大腦處理圖像，有多快？

大腦處理圖像，有多快？

秒殺？其實用「秒殺」這兩字，對大腦算是一種侮辱。即使快到只有 13ms 的圖片，大腦也能輕鬆抓出圖片的「主旨」。不相信嗎？請親自體驗一下這段兩分鐘的短片：成千上百的圖片瞬間排山倒海而來，大腦輕鬆秒懂，一切皆如探囊取物。

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註：麻省理工的波特教授（Mary Potter）發現，大腦可以輕易從一堆快閃圖片（每張只有 13ms）中找到目標：Potter, M.C., Wyble, B., Hagmann, C.E., & McCourt, E.S. (2014). Detecting meaning in RSVP at 13 ms per picture. Attention, Perception, and Psychophysics. [PDF]

阿茲海默症是一種唐氏症？！

幫大家介紹一下「唐氏症」和「阿茲海默症」的奇特關連。

唐氏症（Down syndrome），患者擁有三條第21號染色體（一般人只有兩條），患者一出生，其身材和臉部就有獨特的生理特徵，心智能力也會出現輕度至中度障礙。

而阿茲海莫症（Alzheimer's disease），就是俗稱的失智症（失憶症）裡的大宗，除了失憶失智之外，並沒有明顯的外顯生理特徵。

這兩種症狀，看似南轅北轍，對吧？

但是，1991年，美國的阿茲海莫症專家波特博士（Huntington Potter）竟然提出了一個驚人的假說，認為阿茲海莫症就是一種「唐氏症」。波特主張，阿茲海莫症的病因，就是因為身體（大腦）年老之後跑出許多擁有三條第21號染色體的細胞，因此，這兩種病根本就是同一種。

此假說一出，群情譁然。波特投稿論文時，還有審稿人給出了這樣的評論：「無論何時何處，我都不會建議刊登這篇論文。」（"I wouldn't recommend publishing this manuscript anywhere at any time."）

沒想到，現在確有越來越多的證據，都支持波特的假說。例如，幾乎所有的唐氏症患者腦中都會出現類似阿茲海莫症的蛋白質堆積（此現象早在1970年代就為人所知）。還有，阿茲海莫症患者的皮膚和腦細胞中，的確有較高的機率會出現三條第21號染色體。

那為什麼這些具有三條第21號染色體的細胞，可能會導致阿茲海默症和唐氏症呢？原來，第21對染色體上有一個「前類澱粉蛋白質基因」（APP），此基因製造出來的蛋白質在經過修飾後，會於腦中堆積造成失智。而擁有三條第21號染色體，就會製造出更多這些蛋白質，並更容易產生堆積。而且，這些蛋白質還會造成細胞分裂異常，使得更多細胞帶有三條第21號染色體，惡性循環於是產生。

另一個奇特的相關發現是，阿茲海默症和唐氏症患者罹患實性腫瘤（solid cancer）的機率也比較低，其箇中原由，可能就是因為第21號染色體帶有腫瘤抑制基因。

期望將來的研究，能及早找到更多的證據和細部生理機制，以利開發出能夠同時適用於唐氏症與阿茲海默的藥物、或甚至是相關的腫瘤抑制療程。

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相關連結：

1. 仁友愛心家園的公益集資活動

2. 財團法人中華民國唐氏症基金會

3. 台灣失智症協會

4. 波特博士的相關論文

5. 唐氏症、21號染色體與腫瘤抑制基因：Kwan-Hyuck Baek et al. (2009). Down's syndrome suppression of tumour growth and the role of the calcineurin inhibitor DSCR1. Nature, 2009; DOI: 10.1038/nature08062

6. 阿茲海默症患者較不易罹癌？（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22531415）（http://www.bmj.com/content/344/bmj.e1442）

壓力，讓你腦中一片空白

大腦中負責自我控制的神經迴路很脆弱，遇到小壓力就很容易受傷而停止運作，這時你會覺得腦中一片空白、原始的衝動不受控制，心智也跟著癱瘓。

撰文／Amy Arnsten、Carolyn M. Mazure、Rajita Sinha
翻譯／謝伯讓

在壓力下整個呆住，是每個人都有的經驗，這個現象起因於大腦的「管理中樞」無法正常掌控情緒。大腦的指令與管理中樞位於前額葉皮質，在正常狀態下，它可以透過抑制其他較原始的腦區來控制情緒。但是，即使只是面對日常的生活壓力，前額葉皮質也可能會暫時停止運作，並讓負責調節情緒的杏仁體奪取掌控權，導致心智崩潰和驚慌失措。科學家正在探索急遽壓力下的生理反應，並開始研究行為療法與藥物是否可以幫助我們在危急時保持鎮定。

醫學院入學考試有數百道題目，要連續作答五小時，即使做了萬全的準備，考生還是滿腦子混亂與焦慮。這種無情的壓力會讓有些考生的推理變慢，甚至完全停止。這種狀況有許多詞語可以形容：腦袋打結、呆掉、緊張、恐慌、僵住、頭腦一片空白、發慌等，這幾乎是每個搞砸演講、文思枯竭、以及在長時間考試中掙扎的人都有的經驗。

幾十年來，科學家自以為很了解大腦在參加考試或戰場前線交火時的運作方式。但是最近有一條不同的研究路線，為壓力生理學帶來了全新的觀點。在面對壓力時，大腦會有一些原始的反應，這些反應不僅會影響某些從蠑螈到人類等眾多不同物種都擁有的腦區，事實上，壓力還會嚴重抑制最先進的心智機能（由靈長類最高層次的腦區所負責）。

壓力會削弱前額葉皮質的控制力

舊的教科書上說，下視丘（如下圖）這個位於大腦基部、很早就演化出現的構造，在有壓力的時候會刺激腦下腺和腎上腺分泌激素，使得心跳加快、血壓升高以及食慾降低。現在的研究則指出，前額葉皮質這個位在額頭後面的腦區扮演著令人意想不到的角色。前額葉皮質負責調控專注力、計畫、決策、想法、判斷以及提取記憶等，是高階認知能力的控制中心。這個區域也是最晚才演化出現的腦區，它對於每天短暫出現的焦慮與不安都很敏感。

南希坎維西爾（Nancy Kansiwher）剃光頭秀腦區

我必須承認，我師父真的是個瘋狂科學家。請看她在短短 90 秒的影片中「快速揮刀、削髮為尼」，然後為大家解釋各個腦區在她光頭上（真的是光頭！）的相對位置。




影片中指出的紅色區域，在看到人臉時反應會特別劇烈。包括位於顳葉深處的梭狀迴臉孔區（fusiform face area, FFA）和大腦後方的枕葉臉孔區（occipital face area, OFA），都有此特性。

梭狀迴的位置：

延伸閱讀：

1. 南希‧坎維西爾（Nancy Kansiwher）的瑞士刀大腦理論
2. 她還有更多大腦科普的推廣影片，請見她在 MIT 的科普推廣網頁（英文）。

電擊同性戀大腦，改變性取向？！

文／謝伯讓（謝伯讓的腦科學世界）

1972 年，美國的精神病學家西斯（Robert Heath）希望透過電擊大腦來矯正精神疾病。在他眾多病人中，有一位代號 B-19 的病人特別引人注目。這位病人是一位 24 歲的男性，已出櫃五年（同性戀）、有三年的藥物濫用經歷、癲癇病史、並時常會出現自殺念頭。

西斯「療法」？

首先，西斯在 B-19 的大腦深處埋入電極（如下圖），然後交給他幾個按鈕，要他透過按鈕來電擊自己的大腦。結果發現，在三小時的實驗過程中，B-19 竟然電擊了自己的「中隔區」（septal area）高達 1500 次。 還有另外兩次「療程」，他也分別電擊自己 900 和 1200 次。

這項發現，和 1950 年代的老鼠自我電擊實驗結果分常神似。

1954 年，神經科學家歐爾茲（James Olds）在老鼠大腦中的內隔核（septal nuclei）置入電極。歐爾茲原本以為，當老鼠進入房間角落並受到大腦電擊後，應該會學會避開角落，沒想到，老鼠竟然一直跑回那個角落，仿佛希望被電擊似的。後來深入研究後才發現。原來這個區域和附近的阿肯伯氏核（nucleus accumbus）以及扣帶皮質（cingulate gyrus），可能就是大腦中的「愉悅中樞」或「慾望中樞」。

刺激這個區域時，老鼠會變得廢寢忘食、一心只想著要繼續接受刺激，如果給老鼠一個按鍵，讓牠可以按壓按鍵來刺激自己的大腦，老鼠就會不斷重複按壓的行為，一小時甚至可以按壓數千次以上，直到精疲力竭為止。（如下短片）




性工作者加入混戰

同樣的，B-19 在電擊自己的「中隔區」（大腦的愉悅中樞）時，也出現了上述老鼠般的行為。他感受到愉悅、警醒、溫馨、並且產生性慾以及想要手淫的衝動。當西斯要停止實驗時，B-19 甚至百般不願的想要繼續電擊自己。

接下來，重頭戲上場了！

歸檔記憶的概念神經元

每個概念，都可能有一組相對應的神經元。


撰文／R. Q. Quiroga, I. Fried, C. Koch
翻譯／謝伯讓

過去數十年，神經科學家一直在爭論記憶究竟如何儲存。目前許多相互競爭的理論中，有一個理論認為，單一神經元可以儲存關於祖母或電影明星等的記憶。另一個理論認為，每個記憶都是由數百萬個細胞分散儲存。最近有些與腦部手術同時進行的實驗發現，某些特定腦區中的相對小群神經元跟記憶儲存有關。此外，這一些小群的細胞可以記憶同一件事物的各種不同面向，例如祖母的臉或身形，或美國明星珍妮佛安妮斯頓的正臉、側臉或聲音。

阿卡希維奇（Akakhi Akakhievitch）是一位傑出的俄國神經外科醫師，他有一位病人想要忘掉令人難以忍受的母親。阿卡希維奇熱心地打開了病人頭殼，並一顆顆清除掉上 千個和他母親記憶有關的神經元。當病人從全身麻醉中甦醒時，失去了所有關於他母親的記憶。成功之餘，醫生欣喜地轉向下一個目標：尋找與「祖母」記憶有關的細胞。

當然，這個故事是虛構的。

已故的神經科學家雷特溫（Jerry Lettvin，真實人物）於 1969 年在美國麻省理工學院對一群學生講述了這個故事，用來說明一個充滿爭議的可能性：只需大約 1 萬 8000 個神經元就可以產生關於事物、親友或其他人的各種意識經驗、想法或記憶。雷特溫沒能夠證實他的假說，而過去 40 年來，科學家也大多戲謔地爭論著「祖母細胞」這個點子。

關於神經元以極度特定的方式儲存記憶的想法，可以追溯到心理學家詹姆斯（William James），他在 19 世紀提出了「教皇細胞」（pontificial cell），認為這些細胞是意識所在之處。