了,畢竟大腦這麼做確實有其緣由;侵入性思維的閃現因此感覺起來更具實際功能,不再像過去一樣,只讓我們覺得自己沒有好好駕馭心中的悲傷。

——本文摘自《悲傷的大腦:一位心理神經免疫學者的傷慟考,從腦科學探究失去摯愛的悲痛與修復》,2023 年 3 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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逝者已矣?為什麼我們卻覺得他們好像從沒離開——《悲傷的的大腦》
臉譜出版_96
・2023/03/24 ・2216字 ・閱讀時間約 4 分鐘

那些我們仍忘不了的逝者

幾年前,我有位年長的同事過世,我在他過世後的幾個月裡花了一些時間陪伴他的遺孀。那位同事是研究睡眠的重要學者,時常為參加世界各地的學術研討會而四處旅行。

有一次和他的遺孀吃晚餐時,她一邊搖頭一邊告訴我,她實在對丈夫已經離世這件事沒有真實感,她感覺丈夫好像只是又出門旅行了,隨時都會再次從家門走進來。

許多哀悼中的人仍覺得過世的親人或愛人仍會回來。圖/envatoelements

大家大概都聽過正在哀悼失去的人這麼說,不過這並不是因為產生了幻覺,畢竟這些人通常同時也會說自己確實知道對方已逝;他們並不是因為太害怕悲傷的情緒而拒絕接受現實,也不是在否認真相。

還有另一個抱持這種信念的知名案例,也就是瓊.蒂蒂安(Joan Didion)的著作《奇想之年》(The Year of Magical Thinking)。蒂蒂安在書中寫道,她實在無法把已逝丈夫的鞋子送出去,因為她覺得「他或許有一天還穿得到。」

為何即便理智上知道事實,我們卻還是相信那些已經離開人世的重要他人終究會回到自己身邊呢?從大腦的神經系統就能推斷這種矛盾現象從何而來,因為大腦神經系統會創造出不同層面的資訊,並傳輸到人類的意識裡。

如果深愛的人不見了,大腦會預設這些人只是當下不在我們身邊,之後一定還找得到他們;對大腦來說,對方已經不在這個世界上,空間、時間、關係的向度都已不再適用的概念根本就不合邏輯。

我在第五章會再從神經生物學的角度向大家解釋,為何人類會渴望找到離開的重要他人;在本章我們要探討的議題則是,為何我們相信自己終究找得到這些逝者?

我們仍渴望找回他們。圖/envatoelements

在依附關係裡留下鮮明的記憶

心理學家約翰.雅徹(John Archer)在他的著作《悲傷是什麼》(The Nature of Grief,書名為暫譯)裡提出,正因為演化的強大力量,人類才能在明知道事實並非如此的情況下,依然相信所愛之人終究會回到自己身邊。

人類物種發展的早期,相信配偶會帶著食物回來的個體會持續待在子代身邊,而這些孩子也因為有正在等待配偶回家的父母貼身保護,才更有機會存活下來;我們在動物世界裡也能觀察到這種現象。在《企鵝寶貝》(March of the Penguins)紀錄片裡,皇帝企鵝爸爸在南極的嚴酷環境下負責孵蛋,等待企鵝媽媽從冰凍的大海裡覓食回家。

企鵝爸爸保護這些蛋的決心十分驚人—公企鵝能夠維持約四個月的時間不進食,一心等待配偶回來。附帶一提,同性配偶關係的企鵝伴侶也是同樣優秀的家長;中央公園動物園(Central Park Zoo)的公企鵝伴侶羅伊(Roy)和塞隆(Silo)就孵出了一隻可愛的小企鵝探戈(Tango),並且成功將牠養育長大。

無論企鵝家長究竟是公是母,最重要的是其中一方必須維持信念,相信配偶即便在極地消失了很長一段時間,依然會帶著食物回到自己身邊。假如原本應該待在原地保護企鵝蛋的一方認定伴侶不會回來,自顧自地到海裡捕魚,這些蛋就無法成功孵化,也可能導致幼雛死亡。

企鵝孵蛋和養育雛鳥的過程始終相信伴侶還會回來。圖/envatoelements

那些始終維持信念,相信伴侶會回來而靜靜等待的企鵝,更有可能成功將蛋孵化或將幼雛扶養長大。在影片中,我們可以看到在上千隻的企鵝中,覓食回家的企鵝媽媽必須透過企鵝爸爸獨特的叫聲找到伴侶。這些企鵝克服了數不盡的種種困難,動物的天性實在令人讚嘆。

是什麼讓企鵝願意為了待在下一代的身邊而絕食?這種依附關係究竟是如何運作?企鵝伴侶之間無形的連結是如何形成?企鵝伴侶之間的緊密關係實在令人心醉。

繁殖季剛開始時,成雙成對的企鵝伴侶會互相交頸纏繞,對彼此發出求偶的叫聲;此時牠們的大腦也開始出現生理變化,在腦神經深深烙下了對伴侶的記憶,留下明確的標記,這樣牠們就不會忘記伴侶的樣貌、氣味、叫聲。

企鵝伴侶在彼此中留下深刻的記憶。圖/envatoelements

在企鵝的大腦裡,伴侶不再只是隨便一隻企鵝了,而是最重要的那隻企鵝。企鵝伴侶離開彼此身邊,一方覓食、一方孵蛋的時候,牠們腦中對於伴侶的印象已不僅僅是一般的記憶,同時還帶著某種信念或動力──「我要等他回來,他就是那個特別的存在,是專屬於我的存在。」

在人類身上亦然,因為你的所愛之人存在於世上,大腦裡的某些神經細胞才會同時激發,某些蛋白質才會在你的大腦裡以特別的方式折疊。

也正因為你的所愛之人曾經那樣活生生地存在於世上,正因為你們曾經如此相愛,他們才會在死去後卻依然存在──活在你的腦神經細胞裡。

——本文摘自《悲傷的大腦:一位心理神經免疫學者的傷慟考,從腦科學探究失去摯愛的悲痛與修復》,2023 年 3 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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