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從多組學看腦部疾病的秘密 4月1日下午,本校邀請臺北醫學大學莊健盈教授蒞校進行學術人才專題演講,主題為「幫細胞進行身家調查 - 從多組學看腦部疾病的秘密」。莊教授在演講中加入許多生動的比喻,並在講解中透過互動來呼應學生們的生物先備知識;此外,莊教授也以最新科技產物與人腦做對比,讓我們不僅了解「多組學」的內涵、意義及未來發展性,也體會到大腦運作的神奇奧秘。 在演講開始時,莊教授先回顧同學們對於細胞分化與器官形成的了解,並介紹了各種細胞造成的大腦功能分化,透過大腦影像看出不同的生理狀態,如血流、代謝與功能。在人腦中,有860億個神經元和許多膠細胞,對細胞進行一一徹查將耗費龐大成本,因此,相較於了解每一個細胞在做什麼,科學家更傾向於尋找線索,並將注意力聚焦在「問題細胞」上。在此議題上,莊教授引入了類腦智能做對比,提到:相較於大型語言模型如ChatGPT,如果要模仿大腦神經網路運作,在練習中建立更便利的神經傳導路徑,就需要有模擬神經迴路、測試學習規則的數位大腦模型。 為什麼透過「多組學」來對腦細胞做身家調查? 多組學是甚麼?我們為什麼需要? 未來的醫院和醫療 活動相片連結
高三愛班 游心辰報導
每一個細胞都有自己的「個性」與「工作」
傳統的研究方法透過生物解剖學、電生理學、生物化學、分子生物學以及腦成像學等五種方法了解細胞間的交互作用;最近,基因技術、遺傳學技術、光學技術、電信號檢測技術、超高分辨顯微成像技術、工程學技術以及奈米技術等新興技術的出現可以使科學家得知患者出問題的腦區在哪,以及哪些訊號傳導路徑出問題;然而這些新興技術仍多以大量細胞為單位進行分析,當科學家開始好奇:能不能看到每一個細胞在做什麼?於是更精細的多組學與單細胞技術因此應運而生。
由於從基因到細胞功能需要經過轉錄、轉譯、蛋白質摺疊等步驟,因此如果細胞功能異常,也需要同時一起看許多體學,例如:基因體、轉錄體、蛋白體、代謝體,來判斷功能異常的原因,而這個方式就被稱為「多體學」或「多組學」,而單細胞分析技術的加入,則能讓多組學的研究精確到每一個細胞的層級。
基因定序技術發展至今,從原本需要耗費數十億台幣,到現在只需要三萬塊左右就可以定出整個人類基因體序列。過程中,會將細胞的基因分成數萬個片段,並加上專屬的「分子標籤」用於追蹤每個片段原本來自哪一個細胞,最後藉由分析每個片段的含氮鹼基序列來判斷這到底是哪一個細胞,或者去統計這些細胞的基因表現量,比較是否有發生異常表現,來知道這個「問題細胞」,到底是誰;未來透過導入多體學與多模的研究,整合神經影像,大腦與意識、奈米生醫工程、神經復健等團隊,將有助於落實腦部認知疾病的研究。莊老師以腦癌為例,在使用一個個細胞分辨膠質母細胞瘤異質性時,可以發現腦癌不只是一群失控的細胞,還是一個會跟大腦神經網路整合、並隨時偽裝、改變身份的動態系統,因此需要透過單細胞分析與多組學來辨識。
透過對腦細胞的「身家調查」,例如看基因表現、蛋白質與功能連結,可以了解細胞是誰、做什麼、跟誰互動;而多組學的目標,就是要把原因、過程跟結果連結起來,看系統中是哪個環節出錯而導致疾病。
多組學中有如此龐大的數據被分析,需要借助人工智慧的幫忙,找出人類看不到的規律並協助醫生做更精準的判斷,因此莊教授也提到:「AI不會取代醫師,而會使醫師變得更強!」在未來的醫院中,有許多科技輔助醫療行為的實例,而醫師的責任就是為病人做出更精準的判斷。講座的最後,莊教授也鼓勵在場的同學們勇於探索,北醫大有許多教授與再興有密切、長久的學術人才專題合作,各位可以找尋有興趣的主題並主動尋找資源與協助;在臺北醫學大學中,也有許多關於國際合作與科技創新結合醫療的機會,可以滿足各位同學的求知慾,並習得最前沿的醫學知識。
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