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科學人雜誌, 九月

科學人雜誌, 九月

出版社 : 遠流出版事業股份有限公司

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內容簡介


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?
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