W2 2021/4/28(星期三)
早安,今天的午餐是義大利餃,
本來是想做成白醬,
但怕鮮奶和起司的白醬料理燜著容易酸敗,
所以做了白醬當早餐,紅醬當午餐。
繼續寫稿分享經驗,今天寫實的內容,會讓你們看到我作為母親失敗的一面,很醜陋,但我還是要寫出來,希望你們不要跟我一樣,升學主義其實是一面照妖鏡,讓我原型畢露😭。
陽陽升學記(四)
「私校!真的不能開玩笑」
雖然我們一開始就決定讓女兒讀公校,但女兒對私立學校一直有著憧憬,媽媽我這個愚婦也想做個測試,想想女兒在校成績還不錯,如果去報考私校獎學金,不知道會有什麼樣的結果??想看看女兒是否有競爭力,還是其實只是在學校厲害,在校外就是被甩尾?(千萬千萬不要學我,這是一個負面教材,我到現在還在後悔,請繼續看下去)
我們在經過多方面詢問之後,報考了兩家附近的私立學校,一間是離家近,口碑不錯,但獎學金通常給的不高,大約50%,所以就算考上最高獎學金,去讀的機率也不大,但還是想給女兒增加經驗值,就報了。(稱學校D)
學校E:是基督教學校,主校區的風評很不錯,評鑑分數也很優,近幾年在我們家附近開設了分校,因為是新學校,所以網路上還沒有評鑑分數,新聞報導這是當地最豪華富麗的學校,各項設備都相當新穎。透過友人的朋友分享孩子在該校就讀的經驗談,聽起來是校風蠻平和,師生友善的學校,該校的獎學金最高額度可以發放到100% ,雖然我們不曾肖想100%獎學金,但想看看能爭取到多少?這個學校我們除了參加學術獎學金考試,還報考了音樂獎學金,雖然音樂獎學金的報考資格是要小提琴通過三級以上,陽陽目前只拿到二級檢定證書,練完三級,正在準備四級檢定考試。所以我們只能上呈二級檢定證書,反正只在參加,不在得獎。
報考私立學校,大人的心裡是去考個經驗值,可是小孩卻非常認真而渴望(女兒一開始沒有表現出來,我們也不知道),尤其是那所學校E,自從他去考試,學校免費提供的橡皮擦,聽說一個要五元澳幣,輕輕一擦就乾淨,而且還不會有橡皮擦屑,他就覺得這個學校是他的第一志願。而且校長和老師都非常和善,讓他的第一場考試一點也不緊張,他好愛這個學校。這個學校的試題是綜合考題,學校自己的題庫,考智力測驗(General Ability)和數學,英文,科學等綜合考題。
至於學校D,從報到開始,到監考老師都是結屎臉,氣氛整個很凝重,陽陽說他沒想讀這個學校。該校考試的題庫是採取ACER 系統的試題。(各大系統的考題這個部分解釋起來很複雜,而且我也很混亂沒搞清楚,所以請朋友們自行搜尋資料喔),女兒說這個系統和他們學校考試的系統是一樣的,所以考試題型他很熟悉。這個學校上學期考完到現在都還沒放榜,但許多人趨之若鶩,還在苦等消息。
考完試之後大約三週左右,我們幾乎同時收到了學校E的音樂考試,和校長的面試通知,在經過協調後,我們先約了音樂考試,幾天後再約校長面試。音樂考試那天,陽陽帶了小提琴,長號和鼓棒,但主要還是以小提琴為主,有兩個主考官,笑容滿面詢問女兒希望父母在現場,還是離開,女兒希望我們離開,他要單獨面對,於是我們被請到了外面,但仍然可以聽到女兒的演奏,老師請他演奏了三級檢定的琴譜之一,再請他演奏一首四級檢定的琴譜,最後又拿出一首她從沒演奏過的曲子,請他即席演奏,那首曲子她表現得真好,真是好,我在外面聽到先問老杯:「這是你女兒演奏的嗎?他沒有拉過這首曲子啊?還是老師在示範?」圈圈往裡面一看說:「是姐姐在拉」,接著,我們以為這樣就可以打包回家,誰知道竟然還有面談,這一環是我們完全沒有準備的,老師問了一些問題,大家可以參考:
「音樂獎學金對你的意義是什麼?」
「如果你拿到這個獎學金,你會為我們學校帶來什麼好的示範?」
「如果你沒有拿到音樂獎學金,你還會來讀我們學校嗎?」
這些問題,除了第三題由老杯回答,「沒有獎學金,就不來讀」當然不是這麼直白,但白話文就是這樣的意思。
其他問題陽陽幾乎都是幾個單字回答,甚至稱不上是句子,最多就是片語,也就是表現無可圈,無可點,一塌糊塗。就這樣大家有點沮喪的離開了學校,是我們沒有做好準備,想說平常心,結果太平常,就顯得沒有用心。我想,算了,反正也沒有認真覺得可以讀到私立學校。
回到家,晚餐後,女兒主動要求我協助他準備和校長的面試,他說他想好好表現在下一次面試,她表現出了得失心和企圖心,但其實我比較希望他能考上公立A學校,所以我便立下一個不可能的任務說:「除非你拿100%的獎學金,不然我們經濟上沒有辦法支持你讀這個學校。」女兒點頭說他知道,雖然今天表現不好,但他還是想做最後的努力,看看結果會在哪裏!
於是我開始參考網路上大家分享的面試考題,集結彙整之後,和她做練習,基本上都是他自己思考答案,有些她答非所問的問題,再跟他解釋這個題目主要的問的是什麼方向,請她重新思考,或是她有遺漏的地方,再提醒補充,等我跟她練完之後,老杯再跟她正式演練,主要讓她可以放鬆心情,不會腦筋空白,有準備就不緊張。
終於到了和校長面試那一天,下了幾天的傾盆大雨,學校E校區淹水,全面停課,但教職員有上班,面試照常進行,由老杯陪著女兒一起前往參加。
校長見面之後,只寒暄了幾句話,準備的面試全部沒有派上用場,就直接拿出了信封,並恭喜陽陽獲得100%的全額獎學金,而且一次給7~12年級共6年免學費,並誇讚他在學術考試成績的表現優異,同時音樂造詣上也獲得主考老師很高的評價,學校今年一共頒發兩個100%的獎學金,她就是其中之一。 當然校長還Bala bala的說著一入學就免費提供全新的IPAD,九年級就提供全新的蘋果電腦,兩年更新一部,畢業可以用很低的價格購回,還有九年級墨爾本的旅行.....等等各種誘因,說得陽陽歡喜不已,然後轉身又鼓勵老杯馬上簽名繳費$370,接受這個獎學金,還好老杯有把理智帶出門,說要回家和老婆討論,並且擇日參觀學校後再做決定,校長更厲害,當場請秘書敲時間,他說要親自帶看學校。(真的超積極延攬陽陽入校)
回家的路上,女兒就打電話報喜了,我真是非常引以為傲,在電話那頭尖叫出聲,原來我女兒這麼優秀,竟然能得到全額獎學金,我也是當下決定讓他去讀了。晚餐,吃了女兒要求的麥當勞慶祝,弟弟也沾了光,大家喜悅的討論著,只有陽陽很平靜,沒有一點驕傲之情,只說他心裡放下一塊大石頭,吃過晚餐,照樣默默進房寫功課,然後看自己喜歡的書籍和畫圖。
晚餐後,我才開始拿起獎學金的通知函仔細的閱讀,這個全額獎學金,原來並不是完全免費入學,你還是得付學雜費,書本費,還有那不知道金額多少的九年級墨爾本之旅的旅費,算一算,我們一年至少還得拿出3000澳幣來支付(其他中間會延伸什麼費用還不知道)。三千澳幣,不是大問題,問題是他有一個條款是,如果你在中途轉學,你必須歸還全額的學費,意思就是能進不能出。如果女兒讀的不開心,我們沒有經濟能力讓他轉學,只能讓他忍耐讀完,又或者萬一科學家那天想轉換工作,要離開這個城市,那就是得付一筆贖身費,這是一個冒險,我們夫妻不敢也不想冒這個險。
另外還有一個原因是,這個學校講求資源公平分配,所以對於學科比較好的學生,並沒有提供其他的資源做課程延伸教學,當然我們可以尊重,但這並不適合陽陽,因為她是遇強則強的孩子,沒有挑戰性時,她就會成了一個偷懶然後過度自信,而疏於學習的人。(覺得什麼都很簡單,什麼他都會了)
本來想隔天再跟女兒說,但是長痛不如短痛,還是把他叫到房裡來,我和老杯跟她分析,然後告訴她:「對不起,我們沒有能力準備一筆錢讓你後悔。」,她說:「我去讀一定不會後悔」,但是他了解「其實3000元一年,對家裡也是一筆開銷,我們可能會因此犧牲掉旅行的經費,減少外食的確幸,讓省吃儉用的父母更省吃儉用,所以他願意放棄。」老杯聽完,低著頭驀然離開,在房門關上的那一霎那,女兒抱著我嚎啕哭了,從來沒有看他哭得這麼傷心,這麼聲嘶力竭的放聲哭泣,我也跟著哭了。老杯在門外自責自己能力不足,遠遠的走到外面花園,希望能夠離女兒的哭聲遠一點,可是依舊這麼心痛。這個獎學金帶來的喜悅,也不過是三個小時的時間,接著就是無限的遺憾。我們經濟小康,我們並不窮困,但是面對私立學校,即使在孩子爭取到全額獎學金之後,我們仍然無力輕鬆負擔。而且我們還有第二個孩子,萬一圈圈也考上這個學校,聽說不管孩子再優秀,學校也不可能給同一家孩子兩個全額獎學金的名額,如果一個拿全額獎學金,另一個最多也是50%,那麼幾年後,要給圈圈讀,還是不給讀?
我後悔,我笨蛋,為什麼不調查清楚,全額獎學金並不是0付費,為什麼資訊不清不楚就讓女兒報考?為什麼不相信他的能力?既然不讓她讀,為什麼還要報考?做什麼測試,為什麼要拿女兒的成績來測試?為什麼開了條件卻不能屢行承諾?我氣得想打自己,我是一個很壞很失敗的媽媽。是我讓女兒這麼小就要去承受現實殘酷而帶來的遺憾。
請你們一定要以此借鏡,不要像我一樣,這麼糟糕。不要用這樣的方式去測試孩子的能力,來,你們一人罵我一句,我都接受。
未完。待續。
「幣圈科學家意思」的推薦目錄:
- 關於幣圈科學家意思 在 Facebook 的最讚貼文
- 關於幣圈科學家意思 在 謝伯讓的腦科學世界 Facebook 的最讚貼文
- 關於幣圈科學家意思 在 謝伯讓的腦科學世界 Facebook 的最讚貼文
- 關於幣圈科學家意思 在 Web3 中文討論區 NFT 幣圈時事交流 - Facebook 的評價
- 關於幣圈科學家意思 在 flip意思幣圈的推薦,PTT、YOUTUBE、COOL3C 的評價
- 關於幣圈科學家意思 在 flip意思幣圈的推薦,PTT、YOUTUBE、COOL3C 的評價
- 關於幣圈科學家意思 在 myBlogs/3点钟无眠区块链社区聊天记录精粹 - GitHub 的評價
- 關於幣圈科學家意思 在 币圈科学家【官方频道欢迎订阅】 - YouTube 的評價
幣圈科學家意思 在 謝伯讓的腦科學世界 Facebook 的最讚貼文
今天的故事主角,是 1981 年諾貝爾生醫獎的得主。這一年的諾貝爾生醫獎得主有三位,分別是史派瑞(Roger Sperry)、休伯爾(David Hubel)、以及威澤爾(Torsten Wiesel)。他們的共通點就是:都和貓有關!
說到跟貓有關,大家可能已經猜到是怎麼一回事。沒錯,就是拿貓來做實驗。拿一般常見的寵物(如:貓)來做實驗,大家直覺可能覺得有一點殘忍、不人道。
但,為什麼用果蠅或老鼠作實驗,大家可能覺得還好,用貓或狗做實驗,卻會覺得不道德呢?我們今天暫時不討論這問題背後的哲學和倫理議題,今天要來深入介紹的,是「貓」的做腦神經科學實驗到底發現了什麼結果,可以讓這三位科學家拿到諾貝爾獎。
《大腦好好玩》第九集聲音+文字版:
https://voice.mirrorfiction.com/single/20200129cul001
-\-\-\-\
休伯爾和與三神器
-\-\-\-\
首先要介紹的,就是休伯爾和威澤爾。休伯爾在 1926 年生於加拿大,1947 年大學畢業後,決定進入醫學院。早年的休伯爾對神經生理學非常有興趣,但是他是醫學背景出身,對於神經電生理的實驗方法一竅不通,因此在早期的實驗學習過程中不斷碰壁,尤其是當他需要把電極插入神經細胞中以記錄神經活動的時候,總是屢戰屢敗。
很快地,休伯爾就明白:如果要成功的記錄神經細胞的活動,一定要具備三項利器才行。
第一,這個電極必須要非常的細,因為電極要夠細,才能精準的插入神經細胞之中;如果電極太粗,它插到大腦中就只是胡亂破壞而已,根本測量不到任何神經活動。
第二,這個很細的電極必須夠硬,因為要夠硬,才能一路穿刺過大腦組織並仍保持電極的完整。
第三,要有精準的機械來輔助穿刺的動作,若只是用手動來穿刺,很容易出現誤差而導致失敗。
關於這三項利器,喜歡親自動手做實驗的休伯爾很快就找到了方法。
首先,在因緣際會之下,他學到了一項利用電解方式來溶解鎢絲的技術,這種方式可以讓鎢絲的尖端變得非常尖銳,因此解決了電極必須夠細的問題。
第二,鎢這種金屬的硬度非常高,所以也解決了電極必須夠硬的問題。
第三,休伯爾最後發明了一種用液體液壓方式來緩慢逐步推進電極的機器,因此也解決了穿刺不精準的問題。
有這三項神器在手,休伯爾終於可以順利記錄神經細胞的活動,也開始準備展開他的科學問題探索。剛好就在這個時期,這三項神器也讓休伯爾小有名氣,很多世界各地的科學家都來和他學習這項技術,而前來學習技術的其中一位科學家,就是 Torsten Wiesel,威澤爾。
-\-\-\-\
克夫勒與神經節細胞
-\-\-\-\
1958 年,意氣相投的休伯爾和威澤爾在約翰霍普金斯大學再度相遇。他們兩人當時一起在克夫勒(Stephen Kuffler)的實驗室之下進行研究。
這位克夫勒,也是大名鼎鼎的一號人物,他常被視為是現代神經科學之父,也是後來哈佛大學神經生物學系的創立學者。當年克夫勒最知名的發現之一,就是他發現「貓的視網膜神經節細胞的接受域,具有像甜甜圈、或是像同心圓一樣的結構」。
光是這句話,裡面的資訊量就相當渾厚。我們要來幫大家拆解一下,這句「貓的視網膜神經節細胞的接受域,具有像甜甜圈、像同心圓一樣的結構」到底是什麼意思。
首先是「視網膜神經節細胞」。大家都知道視網膜上有感光細胞,這些感光細胞在接收到訊息之後,會把訊息傳入大腦;不過在傳入大腦之前,會先經過一些神經細胞,這其中就包括了「神經節細胞」(Ganglion cell)細胞,它們也位於視網膜上。
克夫勒當年的傑作之一,就是記錄這些視網膜上的神經節細胞,看看他們的「接受域」(receptive field)長什麼樣子。所謂的接受域,就是當施以刺激時,可以讓神經細胞產生反應的特定區域;換句話說,就是一個神經細胞可以接收到刺激的區域範圍。
用實際的例子來解釋,就是:我們可以隨便選擇視網膜上的一個神經節細胞,來記錄它的神經活動。接下來我們就可以問,視網膜哪些地方出現光的時候,這個神經節細胞會出現反應呢?這個神經節細胞,會對整個視網膜上的任何一個部位的光照都有反應?還是只會對某些特定的局部區域上的光照有反應?如果是只對特定局部位置的光照有反應,那到底是哪些區域?這個區域是圓形?方形?還是不規則形呢?
接下來的實驗過程很簡單,我們如果想要知道這個神經節細胞的接受域有多大、長什麼樣子,就可以拿一個小光點逐一去照視網膜上的每一個部位,看看照到哪邊的時候,這個神經節細胞會出現反應,最後把視網膜上的這些部位整理出來,就知道這個神經節細胞的接受域長什麼樣子了。
透過這樣的方法,克夫勒發現:視網膜上的神經節細胞的接受域,長得像是甜甜圈形式的同心圓;也就是說,如果我們把某一個神經節細胞的接受域直接標記在視網膜上,這個接受域的形狀就像是甜甜圈那樣的同心圓(或有點像舊版的五十元硬幣那樣的形狀,中間有金色圓形,外圍則是銀色一圈)。
當光照在「甜甜圈的麵包區域」時(也就是五十元硬幣周圍的銀色區域),這個神經節細胞就會活化;但如果把光照在甜甜圈的中央空洞部位(或五十元硬幣的中央金色部位),這個神經節細胞就會被抑制。這種神經節細胞被稱為是「中央關閉周圍啟動」細胞(off-center cell)。
還有另一種完全相反的神經節細胞,是當光照在接受域的正中央時會活躍,但當光照接受域的邊緣地區時則會抑制,這種神經節細胞被稱為是「中央啟動周圍關閉」細胞(on-center cell)。
克夫勒的知名科學貢獻,也就是發現了「貓的視網膜神經節細胞的接受域,具有像甜甜圈、像同心圓一樣的結構。」而當休伯爾和威澤爾在克夫勒實驗室中,拿著他們集三項神器於一身的探針儀器,準備找尋新的一批神經細胞下手時,自然就想到了一個問題:「如果視網膜上的神經節細胞的接受域具有同心圓結構,那大腦中的神經細胞的接受域,是不是也有類似的同心圓結構?」
-\-\-\-\
馬戲雜劇舞台和不斷的失敗
-\-\-\-\
休伯爾和威澤爾馬上就開始進行實驗量測。他們原本以為,有集三神器於一身的測量探針在手,應該可以馬上解答這個問題;沒想到,迎接他們的竟是一連串的挫折與失敗。
他們一開始使用的都是克夫勒的實驗設備;比方說,克夫勒用了一種貓咪頭部固定器來固定貓咪的頭部時,使貓的頭稍微朝上仰,貓的眼睛才能朝上以便實驗人員觀察光點究竟是投射在視網膜的哪一個位置。此外,由於以前的實驗都是使用圓形光點,而視網膜中的神經節細胞也似乎很喜歡這種形式的光,所以休伯爾和威澤爾當然也就順理延用。
沒想到,這些前人的成功設備和方法,到了他們手上卻一點都不管用,他們不管怎麼照貓的視網膜,視覺皮質中的神經細胞都完全不為所動。
他們記錄的第一個細胞,叫做「細胞第三千號」。之所以稱為「三千號」,是因為隔壁實驗室有另一位神經電生理學領域的世界權威 ── 蒙克梭(Vernon Mountcastle),當時他已經記錄過超過 900 顆以上的細胞;休伯爾和威澤爾知道自己再怎麼努力也追不上這個數字,只好採用阿Q精神來自我激勵一下,直接把自己記錄的第一個細胞命名為第 3000 號,第二顆就是第 3001 號。
當蒙克梭來關心他們的實驗時,他們一定會刻意報出細胞的編號,來試圖加深蒙克梭對他們的印象。雖然有這段好笑的插曲,但是不管細胞的名字怎麼取,一個月之後,他們仍然毫無所獲,這些細胞對圓形光點毫無反應。
最後,他們終於受不了,決定改變方法。他們發現,視網膜雖不是很大,但是以小小的光點逐一照視網膜,也需耗費很久的時間;而且,他們常常照到最後卻忘了自己哪個區域曾經照過。所以,應該需要換個方法才會比較有效率。
於是,他們決定放棄使用光點來照視網膜,改成直接讓貓咪去看投影螢幕上的影像;換句話說,他們想要直接在螢幕上投影,看看貓的視覺皮質中的神經細胞在看到什麼樣的圖樣刺激時會產生反應。
那要怎麼投影呢?剛剛我們曾提到,克夫勒有一個可以固定貓咪頭部的特殊固定器,它可以讓貓咪的頭和眼睛往上仰。當時因為沒有其他的固定器,休伯爾和威澤爾只好繼續使用這種固定器。為了配合貓咪的視線仰角,投影用的螢幕只能擺到天花板上才行;也因此,當時整個實驗室的天花板上放了很多竹竿跟白布,看起來就像是馬戲雜劇團的現場一樣。另外,所有人做實驗也通通要被迫配合貓咪的視線仰角,必須累得半死的一直抬頭仰望。
然而,即使換了這樣的投影方式,仍然一無所獲。他們測試過各種形狀和不同大小的光點,測試過不同的投影位置,這些視覺皮質中的神經細胞完全不為所動。他們甚至試過正妹圖,結果一樣,這些細胞總是宛如死水一灘。
-\-\-\-\
意外的發現
-\-\-\-\
當時,神經科學家都習慣把神經活動連接到音響上,只要一記錄到細胞活動,就可以聽到聲音。有一天,他們在記錄一顆視覺皮質中神經細胞時,仍採用投影片來投射圓形黑點,但是測了好幾個小時都鴉雀無聲;當他們在更換刺激材料時候,突然之間,這個細胞有如機關槍一樣槍聲大作!
這一串機關槍響後,大家先是一陣錯愕,不敢動彈,然後馬上開始尋找到底是剛剛什麼動作所造成的。在經過幾次測試後,終於謎底揭曉 ── 原來,這顆細胞是對投影片邊緣上的「直線」有反應!
當他們更換投影片的刺激時,投影片的直線邊緣會在視網網上造成直線的投影,而這種直線就是這種神經細胞所喜歡的圖形;另外,休伯爾和威澤爾還發現,這顆神經細胞只對某個特定傾斜角度的直線有反應,如果不是這個傾斜角度的直線,這顆細胞就不會有反應。
-\-\-\-\
簡單細胞
-\-\-\-\
現在我們把這種細胞稱為「簡單細胞」(simple cell)。為什麼視覺皮質裡的簡單細胞會喜歡直線?會有這種直線形態的接受域呢?大家其實只要仔細想一想,如果我們把視網膜上的神經節細胞的接收域連結整合起來,會出現什麼型態?就可以理解其中的道理了。
視網膜上的神經節細胞的接收域是小的圓形,如果把好幾個圓形排成一排串起來,是不是就會得到一條直線呢?視覺皮質中的神經細胞,基本上就是接收了一整排來自視網膜的神經節細胞的訊號,也因此,其接受域也大致就是這一排視網膜神經節細胞接受域的集合。
-\-\-\-\
複雜細胞
-\-\-\-\
除了這些簡單細胞之外,休伯爾和威澤爾後來還發現了另一些細胞,比方說「複雜細胞」(complex cell)。這種複雜細胞的接收域很有趣,只有特定傾斜角度的直線往特定方向移動時才會反應,例如某個複雜細胞可能只會在視野中出現往下移動的水平直線時才會活躍。
這種複雜細胞又是怎麼回事呢?為什麼會出現這種形式的接受域呢?有些聰明的聽眾可能已經想到答案了 ── 這種複雜細胞,基本上就是接收了來自一整排簡單細胞的訊息。只要這一整排簡單細胞依照時間順序依序反應,這個複雜細胞就會反應。
比方說,當視野中出現往下移動的水平直線時,就會有一整排對水平線有反應的簡單細胞依序變得活躍,而這一整排的訊號依序傳入這顆複雜細胞後,就可啟動這顆複雜細胞。
-\-\-\-\
大腦一關一關的逐步整合訊息
-\-\-\-\
以上,就是休伯爾和威澤爾的故事。我們至少可以從這個故事中學到兩件重要的事。第一件事,是大腦運作的原理;第二件事,是科學運作的方式。
關於第一件事:大腦運作的原理,上述發現解釋了大腦如何在簡單的「分析」和「整合」之後,從視網膜到視覺皮質的短短幾道程序,就出現了由簡單到逐漸複雜的訊息處理過程。
視網膜第一關有「感光細胞」,經過簡單的區域彙整之後,到了視網膜下的「神經節細胞」就已經可以處理圓形;到了「視覺皮質」,就可以再把一些排成一線的圓形整合起來,處理直線和傾斜角度;再到下一關,把一排直線依照時間順序整合起來,就可以處理方向動態了。
所以說,我們處理複雜圖形的方式之一,或許就是透過這樣的資訊拆解,然後再逐步整合而已!畢竟,再複雜的圖樣,也可以拆解成圓形、直線和動態的組合,最後被大腦輕鬆處理。
第二件事,是關於科學運作的方式。許多人常常會說,休伯爾和威澤爾的發現,就是「偶然勝過努力」的例子!但是事實上,休伯爾自己並不認為這只是偶然的發現。
休伯爾認為,他們的發現確實是出乎他們的預期,但是卻一點都不偶然,因為他們已經嘗試過各式各樣的可能錯誤,當各種可能的錯誤都試過之後,成功的可能性自然就會增加。他們以靈活而非制式死板的方式進行實驗,可能就是意外結果得以出現的關鍵。雖然神經細胞的運作方式最後出乎他們的預期,但是這樣的發現總歸是多元努力嘗試後的結果,可不是偶然在街上就可以瞥見的喔!
貓的諾貝爾獎故事還沒完,敬請期待下週《大腦好好玩》第一季最後一集:裂腦貓!
幣圈科學家意思 在 謝伯讓的腦科學世界 Facebook 的最讚貼文
今天的故事主角,是 1981 年諾貝爾生醫獎的得主。這一年的諾貝爾生醫獎得主有三位,分別是史派瑞(Roger Sperry)、休伯爾(David Hubel)、以及威澤爾(Torsten Wiesel)。他們的共通點就是:都和貓有關!
說到跟貓有關,大家可能已經猜到是怎麼一回事。沒錯,就是拿貓來做實驗。拿一般常見的寵物(如:貓)來做實驗,大家直覺可能覺得有一點殘忍、不人道。
但,為什麼用果蠅或老鼠作實驗,大家可能覺得還好,用貓或狗做實驗,卻會覺得不道德呢?我們今天暫時不討論這問題背後的哲學和倫理議題,今天要來深入介紹的,是「貓」的做腦神經科學實驗到底發現了什麼結果,可以讓這三位科學家拿到諾貝爾獎。
《大腦好好玩》第九集聲音+文字版:
https://voice.mirrorfiction.com/single/20200129cul001
----
休伯爾和與三神器
----
首先要介紹的,就是休伯爾和威澤爾。休伯爾在 1926 年生於加拿大,1947 年大學畢業後,決定進入醫學院。早年的休伯爾對神經生理學非常有興趣,但是他是醫學背景出身,對於神經電生理的實驗方法一竅不通,因此在早期的實驗學習過程中不斷碰壁,尤其是當他需要把電極插入神經細胞中以記錄神經活動的時候,總是屢戰屢敗。
很快地,休伯爾就明白:如果要成功的記錄神經細胞的活動,一定要具備三項利器才行。
第一,這個電極必須要非常的細,因為電極要夠細,才能精準的插入神經細胞之中;如果電極太粗,它插到大腦中就只是胡亂破壞而已,根本測量不到任何神經活動。
第二,這個很細的電極必須夠硬,因為要夠硬,才能一路穿刺過大腦組織並仍保持電極的完整。
第三,要有精準的機械來輔助穿刺的動作,若只是用手動來穿刺,很容易出現誤差而導致失敗。
關於這三項利器,喜歡親自動手做實驗的休伯爾很快就找到了方法。
首先,在因緣際會之下,他學到了一項利用電解方式來溶解鎢絲的技術,這種方式可以讓鎢絲的尖端變得非常尖銳,因此解決了電極必須夠細的問題。
第二,鎢這種金屬的硬度非常高,所以也解決了電極必須夠硬的問題。
第三,休伯爾最後發明了一種用液體液壓方式來緩慢逐步推進電極的機器,因此也解決了穿刺不精準的問題。
有這三項神器在手,休伯爾終於可以順利記錄神經細胞的活動,也開始準備展開他的科學問題探索。剛好就在這個時期,這三項神器也讓休伯爾小有名氣,很多世界各地的科學家都來和他學習這項技術,而前來學習技術的其中一位科學家,就是 Torsten Wiesel,威澤爾。
----
克夫勒與神經節細胞
----
1958 年,意氣相投的休伯爾和威澤爾在約翰霍普金斯大學再度相遇。他們兩人當時一起在克夫勒(Stephen Kuffler)的實驗室之下進行研究。
這位克夫勒,也是大名鼎鼎的一號人物,他常被視為是現代神經科學之父,也是後來哈佛大學神經生物學系的創立學者。當年克夫勒最知名的發現之一,就是他發現「貓的視網膜神經節細胞的接受域,具有像甜甜圈、或是像同心圓一樣的結構」。
光是這句話,裡面的資訊量就相當渾厚。我們要來幫大家拆解一下,這句「貓的視網膜神經節細胞的接受域,具有像甜甜圈、像同心圓一樣的結構」到底是什麼意思。
首先是「視網膜神經節細胞」。大家都知道視網膜上有感光細胞,這些感光細胞在接收到訊息之後,會把訊息傳入大腦;不過在傳入大腦之前,會先經過一些神經細胞,這其中就包括了「神經節細胞」(Ganglion cell)細胞,它們也位於視網膜上。
克夫勒當年的傑作之一,就是記錄這些視網膜上的神經節細胞,看看他們的「接受域」(receptive field)長什麼樣子。所謂的接受域,就是當施以刺激時,可以讓神經細胞產生反應的特定區域;換句話說,就是一個神經細胞可以接收到刺激的區域範圍。
用實際的例子來解釋,就是:我們可以隨便選擇視網膜上的一個神經節細胞,來記錄它的神經活動。接下來我們就可以問,視網膜哪些地方出現光的時候,這個神經節細胞會出現反應呢?這個神經節細胞,會對整個視網膜上的任何一個部位的光照都有反應?還是只會對某些特定的局部區域上的光照有反應?如果是只對特定局部位置的光照有反應,那到底是哪些區域?這個區域是圓形?方形?還是不規則形呢?
接下來的實驗過程很簡單,我們如果想要知道這個神經節細胞的接受域有多大、長什麼樣子,就可以拿一個小光點逐一去照視網膜上的每一個部位,看看照到哪邊的時候,這個神經節細胞會出現反應,最後把視網膜上的這些部位整理出來,就知道這個神經節細胞的接受域長什麼樣子了。
透過這樣的方法,克夫勒發現:視網膜上的神經節細胞的接受域,長得像是甜甜圈形式的同心圓;也就是說,如果我們把某一個神經節細胞的接受域直接標記在視網膜上,這個接受域的形狀就像是甜甜圈那樣的同心圓(或有點像舊版的五十元硬幣那樣的形狀,中間有金色圓形,外圍則是銀色一圈)。
當光照在「甜甜圈的麵包區域」時(也就是五十元硬幣周圍的銀色區域),這個神經節細胞就會活化;但如果把光照在甜甜圈的中央空洞部位(或五十元硬幣的中央金色部位),這個神經節細胞就會被抑制。這種神經節細胞被稱為是「中央關閉周圍啟動」細胞(off-center cell)。
還有另一種完全相反的神經節細胞,是當光照在接受域的正中央時會活躍,但當光照接受域的邊緣地區時則會抑制,這種神經節細胞被稱為是「中央啟動周圍關閉」細胞(on-center cell)。
克夫勒的知名科學貢獻,也就是發現了「貓的視網膜神經節細胞的接受域,具有像甜甜圈、像同心圓一樣的結構。」而當休伯爾和威澤爾在克夫勒實驗室中,拿著他們集三項神器於一身的探針儀器,準備找尋新的一批神經細胞下手時,自然就想到了一個問題:「如果視網膜上的神經節細胞的接受域具有同心圓結構,那大腦中的神經細胞的接受域,是不是也有類似的同心圓結構?」
----
馬戲雜劇舞台和不斷的失敗
----
休伯爾和威澤爾馬上就開始進行實驗量測。他們原本以為,有集三神器於一身的測量探針在手,應該可以馬上解答這個問題;沒想到,迎接他們的竟是一連串的挫折與失敗。
他們一開始使用的都是克夫勒的實驗設備;比方說,克夫勒用了一種貓咪頭部固定器來固定貓咪的頭部時,使貓的頭稍微朝上仰,貓的眼睛才能朝上以便實驗人員觀察光點究竟是投射在視網膜的哪一個位置。此外,由於以前的實驗都是使用圓形光點,而視網膜中的神經節細胞也似乎很喜歡這種形式的光,所以休伯爾和威澤爾當然也就順理延用。
沒想到,這些前人的成功設備和方法,到了他們手上卻一點都不管用,他們不管怎麼照貓的視網膜,視覺皮質中的神經細胞都完全不為所動。
他們記錄的第一個細胞,叫做「細胞第三千號」。之所以稱為「三千號」,是因為隔壁實驗室有另一位神經電生理學領域的世界權威 ── 蒙克梭(Vernon Mountcastle),當時他已經記錄過超過 900 顆以上的細胞;休伯爾和威澤爾知道自己再怎麼努力也追不上這個數字,只好採用阿Q精神來自我激勵一下,直接把自己記錄的第一個細胞命名為第 3000 號,第二顆就是第 3001 號。
當蒙克梭來關心他們的實驗時,他們一定會刻意報出細胞的編號,來試圖加深蒙克梭對他們的印象。雖然有這段好笑的插曲,但是不管細胞的名字怎麼取,一個月之後,他們仍然毫無所獲,這些細胞對圓形光點毫無反應。
最後,他們終於受不了,決定改變方法。他們發現,視網膜雖不是很大,但是以小小的光點逐一照視網膜,也需耗費很久的時間;而且,他們常常照到最後卻忘了自己哪個區域曾經照過。所以,應該需要換個方法才會比較有效率。
於是,他們決定放棄使用光點來照視網膜,改成直接讓貓咪去看投影螢幕上的影像;換句話說,他們想要直接在螢幕上投影,看看貓的視覺皮質中的神經細胞在看到什麼樣的圖樣刺激時會產生反應。
那要怎麼投影呢?剛剛我們曾提到,克夫勒有一個可以固定貓咪頭部的特殊固定器,它可以讓貓咪的頭和眼睛往上仰。當時因為沒有其他的固定器,休伯爾和威澤爾只好繼續使用這種固定器。為了配合貓咪的視線仰角,投影用的螢幕只能擺到天花板上才行;也因此,當時整個實驗室的天花板上放了很多竹竿跟白布,看起來就像是馬戲雜劇團的現場一樣。另外,所有人做實驗也通通要被迫配合貓咪的視線仰角,必須累得半死的一直抬頭仰望。
然而,即使換了這樣的投影方式,仍然一無所獲。他們測試過各種形狀和不同大小的光點,測試過不同的投影位置,這些視覺皮質中的神經細胞完全不為所動。他們甚至試過正妹圖,結果一樣,這些細胞總是宛如死水一灘。
----
意外的發現
----
當時,神經科學家都習慣把神經活動連接到音響上,只要一記錄到細胞活動,就可以聽到聲音。有一天,他們在記錄一顆視覺皮質中神經細胞時,仍採用投影片來投射圓形黑點,但是測了好幾個小時都鴉雀無聲;當他們在更換刺激材料時候,突然之間,這個細胞有如機關槍一樣槍聲大作!
這一串機關槍響後,大家先是一陣錯愕,不敢動彈,然後馬上開始尋找到底是剛剛什麼動作所造成的。在經過幾次測試後,終於謎底揭曉 ── 原來,這顆細胞是對投影片邊緣上的「直線」有反應!
當他們更換投影片的刺激時,投影片的直線邊緣會在視網網上造成直線的投影,而這種直線就是這種神經細胞所喜歡的圖形;另外,休伯爾和威澤爾還發現,這顆神經細胞只對某個特定傾斜角度的直線有反應,如果不是這個傾斜角度的直線,這顆細胞就不會有反應。
----
簡單細胞
----
現在我們把這種細胞稱為「簡單細胞」(simple cell)。為什麼視覺皮質裡的簡單細胞會喜歡直線?會有這種直線形態的接受域呢?大家其實只要仔細想一想,如果我們把視網膜上的神經節細胞的接收域連結整合起來,會出現什麼型態?就可以理解其中的道理了。
視網膜上的神經節細胞的接收域是小的圓形,如果把好幾個圓形排成一排串起來,是不是就會得到一條直線呢?視覺皮質中的神經細胞,基本上就是接收了一整排來自視網膜的神經節細胞的訊號,也因此,其接受域也大致就是這一排視網膜神經節細胞接受域的集合。
----
複雜細胞
----
除了這些簡單細胞之外,休伯爾和威澤爾後來還發現了另一些細胞,比方說「複雜細胞」(complex cell)。這種複雜細胞的接收域很有趣,只有特定傾斜角度的直線往特定方向移動時才會反應,例如某個複雜細胞可能只會在視野中出現往下移動的水平直線時才會活躍。
這種複雜細胞又是怎麼回事呢?為什麼會出現這種形式的接受域呢?有些聰明的聽眾可能已經想到答案了 ── 這種複雜細胞,基本上就是接收了來自一整排簡單細胞的訊息。只要這一整排簡單細胞依照時間順序依序反應,這個複雜細胞就會反應。
比方說,當視野中出現往下移動的水平直線時,就會有一整排對水平線有反應的簡單細胞依序變得活躍,而這一整排的訊號依序傳入這顆複雜細胞後,就可啟動這顆複雜細胞。
----
大腦一關一關的逐步整合訊息
----
以上,就是休伯爾和威澤爾的故事。我們至少可以從這個故事中學到兩件重要的事。第一件事,是大腦運作的原理;第二件事,是科學運作的方式。
關於第一件事:大腦運作的原理,上述發現解釋了大腦如何在簡單的「分析」和「整合」之後,從視網膜到視覺皮質的短短幾道程序,就出現了由簡單到逐漸複雜的訊息處理過程。
視網膜第一關有「感光細胞」,經過簡單的區域彙整之後,到了視網膜下的「神經節細胞」就已經可以處理圓形;到了「視覺皮質」,就可以再把一些排成一線的圓形整合起來,處理直線和傾斜角度;再到下一關,把一排直線依照時間順序整合起來,就可以處理方向動態了。
所以說,我們處理複雜圖形的方式之一,或許就是透過這樣的資訊拆解,然後再逐步整合而已!畢竟,再複雜的圖樣,也可以拆解成圓形、直線和動態的組合,最後被大腦輕鬆處理。
第二件事,是關於科學運作的方式。許多人常常會說,休伯爾和威澤爾的發現,就是「偶然勝過努力」的例子!但是事實上,休伯爾自己並不認為這只是偶然的發現。
休伯爾認為,他們的發現確實是出乎他們的預期,但是卻一點都不偶然,因為他們已經嘗試過各式各樣的可能錯誤,當各種可能的錯誤都試過之後,成功的可能性自然就會增加。他們以靈活而非制式死板的方式進行實驗,可能就是意外結果得以出現的關鍵。雖然神經細胞的運作方式最後出乎他們的預期,但是這樣的發現總歸是多元努力嘗試後的結果,可不是偶然在街上就可以瞥見的喔!
貓的諾貝爾獎故事還沒完,敬請期待下週《大腦好好玩》第一季最後一集:裂腦貓!
幣圈科學家意思 在 myBlogs/3点钟无眠区块链社区聊天记录精粹 - GitHub 的推薦與評價
myBlogs/Blockchain-Study-Road/币圈那点事/3点钟无眠区块链社区聊天记录精粹—— ... 但是这个古董价值让我觉得有点意思,这**几大公链币还是有发展空间**的,也许作为 ... ... <看更多>
幣圈科學家意思 在 币圈科学家【官方频道欢迎订阅】 - YouTube 的推薦與評價
币圈科学家 长期免费分享币圈科学工具有开发需求可以联系支持币圈科学家:[ 幣安、欧易自動返佣30% ][ 幣安現貨推薦碼:SRG5I8H5][ 欧易推薦碼:3742302276][火必推薦 ... ... <看更多>
幣圈科學家意思 在 Web3 中文討論區 NFT 幣圈時事交流 - Facebook 的推薦與評價
台灣最開放的Web3 社團✓NFT、元宇宙、加密貨幣、幣圈時事此社團是進入Web3 的入門方式! 供大家可以討論/分享NFT、元宇宙、幣圈或是有關Web3 的各種消息! ... <看更多>