0

0
0

文字

分享

0
0
0

讓身障者重掌生活,念動機械手臂新突破

PanSci_96
・2016/03/14 ・1519字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

文/喻守謙 | 台灣數位文化協會

eric
正在練習使用機械手臂的艾瑞克(圖片來源:撰稿團隊取自 Cortesía Excélsior)

艾瑞克索圖(Erik Sorto)是一名癱瘓十年的身障者,但他同時也是類似患者們的新希望。2013 年艾瑞克不顧家人反對,毅然報名接受了一場腦部手術。現在的艾瑞克有如科幻小說中的角色,只要他想像抓取東西的樣子,安裝的機械手臂就會執行他的命令。

過去雖然也有少數身障者透過腦機介面(brain-computer interface,簡稱 BCI) 操控機械,但這些受試者的植入體,所接受的信號多來自連結脊椎與肌肉的前運動皮質區,只能被動記錄訊號。而艾瑞克是第一位在後頂葉皮質層內(產生肢體運動意念的區域)植入晶片,讓機械主動理解使用者意圖的人。

加州理工學院的神經科學教授、也是這次實驗的首席研究員理查安德森(Richard Andersen)解釋,從使用者的意圖出發,不僅較符合人性,也能讓機械手臂作用的速度更快,艾瑞克所做的是讓機械手臂理解他的最終目標,而不是操控所有運動細節。舉例來說,當我們伸出手臂拿起一杯水時,你不會去思考每一個關節或肌肉該如何伸展、或拆解每個動作,你只想著要拿到那杯水而已。

透過數據累積,讓手臂知道你想做甚麼

在研究初期,研究人員先透過核磁共振技術,觀察當艾瑞克產生抓取等動作等意念時,頂葉皮層內兩個最活躍的區域。在此之後便植入 2 個微電極陣列,裡面各自包含 96 個電極,能夠記錄單一神經元的活動。此外,在艾瑞克的頭骨上有兩個金屬基座,能夠接收電極收到的信號,並連接機械手臂。

術後一個月,艾瑞克就開始了與團隊的合作。在第一個實驗中,工作人員先做出某些手勢,讓艾瑞克在腦中想像、模仿做出這些動作的感覺,並藉由不同的動作,觀察哪些神經元會對特定動作有反應。長期研究下來,團隊能夠不斷校準神經元與動作間的關係,針對位置、移動軌跡及特定運動等類別歸納出一套演算法。此外,安德森表示,即使系統沒有接收到完整的信號,也能透過演算法與過去的數據,自動補足需要的信號,這也會讓使用者操作起來更便利,減少失誤的次數。

頂葉皮質會是最佳解答嗎?

2000px-Brain_diagram_ja.svg
大腦構造圖。source:wiki

過去腦機介面(BCI)的開發,多根基於美國布朗大學腦科學研究所主任約翰多諾霍(John Donoghue)對運動皮質的前瞻研究。­多諾霍認為這次的實驗確實證明了頂葉皮質可以提供較有用的信號,但現階段他無法肯定頂葉皮質就是念動控制最好的選擇,因為目前的實驗成果雖好、但還不夠好,團隊尚未得知如何得到更精準的控制手段。

實驗的首席研究員安德森也曾提議結合來自運動皮質與頂葉皮質的兩種訊號,透過交叉判斷讓機械手臂的判讀更清晰,然而多諾霍則表示,結合不一定會帶來增值效果。他提到,當我們試圖用手拿起杯子時,會用到多達 80% 的大腦,上述兩種皮質只占了一部分,且傳遞出的訊號其實相當類似,因此不排除其他部分的大腦有可能蘊藏了更關鍵的數據。

依然努力著的艾瑞克

在學界熱烈討論的同時,艾瑞克仍舊繼續著他與機械手臂間的實驗。在這兩年中,他的熱情絲毫未減,並致力提升操控的精準度,他練習玩了 6700 多次的剪刀石頭布,因為這些對常人而言簡單的動作,都是重要的突破。雖然過程辛苦,但艾瑞克終於在今年實踐了他長久以來的目標:透過機械手臂拿起啤酒,並暢快的痛飲一番。未來,他還想嘗試刷牙、刮鬍子等更精細的動作。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧


數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
PanSci_96
989 篇文章 ・ 676 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。


0

3
0

文字

分享

0
3
0

調香師的秘密:「糞臭素」挑起你骯髒的慾望

胡中行_96
・2022/05/16 ・2039字 ・閱讀時間約 4 分鐘

倫敦高級區梅費爾(Mayfair)的聯排透天洋房裡,他與屋主近身互動。六呎高,湛藍的雙眸,古銅的肌膚,寬闊的下顎,銀髮一絲不苟地貼齊,以及一縷迷人的香氣:肉桂、皮革和不可言喻的香味,他確定迎面襲來的深刻,源自另一個時空。

梅菲爾位在倫敦西區,它是世界上最昂貴的地區之一。圖/Wikipedia

「當你嗅聞,你是用腦在聞。最原始的,處理記憶和情緒的部位。」
屋主解釋:「若芸芸眾生試圖尋覓自我的氣味,那我正在打造專屬你的身份。」

關於香水的秘密

一場訪談,讓男性時尚雜誌《GQ》的作家 Michael Paterniti 化身高級訂製香水的顧客,而江湖人稱「香水界情色男優」(the Pornographer of Perfume)的屋主 Roja Dove,正優雅地介紹混香的秘密。「我使用『糞臭素』,一種帶有糞便氣息的醜陋分子。男女性器皆與肛門比鄰,底蘊裡一丁點的『糞臭素』,便能喚起骯髒的慾望。」[1]

Roja Dove 是一位英國調香師。圖/Wikipedia

糞臭素是怎麼來的?

來到住處之前,兩人在麗池飯店(Ritz Hotel)旁的沃爾斯利餐廳(the Wolseley)用過午餐。此時他們的消化系統正將蛋白質,分解成胺基酸(amino acid)。接著,腸道內的菌落會先進行「去胺作用」(deamination),用氫去代換胺基。於是,有一種叫做「色胺酸」(tryptophan)的胺基酸,就變成「吲哚-3-乙酸」(indole-3-acetic acid,簡稱「IAA」)。

再來,乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和類桿菌(Bacteroides),透過「去羧作用」(decarboxylation;羧,注音ㄗㄨㄟ)把 IAA 中的羧基(carboxylic acid group)換成氫,人體內的「糞臭素」(skatole;即3-methylindole)就誕生了[2][3][4]

Roja Dove 的調香手法

在正式調香之前,Roja Dove 會提供約莫 200 張的試香紙,讓訂製高級香水的顧客挑選最能觸發當下感覺,並連結過往回憶的幾種氣味。Roja Dove 將以它們為發想的根據,把原料輕拍到試香紙上,再把試香紙與一只金屬小風車連結。當小風車運轉,微風迎面吹來,他便能感受這些原料的效果。

當然,調香運用的糞臭素不是靠「人體製造」,而是在實驗室或工廠裡「人工合成」。1883 年德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer, 1852-1919)發明了「費雪吲哚合成」(Fischer Indole Synthesis):一種苯肼(phenylhydrazine)和醛(aldehyde)或酮(ketone),透過酸觸媒(acid catalyst)催化產生的作用。一般罐裝糞臭素,便是這麼來的[2][5]

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成需要耗時一到二年。圖/Pixabay

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成,長達一、二年後,每 3.4 盎司(100.55 毫升)要價 4 萬美元的訂製香水,才會被呈現在顧客面前。所幸,對花不起重金與不特別愛好香水的人來說,還是有其他巧遇糞臭素的機緣。因為某個程度上來說,糞臭素就像愛。它撲朔迷離地存在生活中出乎意料之處:香水、茉莉、橙花、甜菜、香菸、糞便、煤焦油與草莓冰淇淋。糞臭素時臭時香,載舟亦能覆舟,令人欲拒還迎。

氣味的關鍵在於濃度

氣味由香變臭的關鍵,在於濃度。像是過多的愛,使人無法擔待。以體積比來說,一旦超過 60 pptV(0.327 ng/L)[註1],就會開始臭得一去不返[7]。如果以重量比計算,健康人體製造的糞便中,糞臭素濃度約為 5 μg/g,但消化道疾病患者,則可高達 80 到 100 μg/g[註2]。換句話說,腸道保健雖然不會讓人芬芳馥郁,但至少能避免如廁之後臭名遠揚[8]

回顧過去的調香職涯,Roja Dove 感嘆上等的原料不再是小農收成,產地直銷,人工合成的產物也逐漸取代天然素材。

「的確,我們必須在香水裡添加合成物。」他向時尚作家 Michael Paterniti 坦承,那是為了襯托自然的味道,但是如果大比例的使用人造成份,「合成的香水聞起來,就永遠僅是人工的氣息。」然而大時代的趨勢,就連知名調香師也無力回天。諷刺的是,在這場產業變遷的遺憾裡,得知糞臭素並非天然,卻多少能帶給香水顧客卑微的慰藉。

註解

  1. pptV(parts per trillion by volume),則是兆分之一體積比。ng/L,指每公升幾奈克。
  2. μg/g,又作 mcg/g,指每公克中有幾微克,也就是 ppmW(parts per million by weight)百分之一重量比。

參考資料

  1. How to Smell Like a God (GQ, 2014)
  2. Skatole – A Natural Monstrosity In Perfume, Parliaments, Produce And Poop (American Council on Science and Health, 2020)
  3. Impact of the Gut Microbiota on Intestinal Immunity Mediated by Tryptophan Metabolism (Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2018)
  4. 羧酸(教育部重編國語辭典修訂本,臺灣學術網路第六版)
  5. Emil Fischer Biographical (the Nobel Prize)
  6. Skatole (American Chemical Society, 2021)
  7. Identification, quantification and treatment of fecal odors released into the air at two wastewater treatment plants (Journal of Environmental Economics and Management, 2016)
  8. New Insights Into Gut-Bacteria-Derived Indole and Its Derivatives in Intestinal and Liver Diseases (Frontiers in Pharmacology, 2021)

數感宇宙探索課程,現正募資中!

胡中行_96
29 篇文章 ・ 26 位粉絲
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)。臉書:荒誕遊牧。