前瞻技術脈動：醫療與健康（202524）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2025年5月29日

圖、前瞻技術脈動：醫療與健康（202524）

人工智慧演算法助力3D重建人類大腦碎片最精密的細節
人腦細胞及突觸的完整圖譜可能對於大腦功能和疾病的特徵指引方向，但受限於資料量及運算需求太龐大，過去尚無法做到。研究人員對人類大腦進行了迄今為止最大突觸分辨率的3D重建，生動地顯示了大約半顆米粒大小的人類顳葉皮質中每個細胞及其神經連接網絡。一立方毫米的腦組織只是人腦的一個小片段，但其包含57,000個細胞、230毫米的血管和1.5 億個突觸，總計1,400 TB的數據，哈佛大學和Google研究院的科學家剛剛完成了一項壯舉，發表在Science期刊上，是研究團隊近10年合作的最新成果，Google研究院將Lichtman的電子顯微鏡成像與人工智慧演算法相結合，對哺乳動物大腦極其複雜的線路進行顏色編碼和重建。這些完整的圖譜將為我們對大腦功能和疾病的新見解指引明路，而科學家對此仍然知之甚少。
參考資料：A fragment of human brain, mapped in exquisite detail. ScienceDaily. 2024/05/09.

大腦如何保持足夠的靈活性以應對複雜的世界（而不至於陷入混亂）
由Earl Miller領導的Massachusetts Institute of Technology研究團隊發表於《Neuron》期刊的研究成果指出，該團隊提出「混合選擇性」(mixed selectivity)的概念，描述大腦如何靈活地吸收所有相關訊息，而不會被無關訊息淹沒。儘管過去許多神經科學家認為每個細胞只有一種專有功能，但最近的證據顯示，許多神經元實際上可參與各種計算集合(computational ensemble)，每個集合都在並行工作。換句話說，當一隻兔子考慮咬一口花園裡的生菜時，單個神經元可能不僅參與評估它的飢餓感，還可能參與評估它是否能聽到頭頂上的老鷹，或者是否能聞到樹上的土狼，以及生菜離它有多遠。研究團隊指出，大腦無法同時進行多個任務，但許多細胞具有參與多個計算工作（本質上即「思考」(thought)）的能力。研究團隊並在實驗中觀察到當振蕩（oscillation，也稱為「腦波」(brain wave)）和神經調節物質（neuromodulator，影響神經功能的化學物質，如血清素或多巴胺）「招募」(recruit)神經元進入計算集合時，它們也幫助它們「篩選」(gate)任務中的重要內容。
參考資料：How the brain is flexible enough for a complex world (without being thrown into chaos). Science Daily. 2024/05/10.

細胞經過改造可產生增強免疫的胺基酸
生物工程學家提出了一項策略，可以使細菌產生關鍵氨基酸，並納入蛋白質中，藉此增強蛋白質對免疫系統的“可視性”(visible)，有助於對抗引起諸如葡萄球菌感染等疾病的細菌。細菌疫苗有望減少抗生素的需求，進而抑制部分關鍵藥物的抗藥性發展。此項工作為未來可能的細菌疫苗建立更好的平台，展示了生物工程的潛力，希望能提高細菌疫苗的有效性。
參考資料：Cells Engineered to Produce Immune-Boosting Amino Acids. AAAS. 2024/04/05.

週期鐘基因可使高劑量藥物對肝臟產生更大的毒性
新研究發現，當肝臟的週期鐘基因 (circadian clock genes)活躍時，如果使用更高劑量藥物時會產生有毒代謝物，對肝臟細胞造成的損害最嚴重。該研究利用實驗性人類肝臟系統詳細描述了週期鐘基因如何調節肝細胞中的藥物代謝和免疫反應。研究人員聚焦於止痛藥物醋氨酚(acetaminophen)和降膽固醇藥物阿托伐他汀 (atorvastatin)，這兩種藥物在較高濃度下產生的代謝物可能導致肝衰竭。他們的分析聚焦於一種名為CYP3A4的生物鐘基因。當這個基因活躍時，藥物的毒性增加。研究結果有助於確定最佳用藥時間，以提高藥物的安全性和有效性。(1236字；圖1)
參考資料：Clock Gene Can Make High Drug Doses More Toxic to the Liver. AAAS. 2024/04/24.

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