悲傷與快樂的音樂引起不同的腦部活化型態
悲傷與快樂的音樂引起不同的腦部活化型態 國立臺灣大…
腦神經
義肢再進化：不只能動，還能感受
義肢再進化：不只能動，還能感受
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編輯曾郁蓁
編譯來源：《Neuroprosthetics: Once more, with feeling》
相信在忙不過來的時候，許多人都曾經想過要是能多一隻手或腳就好了。人類的神經與肌肉系統是非常精緻完美的系統，如果能多出一兩隻手腳，還真的會大大的改變我們生活的方式。我們的四肢質量既輕、感受靈敏、又能作出各種精細的移動，萬一失去了其中一部分，就會造成極大的不便。雖然目前市面上已有許多製作精良的輔具，但還是無法提供肢體殘障人士全面的功能。因此有許多的研究者與工程師們便致力研究，如何才能使肢體殘障礙者重獲原來的自由。
科學家已研發出能用能意念操縱的神經義肢，在心隨意轉的神經義肢已經具體化的時代，下一步則是找回肢體的感覺。(圖片來源：自然期刊)
一般的義肢最不方便的地方，就是只能仰仗外力、不能夠隨心所欲地移動，這些義肢除了支撐與美觀之外，鮮少有其它的功能。然而已有研究者與工程師們突破了這個功能上的限制，研發出能夠用大腦控制的「神經義肢」（Neuroprosthetics）。神經義肢顧名思義便是用神經迴路來控制的義肢，這些神經迴路與大腦中原本就掌管動作神經的區域連接，經過一段時間的訓練之後，就可以讓人光用「想」來移動義肢，甚至可以拿取眼前的物品。
能以意念操縱義肢聽起來已經很酷了，然而，當前最尖端的研究團隊還想讓這些義肢去感覺外在世界。人體的四肢包含運動神經與感覺神經。運動神經受損，大腦無法控制肢體運動，因而限制了活動，造成生活上的極大不便；感覺神經受損，就沒辦法將外在刺激的訊息傳入大腦。必須藉由感覺神經與運動神經兩者的協調運作，我們才能隨時調整細微的肌肉運動，完成像穿針、扣鈕釦、拿取蛋糕水果等細膩的動作。
但我們要如何才能透過冰冷的機器感受到外在的溫度與物體的質地呢？目前的研究有3種取向：1.藉由斷肢所留下的神經元連結到腦部神經中樞；2.改變神經迴路連結到其他部位的皮膚；3.直接連結到中樞神經的感覺神經元受體。與斷肢所留下的神經元直接連結是個很直接的作法，目前美國猶他大學（University of Utah in Salt Lake City）與凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）的兩組研究團隊都已得到初步的好結果。他們讓義肢產生細微的電流去刺激斷肢部分的神經元，受試者們都表示體驗到了栩栩如生的感覺。然而這樣的方式還是有所不足，因為這樣直接刺激的方法可能會造成某些神經元的損傷。
腦神經的無用之用
腦神經的無用之用
知識通訊評論第120期
神經科學近年的主流思維，是探索人類某些工作與腦部某些活動的關聯性。但是腦部即使在不工作的休息狀態，也保持著一定活動的事實，不但挑戰了工作與腦部活動關聯的主流思維，也深刻顯現出人類腦部機制的複雜性。
對於自願參加實驗者來說，腦部掃描實驗並不是件輕鬆的差事。研究人員通常會要求受測者要做點什麼事情；比方說解數學題、尋找記憶中看過的臉孔或是想著最喜歡的政治領袖，同時觀察他們做這些事情時的腦部反應。
休息狀態大腦活動，可以整合從正常活動中累積的記憶或吸收的資訊。
但過去幾年間，有些研究人員已開始認為無須全然遵循此種研究標準程序。雖然受測者仍要躺在功能性磁振造影（fMRI）掃描器中，但研究人員會要求受測者試著放空心思，目的是要看看大腦閒置時，會發生什麼狀況。結果卻是，有很多事情發生。
大腦中有些迴路必須一直保持活動狀態，因為他們控制著人體的自律功能，像是呼吸及心跳等。但在人類思索伙食採買清單、重新處理對話及只是做白日夢時，大腦的其他大部分區域仍持續工作。大腦如此活動型態，一般稱之為休息狀態，神經科學家已經找到證據，顯示在此狀態下和從事活動狀態下的腦部神經網路，看起來非常相似。
如果有任何指標可以衡量休息狀態中腦部使用能量的數量，就可突顯出休息狀態活動的重要性。在休息狀態中腦部的血流量，比在腦部從事活動實驗中，通常只少了百分之五到百分之十。研究休息狀態的大腦應有助於找出積極活動的大腦是如何運作。研究休息狀態神經網路，有利於比對出大腦的內在連結，例如解讀大腦不同區域之間，那些區域常有互相對話的情形，人類罹患疾病時，這些對話模式又會有何種差異。
但是所有大腦的活動究竟為何產生？若要神經科學家，即使是專門研究休息狀態的神經科學家回答這個問題，他們之中許多人的反應，會是搖頭嘆息或聳肩表達不知道答案。加拿大蒙特婁市麥吉爾大學腦部影像專家舒繆爾（Amir Shmuel）表示，「有關這方面的研究，我們還在初始階段，大部分的論點僅只是假說」。休息狀態大腦活動，可能會讓連結在大腦不用時持續運作。又或者休息狀態大腦活動，可能有助於支持大腦對未來刺激產生反應，或者是維持通常會合作完成一件工作的大腦不同區域間的連繫。休息狀態大腦活動，甚至可以整合從正常活動中累積的記憶或吸收的資訊。
史丹福大學神經科學家葛瑞休斯（Michael Greicius）指出，「對於休息狀態大腦活動的研究，各界躍躍欲試殷殷企盼，但是這方面的基礎知識卻很貧乏」。
保持活動性
依據一九九○年代中期進行的一系列實驗結果，首次結論大腦從來不會真正休息。密爾瓦基威斯康辛醫學院博士生畢斯瓦爾（Bharat Biswal） ，曾試著找出能夠鑑別及排除fMRI掃描產生背景訊號的方法，希望藉此提升對所得到訊號的解讀力。畢斯瓦爾目前在紐澤西理工學院擔任生物醫學工程師，他表示，「我們原來假設這些訊號都是雜訊。」但是他觀察受測者休息狀態接受掃描的訊號，卻顯示與平常一樣、低度波動頻率的腦波擾動。畢斯瓦爾的實驗認為那些擾動是神經元活動所造成。
在研究大腦休息狀態活動的早期，有些人認為已有了重大發現。葛瑞休斯表示，「我第一次研究這些網路時，我十分確信我們已經開始解答有關人類意識的一連串迷團，而且這是一個即時、持續進行的認知過程。但是，我很快就領悟到這種看法是錯誤的」。後續研究顯示，在像是睡眠或麻醉等其他狀態下，活動的神經網路也會出現，所以這些網路活動不必然與認知過程相關。
人類的靈魂之窗 – 眼睛（Eyes）
人類的靈魂之窗 – 眼睛（Eyes）
台北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯
生物體對於外界的感應接收包含光線的接收，凡舉渦蟲的眼點、昆蟲的單眼及複眼，到人類的眼睛都是視覺系統中主要的感覺器官。
人類的眼睛如同一台精細的照相機，眼皮像鏡頭蓋般保護眼睛；鞏膜就是俗稱的「眼白」，具有支撐眼珠的功能；角膜像鏡頭保護鏡具保護及滋潤眼珠的功能；水晶體像似鏡頭有對焦的功能；睫狀肌的收縮牽動虹膜，可改變瞳孔的大小，如同光圈一般，可控制光線進入量；影像最後在底片般的視網膜上激發感光細胞。人類左右雙眼的視野大部份會重疊，雙眼可同時注視同一物體，然因兩眼對同一物體的視角不同，此視差經過大腦視覺中樞將之校正分析，所以可產生立體視覺。
腦神經中的外旋神經、動眼神經及滑車神經可支配眼睛的六條眼外肌，三對相互拮抗的眼外肌中，外直肌與內直肌為水平運動拮抗肌；上直肌與下直肌為垂直運動拮抗肌；上斜肌與下斜肌為旋轉運動拮抗肌。左右共12條眼外肌控制眼球的轉動，如果有神經麻痺或眼肌的病變情形發生會導致斜視。