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【Gene思書齋】我即我腦--我究竟從何而來?

Gene Ng_96
・2013/11/19 ・2525字 ・閱讀時間約 5 分鐘

我即我腦:從子宮孕育到阿茲海默症,大腦決定我是誰Wij Zijn Ons Brein

《我即我腦:從子宮孕育到阿茲海默症,大腦決定我是誰》Wij Zijn Ons Brein)是荷蘭皇家科學院腦研究所所長、神經科學研究所團隊主任之一、荷蘭人腦庫創建人、荷蘭阿姆斯特丹大學醫學院神經生物學教授迪克.斯瓦伯(Dick Swaab)的科普作品。很幸運的,《我即我腦》中文版甚至比英文版還早出版呢!

《我即我腦》的主要目的是探討,人們的性格如何成形、大腦是如何正常發育和運作,以及可能會出現什麼疾病等重要且有趣的問題。《我即我腦》試圖要讓民眾瞭 解大腦的性別差異、大腦與性取向的關係、大腦的演化、大腦發育和衰老、大腦疾病的致病原因、人的生與死等等切身相關的問題。他也想要為學生和年輕的神經科 學家提供更多腦科學的基礎知識,讓他們也能夠和別的領域的人們溝通。

斯瓦伯是國際腦科學的權威,他對腦研究的貢獻,曾使得他榮獲多項荷蘭和國際大獎,例如荷蘭獅爵位(1998)、國際阿茲海默病研究終身成就獎(2002)、荷蘭皇家科學院最高榮譽獎章(2008)等一系列殊榮。他指導過77位研究生,其中14位已當上了正教授。

斯瓦伯本身就醫師,他在《我即我腦》就提到受父親影響的從醫的心路歷程。他領導的研究發現,人的下視丘遠並非原始反應的中樞而已,而且還積極參與了高級認 知功能與情緒調節。他也曾因發現異性戀與同性戀的大腦差異而聲名大噪。他他於1985年建立的荷蘭人腦庫現已發展成為全球最具規模的人腦庫之一,為全球科 學家提供大量珍貴的腦組織樣本來研究。

《我即我腦》上市之初在荷蘭就非常暢銷,曾蟬聯荷蘭排行榜30餘週。我在讀這本書時,最好奇的就是為何這本書能這麼暢銷,因為腦科學和神經科學似乎不太像是個討好的話題。可是儘管這本書不算輕薄,可是讀起來卻頗生動有趣,難怪在荷蘭能夠成為暢銷書。

《我即我腦》全書共22章,討論的主題繁多,幾乎和大腦有關的議題都碰到了。《我即我腦》指出,大腦早年的形塑對我們人生的許多層面,包括性別、性向、性 格、感情、進食、老化、記憶等,都有深遠的影響。《我即我腦》解釋了,大腦是如何分化成兩性,大腦在青春期會發生啥變化,大腦如何維持個體和物種的生存, 人們如何出現衰老、失智以及死亡的過程;還有大腦是如何演化的,記憶是如何運作的,道德行為是如何產生的等等。

《我即我腦》也闡明了大腦損傷和疾病的原因與結果,例如意識障礙、藥物成癮和拳擊等造成的腦損傷,還有如何借助諸如深部腦電極刺激和基因療法等新科技來治 療大腦疾病;《我即我腦》也指出,成癮、憂鬱症、焦慮症、自閉症、精神分裂症、攻擊性、進食障礙以及肥胖症等,都可能是源於大腦發育期間的異常;相由心 生,許多情緒和病症,都是源自大腦;《我即我腦》還進一步探討了大腦和宗教、靈魂、精神、自由意志之間的關係。

斯瓦伯表示,我們在子宮中的成長、分娩與父母教養之下,就已讓大腦決定了我們是誰。發育過程中,我們的大腦很容易受環境影響。例如,母親在懷孕時抽菸,不 僅容易導致新生兒猝死,還會讓孩子日後容易肥胖和反社會;而懷孕期飲酒則會造成胎兒輕度大腦發育異常,讓孩子容易罹患憂鬱症以及焦慮症;孕婦營養不良會讓 新生兒體重過輕,成年後卻容易肥胖。

《我即我腦》討論了同性戀的起源。最近在台灣鬧得沸沸揚揚的「多元成家」法案推動,受到一些保守教會和無知宗教人士攻擊。有一些教會人士以為同性戀是後天 形成的,認為是可以治療矯正的。可是腦科學專家斯瓦伯卻在《我即我腦》明確地指出,我們的性向早在母親子宮時就已經被大腦決定,而且是終其一生都無法改變 的,因此根本不必費心去矯正同性戀者。今年7月,著名的同性戀治療機構「出埃及」(Exodus)創辦人後來也坦言他是同性戀,而同性戀的治療其實全都是 唬爛。不僅是斯瓦伯,我認識的大部分生物學家包括我自己,也都如此認為,因為科學證據實在太明確不過了,而且很多其他動物都被發現有同性戀行為,實在不足 為奇。

斯瓦伯甚至還在《我即我腦》進一步地表示,宗教很有可能僅是幻覺。不過書中舉的宗教都是西方人熟悉的一神教。斯瓦伯也用科學的理論和證據分析解釋了瀕死經 驗可能和靈魂無關,僅是大腦產生的諸多幻覺。我相信某些宗教其實是教主的幻覺,不過並非所有宗教都可能是幻覺,像是無神論的宗教,許多教義都有其科學的道 理。

除了宗教,斯瓦伯有個更嚴重的偏見,就是他在討論大腦和體育那章,極為偏頗且避重就輕地表示,運動造成的傷害比其好處多等等。我相信,斯瓦伯應該是個討厭 運動的阿宅,他對運動的痛恨嚴重到造成大偏見。其實,近年的大量研究顯示,運動對大腦有諸多益處,有興趣的話可以到《紐約時報》(The New York Times)讀這幾篇近年的文章:Getting a Brain Boost Through ExerciseHow Exercise Could Lead to a Better BrainExercise and the Ever-Smarter Human BrainHow Exercise Fuels the BrainDo the Brain Benefits of Exercise Last?Can Exercise Protect the Brain From Fatty Foods?Exercise May Protect Against Brain Shrinkage

儘管有些偏見,但瑕不掩瑜,《我即我腦》確 實讓大家看到腦研究的社會成果。斯瓦伯認為,為了解答更多民眾切身的健康和心理問題,這些基礎研究應該要能夠得到整個社會的支持。有許許多多偉大的科學發 現,其實就僅是建立在科學家的好奇心驅使下產生的,許許多多實用的知識,甚至是無意間發現的。瞭解這些科學研究和知識,能夠讓我們對性向、成癮、情緒、疾 病等的起源有更深入的理解,促成社會大眾對這些議題有更理性和建設性的討論。

本文原刊登於【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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看過「水熊蟲」走路嗎?——牠的步態與 50 萬倍大的昆蟲很相似!

Riley Tu_96
・2021/09/17 ・2195字 ・閱讀時間約 4 分鐘

不到一毫米身長的水熊蟲,是一種多細胞微小的生物,在 18 世紀被科學家發現,歸類於緩步動物門,目前全球被發現大約有 1000 種,棲息地在淡水沉積物、苔鮮類的水膜以及少數種類棲息於海水的潮間帶,在喜馬拉雅山脈或深海都可以發現牠們的身影。

聽起來毫不起眼…嗎?那你就錯了,牠可是目前是第一種被認證可在太空中生存的動物,堪稱地表上最強的生物!

水熊蟲在顯微鏡下的樣子。圖/flicker, CC BY 2.0。

環境不太舒適? 那就「假死」一下吧

水熊蟲體長通常在 0.3-0.5mm 左右,擁有頭部和四個體節,身體的表面含有幾丁質(節肢動物外殼的成分),擁有 8 隻腳,末端有爪子、吸盤跟腳趾,在顯微鏡下觀察,看到牠們身形飽滿、動作又笨重,所以被科學家稱為「水熊蟲」。

在 2019 年年 2 月 21 日,以色列的太空船創世紀號墜毀在月球,卻意外發現有大量的水熊蟲在 DVD 大小的鎳片,其實在 2007 年 FOTON-M3 任務,水熊蟲在太空待了十天,隨後回到地球,發現約 70% 的水熊蟲存活,並成功繁衍後代。

水熊蟲可以在乾燥、高溫(約為150 °C)、絕對零度(-272℃),面對輻射以及真空下的環境存活,因為具有四種隱生狀態,低濕隱生、低溫隱生、變滲隱生跟缺氧隱生,面對不利於生存的環境下,牠們會捲縮起來,讓水分排出、暫停身體代謝,處於「假死」的狀態!

科學家們表示微重力和宇宙輻射,對水熊蟲影響不大,未來有望在太空研究中扮演重要的角色!

水熊蟲可以上山下海,不禁讓人心想,那些因太空船墜毀而登上月球的水熊蟲,至今是否還能行動? 

名子有「熊」、長了八隻腳,步態卻像蟲?

最近刊登在「美國國家科學院院刊」(Proceedings of National Academy of Sciences, PNAS)的一項新研究,透過用高速攝影記錄了水熊蟲的移動,意外發現水熊蟲的爬行方式跟比自己大 50 萬倍的昆蟲相似。

通常尺寸像緩步動物門一樣小的生物很少有腳,牠們不走路而只會四處滑動亂竄;水熊蟲卻擁有 8 隻腳,是一種很特別的生物,讓科學家不禁好奇,這麼微小的生物是利用什麼方式移動,於是對牠們進行了研究。

圖/GIPHY

洛克菲勒大學的研究團隊,在顯微鏡下長時間持續觀察水熊蟲,並記錄其行走的步態(走路時身體各部位週期性的動態表現)。研究人員 Jasmine Nirody 表示,水熊蟲在沒有外力干擾下,有時牠們會很冷靜,以每秒半個身長的速度悠閒地漫步;當牠們看到對自己有吸引力的事物,這時會像踩了油門般,加快速度往目標物前進,可以達到每秒兩個身長。

研究團隊從水熊蟲移動的步態,以科學角度來解釋,我們平常走路,腳跟後蹬,此時會產生靜摩擦力,所以水熊蟲的爬行是靠著腳與地面接觸獲得動力,然而當我們行走在不同環境 ( 光滑或粗糙地面 ) ,會受到不同壓力、產生靜摩擦力不同,不過牠們的肢體協調很靈活,不管在大海或沙漠,牠們都會去應變不同環境!

水熊蟲跟昆蟲、甲殼類動物很相似,牠們都是在不同速度下步態相同,而脊椎動物會依據不同的速度改變其步態。

對此,研究團隊有兩種解釋,第一種是緩步動物可能跟螞蟻或是果蠅這類昆蟲或其他節肢動物有演化上的共同祖先,甚至有相似的神經迴路;第二種可能性是緩步動物和節肢動物並沒有共同的祖先,這兩類不同群體的生物為了生存,而進化出相同的行走。

但這只是兩種假設性說法,到底答案是什麼,還需要科學家們進一步研究。

水熊蟲的一小步,是科技上的一大步

水熊蟲的研究除了對動物運動學有很大的進展,科學們之後有望研究出,微小尺度行動的機器人!

某種水熊蟲的雌蟲。圖/WIKIPEDIA, by Gąsiorek P, Vončina K。

例如 2020 年美國康乃爾大學跟賓夕法尼亞大學的研究團隊,設計出小於 0.1 毫米的微小機器人,一塊晶片上就可以製造出約一百萬個機器人。

從 4 吋晶圓切下的一塊晶片上,表面約有 100 萬個微型機器人。圖/參考資料 4

這個微小型機器人由矽太陽能光電材料製作的簡單電路,跟四個電化學執行器製成的腳組成。研究團隊把機器人放在 200 微伏電壓、10 奈瓦功率的雷射光照射,從顯微鏡下觀察,會發現這些機器人在液體中游動。

這些機器人目前只能移動,其他功能還需要開發,水熊蟲的研究對微小型機器人的設計有很大的幫助,如果機器人再經過改良,在醫學上也有幫助,例如:運送藥物、人工受精、執行組織切片或微型手術等,雖然當中也有風險,需要經過跨領域的專家協助,找出適合臨床的使用。

除了微小型機器人,也對仿生機器人有幫助,其中昆蟲機器人考量到複雜機構學、運動學、動力學、昆蟲步態等研究,未來昆蟲機器人朝向以微小尺度、可進入角落或縫隙、環境監測等目標前進!

參考資料

  1. Creature Survives Naked in Space, SPACE.com
  2. ‘Water bears’ are first animal to survive space vacuum, New Scientist.
  3. The physics behind a tardigrade’s lumbering gait, Science Daily.
  4. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots, Nature.

Riley Tu_96
4 篇文章 ・ 7 位粉絲
一個喜歡涉略很多事物,卻被物理耽誤的女子。
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