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2013立體定向功能神經外科發展回顧

hemmings
・2014/01/30 ・4659字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

響應Pansci編輯號召,筆者根據個人標準,選出了幾個2013年立體定向功能神經外科(以下簡稱功能神外)學界的重要發展突破,和大家分享。

(千萬別被立體定向功能神經外科這一連串看似高深莫測的字給嚇跑了。它就是神經外科的一個分支。)

 

相信大家都有電腦故障的經驗。電腦壞了,原因可能有很多。有可能因為撞壞了(外傷)、或者風扇灰塵太多(異物),導致電腦出問題,這種時候都是由電腦醫院裡擅長處理外傷、異物等等問題的專業人員來維修,他們會查清楚究竟是哪被撞壞了、哪該清理乾淨。而如果電腦是功能出問題,比如老是自動重新開機、或者不能上網、運行速度變慢等等功能性的問題,就會轉交更擅長來處理相關功能問題的專業人員來處理。功能神外醫師,就是醫院裡專門以外科手術方式來處理人腦功能問題的一群專業人員。

(其實一般神經外科和功能神經外科都受過完整的神經外科基礎培訓,只是之後各自選擇走上不同分支而已。一般神經外科也包含許多其他分支,諸如顱底外科、血管外科等等。)

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有別於一般神經外科治療腦外傷、出血、腫瘤等等疾病,功能神外主要治療由於腦神經損傷導致的功能性疾病。功能神外包含四大領域:疼痛、癲癇、運動障礙、精神病。以帕金森病(運動障礙)為例:典型帕金森病是由於腦內黑質(substantia nigra)多巴胺能神經元死亡,造成黑質-紋狀體系統失衡,影響椎體外系功能(協調肌群、調節肌張力等等輔助運動系統),最終導致帕金森病症狀(震顫、僵直、運動遲緩等等)。在帕金森病初期發病時,補充腦內缺乏的多巴胺往往就能取得很好的療效,但是當帕金森病進入後期,症狀無法單純通過藥物得到控制時,醫學界就會考慮功能神外手術治療。

功能神外治療帕金森病的機理其實不複雜:上述提及的那些黑質-紋狀體系統、椎體外系還有基底核等等神經迴路裏頭,有其中幾個關鍵神經核團活動異常興奮。功能神外通過毀損或者高頻電流抑制的方式,降低這些核團的活動,而位於它們下游迴路、聽命于這些關鍵核團的其他神經結構,活動也將恢復正常,最終症狀得到緩解。

除了帕金森病以外,功能神外治療包括肌張力障礙、癲癇、慢性疼痛、還有強迫症等等,都是透過類似機制,以手術方式干預異常神經迴路中的某關鍵結構。

知識園地:你知道嗎?功能神外的歷史可以追朔到新石器時代哦!當時人類就嘗試用神經外科手術治療癲癇、偏頭痛和精神病。

圖片1
十六世紀畫家Hieronymus Bosch描繪一名醫師正在爲一名可憐的病人移除他腦內「瘋狂的石頭」。圖片來源http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Hieronymus_Bosch_053_detail.jpg

介紹完基礎知識以後,就讓我們一同回顧2013功能神外的新發展動態吧!

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集中超聲波(focused ultrasound)治療原發性震顫(essential tremor)

原發性震顫是一種以單純雙側肢體震顫爲主要症狀的神經系統疾病。如同上述帕金森病的例子一樣,原發性震顫的症狀也可以通過抑制腦內某些關鍵神經核團的活動得到控制。

在過去,功能神外抑制腦內神經核團的方式主要包括射頻毀損(radiofrequency)、高頻電刺激(high frequency electrical stimulation)和伽馬刀(gamma knife)。

這三項手術操作的臨床安全性都已得到驗證,但病人若要接受上述任何一種治療,通常情況下還是會要求患者住院,同時以上操作耗時從數小時到十數小時不等。

筆者13年五月在日本東京參加的世界功能神外大會上,第一次聽說了這項使用集中超聲波抑制腦內神經核團的新技術。根據報告者形容,他們可以透過集中超聲波技術,精准地選擇性破壞關鍵核團,而且比起傳統方式,集中超聲波更快、更簡單。他們的最終研究目標是:發展出一套足夠簡單、足夠快速、足夠安全的方式,可以直接應用於門診手術;患者不再需要住院治療,早上到醫院,下午就可以出院。

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平心而論,筆者不認為這項技術能改善治療效果(除非它能做出比現有技術更小、分辨率更高的毀損灶);它象徵的是一種全新技術、手段的到來。短期內它可能無法取代其他現有技術,但從長遠來看,它很符合未來醫學界的發展方向,同時可能激發出更多的臨床應用和新技術。

相關參考文獻:Elias, W. Jeffrey, et al. “A pilot study of focused ultrasound thalamotomy for essential tremor.” New England Journal of Medicine 369.7 (2013): 640-648.

 

腦深部刺激(deep brain stimulation)治療阿茲海默(Alzheimer’s disease)

阿茲海默病是現代社會共同面臨的最大疾病問題之一。疾病對社會造成的巨大經濟負擔不說(全美2012年支出約2000億美金用於臨床治療該病),它對人腦功能廣泛而深刻的負面影響嚴重地威脅病人的日常起居、工作能力、與家人朋友相處關係等等重要生活品質。

目前已知在阿茲海默病患者腦中廣泛存在大量beta澱粉樣蛋白(beta amyloid)和tau蛋白堆積,破壞神經元、神經突觸正常結構,導致大腦功能退化。但對於上述病變的機理,以及如何該清除或阻止病變,醫學界目前尚無定論。

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除了內科服藥之外,功能神外也在研究以外科技術治療阿茲海默病的可能。從2010年起,世界上有數個研究團隊都在研究以電刺激大腦不同部位,改善大腦功能(比如增加記憶力),同時延緩阿茲海默病進展的情形。目前研究還處於非常初期的階段,但是初步结果已經讓人看到以神經外科手術治療阿茲海默病的可能。

相關參考文獻:

 

腦深部刺激(deep brain stimulation)治療神經性厭食症(anorexia nervosa)

大家身邊可能都有群「明明骨瘦如柴,還堅稱自己胖、要減肥」的朋友(特別是女性)。「你得厭食症咯?」可能會有人如此開玩笑地說。其實,神經性厭食症是絲毫不能大意的疾病。患者有可能在青少年時期就發病,但是終身未治癒。身體和心理狀態飽受煎熬折磨(一方面知道自己病了,另一方面還是認為自己太胖),缺乏被接受的自信,同時常伴發焦慮、憂鬱等其他精神疾病,令患者痛苦不已。嚴重者,甚至會因為此病而喪失生命(常見死因包括電解質紊亂、心功能衰竭、多臟器功能衰竭等等,神經性厭食症是所有精神疾病裡死亡率最高的疾病之一)。

正因為此病的嚴重程度,以神經外科手術嘗試治療神經性厭食症其實由來已久。功能神外治療神經性厭食症的歷史可以回溯到上世紀50年代,但其治療效果始終沒有得到廣泛認可。

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2012年,魯汶和上海的研究團隊首先合作發表使用腦深部電刺激術治療難治型神經性厭食症的療效。2013年,來自多倫多的功能神外團隊在《柳葉刀》上發表了他們的獨立研究成果。兩篇研究報告都表明:現代腦深部電刺激術治療難治型神經性厭食症安全、有效。

現在世界上已有多個臨床中心都在進行功能神外治療神經性厭食症的研究。相信未來功能神外可以爲嚴重的難治型神經性厭食症患者帶來希望曙光。

相關參考文獻:Lipsman, Nir, et al. “Subcallosal cingulate deep brain stimulation for treatment-refractory anorexia nervosa: a phase 1 pilot trial.” The Lancet (2013).

 

神經外科手術治療精神病的臨床指南共識

「開刀治療精神病」這個概念一般人恐怕難以想像。明明是精神疾病,開刀怎麼治得好?但實際上,從史前時代,人類就開始用神經外科手術治療精神病(在史前時代醫生的觀念裡,治療機制更像是「在人頭上鑽個洞,使人瘋狂的邪靈就會從中被釋放出去」)。

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隨著醫學進展,科學家逐漸認識:許多精神病患者腦內某些部位的活動異常(過於興奮或者過於平靜),而這些異常和他們的精神症狀是有一定的相關性的。如果能透過某種方法(比如神經外科)來調節這些活動異常的部位,勢必也可以藉此控制精神症狀。葡萄牙籍Egas Moniz醫師憑藉著lobotomy(前腦葉白質切除術)治療精神病的研究,獲得了1949年諾貝爾生理學/醫學獎,精神外科(以外科手術治療精神病的學科)正式得到認可。

但從1950年到1960年代,精神外科經歷了一段黑暗的歷史。簡單地說,精神外科被過分濫用在精神病患者身上。以最著名的精神科醫師Dr. Walter Freeman為例,他開著他的麵包車兼行動醫院,全美走透透,幫近3500名患者實行他自己改良的lobotomy。實際不只他一人,精神外科在全世界範圍被濫用的事實(包括歐美、日本、甚至台灣),以及精神藥理學的進展(終於吃藥也可以控制精神症狀了),最終導致整個精神外科學科的沒落。

直到過去20年,醫學界意識到某些患有嚴重精神病的患者,在嘗試幾乎所有療法(藥物、行為、電療⋯⋯)之後,症狀依然沒有改善。而此時,外科手術似乎是僅存的唯一希望。

外科手術技術與此同時也已經得到很大進步。比起Freeman拿根冰錐(電影《禁閉島》即將結束時,就有短暫的冰錐一幕,暗示醫生即將選擇以手術方式治療), 捅進病人前額葉,‘憑手感’破壞神經纖維的粗糙手術技術,現代精神外科醫生憑藉著先進的神經影像成像技術,能精准地定位出目標神經結構的三維坐標,在盡量不破壞其他神經結構的前提下,選擇性抑制目標活動。

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目前精神外科治療強迫症、憂鬱症、焦慮症、抽動穢語綜合症、神經性厭食症等等精神病的療效已經取得一定認可。

但是為了避免過去精神外科手術遭到濫用的悲劇再次發生,世界立體定向功能神經外科大會(WSSFN)與其他主要國際學會組織合作,根據現有的相關指南,共同制定出一套共識。

這套共識並沒有巨細靡遺地規定該如何開展臨床研究,但是強調進行精神外科臨床研究時,所應該尊重的原則(包括精神外科不是常規治療手段、需要獨立倫理道德委員會監督、需要與專業精神科醫師團隊合作、病人享有自主權等等)。

這套共識剛剛在Journal of Neurology,Neurosurgery and Psychiatry期刊上發表,大會相關組織正在計劃將其翻譯成世界各國語言(包括中文)。這套共識的精神,將會是未來精神外科發展很重要的精神支柱。

相關參考文獻:Nuttin, Bart, et al. “Consensus on guidelines for stereotactic neurosurgery for psychiatric disorders.” Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry (2014): jnnp-2013.

 

閉路式腦深部刺激(closed-loop deep brain stimulation)

不知道讀者讀了前面的文章以後,有沒有這樣的疑問:原來功能神外醫生已經將電腦植入到病人腦裡,用來治療帕金森、阿茲海默、神經性厭食症等疾病了嗎?

這樣的說法,不完全正確,但是從某種程度上來說,功能神外手術醫師確實是已經將人腦和集成電路結合在一起,用以治療臨床上難以治療的疾病。

過去十年左右時間裡,這個埋在人腦裡的小IC能做的很有限。它只能聽命于臨床醫生的指示,24小時不間斷地給出固定強度、頻率的電流。病人可以在睡前將它關上,起床後再打開,但除此之外,它沒有任何其他功能。

但隨著科技進步,這個小IC能做的事越來越多了。研究人員除了可以透過它給予大腦適當刺激治療疾病,同時也可以用它來記錄神經信號。

而一旦有了記錄功能,它能做的事就多多了!它可以根據神經信號來判斷患者的健康情形、判斷是否需要調整電刺激的參數、判斷患者現在是否處在最佳狀況。

彷彿患者身邊跟了一個隨行醫師,隨時隨地幫助患者調整治療方案。

當然,目前還沒有達到這個境界,但是筆者相信,在不久的將來,用閉路式腦深部刺激治療神經系統疾病將成為功能神外的新標準。

然而,隨著科技的進步,科技對人性的威脅、對「人身為人的根本」的動搖,是我們不得不正視的問題。

2013年八月,美國的科學家就第一次透過電腦實現了低階的精神控制(mind control)。

相關參考文獻:Shen, Helen. Implant aims to track brain signals in real time. Nature: 12 Nov. 2013.

 

Mind meld? Scientist uses his brain to control another guy’s finger

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當機器可以窺探我們的神經活動時,是否也代表著我們的精神世界,我們「內心的想法」這最後的隱私的防線,也將跟著一起毀於科技的進步呢?

“I fear the day that technology will surpass our human interaction. The world will have a generation of idiots.”愛因斯坦擔心的「科技將取代人與人之間的互動」,似乎已經成為大勢所趨(我們是否已成為他口中的「白癡的一代」則暫時不得而知)。

筆者相信,無論如何,科技進步的腳步不會停下。用電腦技術改善人的記憶力、改變人的精神世界、甚至控制他人的行為,這都是已經在發生的事了。

人類該如何在科技日新月異的世界裡,保衛、傳承人性的餘光?比起純粹科技發展,這需要更多的智慧。

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認為科學必須從基礎紮根,相信經典必有其價值和意義。 通過介紹諾貝爾大師們的研究工作和嚴謹態度,在大眾科學的汪洋中推廣經典科學理論以及科學精神的重要性,並冀望藉此能讓讀者以一個更寬廣的角度來欣賞現代社會之包羅萬象。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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含糖飲料讓思考能力受損,還和失智有關聯?——《大自然就是要你胖!》
天下文化_96
・2024/06/24 ・2352字 ・閱讀時間約 4 分鐘

認知與失智

阿茲海默症是現代社會面臨的一大困擾,這種可怕的疾病是俗稱老年痴呆的失智症最常見的原因,也是 2022 年全美第七大死因。阿茲海默症是一種行為失能疾病,目前尚無有效的治療方法。這項疾病的特徵是神經元會持續死亡、大腦萎縮、神經元之間形成富含 β 澱粉樣蛋白(beta-amyloid)的蛋白質斑塊,並在神經元內部出現濤蛋白(tau)累積。患者通常一開始的症狀是短期記憶喪失,並在幾年內發展為完全的失智。

阿茲海默症中,Tau蛋白異常會造成腦細胞內的微管瓦解。圖/wikimedia

大多數科學家認為,若能阻止澱粉樣蛋白在腦部沉積或濤蛋白在腦神經中累積,就可以預防失智症。然而,目前有幾種治療失智症的方法,正是採行預防或減少澱粉樣斑塊累積,只是全都失敗,導致有人質疑澱粉樣蛋白斑塊是否真的是致病原因,並開始嘗試尋找其他可能的解釋。

許多科學家指出,阿茲海默症患者在早期通常會表現出兩種顯著的特徵。首先,患者大腦中的某些區域,會減少對葡萄糖的吸收和代謝,因此有人將阿茲海默症稱為「大腦糖尿病」或「第三型糖尿病」。其次,大腦神經元內的能量工廠粒線體,不論是數量或功能都出現下滑,導致 ATP 產量減少。這兩項特徵都顯示生存開關可能涉入其中。

的確,大量攝取糖、高升糖碳水化合物和鹽,全都是阿茲海默症的危險因子,而這些食物正好都會啟動生存開關。肥胖症和糖尿病等疾病也可能提高罹患阿茲海默症的風險。若果糖是導致肥胖症和糖尿病的根本原因,而肥胖症和糖尿病又與阿茲海默症的罹患風險上升有關,那可以合理懷疑:果糖也可能是造成阿茲海默症的原因。

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實驗研究也支持糖與認知之間的關聯。例如,實驗室大鼠飲用含糖飲料之後,思考能力會受損。我的同事生理學家魯尼(Kieron Rooney)每天餵食大鼠兩小時的蔗糖水,濃度為 10%,大約與軟性飲料相同,為期一個月。結果這些喝糖水的大鼠,變得很難找到走出迷宮的路。更令人擔憂的是,即使大鼠停止飲用糖水,這種情況還是持續了六週。同樣的,經常飲用軟性飲料的兒童,在閱讀、寫作、文法和數學方面的學業表現,都相對較差。

經常飲用軟性飲料的兒童,在閱讀、寫作、文法和數學方面的學業表現,都相對較差。圖/envato

這些研究顯示,攝取含糖飲料可能對認知功能造成影響,而且影響所及的時間有可能持續。然而,這不一定代表蔗糖會導致失智。即使每天喝一種或多種含糖飲料,與情節記憶(episodic memory,對過去經歷或事件的回憶)受損和腦容量萎縮有關,但目前還無法做出任何定論。

不過,有愈來愈多證據將果糖與阿茲海默症聯繫起來。阿茲海默症患者大腦中的果糖濃度偏高,且含量比同年齡、同性別的非患者高出四至六倍,而果糖濃度最高的地方通常就是病變區域。也有證據顯示,大腦中的果糖大多是透過多元醇途徑生成。這些患者腦內有大量的山梨糖醇,也就是果糖的前驅物,這跟躁鬱症患者的情況類似。正如我們所知的,果糖一旦生成,會刺激生存開關啟動,造成細胞中的 ATP 含量減少。此外,阿茲海默症患者大腦中負責「清除」AMP 的酵素濃度,比同年齡對照組高出約兩倍。AMP 原本可重新轉化為 ATP,當愈多 AMP 遭到清除,腦內的能量濃度也就隨之下降。

我認為果糖導致阿茲海默症的途徑大致如下。之前提過,在缺少食物時,身體會活化生存開關以保護大腦,這時血液中的葡萄糖無法進入肌肉和肝臟,而會保留在血液中供大腦吸收與使用。這道開關的運作是透過阻斷胰島素作用來完成,因為肌肉和肝細胞需要胰島素才能吸收和使用葡萄糖,但大腦多半不需要。

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阿茲海默症患者大腦中的果糖濃度偏高,且含量比同年齡、同性別的非患者高出四至六倍,而果糖濃度最高的地方通常就是病變區域。圖/envato

然而有例外,大腦中與記憶和決策相關的區域,需要借助胰島素的作用才能攝取葡萄糖。加州大學洛杉磯分校的神經生理學家戈梅茲皮尼拉(Fernando Gomez-Pinilla)發現,大鼠攝取果糖後,大腦中與記憶和決策相關的區域會失去對胰島素的反應,導致葡萄糖吸收減少。實際上,果糖引起胰島素抗性的區域除了肌肉和肝臟,還有與記憶相關的大腦重要區域,這或許正是阿茲海默症的根本原因。

但限制大腦的這些特定區域攝取葡萄糖,對生存有什麼好處?之前提過,衝動和探索屬於覓食行為。記憶受壓抑的動物,可能更願意前往危險區域探索,因為牠們忘了潛在危險,而決策區受損的動物則會變得更衝動。因此可合理推測,果糖會透過在特定大腦區域引發胰島素抗性,以促進覓食行為,這是一種生存反應。

生存開關活化導致特定腦區的功能受到短期抑制,一開始的確能帶來生存優勢,但如果是反覆或慢性的刺激,反而可能導致腦部損傷。這些重要的神經元長期得不到足夠的葡萄糖,最終可能因為營養不良而功能受損。而且果糖代謝會對粒線體造成氧化壓力,使得 ATP 產量減少,更使狀況進一步惡化。一旦 ATP 濃度過低,神經元會死亡,最後的結果就是阿茲海默症。依此觀點來看,阿茲海默症患者大腦的後續變化,例如澱粉樣蛋白和濤蛋白的積累,都是次要的,而阿茲海默症的根本原因,主要是生存開關慢性活化。

——本文摘自《大自然就是要你胖!》,2024 年 06 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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川普到底有沒有精神病?談隔空診斷心理學
葉多涵_96
・2021/03/24 ・5111字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 564 ・九年級

圖/Pixabay

過去幾年間你也許看過一些新聞轉發外媒報導,說精神醫師認為川普有「自戀型人格障礙」或其他精神狀況。對於這樣的新聞,有些反川普的人用戲謔的方式談論,許多挺川普的人則認為是在抹黑,這件事還在學界引發不小的論戰。

究竟這些診斷可信嗎?如果診斷有病我們又該怎麼解讀?讓我們來看看。

診斷的意義

首先要注意的是不應將精神病汙名化,學者們討論川普有無精神疾病或特定傾向,是希望分析川普的行為傾向,看他會對美國政治造成哪些影響,而不是拿來當作批評川普的材料。

事實上,有些人完全反對將任何精神狀態視為疾病,而認為應該把人們在心理學上的各種變異視為正常的「神經多樣性」,就如以前被認為是精神疾病的同性戀和性別認同障礙,現在被認可為多元性別的一部份,而其他疾病也應如此。

例如林肯可能患有嚴重的抑鬱症,但許多人認為他是美國史上的偉大總統之一,可見,精神疾病不一定表示某人不適任總統職務。而有些人認為川普患有的心理病態和自戀,也有研究指出這樣的人通常會被視為比較有人格魅力、創意、策略性思考和溝通能力而容易在職場升遷,因此在企業界高層佔很高比例的人都有這種傾向。[1]

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專家如何診斷川普?

精神醫學和心理學大量依賴各種量表,例如《精神疾病診斷與統計手冊》、《心理病態量表》、《五大人格特質量表》。這些量表就像是你可能填過的「1 到 5 分,你有多喜歡炫耀?」那種問卷。精神醫學和心理學透過這些量表的分數,來診斷許多精神疾病或分析人格特質。

一般來說,這些量表應該要由精神醫師在問診後判斷,或是由本人自己填寫。川普公開的紀錄中沒有這樣診斷過(除了一個阿茲海默症的量表,拿到健康的滿分),幾乎所有評論川普精神狀態的專家,都是隔空診斷,也就是說,他們是透過各種間接資訊來衡量川普在這些量表上的評分,例如用川普的自傳、與川普互動過的人對他的描述、他在公開場合做過的事、以及他在辯論台、記者會、以及推特上的發言紀錄,來判斷他在量表上的位置。

隔空分析其實並不罕見。有些歷史學和政治學者會透過史料記載,用心理學理論來分析當代或古代的重要人物。例如政治學家巴伯(James David Barber)就專門分析美國歷任總統的人格特質,並以此來解釋他們在白宮的表現。這類研究有一定的爭議,有些學者認為領導者的決策和表現主要受大環境影響,他的人格特質不怎麼重要。

另外也有些人試圖用心理學理論來研究歷史人物內心的想法和動機,稱為心理傳記(Psychobiography),在心理學的歷史悠久,許多史上有名的藝術家、科學家和政治人物都曾被這樣分析[2]。但心理傳記也存在一定的爭議。一則早期的分析常用佛洛伊德那套什麼事都可以自圓其說、無法否證的精神分析,把偉人的行為全都歸於幼年時的某件小事。這個問題在心理學漸漸成熟,改用較客觀的量表後有一定改善,然而心理傳記的分析的結論仍時常不一致,例如光看對希特勒一個人的研究,就可以找到十餘種不同的診斷結果[3]。另有一個問題是史料的的記錄和解讀過程中都會失真、公開的行為和私底下的行為也可能不一致,容易造成誤判。

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隔空診斷的結果

在人格方面,西北大學專門研究美國總統人格的人格心理學家丹‧麥亞當斯(Dan P. McAdams)曾在《大西洋》雜誌分析川普的人格,試圖預測他會是什麼樣的總統:川普極為外向,這類人傾向做高風險的決定,他的親和性則遠低於美國歷任總統,可能會讓川普在國內和國際事務上類似尼克森,帶有強烈的敵我意識,較沒有同理心。麥亞當斯後來進一步將其觀點寫成《唐納‧川普的奇特案例》(The Strange Case of Donald J. Trump)一書,在 2020 年出版,認為川普的低親和性使他不擅長看場合扮演不同的角色,即使居總統大位也不會特別表現出莊重的態度,在需要表現出同情心的時候則顯得彆扭。

然而一些共和黨員以及川普的女兒伊凡卡表示反對,說川普在私底下是有同情心的,只是不在公開場合表現出來。如果事實果真如此,川普在公眾眼前的行為不是他真正的態度,那麼隔空診斷的可信度就需要打折。

在精神醫學方面,一開始有些人懷疑川普是心理病態或社會病態,但後來較多人同意的診斷結果是自戀型人格障礙[4],許多人也認為讓自戀型人格障礙的患者當總統會造成嚴重的危害。最有名的例子是耶魯大學的精神病學家班迪‧李(Bandy Lee)、哈佛大學臨床精神科退休教授多德斯(Lance Dodes)、約翰‧霍普金斯大學醫學院任教的心理治療師加特納(John Gartner)等人,他們召開研討會專門討論川普的心理健康,並在事後集結與會的 27 位精神健康相關領域專家的分析,出版為《危險個案川普》(The Dangerous Case of Donald Trump),書中認為川普最主要的心理特質包括自戀型人格障礙、躁鬱症、偏執人格,症狀包括自我感覺良好(self-aggrandizing)、說謊、怒罵、吹噓、責怪別人造成的不便、需要別人不斷地讚美。

多德斯也投書到紐約時報,指出川普無法忍受不同的觀點、缺少同理心,這樣的人傾向扭曲事實、並攻擊說真話的人。加特納進一步成立「警告的義務」(A Duty to Warn)組織,起草一份聲明,向大眾警告說川普的自戀型人格障礙會對國家造成危險,應該依法以「不適任」為由解職,有七萬多名精神醫學相關人員都簽署了這份聲明。班迪‧李則在 2019 年底於英國獨立報受訪時,指出川普在推特上發表陰謀論是公共衛生問題,因為川普的陰謀論能在全國的尺度下讓公眾進入思覺失調。如果我們把 2021 年 1 月 6 日闖入國會山莊的那些相信陰謀論的武裝叛亂者認定為思覺失調患者,這個預言似乎成真了。

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然而,專門研究美國總統行為的政治學者兼精神分析師史丹利‧倫肖恩(Stanley Renshon)在 2020 年出版的學術專書《川普總統的真正心理》(The Real Psychology of the Trump Presidency)有非常不同的看法。倫肖恩認為,雖然川普確實自戀,但他的目標是透過真正的成就來獲得大眾的讚譽,川普並非好大喜功,而是目標宏大,總是先丟出巨大的賭注,之後再看情況改變立場。倫肖恩並指出川普精準地抓到了社會底層小人物的心理,以此贏得選戰,可見絕非沒有同理心。他認為川普的奇特行為是他精心打造的品牌策略,卻被其他心理學者誤判成川普精神狀態的結果,讓川普成了美國歷史上最被誤解的美國總統。總結來說,倫肖恩認為川普是真心的想要積極改革,促成美國復興,但因為缺乏從政經驗,加上不被多數人理解而失敗。

圖/Pixabay

為什麼川普有這些行為?精神分析的研究

除了前述對川普人格和行為傾向的分析,也有些人試圖分析川普的早年經歷是如何造就現在的心理狀態。

2018 年,先前曾出版《沙發上的布希》和《沙發上的歐巴馬》的精神分析師弗蘭克(Justin Frank)出版了《沙發上的川普》(Trump on the Couch: Inside the Mind of the President)。在書中,他仔細研究了川普的早年生活,指出川普年輕時曾因素行不良被父親趕出家門、送到軍校,在通俄門的調查中,川普的無意識將檢察官羅伯特‧穆勒當成父親,擔心被趕出白宮。另外他還指出川普的主要心理防禦機制是投射:川普自己在做什麼,他就會指控別人在做什麼,所以最容易理解川普的方式就是看他如何指控別人。

川普的姪女瑪麗‧川普有臨床心理學博士學位,他在 2020 年出版回憶錄《永不滿足:我的家族如何製造出了世界上最危險的人》(Too Much and Never Enough: How My Family Created the World’s Most Dangerous Man),書中介紹稱:根據自己和唐納‧川普的近距離互動經驗,他同意唐納‧川普符合「自戀型人格障礙」的所有九個診斷標準。他並主張自己的祖父(唐納‧川普的父親)弗雷德‧川普有社會病態,缺乏同理心,加上唐納‧川普的母親在他幼年時因病住院而缺席,才養成唐納‧川普的性格。

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選民怎麼看?

曾研究過希特勒精神健康的科羅拉多大學心理系教授庫裡奇(Frederick L. Coolidge)在 2020 年指導的研究中[5],讓兩百多位美國的選民觀看川普的官方競選影片中較正面或較負面的部份,然後替川普填寫心理量表。結果顯示不論看的是正面或負面的影片、不論是 2016 年投給希拉蕊還是川普的選民,都在施虐人格障礙、自戀型人格障礙、反社會人格障礙、以及被動攻擊(passive-aggressive)把川普評量在 99% 的百分等級。也就是說,兩黨選民都同意他們看見的川普有許多會被心理學家認為屬於是前述人格障礙的行為。但同樣掌握這層資訊的雙方卻投給了不同人,可見雙方並不同意這些行為傾向所隱含的意義;認為這些行為不恰當或有危險的人投給了希拉蕊,而不認為這些行為有什麼不妥的人則投給了川普。

1964 年美國總統選舉期間,有雜誌在封面寫「1189 位精神科醫師說高華德無法適任總統」。圖/Wikipedia

爭議:高華德守則

隔空診斷川普並公開評論的行為,在學界引起了激烈辯論,因為這違反了「高華德守則」。

1964 年美國總統選舉期間,有雜誌在封面寫「1189 位精神科醫師說高華德無法適任總統」,高華德在敗選後控告該雜誌誹謗並勝訴,因此美國精神醫學學會決定在職業道德中加入「高華德守則」,規定精神科醫生應該在親自診斷過患者、並得到同意後,才適合公開對公眾人物作出診斷。

支持診斷川普的人指出精神醫師有責任保護可能被患者傷害的人,他們認為,既然川普的心理狀態可能直接造成急迫的危險,通知公眾才是符合職業道德的作法。加特納將此事類比為在圖書館看見有人拿槍,此時應該大聲警告在場所有人,而不是堅持圖書館不能講話的的規矩,而川普作為美國總統,拿的不是只槍,更包括核武器[6]。明尼蘇達大學精神醫學系退休教授克羅爾(Jerome Kroll)和獨立學者龐西(Claire Pouncey)則指出保險業的事後調查、法庭上的專業證人、以及心理傳記都在沒有面訪的情況下進行診斷,保險業的例子中還有明確的利益衝突,美國精神醫學學會卻長期對這些情況不聞不問,遇到了高華德和川普時才為了維持自身形象而箝制了專業人於基於良心發言的權利[7]

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反對隔空診斷的人則認為,川普的行為大家都看得見,精神醫師加入公眾討論並丟出「精神疾病」的標籤並無助於提供更多資訊,反倒影響精神醫學的權威形象。而醫師若是知道其他人不知道的事,講出來則會破壞醫病關係中的病歷隱私權。精神科專家弗朗西斯(Allen Frances)於 2017 年出版了《美國理智的黃昏:精神醫生分析川普時代》(Twilight of American Sanity: A Psychiatrist Analyzes the Age of Trump),認為把川普描述為精神病患者傷害了真正的精神病患者的名譽,他還認為有精神疾病的不是川普,而是美國社會;人們無法改變川普,但人們可以努力消除造成「川普現象」的社會問題。

另外也有些人懷疑隔空診斷不可靠,但多德斯在《時代》雜誌受訪時表示,面談只是為了瞭解心理問題的內部根源,但如果只是要診斷人格特質,觀察外部行為就夠了,像執法人員也常請精神醫師隔空建立嫌犯的心理側寫。埃默裡大學心理系教授利廉翡德(Scott O. Lilienfeld)等人也認為,現代由於網路和影片媒體的快速發展,對川普的分析有非常充份的資料可以作為參考依據,反倒是傳統在診間進行的問診常缺乏固定的形式,存在許多偏誤,卻因為高華德守則讓問診成了主流,造成這些偏誤被長期忽視[8]

結語

雖然大家都看得出來川普的行為和一般人非常不同,也有許多人好奇為什麼川普會這麼有個性,但由於政治的激情、精神病的汙名、以及隔空診斷的爭議,川普行為背後的心理學很難好好的討論。隨著川普卸任,加上學界對高華德守則的持續討論、精神疾病的去汙名化、以及健全霸權主義(ableism)的消散,相信川普行為背後的緣由會隨時間過去被研究得更加透轍。

隔空診斷究竟多可靠仍是未解的問題,診斷出的結果該怎麼解讀、是否不適任或有危害,也是見仁見智,甚至可說是政治而非科學問題。或許未來有一天,所有的候選人都會公佈自己的心理分析給選民參考,或者歷史學家會證明所有的心理特質都不影響領導者的決策。

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參考資料

  1. Babiak, P, Neumann, C.S., Hare, R. D. (2010). Corporate Psychopathy: Talking the Walk. Behavioral Sciences and the Law 28:174–193. doi:10.1002/bsl.925.
  2. Ponterotto, J. G., Reynolds, J. D. (2017). Ethical and Legal Considerations in Psychobiography. American Psychologist 72(5):446 – 458
  3. Coolidge, F. L., Davis, F. L., & Segal, D. L. (2007). Understanding madmen: A DSM-IV assessment of Adolf Hitler. Individual Differences Research 5(1): 30–43.
  4. Ashcroft, A. (2016). Donald Trump: Narcissist, Psychopath or Representative of the People?. Psychotherapy and Politics International. 14(3): 217–222. doi:10.1002/ppi.1395
  5. Fiala J.A., Mansour S.A., Matlock S.E., Coolidge F.L. (2020). Voter Perceptions of President Donald Trump’s Personality Disorder Traits: Implications of Political Affiliation. Clinical Psychological Science. 8(2): 343-350. doi:10.1177/2167702619885399.
  6. Gartner, J. Langford, A., O’Brien, A. (2018). It is ethical to diagnose a public figure one has not personally examined. The British Journal of Psychiatry. 213: 633–637. doi:10.1192/bjp.2018.132.
  7. Kroll, J. (2016). The Ethics of APA’s Goldwater Rule. Journal of the American Academy of Psychiatry and the Law. 44: 226–35
  8. Lilienfeld SO, Miller JD, Lynam DR. The Goldwater Rule: Perspectives From, and Implications for, Psychological Science. Perspectives on Psychological Science. 2018, 13 (1): 3-27. doi:10.1177/1745691617727864
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葉多涵_96
4 篇文章 ・ 9 位粉絲
演化生物學和文化演化的研究者,興趣包括生物學、哲學、經濟學、人類學、語言學、科幻,什麼都略懂,什麼都不精通。

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2013立體定向功能神經外科發展回顧
hemmings
・2014/01/30 ・4659字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

響應Pansci編輯號召,筆者根據個人標準,選出了幾個2013年立體定向功能神經外科(以下簡稱功能神外)學界的重要發展突破,和大家分享。

(千萬別被立體定向功能神經外科這一連串看似高深莫測的字給嚇跑了。它就是神經外科的一個分支。)

 

相信大家都有電腦故障的經驗。電腦壞了,原因可能有很多。有可能因為撞壞了(外傷)、或者風扇灰塵太多(異物),導致電腦出問題,這種時候都是由電腦醫院裡擅長處理外傷、異物等等問題的專業人員來維修,他們會查清楚究竟是哪被撞壞了、哪該清理乾淨。而如果電腦是功能出問題,比如老是自動重新開機、或者不能上網、運行速度變慢等等功能性的問題,就會轉交更擅長來處理相關功能問題的專業人員來處理。功能神外醫師,就是醫院裡專門以外科手術方式來處理人腦功能問題的一群專業人員。

(其實一般神經外科和功能神經外科都受過完整的神經外科基礎培訓,只是之後各自選擇走上不同分支而已。一般神經外科也包含許多其他分支,諸如顱底外科、血管外科等等。)

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有別於一般神經外科治療腦外傷、出血、腫瘤等等疾病,功能神外主要治療由於腦神經損傷導致的功能性疾病。功能神外包含四大領域:疼痛、癲癇、運動障礙、精神病。以帕金森病(運動障礙)為例:典型帕金森病是由於腦內黑質(substantia nigra)多巴胺能神經元死亡,造成黑質-紋狀體系統失衡,影響椎體外系功能(協調肌群、調節肌張力等等輔助運動系統),最終導致帕金森病症狀(震顫、僵直、運動遲緩等等)。在帕金森病初期發病時,補充腦內缺乏的多巴胺往往就能取得很好的療效,但是當帕金森病進入後期,症狀無法單純通過藥物得到控制時,醫學界就會考慮功能神外手術治療。

功能神外治療帕金森病的機理其實不複雜:上述提及的那些黑質-紋狀體系統、椎體外系還有基底核等等神經迴路裏頭,有其中幾個關鍵神經核團活動異常興奮。功能神外通過毀損或者高頻電流抑制的方式,降低這些核團的活動,而位於它們下游迴路、聽命于這些關鍵核團的其他神經結構,活動也將恢復正常,最終症狀得到緩解。

除了帕金森病以外,功能神外治療包括肌張力障礙、癲癇、慢性疼痛、還有強迫症等等,都是透過類似機制,以手術方式干預異常神經迴路中的某關鍵結構。

知識園地:你知道嗎?功能神外的歷史可以追朔到新石器時代哦!當時人類就嘗試用神經外科手術治療癲癇、偏頭痛和精神病。

圖片1
十六世紀畫家Hieronymus Bosch描繪一名醫師正在爲一名可憐的病人移除他腦內「瘋狂的石頭」。圖片來源http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Hieronymus_Bosch_053_detail.jpg

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介紹完基礎知識以後,就讓我們一同回顧2013功能神外的新發展動態吧!

集中超聲波(focused ultrasound)治療原發性震顫(essential tremor)

原發性震顫是一種以單純雙側肢體震顫爲主要症狀的神經系統疾病。如同上述帕金森病的例子一樣,原發性震顫的症狀也可以通過抑制腦內某些關鍵神經核團的活動得到控制。

在過去,功能神外抑制腦內神經核團的方式主要包括射頻毀損(radiofrequency)、高頻電刺激(high frequency electrical stimulation)和伽馬刀(gamma knife)。

這三項手術操作的臨床安全性都已得到驗證,但病人若要接受上述任何一種治療,通常情況下還是會要求患者住院,同時以上操作耗時從數小時到十數小時不等。

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筆者13年五月在日本東京參加的世界功能神外大會上,第一次聽說了這項使用集中超聲波抑制腦內神經核團的新技術。根據報告者形容,他們可以透過集中超聲波技術,精准地選擇性破壞關鍵核團,而且比起傳統方式,集中超聲波更快、更簡單。他們的最終研究目標是:發展出一套足夠簡單、足夠快速、足夠安全的方式,可以直接應用於門診手術;患者不再需要住院治療,早上到醫院,下午就可以出院。

平心而論,筆者不認為這項技術能改善治療效果(除非它能做出比現有技術更小、分辨率更高的毀損灶);它象徵的是一種全新技術、手段的到來。短期內它可能無法取代其他現有技術,但從長遠來看,它很符合未來醫學界的發展方向,同時可能激發出更多的臨床應用和新技術。

相關參考文獻:Elias, W. Jeffrey, et al. “A pilot study of focused ultrasound thalamotomy for essential tremor.” New England Journal of Medicine 369.7 (2013): 640-648.

 

腦深部刺激(deep brain stimulation)治療阿茲海默(Alzheimer’s disease)

阿茲海默病是現代社會共同面臨的最大疾病問題之一。疾病對社會造成的巨大經濟負擔不說(全美2012年支出約2000億美金用於臨床治療該病),它對人腦功能廣泛而深刻的負面影響嚴重地威脅病人的日常起居、工作能力、與家人朋友相處關係等等重要生活品質。

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目前已知在阿茲海默病患者腦中廣泛存在大量beta澱粉樣蛋白(beta amyloid)和tau蛋白堆積,破壞神經元、神經突觸正常結構,導致大腦功能退化。但對於上述病變的機理,以及如何該清除或阻止病變,醫學界目前尚無定論。

除了內科服藥之外,功能神外也在研究以外科技術治療阿茲海默病的可能。從2010年起,世界上有數個研究團隊都在研究以電刺激大腦不同部位,改善大腦功能(比如增加記憶力),同時延緩阿茲海默病進展的情形。目前研究還處於非常初期的階段,但是初步结果已經讓人看到以神經外科手術治療阿茲海默病的可能。

相關參考文獻:

 

腦深部刺激(deep brain stimulation)治療神經性厭食症(anorexia nervosa)

大家身邊可能都有群「明明骨瘦如柴,還堅稱自己胖、要減肥」的朋友(特別是女性)。「你得厭食症咯?」可能會有人如此開玩笑地說。其實,神經性厭食症是絲毫不能大意的疾病。患者有可能在青少年時期就發病,但是終身未治癒。身體和心理狀態飽受煎熬折磨(一方面知道自己病了,另一方面還是認為自己太胖),缺乏被接受的自信,同時常伴發焦慮、憂鬱等其他精神疾病,令患者痛苦不已。嚴重者,甚至會因為此病而喪失生命(常見死因包括電解質紊亂、心功能衰竭、多臟器功能衰竭等等,神經性厭食症是所有精神疾病裡死亡率最高的疾病之一)。

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正因為此病的嚴重程度,以神經外科手術嘗試治療神經性厭食症其實由來已久。功能神外治療神經性厭食症的歷史可以回溯到上世紀50年代,但其治療效果始終沒有得到廣泛認可。

2012年,魯汶和上海的研究團隊首先合作發表使用腦深部電刺激術治療難治型神經性厭食症的療效。2013年,來自多倫多的功能神外團隊在《柳葉刀》上發表了他們的獨立研究成果。兩篇研究報告都表明:現代腦深部電刺激術治療難治型神經性厭食症安全、有效。

現在世界上已有多個臨床中心都在進行功能神外治療神經性厭食症的研究。相信未來功能神外可以爲嚴重的難治型神經性厭食症患者帶來希望曙光。

相關參考文獻:Lipsman, Nir, et al. “Subcallosal cingulate deep brain stimulation for treatment-refractory anorexia nervosa: a phase 1 pilot trial.” The Lancet (2013).

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神經外科手術治療精神病的臨床指南共識

「開刀治療精神病」這個概念一般人恐怕難以想像。明明是精神疾病,開刀怎麼治得好?但實際上,從史前時代,人類就開始用神經外科手術治療精神病(在史前時代醫生的觀念裡,治療機制更像是「在人頭上鑽個洞,使人瘋狂的邪靈就會從中被釋放出去」)。

隨著醫學進展,科學家逐漸認識:許多精神病患者腦內某些部位的活動異常(過於興奮或者過於平靜),而這些異常和他們的精神症狀是有一定的相關性的。如果能透過某種方法(比如神經外科)來調節這些活動異常的部位,勢必也可以藉此控制精神症狀。葡萄牙籍Egas Moniz醫師憑藉著lobotomy(前腦葉白質切除術)治療精神病的研究,獲得了1949年諾貝爾生理學/醫學獎,精神外科(以外科手術治療精神病的學科)正式得到認可。

但從1950年到1960年代,精神外科經歷了一段黑暗的歷史。簡單地說,精神外科被過分濫用在精神病患者身上。以最著名的精神科醫師Dr. Walter Freeman為例,他開著他的麵包車兼行動醫院,全美走透透,幫近3500名患者實行他自己改良的lobotomy。實際不只他一人,精神外科在全世界範圍被濫用的事實(包括歐美、日本、甚至台灣),以及精神藥理學的進展(終於吃藥也可以控制精神症狀了),最終導致整個精神外科學科的沒落。

直到過去20年,醫學界意識到某些患有嚴重精神病的患者,在嘗試幾乎所有療法(藥物、行為、電療⋯⋯)之後,症狀依然沒有改善。而此時,外科手術似乎是僅存的唯一希望。

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外科手術技術與此同時也已經得到很大進步。比起Freeman拿根冰錐(電影《禁閉島》即將結束時,就有短暫的冰錐一幕,暗示醫生即將選擇以手術方式治療), 捅進病人前額葉,‘憑手感’破壞神經纖維的粗糙手術技術,現代精神外科醫生憑藉著先進的神經影像成像技術,能精准地定位出目標神經結構的三維坐標,在盡量不破壞其他神經結構的前提下,選擇性抑制目標活動。

目前精神外科治療強迫症、憂鬱症、焦慮症、抽動穢語綜合症、神經性厭食症等等精神病的療效已經取得一定認可。

但是為了避免過去精神外科手術遭到濫用的悲劇再次發生,世界立體定向功能神經外科大會(WSSFN)與其他主要國際學會組織合作,根據現有的相關指南,共同制定出一套共識。

這套共識並沒有巨細靡遺地規定該如何開展臨床研究,但是強調進行精神外科臨床研究時,所應該尊重的原則(包括精神外科不是常規治療手段、需要獨立倫理道德委員會監督、需要與專業精神科醫師團隊合作、病人享有自主權等等)。

這套共識剛剛在Journal of Neurology,Neurosurgery and Psychiatry期刊上發表,大會相關組織正在計劃將其翻譯成世界各國語言(包括中文)。這套共識的精神,將會是未來精神外科發展很重要的精神支柱。

相關參考文獻:Nuttin, Bart, et al. “Consensus on guidelines for stereotactic neurosurgery for psychiatric disorders.” Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry (2014): jnnp-2013.

 

閉路式腦深部刺激(closed-loop deep brain stimulation)

不知道讀者讀了前面的文章以後,有沒有這樣的疑問:原來功能神外醫生已經將電腦植入到病人腦裡,用來治療帕金森、阿茲海默、神經性厭食症等疾病了嗎?

這樣的說法,不完全正確,但是從某種程度上來說,功能神外手術醫師確實是已經將人腦和集成電路結合在一起,用以治療臨床上難以治療的疾病。

過去十年左右時間裡,這個埋在人腦裡的小IC能做的很有限。它只能聽命于臨床醫生的指示,24小時不間斷地給出固定強度、頻率的電流。病人可以在睡前將它關上,起床後再打開,但除此之外,它沒有任何其他功能。

但隨著科技進步,這個小IC能做的事越來越多了。研究人員除了可以透過它給予大腦適當刺激治療疾病,同時也可以用它來記錄神經信號。

而一旦有了記錄功能,它能做的事就多多了!它可以根據神經信號來判斷患者的健康情形、判斷是否需要調整電刺激的參數、判斷患者現在是否處在最佳狀況。

彷彿患者身邊跟了一個隨行醫師,隨時隨地幫助患者調整治療方案。

當然,目前還沒有達到這個境界,但是筆者相信,在不久的將來,用閉路式腦深部刺激治療神經系統疾病將成為功能神外的新標準。

然而,隨著科技的進步,科技對人性的威脅、對「人身為人的根本」的動搖,是我們不得不正視的問題。

2013年八月,美國的科學家就第一次透過電腦實現了低階的精神控制(mind control)。

相關參考文獻:Shen, Helen. Implant aims to track brain signals in real time. Nature: 12 Nov. 2013.

 

Mind meld? Scientist uses his brain to control another guy’s finger

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當機器可以窺探我們的神經活動時,是否也代表著我們的精神世界,我們「內心的想法」這最後的隱私的防線,也將跟著一起毀於科技的進步呢?

“I fear the day that technology will surpass our human interaction. The world will have a generation of idiots.”愛因斯坦擔心的「科技將取代人與人之間的互動」,似乎已經成為大勢所趨(我們是否已成為他口中的「白癡的一代」則暫時不得而知)。

筆者相信,無論如何,科技進步的腳步不會停下。用電腦技術改善人的記憶力、改變人的精神世界、甚至控制他人的行為,這都是已經在發生的事了。

人類該如何在科技日新月異的世界裡,保衛、傳承人性的餘光?比起純粹科技發展,這需要更多的智慧。

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認為科學必須從基礎紮根,相信經典必有其價值和意義。 通過介紹諾貝爾大師們的研究工作和嚴謹態度,在大眾科學的汪洋中推廣經典科學理論以及科學精神的重要性,並冀望藉此能讓讀者以一個更寬廣的角度來欣賞現代社會之包羅萬象。