科學月刊 2016年7月號 559期 直擊大腦的神祕宇宙！

559 2016/07

直擊大腦的神祕宇宙！

臺灣創客襲來！ 精子界也有所謂的過動兒？ 如何成為「非典型」科學家

非關

科學

陳其暐

正努力在科學傳播領域裡掙出一道縫隙，本刊主編。

（ shutterstock ）

科學 出 走

長崎原爆點

夜晚從長崎稻佐山上俯望，享受旅途

突然一陣強光襲來，使他短暫失明。在

原爆沒有阻止這名少年繼續前進，他

終點的旅人拍下了人造星河（據說是世

輻射塵落在身上的時候，他尚未得知，

之後進入長崎醫科大學（現名為長崎

界三大夜景之一），但卻沒有記錄下日

那是由於一顆落在長崎市中心的原子彈

大學），開啟了一連串驚奇的研究生

本巨大的日夜溫差、步行一整天的疲

造成的。當時工廠距離爆炸中心僅有

涯。2008 年，他因為研究綠色螢光蛋

憊雙腳、以及這座城市曾經的歷史。

20 公里；他的家位於長崎縣諫早市， 也因為強烈爆炸衝擊波而毀壞。1945 年 8 月 6 日 與 8 月 9 日， 美 軍 分 別 在

諾 貝 爾 化 學 獎， 他 是 下 村 脩（Osamu

日本廣島與長崎投下原子彈，超過十萬

景況時，他說：「沒有人願意想起那件

71 年前，上午 11 時，一名 16 歲的少

人因此喪生，就此結束了第二次世界大

事。」並譴責在長崎投下原子彈是一種

年正在一家工廠工作，才坐下沒多久，

戰。

試驗武器的行為，毫無正當性可言。直

懾人的原爆威力似乎早已遠去，旅人 只求能帶走一些長崎蛋糕回鄉。

白（green

fluorescent protein）而獲得

Shimomura）。然而，當談到當年原爆

到 2016 年 5 月 27 日，美國總統歐巴 馬甫前往廣島和平紀念公園，在日本首 相安倍晉三，廣島、長崎兩市市長、眾 多市民等人面前發表演講，並與當年的 原爆倖存者致意。至今仍住在長崎縣的 倖存者約有 48000 人，在原爆當年他

1

均年齡已約 80 歲。 長崎市是江戶日本鎖國時期（17~19 世

1 轟炸前長崎的繁

2 和平祈念像右手指著天上的核

榮 市 景（ 左 ）；

彈威脅，左手平放象徵和平，

紀）時，唯一對外的國際貿易港口，擁

原爆後（右）。

閉眼代表為受難者祈福。

有許多基督信徒與教堂，也同時有眾多

484 SCIENCE MONTHLY 2016.7

3 長崎原爆落下中心地。

們大多只是懵懂的孩子，現在他們的平

非關

科學

科學叮叮叮

來自畜牧的聲音 文詠萱

2

沒有音樂不能活，本刊編輯。

「牛鈴」配戴於傳統放牧家畜脖子，用

舉辦牛鈴音色比賽，成為當地文化的一

以確認動物位置，同時在晚上也能透過

部分。

牛、羊群是否因騷動發出聲音，進而知 道是否有危機靠近。牛鈴的起源已不可

3

根 據 考 古 證 據， 最 早 的 牛 鈴 可 追 溯 到

考，但其製作材料多元，通常為鐵、青

5000 多年前中國新石器時代，這時的牛

銅、黃銅、木頭等，並會用皮革或是木

鈴是以陶器製作。而第一個發現的金屬

頭纖維固定於家畜脖子上。牛鈴對某些

牛鈴，是在西元 2000 年前的二里頭文化

人來說，代表藝術、山中草原的聲音，

遺址中發現。在歐洲地區，考古證據證

讓聽者感到舒坦與放鬆。因著牛鈴大小、

明牛鈴是從肥沃月灣傳出，而在 14 世紀

厚薄不同，牧民往往能夠以牛鈴聲音辨

末到 15 世紀初才開始有紙本紀錄。

識牛隻。牛鈴在近期已轉化為流行樂器， 中國人定居於此。長崎現擁有發達的造

甚至也成為瑞士阿爾卑斯山的旅遊紀念

近期科技日新月異，GPS 取代了牛鈴的

品，在當地也有許多手工製作牛鈴店家，

功能，但還是許多地區保有這項傳統。

船產業，在路面行走的長崎電車仍保有 一些異國情調，並連結起現代長崎與原 爆遺跡。在長崎和平公園內的和平祈念 像前，依舊擺放著滿滿的鮮花，老師也

阿爾卑斯山上配戴牛鈴的牛隻。 （ shutterstock ）

帶著學生們在此靜默祈求。在原爆資料 館裡保留了大量的文物：因高溫融化在 一塊的硬幣、彎折的門牌、永遠停留在 爆炸那一刻的時鐘，還有瞬間蒸發在牆 上的人影。 打開潘朵拉的盒子之後，儘管我們竭力 想將核武收回，但它依然縈繞於世界從 未褪去。我們必須要問的是：長崎能否 是最後一個遭受原子彈轟炸的城市？

交通資訊 搭乘國泰、華航、長榮等航空公司 直 飛 日 本 福 岡 機 場， 再 由 博 多 車 站乘坐特快列車「海鷗」至長崎。

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非關

科學

然而，有許多動物保護團隊認為，牛 隻配戴牛鈴會影響其行走，又因聲音 大且頻繁，會影響牛隻聽力。在 2014 年，瑞士的蘇黎士聯邦理工學院發表 了一項關於牛鈴對於牛隻影響的研 究，他們觀察共 100 頭掛著約 5.5 公 斤牛鈴的乳牛，監控牛隻心跳、飲食 習慣等生理反應是否改變，在進行三 天試驗後發現懸掛牛鈴的牛隻較沒有 懸掛牛鈴的牛隻咀嚼時間短，頭也垂 得較低。另外，也發現實驗中使用的 牛鈴發出的聲音約為 100~113 分貝， 超過法律規定的 85 分貝。 在各大運動賽事（棒球、足球等）現 場，觀眾常會使用牛鈴炒熱氣氛。不 過牛鈴的聲音分貝大，2010 年美國密

也可用於運動賽事中用來炒熱氣氛。 （ flickr- Ray Terrill, https://www.flickr.com/photos/rayterrill/6808647910/ ）

西西比州橄欖球賽中曾禁止觀眾使用 牛鈴，又在 2014 年允許有條件限制使 用牛鈴。

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瑞士攤販販賣牛鈴紀念品。 （ shutterstock ）

非關

科學 出 走

伯恩

科學

1 從 伯 恩 玫 瑰 園（ Rosengarten Bern ） 俯瞰舊城區。

2 柴林根（ Zahringen ）噴泉，紀念伯恩 建城者柴林根公爵，相傳腳下的熊為 首次狩獵時捕獲的動物，便以熊為此

李依庭

喜愛各種冷門知識，對不完美情有

1

城市命名，噴泉左後方為時鐘塔。

獨鍾，本刊編輯。

3 位於波恩舊城區愛因斯坦故居。

位 處 歐 洲 大 陸 內 陸 國 的 瑞 士， 其 地

是卻鮮少人知道瑞士的首都——伯恩

建於

理 位 置 北 接 德 國， 西 鄰 法 國， 東 臨

（ Bern ）， 一 個 因 熊（ bear ）而 得 名

象 徵， 曾 作 為 守 衛 塔、 監 獄， 除 了

列 支 敦 斯 登 與 奧 地 利， 南 端 緊 連 著

的城市，位於瑞士領土西部偏北，其

上 層 的 一 般 時 鐘 外， 下 層 的 天 文 鐘

義 大 利， 國 土 幾 乎 皆 被 阿 爾 卑 斯 山

（ Astronomical

脈（ Alps ）所 圍 繞， 是 少 數 在 歐 洲 大

1983 年被聯合國教科文組 織（ UNESCO ）列 為 世 界 遺 產， 古 街

示 年 份、 月 份、 日 期 外， 太 陽、 月

陸 上 卻 未 加 入 歐 洲 聯 盟（ European

巷弄中更是一直保持著典雅而樸實的

亮、星座在此時此刻的相對位置都能

Union ）的 國 家 之 一， 瑞 士 法 朗 是 與

樣貌，散發出其他城市無法比擬的魅

清 楚 呈 現。 順 著 鐘 塔 前 方 靜 謐 街 道

鄰國列支敦斯登獨樹一幟使用的法

力。在舊城區中除了漫步於兩邊拱頂

（ Kramgasse ）而 行， 隱 身 於 古 典 與

定 貨 幣； 雖 然 國 土 四 周 被 鄰 近 大 國

長廊的商店街中，中間由石板砌成的

閒寂的騎樓之間，是

包 圍， 但 其 特 有 的 地 理 環 境 與 文 化

街道上有著

也 沒 有 因 此 而 相 形 見 絀， 曾 被 作 家

缺完善供水設備，這些噴泉因而應運

馬 克 吐 溫（ Mark

舊城區在

11 座 噴 泉， 因 中 世 紀 欠

13 世紀初，也是伯恩最知名的

clock ）除 了 可 以 顯

20 世紀物理學 Haus ），

家愛因斯坦故居（ Einstein

雖然晚年的他定居在美國普林斯頓

Twain ）大 力 讚 頌

而生，每個噴泉上頭雕琢著伯恩特有

（ Princeton ）， 但 其 一 生 流 連 過 許

的 少 女 峰（ Jungfrau ）； 著 名 三 角 巧

的 文 化 歷 史， 觀 其 以 華 麗 的 姿 態 呈

多 國 家， 1903~1905 年 間 在 瑞 士 專

克力也以此形狀為商標的馬特洪峰

現。

利局上班並短暫定居於此，期間也發

（ Matterhorn ）；擁有最大的粒子物

表許多重要的物理理論，包含著名的

理學實驗室── 歐洲核子研究組織，囊

走過舊城石板區的盡頭有座經歷史

狹義相對論，故居中還原當年愛因斯

括世界上一半的粒子物理學實驗在此

沉 澱 的 時 鐘 塔（ Zytglogge ）， 最 早

坦的家庭生活並展示其畢生的著作。

進行；世界衛生組織（ World Health Organization, WHO ）、 國 際 醫 療 組 織 紅 十 字 會 總 部（ International Committee of the Red Cross, ICRC ）也坐落於此；傳統美食起司火 鍋（ Fondue ）征服人民的味蕾；更是 男子網球史上拿下最多座大滿貫、風 靡網壇名將費德勒（ Roger

Federer ）

的故鄉。 瑞士於兩次世界大戰皆未遭受戰火 波 及， 是 現 今 屬 富 裕 的 國 家 之 一， 個 人 平 均 財 富 更 居 世 界 首 位； 在 這 個得天獨厚的環境下造就了以鐘錶 機 械 文 明 的 都 市 ——日 內 瓦； 小 說 中常提及神秘又安全嚴密的瑞士銀 行則位在銀行業重鎮——蘇黎世；但

2

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NEWS FOCUS

元素表 4 個新成員 要叫什麼名字呢？ 國際純 粹 與 應 用 化 學 聯合會（ IUPAC ）在 提出原子序

6 月初

113

113 、 115 、 117 、 118 四 個 新 超 重 11 月

Nh

元素命名建議，提供大眾討論，最後將於

決 定 正 式 名 稱。 四 個 元 素 命 名 建 議 分 別 為： 原

113 —Nihonium （ Nh ）、 原 子 序 115 — Moscovium （ Mc ）、 原 子 序 117 —Tennessine （ Ts ）、原子序 118 —Oganesson （ Og ）。 子序

Nihonium 臨時名稱為

Uut

2003~2004 年 初 科 學 家 在 Uup 衰變產物中發現 Uut 。 日 本 理 化 學 研 究 所 在 2004 年 合 成 出 一 個 Uut 原 子， 國際多次利用日本理研發 布 的 實 驗 試 圖 重 現 實 驗， 多次試驗後在

2016 年 獲

得 官 方 認 證， 確 定 加 入 週 新元素可能是因為其化學、物理性質命名，也有

期 表 中， 並 由 日 本 取 得 命

可能是來自神話概念或是符號、礦物或是類似的

名 權。「 Nihonium 」 中 的

物質、與新元素相關的地點、科學家的名稱等。

「 Nihon 」為日本的日語發 音，再加上「 -ium 」字尾。

紅外光轉換可見光 技術更具方向性

再發現地球準衛星！

傳統燈泡原理是利用加熱金屬鎢絲，讓其發

太陽 地球

出白光。德國馬爾堡菲利普大學羅賽曼博士

2016HO3

研究團隊最近發明一種新材料，能夠將紅外 光直接轉換成可見光，且此材料轉換出的可 見光可朝同一方向發送出去，與過去材料產 生可見光隨機發射不同，預計未來可應用在 顯微鏡或是新的投影系統中。 研究團隊設計出一種錫與硫原子的化合物， 原子如鑽石一般的模式排列，在攝氏

300 度

高溫下仍然能維持其穩定性。再利用雷射照 射此化合物形成的透明薄膜，分子吸收雷射 光的光子，並以更高能的可見光光子重新釋 放能量，形成的光束具有強方向性。 Nils W. Rosemann et al., A highly efficient directional molecular white-light emitter driven by a continuous-wave laser diode, Science, Vol. 352:1301-1304, 2016/6/10.

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NASA 於 六 月 中 表 示， 科 學 家 利 用 夏 威 夷 小 行 星 巡 天 望 遠 鏡（ PanSTARRS 1 asteroid survey telescope ）觀 察 發 現 一 顆 繞 行 太 陽 的 小 行 星，並將其命名為 2016 HO3 。這顆小行星同時也環繞地球，初步估計 能再持續繞行數百年。因其距地球較（約為與月球距離的 38 倍），地球 對其作用力有限，僅能稍微扭轉及穩定小行星。考慮到其距地球距離， 並不符合行星衛星的定義，最終決定將其歸類於地球的「準衛星」。 準衛星繞行太陽公轉的軌道週期與行星相同，但有不同的離心率。地球 還擁有其他準衛星，包含小行星

3753 、 2002 AA 29、 2003 YN 107、 2004

GU 9 和 2010 SO 16 等。 NASA, Small Asteroid Is Earth's Constant Companion, 2016/6/16.

NEWS FOCUS

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Mc Moscovium 臨時名稱為

Ts Tennessine

Uup

臨時名稱為

Uus

2004 年， 俄 羅 斯 杜 布 納 原 子 核 研 究

於

所和美國勞倫斯利福摩爾國家實驗

驗，預計使用鈣粒子束轟擊鉳，但因為鉳僅有

室 以 鈣 撞 擊 鋂 的 方 式， 共 同 成 功 合

美 國 橡 樹 嶺 國 家 實 驗 室 有 技 術 能 夠 製 出， 俄

Uup 。並在 2013 年由瑞典科學家

國 計 畫 沒 有 成 功。 2008 年 美 國 與 俄 國 合 作 重

成

2004 年俄羅斯團隊提議合成 117 號元素實

再 次 重 現 實 驗。「 Moscovium 」 是

啟 實 驗， 最 後 在

2010 年 觀 測 到 117 號 元 素。

由 俄 羅 斯 首 都 莫 斯 科（ Mosco ）加 上

「 Tennessine 」是以美國橡樹嶺國家實驗室所

「 nium 」。

在地田納西州（ Tennessee ）命名。

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Og Oganesson 臨時名稱為 Uuo

2002 年， 由 尤 里 · 奧 加 涅 相 （ Yuri Oganessian ）帶 領 的 團 隊發現，並觀測 Uuo 原子的衰 變。「 Oganesson 」 即 是 以 發 現者俄國物理學家奧加涅相名 字命名。

二氧化碳快速封存技術 CarbFix 為一項位於冰島的二氧化碳封存實驗，研究人員 將 220 公噸的二氧化碳溶於水，形成碳酸鹽類礦物，並注 入 400~800 多公尺深的玄武岩中，在不到兩年的時間內， 發現 95% 的二氧化碳變成石灰岩，成功在短時間將二氧 化碳固定於玄武岩中。在過去科學家認為儲存的時間將花 費數百年至數千年，這項實驗遠遠快於先前的假設。 二 氧 化 碳 捕 存 技 術（ Carbon

Capture and Storage ）是 蒐

集人類排放的二氧化碳，再利用地質構造或是生物吸收處 理，使其不會排放到大氣中。然而，要封存每噸二氧化碳 需花費

50~100 美元成本過高，較難普及。另外，二氧化

碳的封存地點也是一大問題，因地底地質形成種類豐富， 科學家擔心二氧化碳會從無法封存的地質種類隙縫中竄

Juerg M. Matter et al., Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions, Science, Vol. 352: 1312-1314, 2016/6/10.

（shutterstock）

出，洩漏至大氣中。

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NEWS FOCUS

（Pixabay）

（shutterstock）

「人豬嵌合體」培育 移植器官

腸道微生物主宰健康 情緒

近年來全世界透過器官移植增長壽命的人不在少數，但器

一般而言，腸道中的微生物與大腦神經間理應不存在什麼

官 捐 贈 卻 遠 遠 不 及 需 要 移 植 的 病 人， 為 解 決 這 個 問 題， 科

相互關係，但近年來流行病學發現過胖的孕婦會增加嬰兒

學 家 嘗 試 在 豬 隻 體 內 培 育 人 體 器 官， 並 稱 作「 人 豬 嵌 合 體

神經發育的障礙，造成兒童罹患自閉症（ autism

（ human-pig

chimera ）」。

spectrum

disorders, ASD ）。此外，也在這些自閉症兒童身上接連發 現有腸道菌落失調問題，因此科學家想了解飲食如何改變腸

科 學 家 透 過 基 因 編 輯 技 術（ CRISPR ）， 除 去 豬 胚 胎 中 控 制

道微生物進而影響大腦。

DNA ， 再 將 人 類 的 誘 導 性 多 功 能 幹 細 胞（ iPS cell ）注入胚胎內，將此胚胎植入母豬的子宮 28 天後中止懷

由美國貝勒醫學院（ Baylor

孕，並分析此胚胎組織。

食高脂肪母鼠實驗，透過核醣體基因定序檢測發現，餵食高

胰臟發育的

College of Medicine ）所進行餵

脂肪母鼠的子代其腸胃道的菌落遠少於飲食正常母鼠的子 雖然現階段並沒有「人豬嵌合體」的誕生，但研究團隊認為

代，並且餵食高脂肪的母鼠所生下的子代與同齡小鼠接觸時

其外觀、行為與其他同類並不會有差異，只是體內長了人類

間 變 短 也 不 願 進 行 互 動 行 為。 除 此 之 外， 研 究 人 員 進 一 步

的器官，動物獲得人類意識的機會很低。然而其他科學家還

發現在加入了特定細菌種——羅伊氏乳桿菌（ Lactobacillus

是不免擔心豬體內的人類細胞是否可能會喧賓奪主，干預發 育中的豬腦形成人腦。

reuteri ）後，子代能夠改善其社會行為，而此菌種在原本體 內只有正常小鼠的 1 ∕ 9 倍。

若此方法可行，未來可能會打入需要器官移植病患的誘導性

此項研究也讓研究團隊開始探討腸道中益生菌對於神經發育

多 功 能 幹 細 胞 到 豬 隻 中， 並 培 育 出 各 種 不 同 器 官， 如： 心

障礙之間的作用，未來可能嘗試將健康人的腸道菌群移植到

臟、肝臟、腎臟、肺臟、眼角膜等……，相較於現今的異體

自閉症兒童腸道中，藉由改變腸道菌群數量來改善自閉症的

器官移植，將不需擔心異體器官相容性與捐贈者健康等相關

症狀。

問題。 In Search For Cures, Scientists Create Embryos That Are Both Animal And Human, http://goo.gl/caYpyy

490 SCIENCE MONTHLY 2016.7

Buffington et al., Microbial reconstitution reverses maternal diet-induced social and synaptic deficits in offspring. Cell, 2016.

NEWS FOCUS

太空中首次探測到手性分子 美 國 加 州 理 工 學 院（ California

Institute of Technology ）和 國 家 射 電 天 文 台 Radio Astronomy Observatory ）透 過 高 靈 敏 射 電 望 遠 鏡， 在 距 離 地 球 2.8 萬光年處的人馬座星雲中，發現了環氧丙烷（ propylene oxide ）的手性分子 （ chirality ），是科學家首次在太空中找到手性分子，此項發現將有助於破解手性 （ National

分子在宇宙中的最初起源之謎。 手性分子，是指構成同一種分子的原子數量相同，但分子結構像人的左右手般呈 鏡像對稱，且又不能互相重疊，在地球上大部分具有「左手性」特點，「右手性」 特點的分子數量所佔比例很小，此不平均現象一直是科學之謎；以前科學家也僅在 地球上的隕石中及太陽系的彗星上發現類似的有機分子，但是從未在太陽系外的太 空中觀測到這種現象。 而此次發現的環氧丙烷是目前所發現太空中最具複雜結構的分子，通過在太空發現 其手性分子，我們終於能研究這些分子在進入隕石和彗星前在太空如何形成與運

（shutterstock）

行，並了解它們在純手性與生命起源中發揮的影響。 B. McGuire et al., Discovery of the interstellar chiral molecule propylene oxide (CH3CHCH2O). Science, 2016.

（Pixabay）

是否曾經好奇為何鸚鵡能模仿人類說話？長期以 來科學家們對於鳥類在製造工具、藏匿食物、高 洞察力與未雨綢繆等聰明的解決問題行為感到困 惑，在牠們的腦中到底藏著多少祕密？近日，科 學家發現鳥類腦中神經元密度遠高於哺乳動物， 認知能力也與靈長類動物相匹敵。 「麻雀雖小，五臟俱全」這句話可一點都不假， 雖然鳥類的腦部遠比哺乳動物小，腦部皺褶相較 之下也沒有哺乳類動物多，但是其關鍵在於前腦 中擁有的神經元細胞數，在相同平方英寸下，鳥 類的大腦比哺乳類動物的大腦所含神經元細胞更 多，是影響認知力的關鍵。

28 種 不 同 品 種 鳥 類 進 行 系 統 性 量 10 公 分 的 斑 胸 草 雀（ Taeniopygia guttata ）， 大 至 2 公 尺 的 鴯 鶓（ Dromaius novaehollandiae ）， 測 此項研究已對

為什麼鳥類 擁有許多複雜行為？

測 鳥 類 大 腦 神 經 元 數 目， 小 從 身 長 只 有 約

量出的結果也能為鳥類那非同尋常的認知天賦提 供了最合理的解釋。

Olkowicz et al., Birds have primate-like numbers of neurons in the forebrain. PNAS, 2016

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專欄文章

神奇魔術師—腎臟功能與尿液的形成 周鈺翔

目前為腎臟科醫師，腎臟的奧 妙無窮且腎臟病又 是國

人常見疾病，所以一頭栽進腎臟的研究領域，希望大家多了解腎 臟的重要性，平時注重保養邁向腎利人生。

經過一整天繁重的高三課程，小明相約了 幾個好友下課後一起去打籃球抒壓一下， 在晴朗甚至有些悶熱的天氣下，球場上你 來我往、揮汗如雨真是過癮，在經過一場 籃球廝殺後，小明回家前感覺有些微的尿 意，去廁所後驚覺「哇！我的小便怎麼 這麼多泡泡？」、「尿液顏色怎麼變深 了？」，到底發生了甚麼事呢？

小便其實是人們生活中再平常不過的事

腎臟是人體精密的過濾器

情了，但裡面可是藏有很大的一門學問

尿液是經由腎臟所產生，正常人有兩顆腎臟，位於腰部兩側後方，

喔！尿液是經由腎臟形成的，在一般正常

俗稱「腰子」，形狀如蠶豆，大小約一般拳頭大，腎臟近身體中央

情況下每個人每天約需解尿 5~7 次，共

一側的凹陷處稱作腎門，是輸尿管、腎動脈、腎靜脈和許多神經進

約 1000~1500 毫升，除此之外，排出

出的地方，腎臟主要分為三部分，最外層顏色較深的是皮質，含有

的尿液顏色、外觀、氣味都反映出身體的

許多基本構造單位「腎元」，微血管十分豐富，中層是顏色較淺的

健康狀態，也可藉由觀察尿液得知是否有

髓質，由 8 ~12 個腎錐體形成，腎錐體的尖端會匯聚成腎盂，腎

疾病產生。

504 SCIENCE MONTHLY 2016.7

盂出腎門後與輸尿管相接，輸尿管接至膀胱，膀胱再接到尿道。

生 動 | Biology

腎臟是一個構造精密、血流豐富的器官，每分鐘大約有

腎元是腎臟的基本功能單位

1~2 公升的血液流經腎臟，相當於 1／4 ~ 1／5 的心輸

左右兩邊腎臟各約有 100 萬個腎元，腎元包括腎絲球、

此大量的血液可見其責任重大，需負責維持體內環境的

網，也就是腎絲球，腎絲球被呈杯狀構造的鮑氏囊所包

恆定狀態。腎臟主要功能有三大項，第一項是排除體內

覆，藉由兩者間的壓力差產生超濾作用，讓水分帶著葡

代謝廢物如尿素氮（blood urea nitrogen, BUN）、肌

萄糖、胺基酸及各種離子與代謝廢物進入鮑氏囊的尿液

物及其代謝物有一大部分也是經由腎臟排出；第二項則

腎小管、亨利氏環與遠端腎小管。

出量，在僅佔體重 0.5% 的腎臟要在短時間之內處理如

鮑氏囊和腎小管，進入腎臟的血流會進入球狀的微血管

酸酐（creatinine）、尿酸（Uric acid）等，此外，藥

腔室中，這些初步形成的尿液接著進入彎彎曲曲的近端

是負責調節水分、電解質與酸鹼度以維持正常生理平衡 狀態；最後第三項為分泌各種荷爾蒙，如腎素可影響血

腎小管會進行再吸收作用與分泌作用

壓，紅血球生成素則可促進骨髓生成紅血球，除了這些

這段路徑會進行複雜的再吸收作用與分泌作用，主要是

功能之外，腎臟甚至還會協助活化維生素 D 的合成，維

經由腎小管上密密麻麻的各種水通道與離子通道，腎小

生素 D 與體內鈣、磷等礦物質的調節有關。

管會將大部分有用的水分與離子再吸收回體內，一部分

腎單位結構示意圖 腎動脈

皮質 髓質

腎小管周圍毛細血管網

鮑氏囊

腎靜脈

腎小體 入球小動脈 腎盂 腎絲球

出球小動脈

動脈

腎小管

靜脈 集尿管

輸尿管

腎臟縱向剖面圖

亨利氏環

Vol.47 No. 7

505

專欄文章

善用化學成為文物修護師！ 美 國 北 德州大學 分析 化 學博 士，任 教 於 中興大學化學系，曾為台南藝大古物所兼 任教授，研究領域為分析化學、應用化學。

化學科技的發展在人類的科技文明發展史上 佔有很重要的角色，例如煉鐵製造各式器 具、青銅器鑄造、陶瓷、及造紙等技術發展， 可說是人類追求基本生產活動的結果，也是 追求文明之產物。因此這些歷史文物，都有 古代化學科技所遺留的足跡。

文物修護在臺灣 文物修護師的任務，除了以客觀熟練的修護 技術，將老舊劣損之文物作品盡量回復到創 作原貌，以延續文化藝術的歷史價值外，更 必須要結合文物保存概念及修護所運用的工 藝材料與技法，讓文物維護的精神推廣至藝 修護後的藍地黃虎旗︒ ︵作者提供︶

508 SCIENCE MONTHLY 2016.7

歷史文物，是歷代先民所製造和使用過具有歷史

術創作中。過去國人對文物保修都是處在較

藝術和科學價值的各種物質，它們反應出人類在

迷糊的認知層次，近年來才漸次引起國人的

歷代的生活文化，也反應出當時的科學技藝。因

注意。

而歷史文物所蘊涵的文化價值也愈來愈引起現代 社會人民的高度重視，如何保存或修護歷史文物 已成為全人類的責任。

2012 年，對在 1895 年為反對割讓臺灣給

日本所建立的臺灣民主國的藍地黃虎旗國

變 化 | Chemistry

旗被考證修復後，更掀起國人對文物保修的重視。為厚

糟朽蟲蛀霉變等，都是需要繼續加以防止。青銅器、陶

植國內在文物保修的能力，臺南藝術大學的古物維護研

器、瓷器等是古代人利用化學方法改造過的物質；塗料、

究所曾於 2001 年底首度邀請德國壁畫修復大師貝克特

顏料、染料、接著劑、焊料等屬化工原料，則是研究化

（Barbara Beckett）來臺參加壁畫保存修護研討會，並

學史及其相關技術之重要資料。

工作，將相關經驗傳授給國內學子及文化遺產保存工作

因此，在文物修復、保護、考證方面，化學分析可作為

者。由於文物保修是一門跨領域的科學，本人當時在古

強而有力的後盾：以化學方法研究阻止或延緩文物劣變

物所兼任講授文物保存應用化學課程，幸得有機會協助

的技術，提高文物抵抗不利因素（光輻射、蟲蛀、霉變

解釋壁畫修護技術中所發生的化學反應與物理現象，讓

等）；或用以解開文物的製造時期，如秦代青銅件表面

讀者就文物保修與化學的關係做初步認識。

鉻層的著鍍和漢代銅鏡黑漆的形成；甚至能用於探討出

數次參與嘉義新港水仙宮及臺南媽祖廟等古蹟壁畫修護

土文物在地下之儲存環境，以便分析文物變化和保護條

化學如何用以修護文物

件；以及運用常見的同位素法以估計文物的年代。

文物保修的歷程離不開化學相關科技，化學在文物保修

舉凡地球上任何物件，從被製造或生成開始，即開始邁

的相關性，可分幾個層面來探討。依物質的化學組成性

向毀損的趨勢，只是時間快慢而已，歷史文物亦不例外。

質，可將文物分為金屬材料（青銅器、鐵器、金器、銀

因此欲使這些文物能留存，就得塑造環境使文物能減緩

器、錫器、鉛器）、無機非金屬材料（石器、玉器、陶器、

或免於毀壞。這就需借重各種科技的應用，而化學科技

磚瓦、壁畫、泥塑等）、有機材料（書、畫、紡織品、竹器、

在其中就佔有很重要的角色，例如溫濕度控制、迴避光

漆器、木製品及皮革等）。

線的傷害、防止氧化退化等都常靠著化學的方法或理論 推演技術來達成。出土文物之處理、保護與維持，更與

這些文物經歷了漫長的歷史歲月，發生了許多變化。從

化學離不開關係。另外，古物修護直接或間接所用到的

長期保存文物的角度來看，有些變化並沒有不良的影響，

材料，也都離不開與有機化學、無機化學、高分子化學

並可作為它特有的歷史標記，然而有些則不利於文物的

及材料化學的關係；其他如古物材質鑑定、年代鑑定、

長期保存。對於不利的因素，我們要利用現代的科技加

及文物材料的鑑偽，亦都屬於化學的分析工作。

以處理，以盡量保持它的原貌並延長壽命。在現今的保 存環境下，文物還是會繼續發生變化，如青銅器的有害

化學在文物保存應用的研究層面很廣，或多或少涉及有

銹蝕、石刻的風化侵蝕、陶器彩繪和壁面退色剝落、古

機化學、無機化學、物理化學、分析化學及高分子化學

建築木製構件的腐朽和白蟻危害、出土紙類和紡織品的

等原理及技術。因此要在文物保護技術方面有所突破，

Vol.47 No. 7

509

專欄文章

除必須瞭解各年代的科技發展，即具備科技史之知識外，

文物的材質、形狀、損害情況、損害原因及文物的歷史

還必須以化學研究所必須具有的態度，發覺問題所在，研

意義或藝術價值進行了解，再針對不同文物擬定出保修方

究出解決方案，提昇文物保存科技。

案。然後才是對文物的具體處置，例如清洗（除汙）、修 復、及最後的保護處理。

然而文物之所以能被留存與重視，有其特殊的歷史意義存 在。因此利用化學科技來進行文物的保護有幾項原則必須

清洗除汙並非一般僅藉小刷子用水洗一洗，而是先要試驗

遵行：保持文物的歷史標記，不讓文物值得被保存的意義

選用能除污但又不傷害文物的適當清洗方式，如清洗溶液

性喪失；文物被保護性的處理後，不能留下隱藏性或不可

的種類、溶解度參數、清潔試劑或酵素及清洗技法等；修

回復的傷害；並需防止或延緩各種有害因素對文物的損

復則要先以儀器檢測出文物原有的材料，再優先以原材質

害，同時達到長期性的保護效果。

或可相容的材質搭配適當工法來修復；保護處理更需要選 擇耐候及可逆的材料對修復後的文物作加固或保護處理。

文物保修現場 以出土的木製文物為例，從地底出土的木製品，如果直接 文物保修並不像大家平日所看到的對物體修補及外觀塗漆

脫水，往往會起裂開翹。另外文物埋在土中屬處在缺氧狀

保護那樣簡單。文物保修工作是一門結合了科學、歷史及

態，除沾有泥污外，亦吸附不少鹽類於文物本體中。當木

藝術的專業學科，融合了傳統技藝、修護技能、現代科技

製文物出土後觸及空氣及陽光，所處環境轉變為富氧狀

與歷史美學的跨領域學門。對於文物的保修，必須先要對

態，文物很容易被氧化或受光反應分解裂化。很多從千年

新港水仙宮修護前的壁畫。（作者提供）

510 SCIENCE MONTHLY 2016.7

變 化 | Chemistry

師生很有耐心的試驗清潔處理方法。（作者提供）

古墓出土的古文物很容易遭受環境的改變而毀損即是此

縫的聚乙烯醇與木質纖維間以氫鍵作用力加固木製文物

因，因此對剛出土的木製文物就必須對此環境變異的毀損

後，再於木製文物表面塗上保護層隔離空氧及防止光害。

做防範。

經過這一連串複雜步驟，木製文物才不至於會起裂開翹。 完成了出土木製文物的保修基礎工作後，再依文物管理的

在表面除汙後，一般會將出土的木製文物置入水中，讓文

條件保存。不同材質的文物在文獻上都有特殊的保修策略

物所吸附的鹽類溶至水中，不斷更換水直至鹽類不再溶出

可參考。

為止（可滴加硝酸銀水溶液至水中觀察有無白色氯化銀出 現）。其次為加固的前處理，將除鹽後富滿水於木質細縫

文物修復有賴修復師（文物醫生）的巧手回春，才能完成

的文物移置入酒精溶液中，以酒精將在木質細縫中的水分

任務，而文物醫生巧手回春的重要工具及過程則有賴化學

置換出後，再移浸入丁醇溶劑中，以丁醇置換出木質細縫

科技的檢測診斷（聽診器）、清洗除汙（清傷）、固定（支

中的酒精。最後浸入含聚乙烯醇（PVA）的丁醇溶液中，

架）及修護暨保護（治療及醫美）。文物修復屬跨領域的

以平衡方式讓聚乙烯醇進入木質的細縫中置換出丁醇，漸

科學，從事文物修復工作者大多屬於美術或藝術專業，因

提高聚乙烯醇濃度，使聚乙烯醇飽和於木質細縫中，讓填

此需要更多化學相關的專業工作者一同加入。

Vol.47 No. 7

511

直擊大腦的神秘宇宙！

我們極力在無邊無際的銀河中找尋生命， 但對於我們的思考中樞── 所知卻不比宇宙更多。 僅一公斤多重的人類大腦，卻連結出超過百兆條的神經， 效能遠勝現今所有的電腦。

究竟，大腦是如何與這個世界互動的？ 神經元之間是透過何種方式合作建構出「思想」？ 眾多科學家為此通力合作發明嶄新技術， 我們將一步步解開大腦「完整」的運作全景， 親眼見證大腦神祕的小小宇宙。

516 SCIENCE MONTHLY 2016.7

Vol.47　No. 7

517

腦內的三維立體顯微世界 大腦是人體內最精細的器官，是由千億個神經元、比神經元更多的神經膠質細 胞（ glia cell ）和廣泛分佈的血管共同形成的三維結構體。神經元則是目前公

認為構成腦的基本功能體。每個單獨神經元可能會與其他神經元透過上千個突 觸（ synapse ）與縫隙連接體（ gap junction ）等結構連結以進行訊息處理。

透過如此龐大數量的神經元連接形成的巨大神經網路，人腦可以產生情緒、認 知與下達行為命令，並負責個體的思考、學習與記憶等功能。

可惜時至今日，我們對大腦運作的方式知道甚少。原因之一，便是缺乏完整的 大腦連結圖譜。如同城市地圖可以幫助旅者規劃旅遊，全腦圖譜可做為未來 進行大腦功能性研究的藍圖，以了解大腦是如何運作和下達命令，最後產生 各式生物行為。值得一提的是，隨著 2 年前「美國大腦活動圖譜計畫（ Brain

Activity Map Project ）」 以 及「 歐 盟 人 類 大 腦 計 畫（ Human Brain

Project ）」等大型計畫的啟動，以及近年來許多革命性創新基因工程與影像 技術的迅速發展，揭開神秘的大腦組成及功能的重頭戲已然拉開序幕。

林志勇

Cover Story

Ⅱ

清華大

學生物技術研 究 所博士，主要研究 果蠅的腦神經圖 譜，目前擔任孫金 生物科 技 商行 總 經理；專長為生物 組織影像技術；至

2015 年，發 表 國

際期刊或書刊共

9 篇。

圖一：卡哈爾手繪神經元圖譜。（Wikipedia）

523

開創全腦神經圖譜時代 現代神經科學之父卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal），在距今一百多年前使用高基氏體染色（Golgi

stain）技術，精細描繪出各種不同神經元的樣貌（圖一），奠定未來大腦微觀結構研究發展的基礎。

但是人腦中數百兆個連接點形成的神經網絡太過龐大，當代科學家遂把目標轉移到大腦系統相對比

較簡單且神經元結構相似的模式生物上，例如：使用電子顯微鏡或螢光光學影像系統等技術描繪果 蠅與老鼠的全腦圖譜。由於神經元軸索（neurite）或突觸的大小皆屬於奈米等級，所以使用連續

切片配合電子顯微鏡掃描再與 3D 影像技術整合的技術，可以建立最精細的網路圖譜（立體動畫：

http://youtu.be/-wq2WTRmeW4），但缺點是 3D 重建過程中所需要之影像對位不易進行，並 且會在影像擷取過程時造成樣品破壞，所以無法對樣品進行重複觀察。

另一選擇則是使用螢光光學系統，一次完整擷取神經網路影像，避免因切片導致神經元的破壞，然而 組織的非透明特性導致樣品觀察深度只能達約一百微米，成為此系統的主要應用限制之一。隨著近 幾年各種水溶性組織透視液（optical clearing reagent）的發明，這個問題已經逐漸被克服，例如：

Scale（2011 年由日本理化學研究所研究員濱裕等人所開發）與 RapiClear（由孫金生物科技公司

所開發），這些試劑在將樣本透明化的同時又可保留完整的生物結構，配合共軛焦顯微鏡（confocal Cover Story

microscopy）與抗體螢光的標定，腦內神經網路觀察深度可到達數個毫米。與 3D 影像重建技術整

合，可以完整呈現腦內神經圖譜的分布（立體動畫：http://youtu.be/RFeGg09CX_g）。

專家合力開發新技術

Ⅱ

為加速全腦圖譜的研究，哈佛大學教授利希特 曼（Jeffrey Lichtman）與薩尼斯（Joshua R.

Sanes）教授的團隊應用基因改造的方式，將

紅、綠、黃、青色等四種不同螢光基因植入老 鼠體內，使鼠腦神經元可進行隨機組合的螢光

圖二：彩虹腦老鼠之腦神經元網路影像。 （Maia Valenzuela, https://goo.gl/9PPfld）

蛋白基因表現，成功於 2007 年發展出「彩虹

腦（Brainbow）」老鼠。藉由隨機表現出不同 顏色的配對原理，科學家有機會可一次區分出 數十到上百顆神經元樣貌，比起過往每次實驗 只能追蹤記錄一至二顆神經細胞的形態要快許 多（圖二）。

另一方面，冀望能了解各神經元內的所有基因 圖三：鼠腦於 CLARITY 處理前（左）；鼠腦於 CLARITY 處理之後浸漬於 RapiClear CS 試劑達到全腦透明（右） 。 （作者提供）

524

表現概況，史丹佛大學教授代塞爾羅思（Karl

Deisseroth）團隊利用多聚甲醛（paraform-

aldehyde）會在丙烯醯胺（acryl-amide）及

用光與化學分子控制大腦！ 要解開大腦之謎，就像是要了解一支機械式或電子式手錶一樣，其中一個方式就 是將它全部拆解，了解每一個零件例如齒輪或電阻的位置與特性、零件間如何連 結、與局部迴路的功能。近十年來，神經科學已進入研究腦區間交互作用的聯結體 （ connectome ）時代，傳統研究神經元一對一的神經傳導的進展過於緩慢，且較

難了解其與生理行為的因果關係。但今日結合光、化學與基因工程產生的新技術： 光遺傳學（ optogenetics ）與化學遺傳學（ chemogenetics ）使大腦聯結體的研

究速度大幅提升。

光遺傳學─利用光操縱大腦及行為 史 丹 佛 大 學 教 授 與 神 經 學 家 代 塞 爾 羅 思（Karl

Cover Story

Deisseroth）、博依登 （Edward Boyden）在 2006 年的《自然神經科學》（Nature Neuroscience）期刊

連正章

陽明大學神經科學

研究所教授，近年利用光遺 傳學與化學遺傳學致於瞭解

Ⅲ

神經系統的神經訊息傳遞。

上發表了一項驚人成果，他們將藍綠藻上發現的光敏感 性離子通道（圖一）表現於神經細胞後，便可藉由照射 藍光來興奮神經細胞。這項技術稱為光遺傳學，已廣泛 用於往後的神經科學研究。

侯文賢

陽明大學神經科學

研 究所 博士生，致 力於了解 大 腦中杏 仁核 局部迴 路與 情緒及行為之間的關聯性。

王凱誼

陽明大學神經科學

研究所碩士班學生，利用化 學遺傳學技術探討齒狀迴中

ChR2

苔蘚細胞對學習記憶的重要 性。

高敏華

陽明神研所碩士班

畢業，大學就讀 交 大生物科

526

技 學 系，學 業 外，一直 都 很

圖一：藍綠藻照光之後活化光敏感性離子通道而開始移動，從

喜歡塗鴉畫畫。

其中抽取之 ChR2 基因被應用在光遺傳學。

興奮型

抑制型

K+

藍光

ChR2

圖二：光遺傳學中使

黃橘光

NpHR

H+

Arch

用的興奮 型陽離 子 通道 ChR2（左）；抑 制型的 氯 離 子幫浦

NpHR（中）及 氫 離 子幫浦 Arch（右） 。

細胞膜

Na Ca H +

2+

+

Cl -

光 敏 感 性 離 子 通 透 蛋 白 依 功 能 分 為： 興 奮 型 離 子 通 道 —— 光 敏 感 通 道 –2（Chann-

低細胞的膜電位。

elrhodopsin-2, ChR2）與抑制型離子幫浦──

科學家們將原本只有藻類或細菌會表現的光敏

嗜鹽視紫紅質（Halorhodopsin, NpHR）。只

感性蛋白，藉由遺傳學的原理與病毒轉染的技

要給予不同波長的光刺激，就會對細胞產生截

術── 將病毒作為載體，把光敏感性離子孔道

然不同的效果（圖二）。

或幫浦的 DNA 轉染至神經細胞內。待光敏感性

離子孔道或幫浦表現於神經細胞膜上，就可以利

ChR2 是 一 種 陽 離 子 通 道， 在 接 受 藍 光 刺 激

之 後 孔 道 便 會 打 開， 使 氫 離 子、 鈉 離 子 與 鈣

用特定的藍光或黃橘光來激發光敏感性孔道或

Cover Story

Ⅲ

幫浦蛋白，進而改變神經細胞的活性 （圖三）。

離 子 流 入 細 胞， 進 而 造 成 神 經 細 胞 的 去 極 化 （depolarization），如果流入的陽離子足以使

突破傳統技術限制

神經元去極化的程度達到動作電位的閾值，則會

一般活化突觸、檢視神經傳導的方式，是透過

使神經細胞產生動作電位。另一方面，抑制型

給予細胞外電刺激，使突觸前神經細胞產生動

的 NpHR 為氯離子幫浦，在接受黃橘光刺激之

作電位而釋放神經傳導物質，在突觸後神經元

後，藉由使負離子流入神經元中以降低細胞的膜

上便可記錄神經傳導產生的膜電位變化。然而，

電位，造成細胞過極化（hyperpolarization）

傳統細胞外電刺激無法準確刺激某一群特定細

而大幅降低產生動作電位的可能性。除了較常

胞。光遺傳學能讓我們排除前述問題，研究局

見的 NpHR 外，另一種能使神經元膜電位降低

部神經迴路中的訊號整合與傳遞。

Arch），受光刺激活化的 Arch 能將帶正電荷的

過去常透過腹腔或大腦注射藥物的方式（傳統

的氫離子幫浦稱作古紫質（Archeorhodopsin, 氫離子以主動運輸的方式排出細胞外，因而降

藥物學）來活化或是抑制特定核區，以研究大

527

讓 Maker

最 近 有 一 群 人， 熱 愛 自 己 動 手 做，這群人熱衷於實踐、樂於分 享與交流，他們是「創客」。 還有另一群人，藉由網路直接參 與科學家的科學研究，這樣的科 學被稱為「網路公民科學」。不 僅能夠協助科學研究進行，同時 也能提升大眾科學水平與素質。

532 SCIENCE MONTHLY 2016.7

遇上網路公民科學

534-535

創客時代所需的計算思維與科技教育

536-537

科學 Maker 與公民科學計畫

538-539

尋找生命的價值—臺灣野生動物路死觀察網

540-541

彗星獵捕手

542-543

螢火蟲氣象網—網路公民科學在氣象觀測的應用

544-545

LASS 的理念與經驗分享

546-547

LASS 的下一步：從環境感測到環境教育

548-549

3D 列印應用在科學教育的經驗分享

Vol.47 No. 7

533

張昭鼎紀念 研 討 會 專 輯

創客時代所需的計算思維與科技教育

“

23'

2016

我們必須做的是找出一條完全 不同路。教育系統需要的不是 修正微調，而是徹底改變。

”

資訊科技的快速進步，創造出史無前例的里程碑。

在網路上公開分享程式碼與硬體設計藍圖。因為

有取代人工的機器人，打敗圍棋高手的人工智能，

進入門檻低，老少皆宜，還可結合各種興趣，乃

絢麗繽紛的虛擬世界。但是在 60 年前，電腦是

至於創業。

原因，是摩爾（Gordon E. Moore）在 1965 年

放眼未來，智慧化的趨勢和創客活動將進一步改

所觀察到的現象，也就是所謂的「摩爾定律」：

變教育與社會。人工智慧將進一步取代白領階級

半導體晶片的電晶體密度，每 2 年就成長為 2 倍。

的工作，不只是工廠，連金融、服務，甚至教育

2 倍。史上還有哪個科技成就是如此快的指數成

務、智慧生產技術的公司有可能富可敵國，掌握

用來計算航道和設計武器的尖端科技。這幕後的

其實後來成長速度還加快了，每 1.5 年就成長為

業也會大幅受影響。因此掌握資訊科技、網路服

長呢？

這種技術的國家有可能控制全世界，財富集中的 問題可能日益嚴重。

不只運算能力，資訊容量和網路速度皆以指數成 長，造就了大數據和物聯網，讓今天的創客輕鬆

所以計算思維和科技教育，是這個時代特別重要

做到上世紀科學家、工程師難以想像的事。自動

的「通識」，不只是資訊從業人員要懂電腦，各

化生產和分析，資訊傳播的迅速普及，人才與商

行各業的人都需要具備與電腦合作的計算思維，

業行為全球化，關鍵都在於資訊科技，因此資訊

建立無可被電腦取代的專業能力。同時，科技教

科技成為國家競爭力的重要關鍵。

育應讓人理解科技對世界的衝擊，關切資訊科技 的民主化，避免資訊科技被用於壓迫個人。這也

創客的興起可說是應運而生的自發過程，當科技

是我們為什麼要在這個人人都可成為創客、做出

普及到人人都能使用科技進行創作時，自然就會

各種美好事物的時刻，要嚴肅看待科技教育。

有很多人開始交流、形成創客聚落文化。創客不 只是科技文化，也是一種「做中學」的教育文

談計算思維或科技教育，眼光應放遠，應強調在

化，重視發明、改進現有科技，藉由社群去展現

本質上提昇教育的層次，而非僅將知識和技能灌

與分享創作成果。因此各地舉行盛大的 Maker

輸給下一代。如同羅賓森（Ken Robinson）在

Faire，平時同好聚集在 Maker Space 共同創作， 534 SCIENCE MONTHLY 2016.7

《讓天賦發光》書中所說：「大多數已開發國家

張昭鼎紀念 研 討 會 專 輯

23'

2016

的公共教育系統依然和十九世紀中葉時差不多，原本只

的重點是學習計算思維、邏輯、應用能力，並不是為了

是為了滿足工業革命後的大量勞工需求，而設計架構則

培養資訊人才，而是為了讓下一代準備好面對資訊科技

以『大量製造』為基本原則」「我們必須做的是找出一

所帶來的大衝擊。而資訊教育的內容和形式，也可以隨

條完全不同路。教育系統需要的不是修正微調，而是徹

著科技的進步和創客活動來加以改變和翻轉，讓學生懂

底改變。」

得取得資訊和自學。

將創客文化廣泛引介到教育中，利用創客「做中學、學

對於真正的創客而言，充滿未知數的未來世界是有趣

創作、樂分享、多交流」的精神，有機會顛覆標準化教

的，這些未知數代表學習和創新的機會，他們在新時代

育。在創客世界裡，沒有標準答案，科技隨時在進步，

將如魚得水，而那些習於遵循規則、喜歡穩定的人們可

今年的創意作品，明年就落伍，學生和老師要設法自學

能難以適應多變的未來。或許作為長輩和教育工作者，

來跟上時代。因此創客不只是取代工藝課，更可在各類

在這個創客時代，能重新檢視自身的框架，學習創客精

課程中採用創客精神來打破陳腐的傳統教育，讓學生思

神，同時鼓勵年輕人勤於思考和自學，切莫把各種自以

考和學習如何創新，而非只會記憶背誦。

為是的包袱強加在下一代的身上。這樣我們才能不懼怕 改變，讓具備思考和自學能力的下一代，利用計算思維

若要將創客精神深植到臺灣的教育文化，首先學校老

和創客精神，去適應和改變這個社會。

師、政府官員、各界人士都要跟上時代，具備創客精神， 理解計算思維和科技趨勢，才能蔚為文化。我聽過很多 大人宣稱自己是電腦白痴，不願學習，這樣如何以身作 則引導下一代呢？世界先進國家推動資訊教育，針對所 有人，例如 Google 做了許多簡短的教學影片，採用實

際範例和日常用語，讓不懂資訊科技的聽眾也能理解計 算思維。

目前研議的十二年國教的課綱中，雖已加入資訊課程的 規劃，但我們必須進一步釐清楚其目的。基礎資訊教育

洪士 灝

任教 於 臺 大

資 訊 系，密 西 根 大 學 博士，鑽研電腦效能、 應用、安全，關心教育、 產 業 和 社 會，愛 好 閱 讀、寫作。

Vol.47 No. 7

535

張昭鼎紀念 研 討 會 專 輯

23'

2016

的理念與經驗分享 LASS

LASS（Location Aware Sensing System）是一個社群，以 開源公益非營利的形式，設計與實現環境感測系統，藉由 網路鄉民大家合力，以公民科學的型態，進行環境感測等 相關的活動，希望能對周圍的環境，給出具體的幫助。

統開發，做出獨有的感測器。而在幫助自己做 好想要觀測的同時，也藉由開放的資料與開放 的設計方法，將資料分享給更多人。

目前空汙觀測網：http://g0vairmap.3203.info/map.html 網站：http://lass-net.org/ 社群：Facebook ──「LASS- 開源公益的環境感測器網路」

LASS 與網路公民科學 我是 LASS 的創辦人──哈爸（許武龍）──其

實我原本並不懂何謂網路公民科學，甚至聽到

LASS 的願景 LASS 的願景來自哈爸腦海中突然蹦出的一個希 望，就是各式各樣的環境感測值，能夠很容易 在地圖上顯示與查詢，並藉由盡可能的開源與 開放，讓所有人都有能力自製所需要的感測器， 並且完全開放所有資料，造福所有的使用者。

這個名詞還是最近的事情。但是其實 LASS 做

的事情，完全符合網路公民科學的特性，似乎 是很神祕的巧合，但是仔細 思 考 後， 其 實 這 不 只 是 個巧合，原因是 LASS

的願景在目前的社會 結構上，只能靠更 多 人 自 願 參 與，

為了讓每個人都有能力自製感測器，我們需要 盡可能地完成大部分的系統設計，使用每個人 都可以買得到的零件、讓所有的軟韌體都開源， 不需要開發系統，只需要跟著手冊，按步執行 即可做出感測器。而後段的資料系統，網站網 頁，會貼心地進行資料收集、分析與顯示。

感測器是非常多元的，每個人對想要感測的目 標是不相同的，為了讓每個人能將感測器改成 自己需要的功能，我們特別著力在系統的規劃 與設計上，讓更換感測元件單元化、模組化， 讓所有人能按照指引的步驟，很容易地進行系

544 SCIENCE MONTHLY 2016.7

出錢出力才有可 能 達 成， 完 全 符合公民科學 的 緣 起， 而

張昭鼎紀念 研 討 會 專 輯

唯有借用目前網際網路的連結與串聯，才有辦法加速的成 形，所以在我們專心於願景實現的同時，自然而然就是在 實踐網路公民科學，只能說是個美麗的巧合！

23'

2016

或許您覺得 LASS 理念很好，但是只是空談？是的，

去年 6 月，哈爸開始進行設計的時候，也是這麼覺得， 有可能但是否太虛幻與遙遠。那時候，哈爸相信對的

事情，好的事情就該被發生，給出自己的貢獻、盡一

LASS 做了什麼？

份心力，至於好事何時能到來，就看有沒有緣份了。

觀察與感測是科學研究的第一步，感測著重在後續的 資料分析與對一些原有假設的實證。LASS 社群也是非 常重視資料的分析、整理與呈現，試圖讓感測到的資 料能說話，帶領我們取得原本不知道的科學知識。單 感測器在網頁上的顯示歷史資料，全域地圖上的感測 顯示、資料的對比呈現，資料庫整理與後端統計分析 系統的接入，都是社群持續在努力的部分。

我們除了 PM2.5 的感測外，也專注於發展更多感測上

的延伸，著手各種情境上的感測，比方說農業方面的

感測、山林中霧氣的感測、淹水的感測。讓大家都 能認為感測本身就是個有科學含量的主題，藉 由感測，我們可以更瞭解一點科學的現象，

令人訝異的，經過將近一年的努力，我們已經在全臺 各縣市有不少的觀測點。LASS 對臺北智慧城市的空氣 盒子也給出了一點幫助，算是完成第一個城市級的佈 建。我們也看到很多夥伴做出各式各樣的相容感測器， 在教育場域上，已經有很多的教案與教學實例，用來 教育著我們的下一代。以目前的狀態，原來的願景算 是小規模的實現了，LASS 跟好事算是很有緣份的。

大家一起來 有時間的話，務必看看我們的成果，加入我們的社群。 整個開源公益非營利的特質，目的是讓 LASS 給更多

人幫助，藉由大家的雙手，保護我們生存的環境，讓 這塊土地能夠永遠的美好！

藉由讓每個人都能做，老師也能有機 會帶著學生做，讓環境教育能更普及 在我們的下一代。讓大家都能參與、 去關心、觀察，自然能夠讓保護環 境的理念能夠更順利的推廣到每個 在這塊土地上的人們。

許武 龍

曾任為晶片設計公司

產品線經理、系統架構師，熱愛

Linux，熟悉嵌入式系統設計、 通 訊 系 統 以 及軟體 設 計。現 為

MakerPRO 社群顧問，主持「哈

爸 陪 你 問」線 上 QA、LASS 開

源公 益環 境 感 測器 網路、HOH

快樂玩開源硬體等開源社群。

Vol.47 No. 7

545

傑 出 學者專訪

「非典型」的中研院院士── 長庚大學醫學院廖運範院士專訪 作者 / 林翰佐 銘傳大學生物科技學系助理教授。

我國的「院士」，係指具有國際能見度，擁有最高的

擁有許多病友長期且持續性的追蹤病歷紀錄、血液以及病理

學術權威，足以代表國家最高水準的科技頂尖人物。

學樣本，始可對 B 型肝炎得以有系統的進行了解，從而提

院士的產生流程，首先由 5 位院士共同推薦或各學術

出對 B 型肝炎有獨創見解的醫學論述，終成為享譽國際的

機構向中央研究院進行推舉，然後經各組院士初審後

權威。

送評議委員會選出「院士候選人」，最後由兩年召開 一次的中研院院士會議中審查後投票，需獲本組院

相較於現代生物醫學的研究學者，廖院士終其一生並未以進

士三分之二及全體院士二之一以上同意才榮膺院士，

修方式取得博士學位，也未離開工作崗位遠赴海外，進行所

而且每組最多選出十人，是國家對科學家所授予之極

謂的海外交換學人研究。顯然他選擇了一條非典型，但似乎

高的榮銜。一位「典型」科學院士的產生，泰半從學

更能彰顯科學精神的路線。科學工作向來是孤獨的，在這踽

院派的碩博士學位訓練開始，畢業後以博士後研究為

踽獨行的過程當中，究竟

名，歷練於海內外著名的學術研究機構，終成為學術

需要抱持著怎樣的心境，

團體的一員，成一家之言，成為享譽國際的科學家。

做自己堅信對的事情？

如此綜般皆備，始具問鼎院士榮銜的資格。

由此觀之，本期《科學月刊》的專訪對象──廖運範 院士，目前任職於臺北私立長庚大學與長庚紀念醫 院，在養成的經歷上有些根本上的不同；廖院士為 國立臺灣大學醫學院醫學系畢業之校友，畢業後即投 身於臨床醫療工作。廖院士以「做個好醫師」自許， 在長庚醫院任職期間，致力於改進友善的就診環境， 建立長遠良善的醫病關係，也因為如此，廖院士得以

（林翰佐攝影）

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年輕時代的廖院士，除了繁重的課業以及臨床工作之外， 還做了些「看似不務正業」的工作；他翻譯了科學名人傳

在那年平均每人都大概翻譯了 100 萬字左右，精疲力竭， 整件事情就擱置了下來。

記大作《佛洛伊德傳》（現仍由志文出版社所發行），也 因為這樣的緣起，集結了一群志同道合的朋友，於民國 62

會促成雜誌的出版源自另一項契機。在那年，一位來自臺

年創辦了標舉「醫學、人文、本土」大旗的《當代醫學月

中某醫學院的醫科生班代跑來找我，邀請我到該校開授臨

刊》，寄望藉中文化的醫學發表平臺，達到推廣醫學新知

床消化系課程。在跟這位僅小我數歲的小學弟聊天之下，

以及發揚本土醫學、倫理的場域。此刊物曾一度成為醫學

我才理解國內醫學教育下存在著偌大的師資與資訊落差。

院生人手一本的輔助刊物，對於臺灣醫學從業人員的養成

這件事情後來在一次聚會當中談及，本著對這個社會的責

及進修，提供另一條知性，更容易為人所親近的管道。可

任感，我和一群因翻譯《佛洛伊德全集》而結識的醫科生

惜的是，這樣具有歷史傳承意義的雜誌卻在 40 年後，於

朋友就這麼將雜誌辦了起來。

2013 年悄悄畫上休止符。利用這次專訪的機會，《科學月 刊》想親自請教廖院士，談談科技專文中文化對學術養成

科： 當初你們如何設定雜誌的方向？

的重要性。 廖： 我們想出一本可以即時傳播醫學新知的中文雜誌，提

從當代醫學談起

供給醫學院的學生、住院醫師以及從業醫護人員作資訊交 流，閱讀及進修之用。所以我們所接受的稿件不要長篇大

科學月刊（以下簡稱科）： 當初您為何會創辦《當代醫學

論，而是經過去蕪存菁，加上本土色彩的教育性文章為主。

月刊》？

提倡「利用上廁所的時間，就可輕鬆閱讀一篇醫學新知」 的進修方式。

廖運範院士（以下簡稱廖）： 嗯！我想是「利他」吧！覺 得對這個社會需要盡一份的責任。這要從我在臺大醫院擔

科： 辦一本雜誌有很多繁雜的工作，能不能描述一下當時

任總醫師時說起，當時我們有一群具有熱情的年輕醫師，

的狀況？

利用工作之餘，共同翻譯了國外著名的內科學經典《赫里 遜內科學》。在翻譯過程，伴隨著臨床驗證，我們發現這

廖： 是的，在經費不甚寬裕的狀況下，許多事都要自己來，

些源自國外研究的描述，未必全然與國內臨床狀況相吻合，

所幸我的岳丈退休前從事印刷相關工作，除了得以透過門

像是有關肝癌的部分就與國內認知相去甚遠，便萌生了一

路尋求廠商以友情價進行編印之外，我的岳丈也擔任義工

個「國內的醫學界，需要一本以國內臨床研究為主的內科

協助進行校對工作。雖然當時我已經在臺大醫院完成總醫

學教科書」的想法。

師的訓練了，不過由於臺大那時候並沒有正式的主任醫師 編制缺額，所以只好提供我「兼任主任醫師」的職位，每

然而，當時的我們資歷尚淺，根本談不上撰寫一本教科書，

個月僅有 2000 多元的薪水。為了養家活口，還需要別處

所以如果先從中文的醫學雜誌著手，將臺大醫院當中臨床

兼差貼補家用，並撥空參與由當時內科部主任宋瑞樓教授

教學的點點滴滴收錄發表，也許日積月累，就能累積相當

主持的相關研究，回到家中才能開始雜誌社的社務、改稿

的資料作為後續內科教科書的基礎。不過想法雖好，我們

等編輯工作。在雜誌創刊的第一年，往往在每月 15 日出 Vol.47 No. 7

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刊前，都必須忙到凌晨 3 點才能上床睡覺，相當辛苦。好

廖： （笑）我已經沒有當年的豪氣了啦！

問我，事情太多做不完怎麼辦，我都會說：「只好犧牲自

從臨床醫師進入研究之路

在年輕時的我熱愛運動，自覺體力過人。現在年輕的醫師

己的睡眠了，不然怎麼辦呢？」 科： 我們很好奇的是，在這樣龐大的工作量之下，廖院士 科： 這樣優質的醫學中文月刊，在國內也有很好的迴響，

如何能堅持自己的研究路線呢？

是怎樣的因緣，最後決定停刊呢？ 廖： 嗯！我想，是因為當時候臺大醫院紮實的訓練，很自 廖： 唉！並不是經費上有什麼問題，主要是現在的年輕人

然地就想要追根究底。我的研究啟蒙老師宋瑞樓教授常說：

面對升等的壓力，這類非學術論文的寫作不是他們的選擇。

「當一位醫生啊，除了要有愛心，要不斷地念書，還要有

我們也曾經找過國內的醫學院校，希望他們能藉由某些內

研究心，要針對病人的問題深入地探究。」這句話深深地

部規章的修訂，像是修改升等規定要求候選人應有 1~2

影響我。對我來說，數十年來的看診工作都是研究的一部

篇這類醫學教育式中文文章的發表，彰顯醫學服務的社會

分，只不過我的研究對象是來求診的病友，我企圖追索這

責任等等，但並沒有被接受。近幾年優質的稿子越來越少，

些病理過程的發生原因，並嘗試著解決病人目前的問題。

總編輯跟我們都下海來趕稿，做得很辛苦啦！所以大家就 在 2013 年決定收起來，也算完成了它階段性的任務。

在當年，宋教授最早指派給我的是有關肝癌的研究，不過

科： 所以您認為，在未來這些專業知識的中文化，都沒有

當時肝癌病人大多發病晚期才來就診，往往兩三個月就往

其必要性了嗎？

生了，對醫生而言幾乎無能為力，太痛苦了。於是研究方

三個月之後，我就跟宋教授反應，不想再做這樣的題目了。

向就改由專注在病程當中較為前端的部分，針對肝炎進行 廖： 我認為中文化的教科書還是有其必要性的。在臺灣，

相關的研究。臨床上，肝炎的後續病程發展是具有多樣性

幾乎很少人專注在這塊上。使用中文化的課本，有助於學

的；有的人會持續發展成肝硬化甚至是肝癌，但大多數病

生對整門學問通盤及快速的了解。即便當年我們都參與原

人不會，我覺得這樣的問題很有挑戰性，便一頭栽了進去。

文教科書的翻譯工作，不過在教科書的使用上，閱讀自己 母語的速度仍是原文書的好幾倍。有些人會覺得，原文書

先前的醫界前輩曾說：「每一位病人的診斷，都是個傷神

的閱讀是學術接軌的重要基石，我也同意，不過未來還是

的研究。」從病人進入診間的問診開始，然後進行身體的

有很多機會接觸原文的東西，例如閱讀文獻等等，在基礎

診查，斷定病因之後還要藉由檢驗、用藥後回診的事後驗

知識的獲得上，我認為還是可以透過中文化的課本變得更

證，所以日常的臨床工作事實上就是一種研究。我常常調

有效率一些。

侃自己所做的研究其實一文不值，就是臨床工作而已。我 只是自許為一位稱職的醫生，認真協助病人解決問題，對

科： 也許我們可以來想想《科學月刊》跟「當代醫學」能

於病人身上看到文獻裡也找不到答案的問題，想辦法研究。

有進一步的合作？

病人因為相信我，所以我和病人的關係很好，從中建立長 遠的醫病關係。我有很多長達 30 多年的門診病友，這讓

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我能針對肝炎這類慢性疾病的全貌有長時間觀察的機會。

年的內科部住院醫師需派專人代表到病理部見習，為期 半年。這位具有「聯絡官」性質的住院醫師在內科部病

科： 像肝炎這樣的研究，除了臨床檢驗外，需要更深入

例討論會議當中，需要針對病人病理切片的部分進行報

的研究方法加以配合，您是如何整合這些研究資源的？

告。對當時身為住院醫師的我們來說，這是一個爛差事； 剛服完兵役的我們都急於在臨床上汲取經驗，不願多花

廖： 當年在臺大醫院師事宋教授的時候，實驗室就十分

時間觀察病理切片，所以只能以抽籤來決定。原本我以

重視病理樣本的收集，除了病人常規抽血的血清之外，還

為逃過了一劫，但抽到的同學耍賴拒不赴任，讓總醫師

有病理切片資料的建立與判讀。在住院醫師訓練時，臺

很為難，偏偏總醫師是我實習時很照顧我的學長，我沒

大醫院當年其實有個很不錯的制度設計，就是要求第一

辦法拒絕他的請託，礙著人情只好勉強接受。但是到了 病理部之後，大大拓展了我的視野。 相較於內科部，病理部對問題根源 有著更執著的追求，在醫學領域當 中，病理部等於是整個醫療行為上 最終的仲裁，凡事得實事求是，一 絲不苟。受訓期間，我被要求如同 其他的病理科住院醫師一般，獨力 完成 10 例解剖工作，並需要提交

非常完整的書面報告，事後發現， 這樣紮實的訓練是必要的。

在內科部送往病理部的檢體當中， 除了淋巴腺組織之外，最大宗的便 是肝臟組織的切片檢查（biopsy）。 肝臟切片的病理判定其實是複雜

的，往往需要跟宋教授（時任內科 主任）討論之後，才有把握在後續 的內科部病例會議當中報告，不過 宋主任對此十分在行，這段時間的

就 診 病 友的病歷 上 充滿 著檢 驗 數 據 以 及 廖院士親手 加註的各項 重點，足見對廖院士對 每位病友的用心。 （林翰佐攝影）

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書

摘

書名｜《人

體結構與疾

作者｜奈良

信雄

病透視聖經

譯者｜程永

佳

出版社｜大

是文化

出版日期 ｜ 2016 年

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4月

》

書

《大腦》

摘

大腦的神經細胞從出生後就不會增加，但是就算如此， 出生時人類不會的走路、說話及解決複雜的問題等，卻 能隨著成長而漸漸做到，就是因為神經細胞間網絡高度 發達所致。

人類的大腦，具備最尖端的電腦也遠

邁入中高齡後，神經細胞會漸漸損壞，但裡面的網絡發

遠不及的資訊處理能力，但是直到目

達程度卻不會跟著下降，只要不生病，智能就不會降低。

前為止，我們還沒有解開大腦的全部 謎團。 腦的重量：1300~1400 公克 大腦皮質的神經細胞數：約 140 億個

由左右大腦半球組成

腦脊髓液：約 150 毫升

大腦分為左、右大腦半球，中間以胼 胝體相接，整個大腦皆有大型的皺褶 （腦溝），用來增加表面積。從大腦 剖面圖中，可以看見表面有一層顏色 較深的部分，這裡被稱為灰白質（大 腦皮質），有神經細胞集中。內部顏 色較淺的部分叫白質（髓質），其中 分布著神經細胞延伸出的神經纖維。 從內側依序算起，大腦一共被三層膜 （腦脊髓膜）所覆蓋，分別為軟膜、 蛛網膜、硬膜。大腦裡面有四個腦室： 左右腦半球裡各一個側腦室，以及第 三腦室和第四腦室，腦脊髓液在其內 循環。 做出人類的行動 神經系統由中樞神經系統與末梢神經 系統組成。中樞神經系統由腦與脊髓 組成；末梢神經系統由出入腦的腦神 經與出入脊髓的脊髓神經組成。腦由 大腦、小腦、間腦、中腦、橋腦及延 髓組成，大腦為中樞。

圖一

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