2008-09-25

[文摘] 為什麼要進研究室?

台大動物所 嚴震東教授

「為什麼要進研究室?什麼時候進研究室?如何進研究室?」

動物系的教學目標是基礎生物學的教育,希望訓練台灣下一代最優秀的生物人才。因此非常注重研究的部分,也非常鼓勵同學儘早進入研究室,經由第一手的經驗,體驗研究的滋味。為了達成這個目標,我們系有一連串的相關課程及活動設計,包括大一的動物學導論,介紹老師及研究室;大二以上的專題研究,讓同學在研究室的學習可以拿到學分而且不限次數;大四的學士論文以及專題討論。學士論文讓同學有機會整理完成一個完整的研究;專題討論則是訓練同學看學術論文並且上台講給老師和同學聽。我們也鼓勵同學參加國科會暑期大專生研究計劃。每年在五月底舉辦壁報比賽,分博士班、碩士班與大學部三組,由同學們發表自己的研究心得。獎金豐富,得獎機會很高。我們甚至更改動物研究所碩士班的修業規定,讓大學時就已經有很好的研究成果的同學在一年內就拿到碩士學位。研究所的專題討論每星期均邀請國內外知名學者來作演講,也非常歡迎大學部同學來聽講。

由同學的角度來看,為什麼要進入研究室?生命科學的領域非常廣,可以走的路很多,但是無論大家的興趣是在研究、教學甚至賺錢,生命科學的重要特色是knowledge intensive,因此對第一線研究工作有一些基本的了解是非常必要的。對教學與研究有興趣的同學更必須要對國內外研究所如何招生有所了解,並且在四年的大學訓練中早早準備。

國內研究所雖然碩士班入學以筆試為主,但是博士班入學以及碩士班甄試均以審查及口試為主。書面審查及口試的非常重要的一個部分就是研究室經驗。申請國外研究所許多同學以為只是TOFEL、GRE 加上GPA(平均成績),其實TOFEL 是外國人(非英語系學生)的門坎,GRE 是所有申請學生的門坎。基本上歐美一流研究所看的是修課的質與量、研究室的經驗和成績、以及介紹信與個人的特質。這些都是日積月累的成果,絕對沒有辦法在一個月、一個學期、甚至一年中拿的出來。其中研究室的經驗和成績最好是有白紙黑字的具體成果。例如某年某月在某老師實驗室中作了某項研究工作。或是民國某年參加國科會暑期大專生研究計劃,計劃題目為×××。更好的就是得了某項研究獎或是論文發表在某國際期刊第×卷××頁。

由上所述,何時進研究室的答案已經呼之欲出。大學的求學規劃絕不嫌早,如何有一張質量並重的成績單?大一就要開始計劃。如何在研究室的經驗中拿到具體的成績?大一就要開始尋找、嘗試,並且不斷進行。

至於如何進研究室呢?動物學導論這門課,就是所有動物系老師對我們同學的邀請,歡迎有興趣的同學加入我們的研究室。當然台大的資源豐富,台北地區更是台灣科研的重心所在,同學們可以藉著各種管道去打聽,去嘗試自己適合的研究室。我很自豪的說,台大動物系的學生是台灣生命科學領域裡最好的學生,百分之九十九的地方都會樂於接受我們的學生。

倒是我在這裡要提醒一下準備進研究室的同學要有一些心理建設與心理準備。一個研究室通常是由一、兩位PI (principle investigator)在負責,其中有或多或少的助理、postdoc、研究生以及大學部學生(甚至高中生)。這裡並沒有像教室裡、實驗室裡上課一樣有一套完整、制式的教材等著你,而是需要與人相處,自動自發的學習。這種學習的方式可能是我們從小到大從來沒有人教過我們的全新的方式,許多同學難免遭遇到很大的挫折,剛進入研究室的同學也難免會有很大的焦慮感。但是我認為這種學習方式將是我們未來研究所或終身學習中最主要的方式,絕對無法逃避,不如提早開始面對。在學徒制的學習中如何減少焦慮感,如何減低挫折的可能性呢?良好的溝通是必要的。焦慮主要發生的原因是不確定感,挫折的基本原因是期望沒有達成,或是無法達成。大學的研究室的環境有一項基本的優點:老師肯教(雖然不一定有時間親自教),學生有心學。只要這兩個條件成立,加上一些溝通,不確定因素就可以降低,期望也就可以回到現實層面。我自己就經常想要教學生一些技術或方法,卻不知道暑期生溜到哪裡去了。大家可以想見溝通不良,PI 也會有嚴重的挫折感。因此我對同學的建議是先做好家庭作業(查清楚要去的研究室及PI 的背景資料),經由直接溝通了解PI 的現況以及對學生的要求。如果決定了要開始,就抱著開放的心胸,主動積極的投入。只有不能教的老師,沒有不能學的學生。如果遇到了挫折,沒有關係,換個地方重新再來,決定我們未來長期的領域,機緣還是很重要的。但是別忘了: ”Chance favor the prepared mind”,機緣中有很大的部分還是誠心和努力的結果。

2008-09-23

[專欄] 系統神經科學的研究方法 (下)

台大動物所 嚴震東教授 撰


核磁共振影像

2-DG 及c-fos 方法都只能用在實驗動物;核磁共振影像及PET 的方法則可以用在人體實驗。核磁共振影像(magnetic resonance imaging,MRI)的方法是修改了的核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)。
NMR 利用強力磁場使質子數為奇數的原子(例如氫原子)的原子核產生特定的排列,再以瞬間變化的電磁波去激發扭動這些原子核,當瞬間電磁波停止時,這些原子核又
扭轉回到原來的排列方向,並釋放出特定頻率的電磁波。利用適當的偵測器可以測出這些釋放出來的電磁波量,因而可以計算在小量樣品中、在特定環境中,以特定化學鍵結合的某一種原子的數量。
而MRI 則輔助以變化角度、強弱的磁場,抽取腦中許多點中特定物質的量的資料,以影像方法呈現出來。例如圖四中的頭部切面,因為腦中各個部位的水量不同,呈現不同的灰度,因此可以看到腦中各個部位。
上述例子顯示核磁共振影像法,在無傷害性的狀況下可透視頭骨下的軟組織。理論上,如果改變測量的原子種類可以觀察不同物質來研究不同的功能。例如如果測量磷,可偵測腦中ATP (腺甘三磷酸)等重要代謝物質的分布和變化。

正子放射圖像儀

MRI 現在已是醫院常用的診斷工具,一般用在觀察軟組織的形態變化。利用偵測正子的正子放射圖像儀(Positronemission tomography. PET),則較能針對腦的生理和生化的功能做探測。碳-11、氮-13 或氧-15 是較常使用、能放射正子的同位素。將含有這些同位素的化學分子注射或經由呼吸(例如極少量的一氧化碳-11)進入人體後,這些同位素不斷衰減,放出的正子立刻與電子結合消滅,轉變成兩個下線的光子。更重要的是這兩個光子彼此以180 度的反方向分離(見圖五a)。因此在完全環繞頭部的「金鐘罩」偵測器上,在相對位置的探子上會同時偵測到一個光子,由此來推算正子釋放的位置(見圖五b)。由單位時間內腦內各處正子釋放的量,可測量這些地方有多少含同位素的化學分子。




如果化學分子是一氧化碳,因為一氧化碳與血紅素緊密結合的關係,可以推算腦內特定區域中
的血流量。如果化學分子是神經傳遞素的類似物,則可以測出腦中特定傳遞素的功能表現(見圖六)。

神經解剖方法

以上介紹了一些測量腦內各區域在特定功能表現時的電、血流、代謝和基因表現變化的方法。道些
是基本法則中
第二點的方法。基本法則中的第三點:腦內特定構造的連結的問題,是神經解剖學上的核心問題之一。基本上腦的構造雖然複雜,卻是極有組織性。一群神經細胞與其他部分的神經細胞的連結非常有秩序。找出這些連結的關係,時常幫助解釋了不少功能上的問題。在豆腐狀的腦中尋找出各部位間連結的關係,通常需要特殊的方法。下面舉出HRP(horseradishperoxidase)及病毒染色兩種方法來說明。

HRP 方法

神經細胞的細胞本體不大,但是軸突卻可能非常的長,因此軸突運輸的功能十分發達。研究者利用軸突運輸的原理,發明出一些追蹤神經細胞連結的方法。這些方法的基本原理是將染料等標識物放在神經細胞旁,讓神經細胞吞入這些標識物,這些標識物就會藉著軸突運輸被帶到神經細胞的各個部分。研究者在腦切片中觀察標識物的分布即可由細胞本體找到神經末梢,或由神經末梢尋到細胞本體所在的位置。這些標識物有非常多種,HRP 是其中典型的例子。
山葵(horseradish)是做芥末(wasabi)的原料。 HRP 是這種植物裡抽取出來的過氧化氫分解脢(peroxidase),是分子量數萬的蛋白質分子。將非常微量的HRP 分子放在腦中特定的構造中,一部分的HRP 便會被這構造內的神經末梢細胞吞噬進入細胞,再經由軸突運輸集中在細胞本體內,可以將有HRP 的細胞用組織化學染色呈現出來(見圖七)。

病毒方法

HRP 通常只能在同一個神經細胞中運送。即使極少的HRP 分子躍過了突觸進入了下一個神經細胞,因為量太少也很難看得清楚。
利用這一類的方法只能像拼圖遊戲一樣,將網路一步步拼出來。如果有方法能夠經由網路的突觸連結,一個細胞接著下一個細胞地把整個網路都染出來那有多好!濾過性病毒法可能有機會達到這樣的理想。
病毒法的原理是將微量的在神經組織內生長的濾過性病毒,例如泡疹病毒,注射到神經中,這些濾過性病毒不但會遍布在這些神經纖維自己的細胞中,而且會經過突觸進入上一層或更上一層的神經細胞。雖然能過得去的是極少的數量,但是只要過去了一個病毒,便會經由繁殖增生而增加到能被偵測出來的數量,達到染出與當初注射的神經有關的腦中所有部位的目的。這種方法的專一性及安全性仍有待加強。
模擬的網路經過四個原則的探討,我們可以確定腦中某一個構造A 與功能甲關係的重要程度,也可以了解執行甲功能可能的神經網路。但是除非我們能用人工材料重建網路,並產生甲功能,我們仍然不能說對腦中的這一小部分有了完全的了解。顯然地,要達到這樣的目標可說是遙遙無期。但是我們可以做紙上的模擬,來測試我們的網路模型。在這種「神經網路」裡可以使用理想化的神經細胞,賦予突觸連結,以模擬的狀況來測試是否能產生應有的輸出。也可以進行一些模擬的紙上實驗,來找出值得進行的研究方向。不僅於此,類神經網路的研究因為在產業界應用的潛力非常的大,已經是重要的一門顯學。

研究方法仍有待突破

回到我們對神經系統研究方法的討論。神經系統內的訊號傳遞是以細胞為單元,每個細胞產生電訊號的頻率可能高達每秒數百次。經由一連串有關的神經細胞連成的網路達成特定的功能。由此看來,理想的研究方法應該在千分之一秒的瞬間中有捕捉到整個網路上每一個細胞變化的能力。
以上我們討論的生理和解剖的方法,有的雖然在空間中有細胞層次的解析力,但可能只能看幾點(電生理),或者只能看時間上的一點(c-fos 及神經解剖方法);有的雖然能重
複地做整體的觀察,但空間和時間軸上的解析力卻又太差(如MRI、PET 等)。因此可以說理想的方法尚未誕生。
依照現況來看,我們可以用幾種方法拼湊.起來,詳細地研究動物特定行為的神經網路到能以模擬測試比較的地步。這個目標在少數簡單的無脊椎動物神經網路已經接近達成,並且進而探討引起行為變化的分子生物機制。但是對於神經系統複雜的動物這個工作可以說才剛開始,未知的部分仍遠大於已知的部分。可以.想見系統神經
科學的知識將以穩定緩慢的步子增加。如何在細胞、分子及系統的層次研究人類的心智活動進而達到真正的了解,仍有待方法上的突破。
註:原載科學月刊24卷538頁

2008-09-20

[專欄] 系統神經科學的研究方法 (上)

台大動物所 嚴震東教授 撰

神經科學有個很重要的假設:「人和動物的感覺、運動、本能及心智行為,均源於神經系統的功能。」在這個前題下,神經科學的研究正不斷地發掘腦中各個部位的功能,以及各種行為及心智活動在腦裡的操作機制,本篇文章的目的在簡單說明:研究神經系統中網路功能的方法。
曾經看過或吃過魚腦、雞腦的人,也許會驚訝這麼小一塊軟趴趴、豆腐樣的東西,如何能擔負得起前述所付託的重大使命?反過來說,看過腦組織切片(見圖一)後,尤其是看過數十、數百張系列性的腦組織切片,另一個問題也常常會發生:這麼複雜的構造,如何去研究?

基本法則

我們先看如何研究腦中各個部位的功能。如果腦中的一小部分構造A 與甲功能有關係,則

1. 當A部分被移去時,甲功能受到影響;
2. 當身體執行甲功能時,A 部分的神經細胞有適時適度的變化;
3. 與A 部分有連結的其他腦內區域(如B、C‥ )也可能與甲功能有關;
4. 適當地刺激A 或B、C 等區域時,會引起甲功能的表現。

古典的方法

最早被廣泛試驗的是上列法則中1 和4 的毀除與刺激的實驗。例如十九世紀法國醫生布羅卡(Broca)綜合腦傷的病例,在大腦前葉的下側方找到語言區域 Broca's area。又如日俄戰爭時使用了子彈速度快、穿透力強的槍械,造成許多一小塊腦被破壞的病人。綜合一些視覺損害的病例,發現了視覺大腦皮層以及視覺大腦皮層內網膜投射區分布的情形。
運用刺激的方法研究的例子如加拿大外科野生Penfield,在進行腦手術時以電刺激病人大腦中央溝前後,證實如同猴子,人腦中央溝前方為運動大腦皮層,後方為感覺大腦皮層。
隨著電生理方法的發展(請參見《科學月刊》21 卷12 期922 頁(電生理與神經科學)-文),記錄腦中電訊號變化的方法被廣泛應用在腦功能的研究上。例如「誘發電位」
(evoked potential)記錄一群神經細胞的反應;「單一細胞紀錄法」記錄一個神經細胞的反應。圖二和圖三分別為誘發電位與單一細胞紀錄方法應用的例子。無論由群體反應或一個細胞的反應,都可以看出在主動的動作之前,運動大腦皮層的細胞先活躍起來,然後才見到肌肉的運動;支持運動大腦皮層控制肌肉的運動神經元這樣階層式控制的假說。
電生理的紀錄方法在時間軸上的解析力極強,但是在空間上常常只能作一點或少數點的紀錄。在1970 年代開始有人研究將隨著膜電壓變化顏色的染料打入細胞,用光學方法來快速測量一塊平面上極多點腦組織電訊號的變化。可惜這種方法只適合透明的或者表面的組織,應用受到極大的限制。

生物醫學影像法

近代「生物醫學影像方法」突飛猛進,已經可記錄各種行為及心智活動時,實驗動物或人的腦中各部位的血流量、代謝速率、特定基因表現量及傳遞物質的作用能力。代表性的方法有:2-DG、基因表現的組織化學染色、核磁共振顯像、PET 等四種,分別作簡單的介紹。

葡萄糖代謝速率

2-DG 方法的原理是利用葡萄糖的類似分子----2-去氧葡萄糖(2-deoxyglucose;2-DG)----騙過細胞膜上葡萄糖運送分子,進入神經細胞,讓醣代謝酵素加上第一個磷酸根後才被細胞認出是冒牌貨,無法繼續代謝;但又因為已經磷酸化了,無法吐出細胞外,因而在細胞內累積起來。累積的量與神經細胞使用葡萄糖的量有成正比的關係;也就是說,愈活躍的神經細胞在同一段時間中會累積愈多的2-DG。
如果在特定的功能表現前,我們給予實驗動物一定量、帶放射性同位素的2-DG,與此功能有關的腦的區域在功能表現時,便會吃進較多的放射性-DG 做腦切片及放射線的「自動曝光顯像」(autoradiography),即可找出腦中與此特定功能有關的所有區域。

基因表現

細胞活躍時,常常有許多基因伴隨著活躍起來,產生一些基因產物。可以利用組織化學的方法染這些基因產生的mRNA 或蛋白質產物,來尋找在特定功能變化時活躍起來的神經細胞。常用的一種基因為c-fos。fos 是一種致癌基因(oncogene),c-fos 是其在正常細胞中的相似基因(Proto-oncogene)。當細胞活性高時c-fos 基因也活躍起來,fos基因產物出現在細胞核中,因此可能與調控其他基因有關。在特定功能表現後,可以用免疫化學方法染腦中上fos 基因產物來找出與此功能有關的神經細胞。

註:原載科學月刊24卷538頁

2008-09-18

[專題] 音樂與大腦的秘密

SkyOrggLee 撰

當我們回想過去生活中的經驗,你是不是也曾經去參加某些活動,有讓你記憶深刻的音樂,也不知不覺的跟著打起拍子? 奇妙的是在一個聚會的場所,相同的一段音樂,使得所有人都同步的隨著音樂一起動了起來。是為什麼人會跟著拍子律動自己的身體? 如果把同樣的音樂播放給其它動物聽,會不會也看到其它動物也跟著律動起來呢?  這個現象在某些動物身上也看得到相同的對應,以下這段影片,也許是你從未發現動物也可以這麼有律動的。



不論是在軍隊行軍、城市中的俱樂部或是部落的跳舞儀式上,人們可以自發的跟隨音樂的拍子,同步每個人的動作,這種現象稱作是誘導現象(entrainment)。但是在其它的靈長類並沒有發現這樣的能力。然而研究指出這種誘導現象並不是只有在人身上可以得見,這種跟隨音樂起舞的現象也在鸚鵡身上發現。

在野外鸚鵡並沒有這種類似的現象,既然這種誘導現象不存在於自然行為也就不會依天擇而有所影響,但是一定有一些其它的能力因此而浮現,鸚鵡及人都是模仿聲音的高手,然而除了人以外的其它靈長類及大部分的動物並不會模仿其它動物的聲音,那是否因誘導現象的浮現是聲音學習的副產品?如果是這樣,我們就應該只會在具有聲音學習能力的動物身上,找到誘導現在的存在。

所以研究人員假設聲音學習能力是誘導能力的先要條件,有利用系統的查驗影片資料庫,找尋有聲音學習能力及無聲音學習能力的動物與誘導能力之類的關係。在測試了許多鳥類及哺乳類動物之後,他們得到的結論是只有在有聲音學習的動物有這樣的誘導行為,此行為並非只有在人身上才存在,且可能這種能力是聲音學習經過天擇下的副產品。

參考資料:
http://www.wjh.harvard.edu/~amschach/research.html

2008-09-16

[報導] 心臟附近的脂肪增加心臟病的危險

Science Daily 撰,SkyOrggLee譯

Wake Forest University Baptist Medical Center的研究人員表示,提到心臟病的危險指數,如果有過多的的脂肪在心臟附近,可能比體重過重或腰圍過大來得更加危險,此研究結果發表於今年八月份Obesity雜誌上。這是第一次有研究指出心臟周圍脂肪與冠狀動脈硬化心臟病相關聯性的報導,鈣化斑(Calcified plaque)本身並不是危險的,但是它與不穩定的脂肪沉積而導致心臟病的危險有關。

本篇作者為研究老人疾病學的助理教授及醫師Jingzhong Ding表示:「體脂肪的分佈可能與體脂肪的多寡一樣都是心臟病危險的決定因子,即使瘦的人也可能有脂肪囤積於心臟周圍。」

研究人員分析了很多人種動脈粥狀硬化(Atherosclerosis)的檢測資料,稱為MESA,此研究計劃投注6千8百萬美元及各國總共6,800人參與,來探索他們的假說-心臟周圍的脂肪與增加血脂沉積及發炎反應的相關性。

除此之外脂肪也被當作是儲存能量的”器官”,製造蛋白質及荷爾蒙影響體內新陳代謝及健康,Ding的研究是基於過多的脂肪囤積在心臟周圍及某些器官上,可能會造成一些功能上的損傷,這些囤積在心臟附近的脂肪也被指出,會分泌大量調節發炎反應的介白素及蛋白質,可能會加速動脈粥狀硬化(atherosclerosis)的形成。


在分析資料方面,研究人員測量159位年齡介於55至74歲受試者的心臟附近脂肪含量,有58%的受試者有冠狀動脈鈣化斑(Calcified coronary plaque),將受試者依心臟周圍的脂肪量分成四組,結果發現心臟周圍含量最高的這組有將近五倍(4.65)的機會得到冠狀動脈鈣化斑。

科學家發現,心臟周圍的脂肪量與鈣化斑的關聯性,但與身體質量指數(BMI)或腰圍的大小無關。

Ding表示:「我們的研究指出區域性脂肪沉澱,或說全身的體脂肪,是與冠狀動脈鈣化斑有關。發炎反應的調控因子與心臟周圍的脂肪量相關,可能正是造成局部冠狀動脈發炎及導致冠狀動脈粥狀硬化的元兇。」

Ding希望能夠持續研究如何能減少心臟附近的脂肪囤積。

他說:「因為許多人死於心臟病,所以這是迫切需要尋找一個新的治療方法或預防的措施。」

原文出處:Science Daily, July 31, 2008
http://www.sciencedaily.com/releases/2008/07/080730140611.htm

2008-09-13

[報導] 擅長估計數字的人數學能力更好?

Erik Stokstad 撰,domi 譯

一台擁擠的巴士與你是否有能力學習數學有什麼關聯?一項新的研究顯示,如果你瞥一眼便發現前面還是後面的人比較多,那麼你與數字打交道可能更為輕鬆。數學上的成功已經證明與一些因素(如:短期記憶)有關。許多專家也猜測這些因素對略估數位系統(ANS)也有一定作用 ,這是一種能夠使我們判斷各種物體相對數量(如:一輛巴士裡在前面或後面的人)的思維能力。但沒有人研究過這種能力在不同人群中在何種程度上呈現不同,或是否確實涉及到數學能力。

馬里蘭州巴爾的摩市約翰斯霍普金斯大學的心理學家Justin Halberda和他的同事在14歲兒童中進行了一項測試。 64名兒童觀測電腦螢幕上顯示瞬間閃爍的不同比例的藍色和黃色小點。少數兒童在該測試中得到高分:他們可以輕易地辨認出更豐富的色彩,其正確比率高至 9:10。而另外一些兒童辨認比率則低至2:3。 “我們驚訝地看到該差異的顯著度。” Halberda說。

研究者更驚訝於發現ANS敏銳度與學生的考試成績(甚至可以追溯到幼稚園)之間有著很強的關聯性。ANS解釋了在兩個國家考試TEMA-2和WJ- RCALC中三年級的表現有著高達28%至32%的差異度。 “這真是令人驚訝,” Halberda說。甚至當他們控制智商、空間推理、短期記憶體,以及13個其他因素,仍舊存在此關係。該小組的報告線上發表於本周《自然》雜誌上。目前尚不清楚究竟ANS如何提高數學能力;或許有利於判斷一個數學問題的答案是否確實。

法國Gif-sur-Yvette INSERM的認知神經科學家Stanislas Dehaene則強調,該實驗是對ANS與數學能力之間關係的“美麗的證明”。不過他指出,研究只顯示了ANS和數學高分之間的關係;這並不證明ANS與其他數學能力相關。 Halberda表示他所在團隊正在對一組兒童進行測試以幫助回答這個問題。

其他專家則指稱這一發現可能會引導出一些方法來幫助提高學習成績。 “一個令人振奮的可能性是,你可能可以通過訓練你的ANS、提高敏銳度,從而擁有更好的數學能力。”北卡羅萊納州杜克大學的心理學家Elizabeth Brannon說。

原文出處:ScienceNOW Daily News, September 8, 2008
http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2008/908/1


2008-09-11

[報導] HIV藥物治療延長患者壽命達13年

e! Science News 撰,SkyOrggLee 譯

位 於英國柏明翰的阿拉巴馬大學及加拿大溫哥華市Simon Fraser大學的研究員表示,由於反轉錄病毒的治療進展快速,自90年代後期,受HIV感染病人的壽命預測已經增加至少13年。 作者表示:「由歐洲及北美 43,355位HIV代原者的研究顯示,生存率的增加使得AIDS的致死率下降近40%,更支持抗HIV藥物在世界各地的效用。」

此研究結果發表於英國醫學期刊The Lancet上。由The Antiretroviral Therapy Cohort Collaboration及UAB, Simon Fraser University結合了世界上幾十個研究團隊,收集的統計結果。

作者追蹤43,355位HIV代原者使用雞尾酒療法(稱cART),此研究數據集合了總共14份歐洲及北美的研究。

UAB Division of Infectious Disease的Michael Mugavero醫師同時也是本研究的共同作者表示:「自從他們在1996年發表法cART療法,是更有效且易容忍及容易依循。」

「我們現在看到這幾年努力研究的成果,讓這些醫療能夠廣範地被使用,使得AIDS患者能大大地增加其壽命,但是在某些HIV重度感染的病患,使用cART治療並沒有像其它病患來得有效。」

最新一份Lancet的研究報告指出,cART治療方式延長病患壽命長達13.8年,從1996-1999年開始研究此治療的效用,當時的平均壽命為36.1年,至最新一期2003-2005年間的統計資料,其平均壽命會49.9年。

儘管如此好的結果,但是研究人員發現HIV病患的壽命仍然遠低於一般未受感染的人,包括一些得慢性疾病的患者。例如,HIV陽性的病患從20歲開始使用cART治療可以活到63歲,但是仍然低於一些未受感染者的平均年齡少20歲之多。

Mugavero及Simon Fraser University的Robert Hogg博士表示:「近半數的病患被診斷為重度的HIV感染,其cART 的效用並未完全了解,增加AIDS的測試及效用是必要的。」

原文出處:e! Science News, July 25, 2008
http://esciencenews.com/articles/2008/07/25/anti.hiv.therapy.boosts.life.expectancy.more.13.years

2008-09-09

自閉症(四)--概述自閉症的基因基礎

yollo 撰,Fan-Lu Kung 校

基因是造成泛自閉症障礙症候群(autism spectrum disorders, ASD)極為重要的一個因素。早期的雙胞胎研究估計自閉症的遺傳性超過90%,換句話說,遺傳因子可以解釋超過90%的自閉症案例。但是這個數字可能高估了,我們需要新的雙胞胎研究成果和可以模擬基因結構上變異性的模型(models with structural genetic variation)。當同卵雙胞胎的其中一人患有自閉症,另一人通常會有學習或社交上的障礙;相對於沒有自閉症手足的人,成年自閉症的手足患有廣義自閉症症狀特徵的風險高達30%。

自閉症的遺傳機轉很複雜,由基因連鎖分析(genetic linkage analysis)尚未得出確切的結論,而許多相關性分析的能力亦嫌不足。每一個自閉症患者都可能有超過一個以上的基因突變是與自閉症相關的,不同的自閉症患者則可能有不同基因組(gene set)的突變。也許有重要的交互作用發生在不同的基因之間,或是發生在環境與突變的基因之間。藉由研究自閉症家庭、尋找與自閉症相關、可遺傳的遺傳標誌 (gene marker),許多可能的基因已經被找了出來,這其中的大部份基因可表現出與神經發育和功能有關的蛋白質,然而對於大多數的可能基因來說,到底在哪些地方發生突變會增加罹患自閉症的機會則尚未知。一般而言,自閉症並非源自於孟德爾突變(單一基因突變)(Mendelian mutation, or single-gene mutation),或是單一染色體的異常(例如X染色體脆折症(fragile X syndrome)或22q13缺失症候群(22q13 deletion syndrome))*。

許多家族中沒有其他自閉症患者的自閉症患者,可能是由於基因數目的變化 (copy number variations, CNVs,意指在減數分裂時,遺傳物質自動被刪除或重複所導致的變異)造成的。藉由檢驗偶發(非遺傳性)的患者,可找出可能導致自閉症的基因。一項使用陣列比較基因體雜合分析技術(array comparative genomic hybridization, array CGH,一種用來偵測CNV的技術)進行的研究發現,在家族中只有一位自閉症患者的病患中,約有10%的病患有CNV的現象。這些產生變化的基因當中,有一些在先前的遺傳性自閉症研究中已被找出來,但是還有許多基因是偶發患者所獨有的。因此,有一大部份的自閉症是高度可遺傳性,但卻不是因為遺傳而來的,也就是說,造成自閉症的突變並不存在於父母的基因體內。當array CGH的解析度增加時,被判斷是由基因所造成的自閉症個案比例也許會上升至30-40%。但是由於在這個領域中有一些結果的描述並不嚴謹,可能會使大眾誤以為大多的自閉症是因為CNV所造成的,而且可藉由array CGH偵測出來,或是偵測出CNV就等同於基因診斷。在自閉症基因體計劃(Autism Genome Project)的資料庫中含有與自閉症有關的基因資料--包括基因連鎖和CNV的資料。這些資料顯示出人類的每一條染色體也許都與自閉症有關。

雖然自閉症的基因因素可以解釋大多數的自閉症風險,但是並不能解釋所有的狀況。一個常見的假說主張自閉症是因為受到基因的先天傾向和早期環境的交互影響而產生的。現在已經有一些基於環境因素的理論被提了出來,以解釋其他的自閉症風險,其中有一些理論強調產前的環境因素(像是造成嬰兒先天缺陷的物質),其他的理論則強調出生後的環境因素(如小孩的食物)的重要性。

*:22q13表示第二十二對染色體長臂(q arm,若是短臂,則稱為p arm)上,區域13。22q13缺失症候群的染色體缺失是位在22q13.3,也就是22q13內的第3小區。

資料來源:
Wikipedia—Heritability of autism
http://en.wikipedia.org/wiki/Heritability_of_autism

2008-09-06

[報導] 針灸無助於人工受孕

科學家表示:尚無科學證據證實針灸有助於人工受孕

Caroline Parkinson 撰,SkyOrggLee 譯,Rei-Fen Chen 校


針灸這種輔助的治療方式已經在中國大陸被使用了數個世紀,以增加婦女受孕的機率;現在透過英國國家健康服務系統(NHS)的某些臨床診所可私下提供針灸療法。

但是倫敦的研究學者在歐洲的一個生育研討會議上,發表了涵蓋2500位婦女的13個試驗的分析結果,認為針灸對生育並沒有任何益處。

一位權威的針灸師說他確信針灸對受孕能有所幫助。

針灸是最常被人工受孕患者採用的輔助療法,因為大家認為針灸可以使病人放鬆而增加血流量,所以能增加胚胎著床的機會。

但是一次的療程可能要花上幾百英鎊。

減輕疼痛

Guy's 和 St Thomas' NHS Trust的專家針對過去50年間執行的研究工作,進行一項大規模的評估。

研究團隊所分析的試驗中,有五項著重在取卵時施予針灸的效用,另外八個試驗則檢驗在胚胎著床時施予針灸的助益。

他們在歐洲人類生殖及胚胎學學會於巴塞隆那舉行的會議上表示,一些證據顯示進行取卵步驟的病人如果採用針灸治療,的確使用較少的止痛劑。

然而,在分組試驗中並沒有顯示針灸對受孕機率有所幫助 (分成針灸治療組,假針灸治療組,以及什麼也沒做的對照組)。

負責此項計畫的Dr Sesh Kamal Sunkara表示,研究團隊會針對針灸的效用進行檢驗,是因為接受人工受孕治療的婦女需要知道針灸治療是否對她們有所幫助。

「每天在人工受孕的臨床門診中,我們都會面對婦女詢問她們是否該使用針灸療法。」

「我們看著這些脆弱的婦女,她們願意做任何可能增加受孕機會的事情」

Dr Sunkara表示,基於此研究的分析結果,她不會建議她的病人採用針灸療法會增加進行人工受孕時懷孕的機率。

但是針灸協會的主席Paul Robin說:「我對此項研究的發現感到非常的驚訝。」

「我使用針灸療法治病已經有20年的時間,根據我的經驗,這樣的療法似乎可以增加她們受孕的機會。」

「這項研究發現沒有証據顯示針灸能增加受孕機會,所以建議應該有更多的研究來檢驗這個問題。」

「我確信針灸的確可以有所助益。」

原文出處:BBC News, July 8, 2008
http://news.bbc.co.uk/1/hi/health/7495837.stm

2008-09-04

[文摘] 治療關節炎的藥物是否可以為所有的疾病提供線索呢?

e! SceinceNews 撰,Bronte 譯,Fan-Lu Kung 校

治療類風濕性關節炎的藥物幫助了上百萬的病人,研究人員指出這些藥物也許掌控了更多疾病的關鍵,包括動脈粥樣硬化,而動脈粥樣硬化是導致心臟病的主要因 素。馬克費德曼教授(Professor Marc Feldmann)在英國藥理學會(British Pharmacological Society)主辦的2008年歐洲藥理學會會議(EPHAR)上發表,說他和同事一起研發的藥物已經證實可應用於其他自體免疫性疾病。

這些藥物的標的物稱為介白素(cytokine),介白素是一種信使分子,當體內受到細菌攻擊時,經由免疫細胞釋放而改變免疫以及其他系統,並且啟動對付感染的保護機制。

倫敦帝國學院的費德曼教授在於曼徹斯特大學舉辦的2008年歐洲藥理學會會議(EPHAR)上說:「我們發現在如關節炎之類的自體免疫性疾病發生時,介白 素會異常增生,導致免疫系統自我攻擊,而造成發炎反應及組織破壞。更進一步的研究發現只要阻斷一個介白素-腫瘤壞死因子(TNF),在臨床上就可以阻斷 所有與發炎反應相關的介白素。」

這個研究團隊研發出三種阻斷腫瘤壞死因子的藥物,稱為TNF-alpha拮抗劑:infliximab, etanercept以及adalimumab,這三種藥物對於類風濕性關節炎患者的療效顯著,大部分的患者在使用後大幅減緩關節退化的情形。

阻斷TNF alpha在其他慢性發炎相關疾病的治療上已經有非常成功的效果,包括克隆氏症,乾癬,乾癬性關節炎,僵直性脊椎炎,以及潰瘍性大腸炎。

但是身為甘迺迪風濕病研究中心主持人的費德曼教授認為類似藥物對其他許多疾病也同樣具有治療潛力。在會議上,他也提出了他們在動脈粥樣硬化研究上的成果。 動脈粥樣硬化是一種動脈血管的疾病,一般稱為動脈硬化。費德曼教授和他的同事克勞蒂亞摩納哥博士的研究贏得了許多著名的獎項,也開創了一個新的醫學研究領 域:抗介白素療法。其他人的研究也指出這種治療甚至可應用於可能致死的急性酒精性肝炎。

費德曼教授說:「在會議中,我將對一些在受到動脈粥樣硬化影響的組織中可能的治療標的加以討論。動脈粥樣硬化是由在血管壁上的慢性發炎反應所造成,這種發 炎反應絕大部分是由於對膽固醇的過度免疫反應所引起的。同時我還要討論介白素在各種與多種生化途徑相關的疾病中扮演重要角色的可能性,藉此為現在尚無治療 對策的疾病提供一些可能的治療標的。」


原文出處:e!ScienceNews, July 17, 2008
http://esciencenews.com/articles/2008/07/18/could.arthritis.wonder.drugs.provide.clues.all.disease

註:本文發表於健康與醫藥雜誌,資料來源:曼徹斯特大學

2008-09-02

[專欄] 探索神經系統之鑰--電生理與神經科學 (下)

台大動物所 嚴震東教授 撰

生物電訊號的測量

極化現象、局部電位和動作電位,都可以用細胞內電紀錄(intracellular recording)的方法測出。通常使用非常微細的玻璃微電極(見圖五)插入細胞中測量。通常測的是電壓的變化,也可以測電流的變化。例如近十幾年來發明的紀錄一小塊細胞膜上電流出入情形的膜片鉗制(patch clamp)的方法(見圖六),就是在觀察一小塊細胞膜上一兩個離子通道的特性。


圖五:凌和吉瑞德使用的玻璃微電極針頭約0.3μm。


圖六:patch clamp 方法,使用玻璃微電極貼上細胞後,吸下一小塊細胞膜(A)。
膜內外施予一定的膜電壓(Vc),觀察通過細胞膜的電流(Ip)。實例如圖C,
此片細胞膜上只有一個離子通道,在記錄的半秒鐘內打開了兩次,
每次打開幾個毫秒的時間,通過2pA 的電流。


細胞膜電壓的變化,也可以在細胞外的組織間液中紀錄到。依照電訊號來源細胞數目的多少,可以區分為單一細胞紀錄(extracellular single unit recording)或多個細胞紀錄(multiunit recording)。當然電訊號夠大夠強的時候,例如電魚的電訊號,不必任何儀器就可以感受得到。一般生物體內不斷變化著的微小電訊號,還是可以用精密的電壓計從身體表面測量得到。依據電訊號的來源,稱之為心電圖(electrocardiogram)、腦波圖(electroencephalogram)、肌電圖(electromyogram)……等等(見圖七)。


圖七:常見的幾種生物電訊號的頻率與大小。AAP:動作電位,EMG: 肌電圖,
ECG:心電圖,EEG:腦波圖。

基本電生理實驗

由前述的歷史中,我們可以看出電生理實驗萌芽的很早,幾乎與電學的歷史相當。十八世紀末,加瓦尼、伏打就開始進行電刺激的實驗。心電圖始自十九世紀末,腦波圖始自二十世紀初。二十世紀二十年代發明了示波器。蓋瑟(Gasser)和厄茁吉爾(Erlanger)等人,立刻就用來測量神經上的電訊號,發現神經內粗細不同的神經纖維擔負著不同的功能。單一神經細胞電訊號的紀錄,始自無脊椎動物的巨大神經纖維(giant axon)。例如1952 年何杰金(Hodgkin)、赫肯黎(Huxley)等人,利用烏賊外套膜裡的巨大神經纖維進行一系列的實驗,證明動作電位發生的基本原因是細胞膜對鈉離子通透的能力發生了變化。
玻璃微電極的發明,一般歸功於1940 年代凌寧和吉瑞德(Gerard)。他們將玻璃管拉到零點幾個微米的粗細,成功地測量到青蛙縫匠肌內肌肉細胞的靜止膜電位。利用玻璃微電極,
後人也發現所有的生物細胞都有極化現象。
微小的電極能夠紀錄到一個神經細胞的電訊號,較大的電極能夠紀錄一整片神經組織的電訊號。將這些電紀錄的方法結合刺激和移除的方法,可以來研究一個神經細胞或一群同類的神經細胞(神經核),如何參與並執行動物體內的機能,如何達成動物表現的行為。
舉個例子來說,如果要證明神經核A 參與反射作用甲;那麼刺激神經核A 應該會產生反射甲的反應(充分條件);移除或破壞神經核A 後,反射甲無法再產生(必要條件)。紀錄神經核A內細胞的電訊號應該發現:細胞電訊號在反射作用產生時,有適時且是興奮性的變化,藉此可找出神經核A 如何參與在反射甲中。
利用上述非常簡單的設計或類似的設計,電生理學者已經解決了從分子層次一直到動物行為上的許多問題。就現階段來說,膜片鉗制的方法正被用來了解離子通道大分子開開和調節的奧祕;使用細胞內電壓和電流的紀錄方法可以了解細胞本身電生理的特性,可以偵測細胞與細胞間的興奮和抑制作用;使用細胞外電訊號紀錄的方法,正在探討神經細胞或神經核如何參與身體的機能;新一代的腦波儀和其他醫學影像的方法,可以看出腦中電、磁、血流、代謝,或化學分子的變化,用來探討一舉一動、一思一慮時,腦中各個細節的變化。


未來的展望
近年來基因工程的技術日新月異,幾乎可以隨心所欲的操縱細胞中的遺傳因子。似乎生物的主要問題,都是由分子生物的中心軸(central dogma,即DNA RNA 蛋白質),或這個主軸延伸出來的問題。
神經科學也隨著潮流將主力移入了分子生物。眼看著許多同事以及大多數學生都搭上了潮流的列車,許多電生理學者不禁自問:是否電生理已經越過了成熟的顛峰期,進入了「夕陽時期」,已經不再能有重大的突破,孜孜營營的只是在細節上補洞,只是在小數點下一位上作文章而已?
再仔細的想想,電生理實驗所問的問題當然有分子生物的問題。事實上膜片鉗制已經和遺傳工程攜手並進在探索離子通道分子上的奧秘。但是神經科學上許多重要的問題,卻不是分子層次的問題。像執行身體機能的神經網路,主要的問題是網路本身的架構。像知覺的產生或運動的控制,答案最可能來自同時紀錄多層次的許多神經細胞的訊號以及使用人工智慧來作模擬的工作。像智慧或創造力這些幾乎是難以捉摸的問題,最需要的是如何問適當的問題,如何找出接近問題核心的方法。
十九世紀末、二十世紀初許多物理學者,包括一些「大師級」人物公開的宣稱,物理學和化學上最基礎的定律都已經建立完成,物理和化學已經是「夕陽科學」了。就在這時期,出現了愛因斯坦、蒲朗克、波爾等人,革命性地改寫了物理和化學的基本定律。暫時沒有重大突破並不表示重大突破不再可能。事實上,以神經科學整個領域來說,現在比較像正處於大突破的前夕。分子層次的方法、組織器官層次的方法、行為學的方法以及計算機的方法,每一個層面都有新的發展。甚至玻璃微電極的製造技術--這種真像是「夕陽工業」的技術,都引進了雷射、微電腦等新材料,可以精密的製造各種形狀、各式大小的電極。工具的進展,就像是突破前的風信,預測著量變正要轉成質變。希望台灣的科學界也能在這將要來臨的「神經科學世紀」中,顯示我們的貢獻。


參考資料
l.吳照雄,1984,"Electric fish and the discovery of animal electricity", American
Scientist,72:598~607﹒
2.沈世傑 《台灣魚類檢索》pp.72~73 南天書局 1984 年出版
3.嚴震東 簡介神經系統的操作【科學月刊】十六卷五期 pp.325~327
4﹒嚴震東 神經科學專輯開場白【科學月刊】十六卷五期 pp.807~809

註:本文原載科學月刊。
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