跳躍基因與獨特大腦

同卵雙胞胎長大後為什麼會有不同的人格特質？因為「跳躍基因」會在神經細胞中四處移動，並改變大腦的特性。

 重點提要

■ 基因以及環境都會影響我們的行為，科學家最近又發現了其他影響我們的機制。

■ 「跳躍基因」這種DNA片段會自我複製並轉移到基因組中的其他位置，可以影響其他基因的活性。有時候，跳躍基因會啟動鄰近的基因，這種事情在大腦中發生的機率比較高，並導致特徵和行為的差異，即使基因很相近的個體，也會因此而有不同之處。

■ 這些會移動的遺傳單元也可能影響人類發生心理疾病的機率。

■ 科學家正在研究跳躍基因能否幫助人類適應快速變動的環境。

你的大腦很獨特，我的也是。大腦有極為細緻的結構，每個層次都可以看到個體之間的差異。人腦中有1000億個神經細胞，分成數千種不同的種類，彼此之間的連結總數超過100兆。這些差異讓每個人的思考、學習、行為以及罹患心理疾病的機率都不相同。

大腦中的各種神經連結與功能是如何產生的？我們遺傳到的基因變化是原因之一。但即使是由同一對父母所帶大的同卵雙胞胎，他們的心智功能、行為特徵，以及罹 患心理或神經衰退疾病的機率也可能會截然不同。事實上，基因相同的小鼠在實驗室中以完全相同的方式養大，其學習能力、逃避恐懼以及抗壓反應也不盡相同。這 背後一定有其他的原因。

生活經驗絕對會有影響，經驗可以改變某些細胞群之間的連結強度，不過科學家發現越來越多證據指出了其他的因素，像是一些在胚胎發育時期或之後發生的基因變 異，或影響基因活性的機制。例如「選擇性剪接」：同一個基因可以因此產生不同的蛋白質。在細胞中，大部份的運作由蛋白質負責，因此組織細胞中的蛋白質將會 影響該組織的功能。許多科學家正在研究外遺傳（epigenetic）變化所造成的影響。（外遺傳機制會修飾DNA來改變基因活性，結果會增加或減少某些 特定蛋白質的合成，但是不會改變基因本身的訊息。）

過去幾年來，我們與同儕很好奇有個通常只出現在大腦中的有趣現象：跳躍基因。幾乎所有物種都有這種基因（包括人類），它們可以自我複製並轉移到基因組（細 胞核中所有DNA的總稱）的其他部位，然後改變細胞的運作，因此就算它與相鄰的細胞完全相同，功能也會有變化。當許多不同的細胞都出現這種插入現象後，可 以想見一些細微或略為顯著的變化就會顯現在認知能力、人格特質以及神經病變的傾向上。

我們先前對於腦中跳躍基因的發現，讓我們開始注意到另一個問題：既然大腦的正常運作對生存這麼重要，為什麼會演化出這種改變遺傳運作的機制呢？我們沒有確 切的答案，但許多證據指出，跳躍基因增加了腦細胞的變異度，讓生物體擁有能夠快速適應多變環境的彈性。從適者生存的角度來看，這些跳躍基因（也稱為移動單 元）能在演化的過程中保留下來，或許是因為它們瑕不掩瑜，強化了物種的適應力。

遠古的基因組入侵者

「會在基因組中移動的遺傳單元」並不是什麼新想法，但是它們在腦中十分活躍的新發現卻讓人驚訝。基因跳躍的現象最早是在植物中發現，甚至比1953年華生 （James Watson）與克里克（Francis Crick）解開DNA雙螺旋結構的時間點更早。1940年代，美國紐約冷泉港實驗室的麥克林托克（Barbara McClintock）觀察到玉米的遺傳物質中有一些「調控單元」會移動位置。她發現，在逆境中，基因組的某些部位會移轉並且啟動或關閉新位置周圍的基 因。麥克林托克的實驗造就了現在很出名的彩色玉米，顯示出遺傳鑲嵌的結果：某些細胞中的基因被開啟或關閉，因而與鄰近基因完全相同的細胞有著不同的顏色與 花紋。

麥克林托克的研究一開始受到質疑，但後來她在1983年獲得了諾貝爾獎。在接下來的幾年中，大家逐漸了解，遺傳鑲嵌的現象並不局限於植物，也會發生在人類等其他許多物種身上。

麥克林托克研究的對象叫做轉位子（transposon），這種DNA片段可在基因組中透過「剪貼」方式來轉移位置。最近一些腦中移動單元的研究，都著重 在反轉錄轉位子（retrotransposon），它們可以透過複製再貼上來轉移到基因組中其他位置。它們以自我複製的方式，把新產生的DNA植入新的 位置 。

在人類的基因組中，反轉錄轉位子至少佔了一半以上的核酸（DNA的結構單位），相較之下，大約2萬5000個可轉譯出蛋白質的基因佔不到DNA的2%。很 久以前，一些可以自我複製的分子系統入侵了真核生物的基因組，這些跳躍基因就是它們的後代。最初大家認為這些反轉錄轉位子是沒有功能的垃圾DNA，直到 1988年，賓州大學的卡扎基昂（Haig H. Kazazian, Jr.）發現，它們其實在人體中是活躍的。

特別值得一提的是，在人類基因組中有一種稱為L1（long interspersed element 1，也稱為LINE1）的反轉錄轉位子，似乎扮演著重要的角色。L1經常會複製轉移，因為它所編碼的蛋白質是可以幫助自己在基因組中廣為散佈的機具，這點 和其他反轉錄轉位子不同。L1的跳躍機制啟動之後，它會先轉譯出單股RNA，從細胞核進入細胞質，接著該RNA的一部份會當做模板，轉錄出蛋白質。這些蛋 白質會和該RNA形成複合體，一起回到細胞核中，這些蛋白質中的核酸內切會在DNA的特定部位製造出切口，此時RNA會做為模板來製造L1的雙股DNA， 這段DNA會從切口嵌入基因組中。這種由RNA回到DNA的反轉錄機制現在已被大家熟知，因為愛滋病毒就是把自己的RNA反轉錄成DNA，並永久植入宿主 細胞中。

作者： 撰文／蓋吉（Fred H. Gage）、莫特瑞（Alysson R. Muotri）

翻譯／謝伯讓
 
【完整的內容，請參閱科學人2012年第123期5月號】

自閉症偏方橫行

診斷出自閉症的孩子越來越多，有效的治療方法卻遲遲未出現，使得美國許多家長轉而採用充滿風險與問題的另類療法。

重點提要

■ 病急亂投醫:美國有高達75%的自閉症兒童正接受另類療法, 這些療法並不是由正統醫學發展而來,通常沒有療效。

■ 有風險的藥物:有些治療師所開的藥只獲准治療其他疾病,會 有嚴重副作用,也從未做過使用於自閉症的安全或效果測試。

■ 更多科學研究:過去10年間,美國在自閉症的研究經費每年增 加15%,部份原因是家長日益需要經過證實的療法,公眾意識 也已經提高。

■ 基因治療的曙光:最近已發現自閉症兒童的遺傳變異,或可藉 此找出病因,但相關治療方法可能還需要好幾年的時間。

撰文／舒特 (Nancy Shute)

翻譯／謝伯讓

 

該不該選擇遺忘

創傷後壓力症候群所造成的創傷經驗重現，可能為病患帶來嚴重的心理問題。科學家們如何處理創痛？他們認為根除恐懼是好事嗎？

創傷後壓力症候群在美軍中十分普遍，因此每個士兵都被要求要上自殺自覺課程。

二○○八年，尼爾‧克理斯蒂上尉因被診斷出創傷後壓力症候群（PTSD），而從英國皇家海軍陸戰隊除役。克理斯蒂上尉曾兩度奉派阿富汗，天天面臨敵 軍埋伏、炸彈、槍擊的威脅，沒日沒夜的戰爭壓力使他跟其他士兵一樣，長期飽受創傷經驗重現（flashback）之苦。不斷重現的創傷回憶，整整困擾了他 一年半。

他說：「老實說，在這些記憶帶來問題時，根本沒有餘力處理其他的事。訓練課程就是要教你對抗這種情況。以前我在低潮時，總會不由自主地想到那些死亡、缺胳臂、斷腿的平民。」

經歷嚴重心理創痛的人，約有三分之一會出現創傷經驗重現的症狀。但為何有些人會罹患創傷後壓力症候群、有些人不會，確切的答案還不曉得。現在科學家希望能找到一套方法，幫助人控制恐懼記憶，不致於因此一蹶不振，這些方法包括了玩電動、塑黏土，甚至服藥。

一般說來，大腦感知到威脅時（例如突然聽見巨響），原始腦區的杏仁核會馬上做出壓力反應，腎上腺素會立刻流遍全身，使人的感官更加敏銳，脈搏與血壓也跟著升高。

要是巨響只是虛驚一場，前額葉皮質會隨後介入，使身體各部位安靜下來；前額葉負責處理高階的心智功能，但反應較慢。如果巨響真的是槍聲，杏仁核就會繼續反應，要你趕快遠離危險，此外它還會記下這個「恐懼反應」，好讓你下次聽到同樣的聲音時，身體能立刻做出回應。

在戰場上，把這種突來的巨響與恐懼連結起來是有幫助的，甚至是健康的。但在戰場之外，這樣的連結卻會干擾正常生活。

一般來說，巨響之後若沒有不好的事情發生，原本的連結就會逐漸被抹除，這種過程稱為「消退」（extinction）。但不知道為什麼，創傷後壓力症候群的患者不會產生「消退」現象，因此他們時常憶起過往的情境，以致時時保持警戒且情緒麻木等等。

那麼，假設我們可以終止心中的「恐懼連結」，情況會變怎麼樣？如果我們可以在車禍或可怕的戰場意外發生之後移除某個恐懼連結，甚至清除某段記憶，結果又會如何？

■不請自來：恐懼記憶重現

聽起來像科幻小說的情節？其實不是。英國牛津大學的臨床神經心理學家愛蜜莉‧荷姆斯（Emily Holmes）發現，現在已經有方法可能可以預防創傷後壓力症候群的產生。「我們目前已經有一些不錯的療法可以治療那些有創傷後壓力症候群的病人。但對那 些剛遭遇災難創傷的人，我們仍然沒有任何已經證實有效的療法。」

在創傷經驗後馬上玩俄羅斯方塊，能減少經驗重現。

「在美國，震災發生時，總會有輔導人員馬上去問當事人經歷了什麼創傷、覺得有多害怕等等。可是研究顯示，這種方法只會讓人覺得更糟、而不是更好。」

荷姆斯改用另一種方式來對治創傷後壓力症候群。在實驗室裡，她先讓志願者們觀看一段十二分鐘長的影片，裡頭有許多肢體嚴重傷殘的畫面，以使他們產生 負面的想法（這是創傷後壓力症候群的症狀之一）。影片結束之後，她讓半數志願者離開半小時，讓另一半志願者玩十分鐘俄羅斯方塊這種一九九○年代火紅的電玩 遊戲。

結果顯示，玩了電動遊戲的志願者，強迫性、非自願的不舒服記憶重現的情形顯著減少。荷姆斯說：「我們有兩種記憶，一種是言語記憶（verbal memory），即創痛的故事；一種是感官記憶（sensory memory，又稱知覺記憶），也就是視覺、聽覺、嗅覺經驗。『重現』就是一種不請自來的感官記憶。」

玩俄羅斯方塊能擾亂感官記憶。大腦傳遞資訊的能力有限，要是得忙著處理俄羅斯方塊的顏色、形狀、動態，就沒有餘裕將可能重現的感官資訊存入記憶。荷姆斯便是利用這個原理，製造出一種既能對抗創傷後壓力症候群、又能保持記憶完整的「疫苗」。

■先佔先贏：讓大腦分心

最重要的是，在遭受創傷經驗後六個鐘頭以內，就得趕快玩俄羅斯方塊，因為一般認為，大腦在六個鐘頭以內就能鞏固記憶。要是六個鐘頭之後才打電動，記憶已根深柢固，玩再久的俄羅斯方塊也無濟於事。

事實上，不只電動遊戲能減少創傷經驗重現。「我們做過的許多研究顯示，即使是玩黏土這麼簡單的遊戲，都能發揮效用。」荷姆斯表示，「基本上，只要是能佔據大腦的視覺和空間記憶的遊戲，都有幫助。」

雖然荷姆斯也強調要實際應用這項發現還有許多研究得做，但她並不是唯一發現控制記憶方法的人。二○○九年，阿姆斯特丹大學實驗臨床心理學教授蜜蕊‧金特（Merel Kindt）也發表過一篇文章，說明如何實際修改創傷記憶，甚至把恐懼要素全部抹去。

在實驗室中，金特先給志願者看蜘蛛的圖片，同時施予電擊，讓他們看到蜘蛛圖片就害怕。隔天，她讓志願者服用一種名為心律錠（propranolol）的藥物，九十分鐘後再讓他們看蜘蛛的圖片，結果發現：雖然志願者仍以為自己會受到電擊，但看到蜘蛛圖片卻不再害怕了。

■阻斷恐懼流竄：心律錠

金特運用的是「重新固化（記憶）」（reconsolidation）的原理。記憶被喚起時，它就暫時進入一種可編輯的狀態，金特就是在這個時候讓 受試者服用心律錠。心律錠是一種β受體阻滯藥（beta-blocker），通常用來降低高血壓，它的化學成分能夠中和腎上腺素，抑制恐懼反應。

金特說：「心律錠阻斷了大腦裡的腎上腺素受體。這種受體遍及大腦各處，但尤其集中在專司情感記憶的杏仁核區域。結果，蜘蛛圖片雖然使腎上腺素大量分泌，但腎上腺素卻無法進入杏仁核，因此也無法再次激起恐懼反應。」

當該記憶經處理完畢，它和恐懼的連結就會消失，並恢復「無法編輯」的狀態。從表面看來，似乎只要用藥就能「消除」蜘蛛恐懼症，但嚴格說來，創傷記憶 其實還在（在這個實驗裡，創傷記憶是電擊）。《科學》期刊上還有一篇類似的研究顯示，當老鼠服用了一種叫作「腦源神經營養因子」（Brain- Derived Neurotrophic Factor）的蛋白質後，牠們對電擊的恐懼就消失了。

大腦的這種改變能力稱為「神經可塑性」（neuroplasticity），透過操弄這種能力，與恐懼有關的創傷記憶才可能在實驗室以外的情況下被移除。

美國軍方針對創傷後壓力症候群的 療法進行實驗。

加拿大麥吉爾大學（McGill University）道格拉斯心理健康研究中心（Douglas Mental Health Institute）的亞蘭‧布魯內特（Alain Brunet）試圖將記憶重組理論應用於實際生活中。藉著運用金特研究背後的恐懼消退機制，布魯內特已能在診所中治療創傷後壓力症候群的一些症狀。

二○○八年時布魯內特進行了一項實驗，他請志願參與的創傷後壓力症候群病患描述自身的創傷事件。志願者分為兩組，一組服用心律錠，另一組服用安慰 劑。一週過後，研究團隊再次邀請志願者來實驗室，讓他們重聽一遍自己的創傷經歷，在此同時，布魯內特詳細記錄他們的心跳、流汗量、額頭肌肉緊繃程度。結果 發現：服用心律錠的病患，對於自己的創傷故事明顯較無心理反應；即使是只吃了一天心律錠的病患，都比那些服用安慰劑的病患更加平靜。

由於初步結果令人振奮，布魯內特希望能進一步擴大研究規模，他說：「六週過後，服用心律錠的十名病患中，有七名不再符合創傷後壓力症候群的臨床標 準。如果這個成效確定無誤，那可是心理治療的新里程碑！自從抗精神病藥物在一九五○年代問世之後，一直沒有什麼疾病能夠僅靠藥物得到治療。但現在，我們可 能只要用心律錠，就能治療創傷後壓力症候群。」

問題在於：如果創傷後壓力症候群患者的記憶受到修改、也逐漸康復，他們還想不想回顧過去、知道自己的記憶曾被這樣修改過呢？

尼爾‧克理斯蒂從皇家海軍陸戰隊除役之後，花了整整一年的時間接受「心靈溝通」（Talking2Minds）這個致力於治療退伍軍人的機構治療，才逐漸從創傷後壓力症候群中康復。他的個人經驗是：多跟同袍聊聊，對自己最有幫助。

他說：「在我還深受創傷後壓力症候群所苦時，如果知道有這種治療方式，一定會很想試試，畢竟多一種治療方式總是不錯。可是我現在已經走出來了，擺脫 了那些負面情緒後，我現在能重新回頭看看這些創傷事件，也能從比較健康的角度來看待它們，告訴自己我沒被它們打敗。我覺得自己之所以能康復，是因為更深一 層地處理了這些經驗，但藥物能不能讓我做到這點，我可不知道。」■

譯者朱怡康／台灣大學政治研究所畢，現為政治大學宗教所博士候選人。

譯者謝伯讓／杜克－新加坡國立大學醫學研究院助理教授、腦與意識實驗室主任。

●以上為完整內文，其他Box文字請見2012年3月1日出版的《BBC知識》第七期。

語言如何形塑思考?

語言會影響我們對世界的認知,使用不同語言的人，對於辨識方位、學習數字、回溯記憶等的能力，都不相同。

重點提要

■ 人們使用語言來溝通,但是不同 語言可傳達的訊息卻不盡相同。

■ 學者一直想知道,不同的語言是 否會造成不同的認知能力。

■ 近年來開始有經驗證據顯示這種 因果關係,母語確實會影響人們 對世上許多事物的想法,包括對 時間和空間的概念。

■ 最新的發現顯示,語言在思考的 許多面向都佔有重要地位,影響 程度遠超過科學家先前的理解。

撰文／博洛迪斯基 (Lera Boroditsky)

翻譯／謝伯讓

【完整內容請見《科學人》（2011年4月號）。】

 

迷幻藥也有療效

有些迷幻藥會讓人產生深刻的心理變化，若能妥善運用，將可減輕癌症末期患者的焦慮感，並有助於戒除上癮症狀，其功效可媲美數十年的面談式心理治療。

重點提要

■ 1950~60年代曾經有上百項的迷 幻藥研究,但後來這些藥物被不 當使用,最終導致法律明令禁 止,相關研究也因此停滯。

■ 早期的研究顯示,有些迷幻藥可 能有助於治療某些精神疾病,但 後來因為藥物被禁止用於研究, 這些發現就沒有繼續發展下去。

■ 新一波的迷幻藥研究(主要是針 對裸蓋菇鹼)已經開始探討迷幻 藥是否能有效治療癌症病人的焦 慮感,以及幫助成癮者戒掉各種 壞習慣。

■ 這一系列臨床試驗的初步結果已 經露出曙光,有些病人指出自己 感受到深刻的靈修體驗,而這些 體驗更為他們的人生帶來了重要 變化。

撰文／格里菲斯 (Roland R. Griffiths)、葛洛普 (Charles S. Grob)

翻譯／謝伯讓

【完整內容請見《科學人》（2011年2月號）。】

 

不睡覺真的好嗎?

 

各國軍方正在發展能使士兵不想睡覺的藥物。

但這些藥有沒有什麼副作用?還有，不睡覺真的好嗎?


橫越了伊拉克首都巴格達南方最惡名昭彰的「死亡三角地帶」（註1）之後，經過長途跋涉的美軍狙擊小組早已疲憊不堪。由於這裡白天的氣溫可高達攝氏五十度，他們只得在夜間移動，且只能找空檔稍微休息。
但在駐軍最後一年五月的某個清晨，他們最害怕的事情終於發生了。正當美國士兵打算睡覺時，兩名伊拉克平民誤闖了美軍隱蔽的紮營地。

接下來所發生的事變成二○○八年初軍事法庭上的重頭戲，最後以謀殺罪名定讞。在法庭上，陪審團聽到的是：維拉中士（Evan Vela）受命射殺其中一名伊拉克平民，而他連想都沒想就開槍了。

但維拉中士在法庭上辯稱：他完全不記得自己扣下了扳機，甚至沒印象聽到槍響。他堅稱，當時他嚴重睡眠不足（七十二小時內只睡了不到五個鐘頭），因此根本不記得發生了什麼事。

醫學專家在法庭上作證表示，這種嚴重睡眠不足可能會使這名士兵無法做出任何道德上的判斷，只會像機器人般聽令行事。法官似乎也同意這種說法。最後維拉被判定謀殺罪名成立，但刑期只有十年，而不是不得假釋的無期徒刑。

這類案子還有。只要戰爭繼續打，士兵們就要與睡眠不足奮戰，一旦輸掉，後果恐怕就不堪設想。事實上，不是只有軍人要對抗疲累，世上有無數一般民眾同樣承受 著「過度疲勞」的痛苦，他們死命想保持工作效率，或是在開車時保持清醒。研究顯示，有將近20％的交通事故都和疲勞有關。

清醒一點

不過，現在有一種新的藥物配方似乎能使人連續好幾天都不會想睡，而且沒什麼副作用。這種藥物叫作「eugeroics」，在希臘文中意為「良性刺激」，它們似乎能使人們過一種嶄新的生活，讓我們不必每天花20％到30％的時間睡覺。

但專家們怎麼看這件事？這些藥物真能有效地使我們清醒的時間增加三分之一？這麼做有沒有什麼潛在的健康風險？還是我們只需要放輕鬆？如果真的要有什麼改變，或許我們應該試著多睡一點，而不是少睡？

所有已知的生物都需要睡眠，干擾這種生理過程會不會造成反效果？有越來越多的人這麼懷疑。英國羅浮堡大學睡眠研究中心主任吉姆‧荷恩（Jim Horne）表示：「睡覺就是為了消除疲勞，就跟我們是為了止飢才吃東西一樣。」

有的人只需要比平常多清醒幾個小時，有一種天然的興奮劑可以達到這種功效。一些人類學家表示，甚至早在石器時代，人類就已經使用這種興奮劑，它就是「咖啡因」。

許多植物都含有咖啡因，這種物質大約在兩百年前就被化學家分離出來。它可以強化大腦活動，並提升心理與生理的表現。研究顯示，攝取咖啡因之後若立刻小睡十 五分鐘左右，醒來後將會格外有精神。但咖啡因也會產生不少副作用，從手抖到心悸等等，前英國首相布萊爾在二○○三年便因喝咖啡引發心悸而被送醫急救。

大約七十年前，科學家製造出一種似乎更好的藥物，稱為「右旋安非他命」，或稱「迪西卷」（dexedrine）。這種藥物首度用於第二次世界大戰期間，且 副作用似乎比較少。但到了一九六○年代，它的負面作用終於顯露出來。常常服用迪西卷的人發現，需要越來越高的劑量才能達到相同的效果；而那些想要戒除迪西 卷的人則發現，這種藥有許多副作用，包含睡眠障礙、暴躁、易怒等等。

一九七○年，「迪西卷」被列為處方用藥，得由醫生開立才行，但一些特別的情況仍會使用它。一九七○年四月，美國航太總署就要求失敗的阿波羅十三號登月計畫 機組人員服用「迪西卷」，原因是之前有一名睡眠不足的太空人操作電腦時，犯下幾乎致命的錯誤。在伊拉克與阿富汗戰爭中服役的一些軍方人員也使用這種藥物。

疲勞轟炸

然而，「迪西卷」可能產生致命副作用的疑慮仍然存在。二○○二年四月，一位美國F-16戰機的飛行員不小心轟炸了加拿大在阿富汗的駐軍，造成四人死亡。在後來的調查過程中，辯方律師宣稱，該飛行員是因為服用了會造成情緒波動的「迪西卷」，判斷力才會受損。

註 1（編按） 位於巴格達、提克里特（Tikrit）和西部城市拉馬迪（Ramadi）之間的三角地帶。這地區遜尼派眾多，經常發生襲擊事件，故得名。


【作者／羅伯特‧馬修斯（Robert Matthews）；譯者／謝伯讓】

【完整內容請見《BBC知識國際中文版》第八期（2012年4月號）。版權所有，轉載請註明出處。】