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蜥蜴比我們知道的還聰明

陸子鈞
・2011/07/15 ・304字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 449 ・四年級

熱帶蜥蜴的腦袋雖然很小,但牠們學很快。一項新的研究中,研究人員將熱帶樹蜥(Anolis evermanni)放在有兩個洞的平台上,在洞裡放入美味的蛆,並用藍色蓋子將洞蓋上,樹蜥很快就了解蓋子後面有大餐。即使科學家試著用黃色蓋子,或者有黃色外圈的藍色蓋子干擾樹蜥,只有四分之一的樹蜥在六次測試中犯錯。和其他研究中的鳥類相比,樹蜥只需要更少次的練習就能學會移開蓋子。研究團隊對此感到訝異,因為過去未曾在野外觀察過,蜥蜴會有類似的解決問題的能力。或許蜥蜴和鳥類及一些哺乳類一樣聰明,至少在牠們很想吃到美味的點心時。

資料來源:ScienceShot: Tropical Lizards Get Brainy [12 July 2011]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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要怎麼樣才可以變聰明?聰明腦袋原來是「組織」能力特別強!——《糗大了!原來是大腦搞的鬼》
馬可孛羅_96
・2023/05/10 ・2363字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為何腦力難以增強?

有許多方式可以讓人看起來更聰明,例如裝模作樣的說出艱難的詞彙,或是隨身帶著一本《經濟學人》(The Economist),但是你真的能夠變得更聰明嗎?真的有可能「強化腦力」嗎?

身體的「能力」,通常代表的意思是能夠以特定的方式完成某些事情或展現某些動作。「腦力」所牽涉到的能力,一定讓人想到和智能有關。你的確可以用腦連接到工業發電機讓電路暢通,同時也讓你腦中的能量增加,但是對你並沒有任何好處,除非你很喜歡讓自己心智炸裂(物理)。

要怎麼讓自己變聰明呢?圖/envatoelements

你可能見過一些廣告,說某種成分、工具或是技術能夠提升腦力,通常要價不斐。那些玩意基本上難以讓人產生任何顯著的改善,因為如果真的有廣告宣稱的效果,就會大為流傳,那麼每個人應該都會變得更聰明,腦子也變得更大,直到顱骨支撐不住為止。若真的有能夠提高腦力、增強智能的方式,會如何進行?

聰明的腦袋有什麼特別之處?

要了解這點,應該先要知道聰明的腦和不聰明的腦之間有什麼差異,以及如何把後者變成前者。有一個看起來完全是錯誤的因子:聰明的腦使用的能量比較少。

這個違背直覺的論點來自於直接紀錄腦部活動的掃描研究,例如功能性磁振造影(fMRI)。這是一種厲害的技術,讓人躺在 fMRI 掃描儀中,紀錄身體的代謝活動(也就是細胞和組織在做事情)。代謝活動需要氧氣,氧氣由血液供應。

使用fMRI掃描大腦。圖/envatoelements

fMRI 掃描儀能夠區別出含有氧氣的血液和缺乏氧氣的血液,身體部位代謝活動高會把前者變成後者,例如腦部某些區域在從事任務而快速運轉。

基本上,fMRI 能監測腦部活動,並且指出其中哪些部位特別活躍。舉例來說,如果受試者進行的是記憶性任務,那麼腦部與記憶處理相關的區域活更為活躍,在掃瞄儀器上便能夠顯示出來。那些活動增加的部位,可以看成和記憶處理有關的部位。

當然事情沒有那麼單純,因為腦部時時都在進行多種活動,要找出「更為」活躍的區域,需要進行過濾與分析。話雖如此,許多當代辨認腦部各區域特定功能的研究,都用到了 fMRI 掃描。

瞭解大腦各區的活動情況。圖/envatoelements

並不是特定區域發達,而是大腦整體的連結感強!

到目前為止也都還好,你會認為負責某個特殊活動的腦區,在從事那個活動的時候會特別活躍,就像是舉重選手在舉起啞鈴的時候,二頭肌會使用到更多能量。

但對於腦部而前其實不然。一九九五年,拉森(Larson)等人的研究發現,在設計用來測驗流體記憶的任務中,的確看到了受試者前額葉皮質處於活動狀態,但是非常順利執行任務的受試者,卻是例外。

說得清楚一點:流體智能非常高的人中,並沒有使用到假定為負責流體知能的區域。這完全沒有道理吧,就像是你幫人量體重的時候發現只能量到體重比較輕的人。

進一步分析發現,比較聰明的人前額葉皮質的確會活躍,但是要在接受困難任務時才會活躍,例如需要多花一些心力才能應付的問題。這個結果讓我們得到一些有趣的論點。

大腦各區連結更強的人越聰明。圖/envatoelements

智能並不是由腦中某個專屬區域所執行,而牽涉到多個腦區,這些區域彼此相關。看來在聰明人的腦中,這些區域連結得更緊密、組織得更好,整體上就不需要那麼多活動了。

你可以想像成汽車:如果有輛車的引擎發動起來像是一群雄獅狂叫怒吼,另一輛車子則安靜無聲,那麼前一輛當然就不是比較好車款。發出噪音和產生震動的汽車,是為了完成效能更高車款所完成的事,後者所花費的能量更少。

目前逐漸形成的共識是,腦區(例如前額葉皮質、頂葉等)之間連結的範圍與效率,對於智能有很深的影響。腦區之間溝通與互動的狀況越好,處理資訊的速度就越快,進行計算與做出決定時就越不費力。

大腦中白質的連結性

大腦白質的連接與腦力有關。圖/envatoelements

這個論點受到其他研究的支持。白質(white matter)的完成度與密度高低,可以做為智能高低的有效指標。白質是腦中另一類組織,往往受到忽視。人們的注意力總是放在灰質(grey matter),但是腦中有一半屬於白質,它的功能也很重要,沒有得到那麼多關注,是因為「功能」沒有那麼多。

所有重要的活動都是在灰質中進行的,白質的功能則是把活動內容傳到其他部位的連接線所組成(連接線便是神經元伸出的軸突)。如果灰質是工廠,白質則是傳送貨物與補充原料的道路。

兩個腦區之間的白質連接如果越是完善,那麼彼此之間合作時所需要的能量和作業也就越少,在掃描時也就更難偵查到。這就像是在是在乾草堆中找針,只不過這時的乾草堆是由比較大一點點的針組成,而且全部都混在一起了。

——本文摘自《糗大了!原來是大腦搞的鬼:神經科學家告訴你大腦「真正的秘密」,揭開複雜的運作原理》,2023 年 4 月,馬可孛羅出版,未經同意請勿轉載。

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馬可孛羅_96
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馬可孛羅文化為台灣「城邦文化出版集團」的一個品牌,成立於1998年,經營的書系多元,包含旅行文學、探險經典、文史、社科、文學小說,以及本土華文作品,期望為全球中文讀者提供一個更開闊、可以縱橫古今、和全世界對話的新閱讀空間。

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軍機操演太吵,蜥蜴狂吃紓壓
胡中行_96
・2023/05/01 ・1935字 ・閱讀時間約 4 分鐘

軍機操演保衛國家,噪音卻會干擾周遭社區。[1]人類的聽力範圍,約在 20 至 20,000 赫茲之間;與蜥蜴的 100 到 5,000 赫茲,部份重疊。[2]所以別只想到自己,請多關懷鄰居──此處不堪其擾的,可能還包括蜥蜴。學名 Aspidoscelis neotesselatus 的科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴(Colorado checkered whiptail),列屬美國科羅拉多州的特別關注物種(species of special concern),[3]並被美軍視為瀕危物種(species at risk)。[2]由於其棲地涵蓋美國陸軍卡森堡軍事基地(US Army Fort Carson Military Base),科學家想知道軍機航道下的噪音壓力,是否會影響牠們的健康和生育。[3]

科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴。圖/Koopasteve on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

孤雌生殖

Aspidoscelis屬之下,某些種的蜥蜴只有雌性,採行孤雌生殖(又稱單性生殖;parthenogenesis),[4]卵不用受精就能長成胚胎。這種方法一般會使物種幾無變異,遇上疾病或環境變化,便容易被一舉殲滅。[5]比較特別的是,牠們過去有的曾與同屬不同種的雄性雜交,多少豐富了基因,混血產生的科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴,還因此擁有三套染色體。[4, 5, 6]孤雌生殖的 Aspidoscelis 屬蜥蜴,例如:科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴,[4]製造卵子時,比有性生殖(sexual reproduction)多複製一次染色體,才進行分裂。如此一來,無需精子湊對,依然能發展出正常胚胎。[5, 7]

噪音的影響

研究團隊於 2021 年進入繁殖季的一個月後,也就是 6 月期間,跑去卡森堡軍事基地一帶,測量飛航範圍的地面噪音:[3]軍機演練時,33.9 到 112.2 分貝;其他時候,則為 30.1 至 55.8 分貝。科學家也觀察科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴,在這兩種情況下的行為,並幫牠們抽血、秤重、量身長、照婦科超音波等。[2, 3]最後,將所有蒐集到的數據,依照設定的指標逐項分析:[3]

  • 皮質酮(corticosterone):當壓力來襲,腎上腺會分泌皮質酮,來調節能量供給。軍機劃過天際的日子,科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴的皮質酮,一如預期地上升。[3]
  • 血糖(plasma glucose):歐洲海鱸(European sea bass;學名:Dicentrarchus labrax)遇到人為噪音時,血糖會提高,以應付壓力下所需的耗能。儘管這種現象聽起來相當合理,但是科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴的血糖卻無動於衷。[3]不曾飆高以因應外界刺激,也沒有消耗過頭而直直下墜。
  • 反應性氧代謝物(reactive oxygen metabolites):人為噪音會使歐洲濱蟹(shore crabs;學名:Carcinus maenas),加速代謝,而提高耗氧。科學家原本覺得,科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴也會這樣。誰知道牠們血液中的反應性氧代謝物,出乎意料地於軍機操演時下降,懷孕者濃度又比其他個體更低。[3]
  • 補償性進食(compensatory eating):壓力暴食不是人類的專利,認識科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴後,有沒有倍感欣慰?牠們受軍機的噪音干擾,有時原地進食,有時邊走邊吃。整體來說,在壓力下吃多動少。[3]
  • 酮體(ketone bodies):當血糖供不應求,身體會代謝脂肪,產出酮作為能量來源,[3, 8]此即生酮飲食(ketogenic diet)的減肥原理。奇妙的是,人類努力控制飲食,才能達到的狀態,[8][註]科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴竟得來全不費工夫。在軍機的噪音下,牠們的血糖明明沒有變化,脂肪就直接開始代謝。體型小的個體,酮體濃度較高。[3]

共存共榮

綜合以上,由上升的皮質酮,可以確定軍機飛行的噪音,會給科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴帶來壓力。科學家認為,牠們一方面狂吃,所以血糖沒有下降,反應性氧代謝物甚至減少;另方面不等血糖耗盡,就搶先燃脂製造酮體當補給。在這個機制的調節下,儘管居住環境不太理想,抗壓消耗很多能量,但是科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴適應得還算可以。當然,如果願意體貼孕婦,科學家建議軍機最好於繁殖季節期間,避開蜥蜴數量密集的地區,或是飛高讓地面噪音低於 50 分貝。[3]以後當美軍飛航演練,維護人類社會的和平與穩定;期望科羅拉多格紋鞭尾蜥蜴也能安心增產,拓展成繁榮昌盛的族群。

  

備註

生酮飲食有痛風、腎結石和營養失調等潛在副作用,[8]嘗試前請找醫師評估。

參考資料

  1. Kirk A. (10 APR 2023) ‘What’s that noise? Colorado Air National Guard to fly F-16s at night’. 9News.
  2. Dijkstra M. (29 MAR 2023) ‘Lizards at US Army installation are stress eating during flyovers’. Frontiers Science News.
  3. Kepas ME, Sermersheim LO, Hudson SB, et al. (2023) ‘Behavior, stress and metabolism of a parthenogenic lizard in response to flyover noise’. Frontiers in Amphibian and Reptile Science, 1:1129253.
  4. Walker JM, Montgomery CE, Cordes JE, et al. (2019) ‘Morphological Variation, Habitat, and Conservation Status of arthenogenetic Aspidoscelis tesselatus Pattern Class C in the Canyonlands of Southeastern Colorado, USA’. Herpetological Conservation and Biology 14(1):119–131.
  5. How an Asexual Lizard Procreates Alone’. (02 JUN 2022) National Geographic.
  6. Parthenogenesis’. Britannica. (Accessed on 20 APR 2023)
  7. Newton AA, Schnittker RR, Yu Z, et al. (2016) ‘Widespread failure to complete meiosis does not impair fecundity in parthenogenetic whiptail lizards’. Development, 143(23):4486-4494.
  8. Diet Review: Ketogenic Diet for Weight Loss’. Harvard T.H. Chan School of Public Health. (Accessed on 19 APR 2023)
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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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

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。