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2023-07-19看見、聽見生物中的「電」 Backyard Brains帶你認識生物的電訊號 499 期

Author 作者 作者/羅億庭

生物的大腦由許許多多的神經元(neuron)組成,神經元藉由電訊號溝通,因此神經科學(neuroscience)領域著重於研究生物細胞裡的「電」。雖然細胞中的電訊號肉眼看不見,但卻與我們的生理活動息息相關,掌控著神經傳導、肌肉收縮等活動。既然肉眼看不到這些電訊號,那我們可以透過什麼方式知道它真實存在於生物體呢?上(6)月16日,美國Backyard Brains團隊創辦人之一的神經科學家馬祖洛(Timothy Marzullo)來到臺灣,參加由高中生物學科中心、錫昌科技(Backyard Brains臺灣代理商)、成淵高中、自然科學博物館共同舉辦於臺北、臺中的兩場神經科學創意講座。他透過實驗介紹複雜的神經科學,解說深入淺出令國高中生、社會大眾都可以理解,現場也使用簡單又方便的器材開啟與會者接觸神經科學的第一步。

切下來的蟑螂腿居然還會動?第一項實驗就用到許多人都感到害怕的「黑色惡魔」。由於蟑螂容易取得,因此可以從蟑螂探索神經系統的運作基礎。在實驗開始之前,需要先將蟑螂放入冰水中麻醉,並拔除一隻冰鎮過的蟑螂腿。看過蟑螂的人應該都有印象,牠們的腳上布滿了許多腿毛,而這些刺刺的腿毛底下都是一個個神經細胞。透過突觸(axon)、電訊號,腿毛接收到的風向或震動訊息可以傳達到大腦,使得牠們能感應到外界的活動並開始逃跑大計。在實驗中,馬祖洛將兩根細小的大頭針插入拔下來的蟑螂腿,接上團隊開發、可以將神經訊號放大的儀器。當儀器接上後,你可以聽見從蟑螂腿傳出清楚的雜訊聲——那就是神經衝動與電傳導的聲響!若將ipad接上儀器觀看,也能看見電訊號的波型;進一步以吹氣、器具觸碰的方式擾動蟑螂腳,則可以在發生擾動時聽見雜訊聲響突然變大。

除了透過生物演示電生理之外,馬祖洛也在講座中以捕蠅草、募集自願者做實驗。不會移動的植物身上也有電訊號嗎?馬祖洛在捕蠅草的實驗中,將電極固定在捕蠅草葉子上並以導電膠作為介質,當實驗設備接上電腦或ipad便可以看見植物的電生理訊號波型。由於捕蠅草的葉子中有著可以感受到生物(如蒼蠅)活動的感覺毛,當馬祖洛撥動捕蠅草內的感覺毛時,電腦螢幕就立即顯示了一個動作電位(action potential)波形;而在捕蠅草闔上時,也出現出動作電位的變化。雖然植物沒有軸突、神經元等構造,但仍可以透過離子的傳遞顯示出生物電流。演講過程中,馬祖洛更募集有興趣的自願者讓他們能實際參與實驗。他使用團隊開發的人體電訊號盒,並將電極貼片貼在自願者的手臂上,只要在自願者的手緊緊握拳時,就可以在聯接著電訊號盒的ipad螢幕上看見肌肉活動的電生理訊號波形,過程中充滿趣味。

藉由簡單的一些實驗器材,Backyard Brains團隊讓神經電生理訊號以視覺、聽覺的方式呈現在觀眾面前,讓我們可以用更活潑、互動的方式認識生物中的「電」,也令看不見、難以感受到的神經訊號清楚呈現在我們眼前,啟發人們對神經科學的興趣。

馬祖洛在臺中場的演講活動也由錫昌科技團隊剪輯成短片,有興趣的讀者可點擊連結觀賞
https://www.youtube.com/watch?v=c0_BXvF5JBg