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嚴重酒精成癮與神經傳導物質GABA有關

葉綠舒
・2014/09/18 ・730字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

過去的許多研究已經發現,並不是每個人都對成癮性物質(如煙、酒、毒品)有興趣。有的人接觸一次以後就敬謝不敏,有的人則不僅是「一試成主顧」,而且還欲罷不能。由於人們在對於成癮性物質的反應差距如此之大,因此科學家們一直認為,酒精成癮–尤其是嚴重的酒精成癮–一定跟遺傳有關;而到目前為止,也找到了幾個基因,但是這些基因如何操控酒精成癮的機制,仍然不清楚。

圖片來源:wiki
圖片來源:wiki

最近,在美國Scripps研究所的研究團隊發現,有一個基因Nf1 (neurofibromatosis type 1),與酒精成癮有關。研究結果顯示,Nf1透過調整γ-氨基丁酸(GABA,gamma-aminobutyric acid)的分泌,使個體在初次接觸酒精之後的重複接觸,是否會漸次地提高飲用酒精的量;而這個行為與酒精成癮相關。

研究團隊使用部分剔除Nf1的小鼠,來測試接觸酒精之後的行為。結果發現,部分剔除Nf1的小鼠,在飲酒之後,中央杏仁核(central amygdala)的GABA濃度並未上昇,而過後這些小鼠對於酒精也並不特別感興趣。

相對的是,表現正常量的Nf1的小鼠,在飲酒之後,中央杏仁核的GABA濃度上昇,而當研究人員重複給予酒精時,這些小鼠的飲酒量也漸次增加。

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研究團隊在檢視人類的Nf1基因時,也在9,000個人裡面發現,人類對酒精成癮的行為,似乎也跟Nf1基因相關。

但是,在小鼠的實驗中,野生種(即未剔除Nf1基因的小鼠)會對酒精成癮,這部分跟人的成癮性行為要怎麼解釋呢?若以小鼠的例子看來,似乎人人都可以成為酒鬼;但是以人來說,只有5%的人視酒如命,另外12%的人經常飲酒,而其他的人並不常喝酒,或根本滴酒不沾。所以,Nf1在小鼠上的結果,是否能用來解釋人類的成癮性行為,這就有待後續研究了。

原刊載於作者部落格Miscellaneous999 

參考資料:

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  1. 2014/8/27. Alcohol-dependence gene linked to neurotransmitter. Science Daily.
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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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為什麼會喝醉、斷片和發酒瘋?黃湯下肚後的二三事──《手機、咖啡、情緒的化學效應》
商周出版_96
・2020/10/10 ・2683字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

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酒精也會發酵,指的是酵母菌、糖、碳水化合物一起經過發酵作用而轉化成能量、乙醇和二氧化碳的過程。但對酵母菌而言,十五度以上的酒精就是毒藥。發酵後的產物竟然會害死發酵作用功臣,這真是悲劇啊!因此,酒廠不採用發酵法來製作高濃度酒精,而改用蒸餾法。

我自己雖然與酒無緣,卻很有興趣觀察人類的酒醉行為。一群不受控制的酒徒事實上還挺恐怖的,但飲酒文化已源遠流長數千年之久,人們對於酒精這款毒藥早習以為常。大家都討厭酒品差的人發酒瘋。但我必須承認:與滴酒不沾相比,杯觥交錯的夜晚時光顯得更其樂融融。

酒醉後的行為,有時讓人很難理解。
圖/giphy

喝醉是怎麼ㄧ回事?酒精其實像鎮靜劑

酒精讓恐龍寶寶彷彿變成了另一個人。他平時沉默寡言,今晚幾杯黃湯下肚之後卻變得超級幽默。這究竟是怎麼一回事呢?為什麼酒精讓人變得不再畏縮、充滿自信呢?讓我們一起從化學觀點來瞭解喝醉這件事:

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乙醇被腸胃吸收後,大部分隨著血液流動到肝臟,肝臟會分泌酵素開始分解乙醇。小部分的乙醇和乙醛則抵達肺臟進行氣體交換,這就是酒氣沖天的原因。滿身酒味令人嫌,卻方便警察臨檢執法。可見我們的身體會想方設法盡速排出酒精及其代謝物,但排出速度遠比不上豪爽的乾杯速度,因此會有一部分酒精隨著血液被帶到大腦。

好玩的事就從這裡開始。對大腦而言,酒精就像鎮靜劑或麻藥。怎麼會?發酒瘋的人經常扯開嗓門大叫或跳上桌子手舞足蹈,哪裡顯得鎮靜呢?雖然酒精讓人們行為脫序,但從神經科學的角度來看,酒精的確具有抑制效果。準確地說,酒精抑制的是神經細胞之間的互動,而神經細胞之間互動的推手就是神經傳導物質。

酒精其實是有抑制作用。
圖/泛科學 YouTube〈酒有什麼好喝的?酒科學的必問五問題|科學大爆炸2-EP.37〉

酒精抑制的是神經傳導物質

第七章曾介紹過神經傳導物質血清素。現在和大家聊聊另一種神經傳導物質,好讓大家更瞭解喝醉這件事的來龍去脈。

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之前提過組成蛋白質的二十種胺基酸,其中之一是麩胺酸(Glutamic acid)。從功能來看,麩胺酸也扮演著神經傳導物質的角色。神經傳導物質主要可分為激發型及抑制型兩大類。麩胺酸屬於激發型神經傳導物質。當麩胺酸與其受體結合之後,會促進神經細胞互動,釋放出更多的訊號。

第十二章提過另一種神經傳導物質 GABA(4- 胺基丁酸)(又碰到它了!還記得嗎?催產素下令給大腦分泌 GABA)。它屬於抑制型神經傳導物質,在大腦中的作用與麩胺酸恰恰相反。當 GABA 與其受體結合之後,會抑制神經細胞互動,減少神經細胞之間的訊號傳遞。

談起大腦裡的神經傳導物質,經常也會提到「受體」。還記得我們之前將受體比喻成停車格嗎?酒醉狀態裡的神經傳導歷程究竟是什麼樣子呢?讓我們仔細探討一下。首先,大腦裡有許多由蛋白質組成的受體,請把它們想像成平常狀況中被封閉的隧道。一旦神經傳導物質與神經細胞表面的受體結合之後,隧道將暫時開放,讓離子進入(例如鈉離子、鉀離子、鈣離子或氯離子)。帶電價離子的移動使得細胞膜的電位出現了變化。神經細胞透過電位差來傳遞訊息。以麩胺酸為例,麩胺酸與受體結合之後會讓正離子往細胞內流入,使得膜電位大幅上升,激發神經元細胞興奮。相反的,當 GABA 與其受體結合之後,神經元細胞的細胞膜表面呈現負電價,訊息的傳遞便受到抑制。

喝酒之後,一部分的酒精隨著血液進入大腦。乙醇其實就是來攪局的。乙醇分子「雙面玲瓏」,既能與麩胺酸受體結合,也可以和 GABA 受體結合。也就是說,乙醇分子會掀起一場和麩胺酸及 GABA 的「受體搶奪大戰」,妨礙上述兩種神經傳導物質與受體的結合。如此一來,原本麩胺酸應當產生的激發效應會受到抑制,而原本 GABA 神經傳導物質在釋放過程中應當產生的抑制作用卻因為喝了酒而被增強。隨著血液中的酒精濃度越來越高,乙醇分子會減少及阻斷神經元的傳導。

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當體內酒精超過某特定濃度時,大腦的運作速度會變得緩慢。因為大腦功能下降,讓人逐漸失去自制力,也不怕丟臉。藉此,即可解釋跳到桌子上並載歌載舞的發酒瘋行為。腦神經系統的各種機能越來越受到抑制,運動功能變得越來越差。神經元細胞彼此的互動減少,所以連走路都不穩。這時開始變得口齒不清,反應速度變得更慢。腦筋顯得越來越不靈光,當然不可能做出聰明的決定。大家或許都有過喝醉的經驗,肯定故事一籮筐吧?黃湯下肚醺醺然,酒醉者經常腦筋當機,感覺麻痺,不太記得當下發生的事。

喝醉以後常常不記得後來發生什麼事。
圖/泛科學 YouTube〈酒有什麼好喝的?酒科學的必問五問題|科學大爆炸2-EP.37〉

GABA 的抑制作用

正常情況下,GABA 的重要性來自於它在釋放過程當中所產生的抑制效應。當然,我們需要大腦神經元靈活地執行功能,但也不宜照單全收全數環境裡的訊息,並加以分析。「越多越好」這句話,在這裡並不適用。GABA 神經傳導物質的主要作用就是在協助我們將外界訊息分門別類,以利大腦「分級處理」。

外在環境時時刻刻都在對我們傳送超大量的訊息。如果不是 GABA 踩剎車,每個人都必須捉狂地忙著接收與分析訊息,哪有可能冷靜思考?因此,某些治療腦部不正常放電的癲癇藥物有助於提高患者體內的 GABA 濃度,避免患者情緒過於高亢興奮。我偶爾會想:酒精的確會放緩大腦轉速,但醉鬼會不會想得更仔細、更透徹,只是速度緩慢而已呢?我自己不喝酒,沒有相關經驗,不過根據我的觀察,有些人總是在酒酣耳熱之際一昧地重複相同的說詞或想法。或許這才是他們真正深思熟慮後的想法?

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酒精對大腦的影響不僅於此,它還會促進一種名為多巴胺(Dopamine)的神經傳導物質分泌。多巴胺主要負責情緒、學習、注意力,以及對於肌肉動作的控制能力。大腦的獎勵功能也與多巴胺有關,例如投身興趣且樂此不疲時,大腦會非常活躍地分泌出大量多巴胺,讓我們願意更加投入。多巴胺分泌過量,則可能導致行為衝動、上癮,甚至思覺統整失調。體內多巴胺濃度越高,我們就越需要自制能力,方可免於菸酒上癮。不過,如果酒精早已經長驅直入地攻占了負責自我控制的腦區,那就真的很難堅持。這是為什麼喝醉酒的人隔天都後悔自己貪杯誤事的原因。

酒精如果已經讓你不受控,很可能就不小心喝多了。
圖/giphy

──本文摘自《手機、咖啡、情緒的化學效應——一日24小時的化學常識》,2020 年 5 月,商周出版。

商周出版_96
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