Wednesday, August 10, 2016

第十三對腦神經!


有學過生物學的學生應該都知道,人有十二對腦神經。但是很可惜,這是一個過時的錯誤知識。人其實有十三對腦神經!!

這第十三對腦神經,叫作「終末神經」(terminal nerve)。他的功能非常特別,是腦中的第三套嗅覺系統。而更令人驚訝的是,幾乎沒有人知道它的存在。不要說一般人對它毫無所知,甚至連很多醫生或腦科學家也都沒有聽過這一套系統。

這一對「終末神經」,差點就讓所有教科書中的腦神經全部改名!它到底是何方神聖呢?以下就一起來看看它的發現歷史和生理功能吧!

顛覆神經科學知識的一條鯊魚

修過生物學或神解(神經解剖學)的學生,應該應該都背過類似這樣的十二對腦神經口訣:
一嗅二視三動眼,
滑車三叉六外旋,
顏面八聽九舌咽,
迷走十一副舌下。

解剖人腦時,如果把已經從頭顱取出的腦面對著我們,然後朝上翻轉九十度,我們就可以看到由上而下依序排列的十二對腦神經(如下圖)。其中最上方的第一對腦神經,就是嗅神經(olfactory),最下面的最後三對則是迷走(vagus)、舌下(hypoglossal)和副神經(accessory)。

由於所有的人類感官知覺幾乎都被這十二對腦神經給囊括解釋了,所以數百年來,學者們也都自以為這十二對腦神經就是全部的腦神經。



沒想到,到了19世紀末,人類引以為傲的腦神經知識體系卻讓一隻「鯊魚」無意間撞出了一個大破洞,我們對大腦的無知也終於原形畢露。

1878年,德國大學的生理與解剖學家佛瑞胥(Gustav Fritsch)檢視了鯊魚的大腦,結果發現在十二對腦神經的前方,竟然還有另一對腦神經,(下圖紅星處)[1]。


這個發現著實讓解剖學家們傷透腦筋!因為按照位置來說,這一對新發現的腦神經應該要叫做第一對腦神經才對,然後嗅神經應該要改稱為第二對腦神經,而且後面每一對腦神經編號,都應該要因此往後順移。但是如果真的把十二對神經的編號全部改變,那數百年來文獻中的腦神經使用名稱,就會因為和新的名稱不一致而陷入完全混亂的局面。

由於全面改動的代價實在是太大了,而且解剖學家也不確定人類究竟有沒有這一對神經,所以命名和改名的事也就一直沒有定論。

只是屋漏偏逢連夜雨,這一對腦神經也在 1905 年時於人類胚胎中發現 [2],而且稍後在 1914 年也於成人腦中發現 [3]。

由於人類腦中也發現了這對腦神經,學界對命名的問題終於避無可避,同一年,生物學家洛西(William A. Locy)才想出一個辦法,正式把它叫做「第零對腦神經」或是「終末神經」[4]。由於羅馬字母中沒有零的符號,這對神經有時也被稱為「第N對腦神經」(cranial nerve N)[5]。但是不知為何,至今為止許多教科書中仍然看不到這對腦神經的蹤影。


終末神經(第零對腦神經)的功能?

這套默默無聞的嗅覺系統,到底扮演著什麼角色呢?目前有些許證據顯示,這一套系統可能是與性行為有關的荷爾蒙偵測系統。

比方說,從解剖學的結構來看,終末神經的末梢位於鼻腔,但是其接收到的資訊並沒有傳到嗅球,而是連接到大腦裡面與性行為密切相關的「隔核」(septal nuclei)(如下圖)。




行為神經科學的研究也顯示,當雄金魚的終末神經被刺激時,就會立刻釋放精子 [6],而當終末神經被破壞時,雄倉鼠的交配行為則會消失 [7]。

美國國家衛生院的神經生物學家菲斯(Douglas Fields)還發現,終末神經除了偵測荷爾蒙,甚至可能還有釋放荷爾蒙的功能。他觀察到終末神經的軸突中有許多荷爾蒙,這些荷爾蒙會在神經末梢處釋放出來,並進入血液之中以調節生殖行為 [8]。

此外菲斯還有另一項發現,也大大突顯出終末神經的重要性。他在解剖鯨魚的大腦時發現,鯨魚竟然仍保有終末神經。鯨魚在演化的過程中因為重新回到海中,牠們的鼻孔,也就是噴氣孔,為了方便呼吸已經移至頭部的上側後方,而牠們也因為長期生活在水中,不常接觸到氣味分子,所以主要嗅覺系統和副嗅覺系統都已經喪失。

有趣的是,牠們卻仍然保有終末神經。這項發現可能顯示出終末神經有著極為重要的生存繁衍功能,因為鯨魚在演化的過程犧牲了前兩套嗅覺系統(嗅覺系統與副嗅覺系統),但是卻沒有放棄這第三套嗅覺系統,其重要性可想而之。(有興趣的瞭解另外兩套嗅覺系統的故事的話,可以參見我的新書《大腦簡史》。)

至於終末神經的重要功能究竟是不是透過偵測與釋放荷爾蒙來調節性行為?在人類腦中的終末神經是否已經失去功能?未來的研究很快就會為我們揭曉。


參考資料:

[0] 本文節錄改寫自我的新書大腦簡史》(貓頭鷹出版社出版)。博客來連結:http://www.books.com.tw/products/0010723238

[x] 九月和十月份的新書講座活動:https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLScnenU_5BS15caN_EC2Se8lpY2e3vZfi9VQagh7j90N_Xn0Rg/viewform

[1] Fritsch, G. (1878) Untersuchungen über den fieneren Bau des Fischgehirns mit besonderer Berücksichtigung der Homologien bei anderen Wirbelthierklassen. Berlin:Verlag der Gutmann'schen Buchhandlung.

[2] De Vries, E. (1905) Note on the ganglion vomeronasale. Proc kon ned Akad Wet 7: 704-708.

[3] Johnston, J.B. (1914) The nervus terminalis in man and mammals. Anatomical Record 8: 185-198.

[4] Locy, W.A. (1905) On a newly recognized nerve connected with the forebrain of selachians. Anat Anz 26: 33–123.

[5] Vilensky, J.A. (2014). The neglected cranial nerve: nervus terminalis (cranial nerve N). Clin Anat. 27(1):46-53.

[6] Demski, L.S. and Northcutt, R.G. (1983) The terminal nerve: a new chemosensory system in vertebrates? Science 220: 435–437.

[7] Wirsig, C.R. (1987), Effects of Lesions of the Terminal Nerve on Mating Behavior in the Male Hamster. Annals of the New York Academy of Sciences, 519: 241–251.

[8] Fields, R.D. (2007). "Sex and the Secret Nerve". Scientific American Mind 18: 20–7.

Tuesday, August 02, 2016

電玩的正面效益!


一提到電玩,大家的刻版印象應該都是暴力、成癮、近視、浪費時間等負面想法,但是電玩真的一無可取嗎?

專門研究電玩的認知神經科學家巴佛利爾(Daphne Bavelier),最近就在科學人上回顧了自己對於電玩之正面效益的許多相關研究。以下來幫大家整理並補充一些文章中沒有提到、或沒有仔細說明的部份:

巴佛利爾發現,熟稔動作類型遊戲的玩家,其認知能力與一般人的差異在於:

Monday, August 01, 2016

《大腦簡史》自薦文!


大家是否曾經感到疑惑,為什麼台灣原創科普書中,向來很少出現像是「自私的基因」或是「時間簡史」這種提出原創新概念、並且圍繞著單一理論而撰寫的大部頭科普書?

其實,台灣學界不乏妙筆生風、學識過人的高手大咖,但是,或許是因為長年的學界氛圍總是重視學院教育而非社會普及教育,因此較年長的前輩們通常對於科普這件事,要嘛不願寫、要嘛不屑寫,而年輕的學者們,要嘛不敢寫(怕被說不務正業)、要嘛不能寫(完全沒時間)。

Monday, July 25, 2016

《‪大腦簡史‬》新書預告!



大家應該都有注意到,最近版上的文章很少,為什麼呢?因為新書要出版啦!我的這本新書叫做《大腦簡史》,預計今晚或明天就可以預購,到時候再來正式推薦給大家。

現在呢,先來搶先分享一下新書的立體封面照,還有清大焦傳金老師的推薦序:

「自私的大腦」如何戰勝「自私的基因」

任何曾讀過劍橋大學物理學家史蒂芬霍金(Stephen Hawking)所撰寫《時間簡史》的人都知道,這是一本講述關於宇宙起源和命運的暢銷科普書籍,他用一般大眾可以了解的詞句和概念,來介紹天文物理學的 重要議題,包括黑洞和大爆炸等。

同樣的,杜克-新加坡國立大學認知科學家謝伯讓所撰寫的《大腦簡史》也用輕鬆詼諧的筆調,來介紹腦科學中的許多重要觀念, 包括大腦的演化、意識的產生等。

Friday, July 15, 2016

腦造影研究全面崩盤?


兩週前,PNAS 上的一項研究指出,十五年來將近四萬篇的「功能性磁振造影」(fMRI)相關論文可能都有問題(註1)!紅透半邊天的 fMRI 腦造影研究,真的只是一種即將崩盤的「新顱像學」嗎?腦造影研究是否會全面崩盤呢?

簡單快速的答案是,不會。那大家為什麼會喊的如此聳動?原文到底說了什麼?腦造影研究究竟有什麼潛在的問題呢?以下就來幫大家分析一下這其中的眉角。

1. 原文說了什麼?

PNAS 這篇文章其實出發點很單純,就是想看看 fMRI 真實資料中出現「假陽性結果」的機率(false positive rate)有多高。這裡所謂的「假陽性率」,就是看起來像是「真訊號」、但其實卻是由隨機雜訊所致的「假訊號」。

Thursday, July 07, 2016

2016 年最佳錯視競賽

2016 年的最佳錯視競賽結果出爐囉!

第一名的得主,是我之前在美國達特茅斯學院念書時的同學凱布洛維奇(Gideon Caplovitz,現為內華達州立大學教授)。在影片中,他把一堆光柵(Gabor)排列在一起,這些光柵在螢幕上的位置是故定的,唯一在變動的只有光 柵內部的紋理。但當這些光柵內的紋理以某些方式變動時,光柵們所形成的整體圖案看起來就好像是在旋轉扭動一樣。


第二名的得主,是日本明治大學的杉原厚吉(Kokichi Sugihara)。杉原教授之前就曾經透過錯位原理發表過不少精彩的錯視,這次的得獎作品也是採用類似原理,使得模型在不同角度觀看時會出現不同的形狀。



杉原厚吉 2010 年的得獎作品:



有興趣的朋友,可以看看最佳錯視競賽網站中的其他錯視連結,包括前十名的錯視影片、以及歷年來的入圍和得獎作品。

2016 年前十名: http://illusionoftheyear.com/cat/top-10-finalists/2016/
2015 年前十名: http://illusionoftheyear.com/cat/top-10-finalists/2015/

Sunday, July 03, 2016

飲用水含氟,你吞得下?


大家或許認為,飲用水含氟有益牙齒健康已經是科學認證的事實,但是實際上,飲用水添加氟對健康的確切影響,即使在科學界中也還是充滿爭議,相關的社會抗爭活動甚至有長達將近70年的歷史,而且至今仍未平息。

以下就幫大家整理介紹一下其中的爭議和秘辛。


科羅拉多褐斑

這一切根源,都要從約 120 年前開始說起。在二十世紀初期,美國科羅拉多州的科羅拉多泉市(Colorado Springs)和馬尼圖泉市(Manitou Springs)出現了許多奇特的病例。這些病人的牙齒上出現明顯的褐斑,而且通常都是發生在小孩身上。