把學習與技術直接導入腦的方式! Enhanced Training Through Neurostimulation

關於腦部的運作雖然還有很多未知，不過這抵擋不住人想直接跟腦溝通的欲望，以往的學習需要經由一次又一次的練習來讓腦產生特定的連接或運作模式，現在科學家已實驗發現，直接輸入已經訓練好的人的腦部運作模式可以增加學習的能力，實驗以模擬開飛機為例，在測試人員的頭上先戴上特製的感測與刺激的儀器，裡面包含了對頭部血液流量的變化，即時量測腦波EEG，並且利用導電膠把電極根頭皮接觸，導入電流(稱為Transcranial direct current stimulation (tDCS) )。

先收集好學會人的腦波，然後在實驗者身上一邊訓練的同時，一邊把學會人的腦坡經由tDCS輸入與利用EEG同時監測，這樣一來，發現了接受這樣直接刺激輔助學習的人，可以大幅增加學習效果，原本失敗率較高或操作不易的飛行操作可以較快學會。這技術暗示著即將要開啟了一扇很不可思議的門，用在好的地方可以協助腦部失去功能的的功能性回復，另一方面也有可能造成對人能力更多的人為控制，走向未知的未來。

為什麼抱著小朋友走小朋友就安心不哭了 ? ! 演化上的意義說明!

有帶過小朋友的朋友都知道，當小孩哭鬧時，只要抱起來走一走就會安靜下來了，哭鬧的情況會大幅減少。但是這是什麼原因呢，只是小朋友撒嬌嗎? 現在這秘密有了科學上的說明! 研究人員發現，當父母抱起幼兒的時候，幼兒的心跳會下降，像是一個反射動作。而在哺乳類上也很容易觀察到親代帶著幼兒移動的情形，像是獅子或老鼠會叼小獅子跟小老鼠移動那樣。而當這樣的情形發生的時候，哺乳類的幼兒都會安靜縮起來讓親代可以容易移動。研究人員以老鼠為對像，發現如果把小腦掌管用來判別姿勢的本體感覺或是觸覺加以抑制，這樣小老鼠在被移動的時候就不會表現出安静的反應(兩種感覺要同時存在才能激發副交感神經，讓幼兒變得安心)，而當母鼠要般移小老鼠時也會激烈反抗，讓運送過程花費很多時間。研究人員推論，在哺乳類這樣的安靜運輸反應是演化發展出來讓親代可以藉由這樣的反應快速的運輸幼兒逃避危險，有明確的生物意義。所以當下次小朋友又哭了，或許"輸送"一下小朋友，感受一下演化的神秘吧 :)

看透大腦與生物組織中分子與結構的新技術！See-through brains

傳統上對於細胞結構的研究常常只限於單層或數層細胞的觀察或是組織的切片，像是對哺乳類大腦這種複雜的器官沒有辦法可以看到有分子資訊細節的3D影像。最近有多種讓細胞透明的技術開始發展，希望能將組織浸泡之後便成透明來觀察整體的結構。這樣的技術現在已經開始成熟了！這影片介紹最新發表在nature上的新技術，可以讓細胞組織變的透明。原理是這樣，讓細胞不透明的東西組要是細胞膜的酯質，但是如果分解掉酯質也會讓細胞分崩離析，無法觀測，所以研究人員先用一種水膠（acryl­amide，丙烯酰胺）滲入組織，加入膠合分子形成三維的網路撐住細胞的結構後，再分解掉細胞膜，這樣一來細胞就變成透明的了。因為幾乎所有的蛋白質分子的資訊都還在原位（只損失8%，其他方式的透明會損失約40%的蛋白質），所以可以用各種螢光標定的方式來看整體大腦的連接，甚至可以追蹤單一條神經纖維的路徑。影片中展示出這種技術驚人的能力跟未來的價值。更重要的是，這樣的技術也可以用在其他的器官組織，讓人有機會真的在空間中看見組織跟分子的分布，相信會對基礎生物研究給出很大的貢獻！

看著銀河前進的糞金龜! Dung beetles, survival is written in the stars

人會看著天空星座想像很多奇妙的事情，但是這樣的天空不是只有人看著，所有的動物也看著...最近研究發現原來看著天空銀河的還有努力滾動的糞金龜(Dung beetles)。研究發現糞金龜在滾自己得到的糞球的時候能維持走直線，雖然看似簡單的事情越很不合理，因為金龜身體一直滾來滾去，能保持直線移動幾乎是不可能的事情，是怎麼樣的平衡跟認知系統才能做到呢? 這麼祕密最近被發了-現原來關鍵出在天空的銀河! 雖然不一定能看見個別星球，不過銀河的這條天空的亮帶就是指引糞金龜直線移動的羅盤。研究人員發現原來糞金龜是看著銀河的走向來移動，在實驗室中也成功利用模擬的銀河投影來引導糞金龜的運動! 當然，這研究也說明了，即使在簡單的生物或是神經系統裡，生命還是有辦法把看星星來移動這樣優雅的事情寫入生命裡!

看見腦的連結! Diffusion Tensor Imaging (DTI) and high definition fiber tracking (HDFT)

大腦是一個複雜的器官，由外層皮層(灰質,細胞本體)跟內部的白質(神經連接)所組合，以往腦所做研究很大一部分是研究腦的皮層，觀察研究各種腦波與腦的活動，了解哪部分的腦區所掌管的工作工跟功能，但是對於神經相互間的連接，也就是白質的結構，所知甚少。近一兩年的影像技術開始可以讓人看清楚腦裡面的神經是如何連接，所利用的技術是用核磁共振造影(MRI)來觀測水分子在白質區域內的擴散行為，稱做Diffusion Tensor Imagin(DTI)。主要的原理是水分子的擴散會改變水分子在磁場下的排列整齊度，進而減弱收到MRI的訊號，所以只要加上不同的磁場激發設計，就可以找出水分子在不同方向的擴散能力的不同，如此一來，如果水是存在神經纖維裡，裡面的水因為細胞膜的局限會有特定的方向容易擴散，所以就可以利用這種方式把水的擴散能力資訊轉成神經纖維的空間連結資訊。下面的影片介紹了目前能達到的效果，影片中在腦瘤周圍的神經纖為都可以被清楚的看出。這樣的技術一方面可以擴展對大腦的了解，一方面也可以在神經外科手術或是神經修復治療上提供更完整的資訊，讓醫生們擁有正確的地圖去完成對腦的手術或治療!

網路讀心術! How the internet can read your mind

網路帶來便利的生活，越來越多的網站能夠提供每個人各人化的資訊服務，漸漸的網路的角色已經改變，不再是被動的資訊來源，而是變成了能夠主動讀取使用者的資訊來提供服務，而背後的原理是什麼呢? 以facebook為例，雖然只有6%使用者提供所在地點，但是經由分析相處朋友中友透露所在的位置得資訊，超過2/3的使用者的位置可以被粗略定位出來。又如同人際關係，雖然很多沒有沒有真的加為朋友或是隱瞞關係，但是可以經由簡單的朋友關係推論， A是B的朋友, B是C的朋友，C是A的朋友的機率就比較高，經由分析所有的朋以關係後用機率計算，就可以找出可能隱藏的人際關係。又如同一個人使用的文字會透露各種性別，政治與性格頃向，利用朋友間物以類聚的簡單分析，就可以很大的比例成功辨識出一個人的各種頃向，即使這些資訊本人沒有透露這些訊息。以好的方面來看，這些資訊可以讓網站或是其它有心的朋友在合適的時候提供資訊協助，以壞的來看，這些資訊如果被誤用，就會讓各種詐騙操弄等不好的事情多了很多有機可乘的機會。這些事情已經發生，所以社會制度與教育都必須發展出新的規範與教育方式來迎接這樣的社會模式，來讓網路能更合理的發展跟融入生活!

為什麼做夢? -生命的預演 Why do we dream?

每個人都有過不同的夢境，不管是好或不好的情感總會悄悄在夢裡某個時刻出現，那為什麼人會做夢呢? 這問題一直是科學的謎題，不過越來越多的證據說明夢是大腦為了生存而準備的某種預演，像是喚起需要處理的壓力情感，讓人可以再夢裡預習相似的壓力，思考面對的問題。不管是生存壓力或是情緒壓力，讓神經可以早點找到問題的答案。夢境過程中用到的神經一樣可以讓神經訓練學習，夢中練習新的建立的神經網路，讓學習的記憶可以固定下來。這樣的睡眠與夢機制也許是大腦慢慢發展出來一種讓生物能更適應環境的方式，所以在其它的生物上也可以發現作夢這件事情。一些研究也顯示夢境的組合是基於感情上的連接而不是邏輯的連接，所以常常能做不合邏輯的夢，即使很不合理，在夢的當下不覺得哪有問題。之前新聞也介紹過很多跟夢有關的研究報導，知道這些夢相關的科學研究，或許下次做噩夢的時候能讓更正面的看待經歷的夢跟要面對的問題!



另外同的的神經過程也會發生動物身上喔 :)



“白日夢”不白做 研究發現有助鞏固記憶
如何馴服你的噩夢
研究：發呆恍神 讓人更聰明
專家稱睡眠可為記憶預留空間
美科學家稱記錄夢境有望變成現實

猴子的禪定- 神經回饋的動物模型! Neurofeedback and sensorimotor rhythm in momkrys

在很久以前人就已經發現經由監測某些本來自身不能感覺的生理訊號，人有能力影響調節一些本來不能控制行為，像是神經緊張或是腸胃的蠕動等。這樣的方式叫做生理回饋(biofeedback)，目前已經被用在臨床的治療上。同樣的概念，如果可以監測自己的神經訊號然後接著控制神經訊號，這樣所達成的回饋就叫做神經回饋(neurofeedback)，目前有開始用於治療像是過動症或是憂鬱症等問題。但是在神經回饋的治療，因為影響的因素很多，所以確定的療效還一直有爭議。 這影片介紹的研究是利用對猴子的制約來讓猴子學會神經回饋。利用電極監測猴子的腦電圖electroencephalogram (EEG) 訊號，當腦波可以發出12-15Hz的訊號時 (這頻率的訊號稱為 sensorimotor rhythm (SMR, 12-15 Hz)與禪定時人發出的腦波頻率類似) 就給猴子棉花糖吃。 經由這樣的回饋，實驗的猴子就學會了讓自己的腦波可以保持在類似禪定的狀態，這時候的猴子看起來又專注又安詳。 這個研究的價值是發展一個沒有人為干擾的動物實驗體系，一些像是安慰劑效應或是人為言語互動烤能造成影響可以被排除。或許以後有更多關於神經回饋有用的資訊可以在動物的實驗上得到更好的回答!


學術文獻

美麗臉龐與鬼怪臉的轉換錯覺! Illusion turns pretty faces into gargoyles

好奇的朋友一定自己偷偷做過這樣的實驗, 當盯著一件東西看的時候, 周圍的景象會慢慢轉變, 甚至開始模糊流動. 目前知道人要感覺到正確的視覺資訊必須不停地更新看到的影像,移動視線. 但是其中的機制細節: 實在的光學資訊怎麼在腦中被解重建還有很多不清楚的地方, 也很多研究正在進行, 像是利用分析MRI資訊重建人眼看到的影像等等.. 下面這影片開了人的視覺機制一個玩笑, 到底看到的人是美或是醜只決定看自己的眼光放哪裡. 影片的看法是盯著中間的十字看不要移動眼光, 然後隨著影片的進行, 就會看到特別的東西了! 到底關於眼睛所看到的美與醜的真實存在什麼地方呢 ?

催眠或是科學 ? 軟化身體的魔法!

柔軟度較高的身體不僅可以增加身體的活動範圍, 減少預防一些運動傷害, 也可以避免下背痛等疾病. 但是現代人容易缺乏運動, 所以關節的柔軟度往往隨著年齡跟生活習慣而下降. 傳統的增加柔軟度的方式不外乎是常常做適當的伸展運動, 但是常常一不小心就忘了. 這影片是日本電視介紹的一種瞬間增加身體柔軟度的方式. 方法很簡單, 只要在太陽穴跟臉頰交替按摩十秒, 就可以讓身體變的柔軟, 影片中實驗的人在身體前彎的測試中都增加了大約五公分的下彎距離. 雖然只是暫時的效應, 到底是一個催眠騙局還是反應著身體某些秘密? 有沒有朋友能解開這背後的秘密呢? 歡迎大家來測試挑戰! 請直接把結果(大約伸長的量或沒有改變) 跟猜測的原因回答在影片介紹的下方即可.

視而不見的改變! Change blindness illusion

人的感官到底是不是正確的反應看到的資訊一直有不少的研究, 介紹過的就有移動錯覺, 聲音跟嘴形錯覺等. 這些錯覺的一個共通性就是大腦似乎有預設一個模式, 只要某有些線索,就把猜測的資訊跟真實的資訊混何在一起解釋, 產生感覺. 這樣的資訊處方式雖然可以快速解讀資訊, 但是在特定的場合就會錯誤. 這影片展示另一種跟前面錯覺有關但是不同的機制- 視覺似乎同一時間只會處理一種一種變動模式, 當兩種變動模式同時發生的時, 就會降低另一種能感受的程度. 影片準備了不同的圖案, 首先圖案不動, 但是不停的變換顏色或是外型, 這時候人眼可以輕易辨識出來. 然後當開始轉動之後, 雖然變化的頻率不會改變, 但是視覺看起來的效果就是變化顏色或外型的速度明顯的下降了. 這樣的下降不是因為真的有下降, 而是人的感官被運動的模式所影響而看不到變化. 這樣的現象說明了人的視覺感覺能力明顯地在偵測模式時會有互相影響. 原理還不清楚, 目前的說法是用來做不同區域的視覺變化偵測由不同特定位置的腦部位置來負責, 當偵測運動佔去太多腦的處理能力時, 對顏色跟外型變化的處理能力就會下降. 同樣的道理或許也可以用在很多需要用到腦的地方, 專心是增加能力最好的方式之一. (不過其實這樣的說法還有待更多的研究, 若許真正的謎底還沒有揭開.)

美感的達爾文理論-手繪故事! Denis Dutton: A Darwinian theory of beauty

感受到美是人最直接的感覺之一. 美在不同的場合出現, 從物體的外貌, 聲音的節奏到對故事的感動. 已經有數不盡理論想要解釋什麼是美. 不過因為美的對象包括不同的對象還有感受到美的不同個體, 想要有一個統一的回答非常困難. 這演講以圖畫的方式進行, 裡面提出了一個說法, 美是某種演化出來對事物的評價方式. 像是動物間的求偶, 雌性個體會以雄性的外觀跟展現的行為來決定配偶. 這些外觀行為常常對生存無益(例如孔雀花俏的羽毛), 可是雌性經由這樣的審美來決定誰是合適的配偶, 因為能負擔起這樣的外觀行為的雄性多少顯示了良好的生理條件. 這裡面牽涉到美重要的兩件事情, 一個是....進入演講

海耶克跟凱因斯的人群實驗! Fear the Boom and Bust -Hayek vs. Keynes

經濟學討論人群互動的成因跟結果, 不過因為術語跟歷史的分析背景讓主要的故事都變的不能理解或是常常只能看到片面的討論. 以外星人不了解人類動機的眼光來看, 對整體人類而言, 就如同所有的生物一樣, 人能產生對本身生存有價值的事情有兩類, 一類是對外界資源消耗利用, 另一類是經由人類的互動來產生人類需要的東西. 因為金錢是主要人交換互動時所使用的介質,所以關於金錢有很多討論. 影片裡, 以凱因斯的眼光, 只要把金錢注入這互動體系, 就會讓人跟人之間的互動增加, 讓人類所需要的東西經由互動而生產出來. 不管這樣的注入是以什麼樣的名義, 政府投資也好, 舉債也好甚至戰爭也好. 金錢只是人類互動所需的代幣, 重點是讓整體互動增加, 社會才能經由互動來產生價值. 以海耶克的眼光, 好的金錢流動能幫助人的互動產生正面的價值,不好的金錢流動, 只會把人的互動引導到沒有價值的事情上. 如果讓政府可以任意藉由任何方式來控制金錢的注入, 只會讓很多不合理的互動經由這樣的過程產生, 把人互動的因為引導到錯誤的方向而使能產生價值降低, 即使互動的量增加. 另外,就算金錢的量可以人為操作, 可是人類依賴的資源不會因為這樣就增加, 不合理的資本結構除了對人類的互動是浪費, 也會破壞對天然資源的合理使用. 兩種觀點其實是一個故事的兩面. 其實關於資源的利用跟群體的互動. 人類跟其他生物族群都面臨同樣的問題. 只是這樣的故事在人類身上被更多東西所掩蓋了.

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聽水蛭神經唱歌! Spontaneous activity in the isolated leech nervous

神經的溝通跟連接方式都還藏著很多秘密, 除了熟悉的哺乳類的腦以外, 其實在其他動有各種不同的神經設計. 不同的動物的神經網路結構就像不同的儀器有不同的線路設計一樣.有的是集中式有的是分散式. 水蛭的游泳行為在神經學上被研究很多, 像是用來分析神經的網路結構或是神經傳導物質的功用. 水蛭沒有大腦, 游泳的時候肌肉控制所需的調和神經訊號是由各個神經細胞互動激發的. 就像是電子線路裡的發振線路一樣. 這影片是介紹怎麼在解剖後分離水蛭神經來研究個別神經元的活動. 背景可以聽到很多批啪批啪的聲音, 那就是神經活動的個別電訊號轉成稱聲音後的樣子. 可以聽到這些被分離的神經細胞間會有一種同步激發的節奏, 每隔一段時間就會一起批啪批啪響. 這些訊號就是水蛭用來游泳的時候, 神經系統自己產生用來控制肌肉循序運動的訊號.

嬰兒的跳舞本能! Tiny Dancers

之前介紹過舞動鸚樂那隻可愛的鸚鵡雪球. 那時候有朋友在討論到底旋律跟跳舞是不是一種生物的本能或是經過訓練的反應. 這次介紹的影片是利用嬰兒來研究. 實驗的過程很簡單, 就是讓120個嬰兒寶寶聽不同的音樂, 然後利用對肢體的運動影像追蹤, 看看他們聽音樂的反應. 結果是幾乎對不同種類的音樂, 寶寶聽到以後都會自己跟著旋律動起來. 即使沒有經過任何教導, 這種身體的運動會自動跟周圍的節奏合在一起. 當然因為嬰兒對身體的控制還不是很完全, 所以會有些拍子跟不上. 這樣的研究支持跟著旋律運動, 也就是跳舞, 是一種本能. 研究還發現, 這樣跟著音樂律動的寶寶會笑的更開心. 有寶寶的朋友請實驗一下吧 :D

什麼舞姿才吸引女性-動畫替身! Good dancing avatar

跟人認知有關的研究上, 因為總有很多可能解釋的方式, 要怎麼做到排除不必要的因素關係到研究的好壞. 在動物裡有不少種類的雄性會跳所謂的求偶舞, 利用跳舞的方式展現自己優異的身體特質來吸引女性. 這影片是利用電腦動畫來研究到底怎麼樣男性的跳舞方式才會讓女性有好的評價. 以往這樣的研究可能因為舞者的外觀或是舞者的表情情緒等額外的因素被干擾, 這研究利用運動捕捉裝置把不同的舞姿紀錄下來, 再利用電腦裡統一的人物模型去表演這些舞姿, 讓觀看的女性評分. 利用這樣的研究方式, 只讓想被研究的主題表現出來, 可以免除很多可能造成干擾的方式. 這研究也順利找出幾個關鍵的位置跟動作特別吸引性(脖子跟身體的擺動還有右膝移動速度).　這類的研究方式, 利用電腦動畫輔助來控制測試的因子, 因為能幫一些研究簡化研究所需要控制的變因, 應該對某些研究有幫助!

科學文獻

被螢幕觸控 ? ! Tactile phone

傳統螢幕利用顯示的內容提供資訊, 在加入觸控以後, 螢幕更成為了機器跟人互動主要的窗口. 目前除了發展更好的顯示方式例如快速反應的彩色電子紙或是可彎曲高對比的螢幕外, 另一類的發展是希望能增加螢幕對使用者的回饋. 這影片是介紹利用螢幕對人提供動態的觸覺. 以往知道有一種效應是當手碰到光滑的儀器上, 因為儀器沒有做好接地, 所以觸摸的時候會有粗糙的感覺. 原因是帶電的表面會對皮膚內部的受器產生刺激. 這影片利用這種技術, 在手機的螢幕上加上電極, 當手指觸到表面的時候, 由表面的透行電極利用交流電刺激手指, 讓手指產生不同的觸覺. 可以是平滑的感覺也可以是粗糙的感覺. 這樣個技術可以增加螢幕對人提供的資訊, 也有可能有意想不到的應用, 像是變成盲人也可以用的螢幕那樣!

耳聽為憑 ? 人的複合感知 ! McGurk Effect

俗話說眼見為信, 耳聽為憑. 不過很多人高中都應該有學過盲點, 知道其實看到的東西有一部份不是真的看到的東西, 而是大腦自己想出來的. 今天後半句的的'耳聽為憑'也要接受科學的檢驗了. 一起來挑戰看看自己在這影片中聽到的是什麼聲音吧! 這影片的看法要先張開眼睛看影片, 聽發聲的人發了什麼聲音, 然後等主持人說完話之後, 閉上眼睛再聽聽影片中的人發了什麼聲音. 然後呢, 奇妙的事情就會發生了, 原來聽到的聲音是跟看到的東西有關-這就是所謂的麥格克效應（McGurk Effect）. 試試看吧! 下次別太嘴硬相信看到或是聽到的一切喔! 也許我們的腦袋都在用一些模糊的方式合理化我們的感知呢!

老鼠: 看我笑的多開心! Rats Laugh When You Tickle Them

動物的情緒還是一個很少被研究的領域. 研究人員近來發現老鼠其實會笑的喔! 當科學家用手指跟老鼠互動的時候 (就是逗老鼠玩 :P), 老鼠會發出短促的聲音, 藉由分析這樣個聲音跟考慮老鼠的反應- 總是看似開心的追逐跟他玩的手指. 現在科學家認為那樣的聲音其實就是老鼠的笑聲. 看到這樣的研究, 有點開心知道動物也會笑, 可是也知道好多老鼠都犧牲在研究上了, 希望每個研究人員都真的珍惜尊重生命喔!

相關學術文獻

以想像作為指令! Tan Le: A headset that reads your brainwaves

跟電腦還是機器的溝通以往都被限制在固定的指令或是出入設備. 這影片介紹的裝置是一個腦波的分析器, 有兩個重要的特點, 一利用發展演算法來展開大腦電波來源的幾何形狀, 讓訊號可以被分析, 另一個特點是利用記憶指令(腦中的想像)對應到特殊的輸出. 原理是想某種情境的時候, 可以把這時候不同位置的的腦波紀錄下來, 做為一種指令. 跟一般腦波控制的不同是, 一般的只能控制某些有限的維度, 像是想動搖桿或是滑鼠一樣, 這裝置因為同時偵測多點訊號作為輸入, 在指令空間的範圍比較大, 想像某種情境的訊號可以被紀錄下來作為一個新的維度. 可能應用像是遊戲, 燈光, 輪椅等等. 或許以後人連動手都懶了:P