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科學人 9月號/2018 第199期

科學人 9月號/2018 第199期

  • 雜誌名稱:科學人    新功能介紹
  • 刊別:月刊
  • 出版地區:台灣
  • 語言:繁體中文
  • 出版日期:2018/08/28
  • 定價:280
  • 優惠價:95266
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優惠組合

 

封面故事

腦中第七感

過去一直以為免疫系統和神經系統不相往來,
但兩者的功能其實緊密相連。

撰文/吉普尼斯(Jonathan Kipnis)
翻譯/謝伯讓 

數十年來,解剖學教科書告訴我們,身體中最複雜的兩個系統神經系統和免疫系統,其結構和運作方式幾乎毫不相干。傳統知識認為,神經系統負責指揮身體的運作,而免疫系統負責防禦和保護身體。在健康個體身上,兩者功能從不交疊,只有在某些疾病或外傷發生時,免疫細胞才會進入腦中並展開攻擊。
但近年一些新的研究發現,推翻了先前對這兩個系統的了解。越來越多證據指出,無論個體生病或健康,神經系統和免疫系統都保持互動,例如當腦部受傷時,免疫系統會提供支援;免疫系統也可幫助大腦面對壓力,並協助許多重要認知功能,例如學習和社交行為。
此外,免疫系統在保衛身體、偵測體內微生物之外,也會把訊息傳遞給腦部,就像我們的眼睛和耳朵會把視覺和聽覺訊息傳遞給大腦。換言之,神經系統和免疫系統互相交流的程度遠比我們過去所知的還頻繁,甚至可說是緊密連結。
在神經免疫學這門新興的研究領域中,科學家目前所知只能算剛起步。但已經確定的是,腦部對於免疫訊息的反應,以及免疫訊息對大腦迴路的控制和影響,不但是我們了解許多神經疾病(例如自閉症和阿茲海默症)的關鍵,也有助於我們發展新療法。我們治療這些神經疾病時常常遭遇挫折,因為大多數藥物都無法穿越血腦障壁進入腦部。神經免疫學的發現則指出了一個迷人的可能性:從免疫系統下手,可能會更有效。

神經免疫各司其職
中樞神經系統由腦與脊髓組成,共同指揮身體所有功能。由於腦負責的功能極廣,腦的基本運作單位是神經元,神經元佔據了腦部大約一半的空間,人腦中約有1000億顆神經元以及約100兆個連結(突觸)。
神經元與其他各種細胞(例如膠細胞)共同構成了腦實質(brain parenchyma),腦實質是負責處理龐大資訊的結構。其他重要角色包括了基質細胞(stromal cell),負責為腦實質提供物理性的支撐,此外還有內皮細胞,內皮細胞除了構成血管以提供腦部養份,還形成血腦障壁,阻止來自身體的各種物質進入腦部。
至於免疫能力,可分為先天免疫力(innate immunity)和適應性免疫力(adaptive immunity)。先天免疫力比較原始,是身體對抗病原體的第一道防線,大約是10億年前由某些細胞演化出來,可快速偵測並消滅病原體、但較缺乏精確度的免疫能力。先天免疫力會啟動發炎反應,讓白血球齊聚於感染部位,分泌蛋白質來誘發熱和腫脹以限制並破壞病原體。
適應性免疫力則是較晚演化出來的機制,主要是藉由T淋巴球(或稱T細胞)和B淋巴球來辨識特定病原體,並發動相對應的標靶攻擊。
 

編者的話

讓科學光芒普照

絕美杉林溪,今年8月中旬第21屆吳健雄科學營在此展開。150位高中生學員分別來自台灣、香港、馬來西亞和中國大陸,再加上12位教授、37位高中教師以及35位輔導助理,圍繞著四位講座大師,共享國際上少見的六天科學盛宴。我有幸自首屆即參與,年年受益。
在美國加州大學柏克萊分校教了50多年書的沈元壤院士,先由柏克萊校訓"Let there be light"(讓光芒普照)談起人類對光的認知歷史。2000多年前柏拉圖和歐幾里得竟不約而同認為我們之所以能視物,是源自眼睛中射出的火光!牛頓主張光是粒子,馬克士威則認為光是波動。沈元壤以簡明的方程式逐步帶領大家由光的二象性、量子紀元到雷射的興起及應用。雷射創下了地球上的最大壓力、最高溫及最低溫,也依之偵測到宇宙的重力波。
剛滿50歲的葉軍院士是沈元壤讚不絕口的光學大師,他細述如何以雷射創造超冷原子,並製作出世上最精確的原子鐘,精密度可達10-19。也就是以之度量地球的46億年歷史,誤差將小於一秒!結合精密計量及量子物理,我們既可探究複雜的量子系統,也能檢驗自然界的基本定律,並探索新物理及發展意想不到的新應用。
去年7月,我初訪位於中國深圳的華大基因公司,這家公司是全球基因定序的龍頭,在那裡我看到前所未見的宏偉生物產業。楊煥明院士是華大基因的創辦人及理事長,他以溫州腔吟詩似地歌頌〈美好基因,美好生活〉。他認為定序技術的發展,使生命變成序列化和數位化,為21世紀的生物學及醫學帶來革命性的進展。中國及美國都已啟動百萬人的全基因組定序計畫,也雄心宣示要為全球所有生物物種進行基因定序。合成新生命已是必然,但是伴隨的倫理考量尚待規範。
深陷官司已兩年半,仍被限制出境的翁啟惠院士當然是科學營的焦點。他深居簡出多時,我衷心讚佩吳健雄基金會有此勇氣與榮幸,邀請他來啟迪年輕學子,精闢的演講贏得多次滿堂彩。翁啟惠是醣分子的宗師,他發展的分子探針及醣晶片,可判別正常與疾病細胞表面的醣分子差異,並以之設計針對傳染病與癌症的廣效疫苗及新治療藥物。聽著演講,我也想著這期《科學人》的專題企劃〈全球迎戰傳染病新威脅〉,台灣社會仍要繼續禁錮可能是人類健康救星的翁啟惠嗎?
 

雜誌目錄

【關於封面】神經和免疫系統是身體中最複雜的兩個系統,新近研究顯示兩者在腦部相互溝通,司職個體對抗外來病原、調節壓力反應等重要功能。在腦中運作的免疫系統,儼然成為我們的另一種感官。

神經科學
32 腦中第七感
文/吉普尼斯(Jonathan Kipnis)
過去以為免疫系統和神經系統不相往來,但研究發現兩者的功能其實緊密相連。

數學
40 數的藝術品
文/奧涅斯(Stephen Ornes)
數學家與藝術家受到數學原理啟發,創作了圖像與雕塑,展現此領域的極度美感。

2018未來醫學
46 全球迎戰傳染病新威脅
 
48 都市與貧窮加速傳染病回歸
文/穆易爾(Melinda Wenner Moyer)
傳染病正以快速且猛烈之姿強勢回歸美國以至全球許多城市,追究根本原因,竟是日益擴大的社會貧富差距和因應都市化而生的建築設計所致。

62 氣候變遷讓傳染病更難預測
文/帕什雷(Lois Parshley)
氣候變遷加速了人與動物的流行疾病的傳播,也讓科學家發展預測疫情爆發的模型變得更加困難。

公共衛生
72 登革熱的燎原之火
文/龐中培
蚊子分佈的範圍隨著全球暖化持續擴大,登革熱這種藉由蚊子傳播的疾病,正一步步威脅著更多人。

76 全球滅蚊行動
文/斯特利克曼(Dan Strickman)
全世界的科學家正以新殺蟲藥、誘捕法和遺傳工程技術對抗蚊媒傳染病的擴散。

能源科技
82 智慧電網也要配合天氣
文/費爾雷(Peter Fairley)
新的電網規劃必須考慮天氣變化、分析巨量天氣資料,適當建置電廠與輸電線路,再生能源才有機會成為發電主力。

心理學
88 反科學的心理學
文/肯瑞克(Douglas T. Kenrick)、科恩(Adam B. Cohen)、紐柏格(Steven L. Neuberg)、查迪尼(Robert B. Cialdini)
總有人質疑氣候變遷及物種演化的真實性,若想說服他們改變主意,得要扭轉他們一些根深柢固的認知偏誤。


科學人觀點
6 萬物皆有數,能數才能活!
文/曾志朗

總編輯的話
8 讓科學光芒普照
文/李家維

10 讀者論壇
   
12 科學人新聞
沉積岩富含氮
噪音讓毛毛蟲反應變慢?
伐木與美洲豹共存之道
宜家機器人
具有真實感受的義肢
口渴讓蚊子更愛吸血
清查生物總量
一覽世界科技進展
從朋友圈看個性
線蟲上太空  

形上集
24 愛因斯坦的看法
文/高涌泉

教科書之外
26 資訊要去蕪存菁
文、圖/陳文盛

數往今來
28 連結數學、藝術與教育的橋樑
文/李國偉

網上世代
30 免費的公眾資源,誰維護?
文/莊庭瑞

專家看新聞
94 減碳關鍵技術
文/弗里曼(Madison Freeman)、葉連(David Yellen)

健康與科學
96 搶救受損聽力
文/華立斯(Claudia Wallis)

資訊世界
97 我的AI會打電話訂位
文/波哥(David Pogue)

真真假假
98 檢測你的23對染色體
文/薛莫(Michael Shermer)

反重力思考
99 最重要的小事
文/米爾斯基(Steve Mirsky)

生物手記
100 大蚊非蚊,溫柔不叮人
文/朱汶偵
 

內容簡介

《科學人》雜誌-全球科普雜誌第一品牌

自2002年創刊以來共11年榮獲出版界最高榮譽雜誌出版金鼎獎!身為全球科普雜誌的第一品牌,《科學人》一直領先報導全球最先進的科學脈動與產業趨勢,除生命演化及天文奧秘的探索外,也包括成就未來經濟創新的各種工具:「NBIC,Nano-Bio-Info-Cogno(奈米科技、生物科技、資訊科技與神經科技)」,及其聚合衍生的「長壽醫學」、「未來能源」、「淨化科技」、「即時通訊」、「人工智慧」及「前進太空」等產業趨勢內容。除了原Scientific American文章精確編譯外,台灣延伸企劃採訪篇章更佔40%以上,藉由淺顯易懂的編輯呈現方式,帶給產業精英、知識家庭、高中及大專院校師生最具未來性的知識力。

《科學人》雜誌即將於2017年2月滿15週年!15年來,在「廣」的方面,《科學人》月月帶給台灣讀者科學新知、科學新聞、重要科學研究;而在「精」的方面,《科學人》推出15週年特別獻禮:「博學誌」系列文集,滿足您在單一領域更深入、更全方位的知識渴望。

「博學誌」系列文集

問,時間為何物?(2016/9/20全新出版) 台灣大學物理系教授 高涌泉 專文導讀

窺探大腦(2016/10/20修訂版)  中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

發現天文之美(2016/11/20修訂版) 國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

掌握數位生活(2016/12/20全新出版) 台灣大學資工系教授 林守德專文導讀 活靈活現動物行為(2017/1/20全新出版)金鼎獎科普作家 張東君 專文導讀

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