Mr./Ms. Days (MMDays) – 網路, 資訊, 觀察, 生活

Posted By Mr. Thursday David OReilly運用 anamorphosis 的技術 (古代把物體畫成變形的圖案，透過特殊鏡片或角度才能看到原貌的繪圖技術)，將他原本的動畫呈現在iphone上面，但是會因為觀看角度的關係，讓人以為這隻小貓是立體的，而且還可以透過觸控螢幕來移動動畫的觀賞角度呢！實在是非常神奇的創作！   iHologram – iPhone application from David OReilly on Vimeo. 資料來源 (The Next Web) See that little creature? It’s a iPhone holographic illusion

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Posted By Mr. Thursday 免疫系統對我們實在是非常重要。之前介紹過的病毒，或是生活環境中都有許多細菌，甚至身體裡面也會自己長出癌細胞，但是因為有了免疫系統，我們可以在一定程度下保持自己的健康，除此之外，我們得過一種疾病之後，還會記住這個疾病，第二次的免疫反應會更大更迅速，讓我們有「免疫」的表現。或者透過疫苗的方式，我們也不需要得過一次病，就可以「免疫」了！然而我們的免疫系統，是如何運轉的呢？除了白血球 (可以細分為4種今天不談) 提供身體一般非特定性的免疫功能，對每一種疾病特定的免疫反應，則是透過身體裡面的兩種淋巴細胞來反應，分別是B細胞和T細胞。為什麼叫做B細胞和T細胞呢？是因為他們喜歡用 BT 下載影片嗎？No No No! B細胞是因為他是在骨髓 (bone marrow) 裡面成熟，所以稱為B細胞， T細胞是因為他是在胸腺 (thymus) 成熟，所以稱為T細胞。 圖1 淋巴細胞(lymphocyte)與樹狀白血球細胞(dendritic cell) B細胞和T細胞如何在身體裡面清除病原，讓身體保持健康呢？這邊有另外兩個主角，就是抗原和抗體 (antigen and antibody)。抗原是病菌或病毒上面某個可以被辨認的蛋白質片段，而抗體就是免疫細胞上面，可以專門來辨認和結合抗原的部分，抗原和抗體，就有如鑰匙和鎖的關係，而且具有特定性，一個抗體就只辨認一種抗原。B細胞和T細胞的差別，可以從他們細胞膜上面的抗體來分別。 圖2 抗原 (antigen) 與 抗體 (antibody) 每個T細胞或B細胞上面有許多抗體 (antibody)，就像上面那張圖裡面紫色的部分一樣，每個細胞有很多個抗體，但是同一個細胞表面的抗體會全部都一樣，也就是說抗體有很多種，但是一個B細胞或T細胞上面，只有一種抗體分布在上面。而一個抗原(antigen)則會有許多小部分 (epitopes) 可以讓某一個特定的抗體所辨認，所以一個抗原，有時候會需要三個抗體才能完全被辨認和結合。 抗體結合到抗原上面，就表現出免疫的作用了，譬如說病毒如果被抗體辨認，然後結合起來，病毒原來可以侵入細胞的區域，可能就被抗體給佔據，因此病毒就無法再入侵健康的細胞了。對於已經被感染的細胞，或是外來的病菌，抗體則是有另外一種作用，簡單地說，是一種把抗原標示起來的作用，讓免疫系統其他組成份子可以確定摧毀的目標。整個故事怎麼走呢？下面就來慢慢解釋。

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Posted By Mr. Thursday 下面的FLASH是由 Arthur Shapiro 所製作的視覺錯覺。原本固定形狀的花朵，加上邊緣的線條，就會開始規律地扭轉，好像在呼吸一樣呢！ FLASH1 呼吸的花 Arthur Shapiro會在他的blog每天製作一個視覺的錯覺 (Visual Illusion)。也許會納悶，怎麼人的視覺系統會產生錯覺呢？這樣子不就不大好？其實我們也可以說，因為人類視覺系統如此特別，所以可以輕鬆地辨識物體，尤其在切割兩個重疊的影像的時候，我們可以很輕鬆地把同一盤菜裡面的菜和湯分開來，如果要用電腦來處理，目前仍然無法很容易地進行。 其中部分原因，是因為我們的視覺系統是用對比的訊號 (contrast)，而不是像電腦的編碼，儲存的時候是用點陣圖的方式儲存，對比的資訊需要另外計算。電腦似乎就是用「絕對」的方式來處理視覺資訊，而人腦就是用一種「相對」的方式來處理視覺資訊，因此對電腦來說不容易的視覺工作，人腦是非常容易辦到，不過也因此會有副產品的產生，就是視覺上的錯覺了。之前曾經介紹的Ebbinghaus Illusion，就是可以說明我們使用相對資訊來處理視覺，因而產生錯覺的例子，您看！中間兩個圓圈是一樣大的，但是因為週遭圓圈大小不同，我們相對的視覺系統，就產生大小不同的錯覺了。 圖1 ebbinghaus illusion 除了「相對」的處理方式是人腦和電腦有所不同的地方，「平行計算」是另一個可以比較的地方。不過無論是電腦或是人腦，都會有平行計算，因此今天想探討的是另外一個問題，請各位先觀察一下下面這張圖片： 圖2 人腦XOR 這個圖片是由 Mark Changizi 所製作的，主要的想法是希望能夠利用人腦平行計算的能力，來解決一些邏輯上的運算。譬如說上面這張圖，是希望在圖的最上方可以放0或1，0的盒子會遠離觀賞者，1的盒子看起來會朝向觀賞者。接著觀賞著沿著這張設計好的圖，運用人腦的平行計算能力，看到圖片最下方的地方，如果感覺是朝向觀賞者，就說是1，如果最下面看起來是遠離觀賞者，就說是0。而這張圖的設計，可以讓觀賞者自然地從上面看到下面的時候，做了一個XOR (exclusive OR) 的運算。 不過我想探討的問題就是：平行計算應該是發生在運算初期的部分，無論是人腦還是電腦的平行計算。

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Posted By Mr. Thursday 電腦有電腦病毒，在生物體也有病毒。病毒和寄生蟲有類似的地方，就是他們都無法自行完成繁殖後代的過程，必須要找到宿主，才能產生下一代。病毒簡單地說，就是由 DNA 或 RNA組成一個病毒的中心，外面在包上幾層醣蛋白 (glycoprotein) ，就是一個病毒了，因為只有 DNA 或 RNA ，所以病毒容易突變，所以感冒疫苗比較少見，因為突變速度太快了。然而也因為病毒只有 DNA 或 RNA，因此他沒有一般生物體細胞裡面維持生命所需的胞器，像是之前介紹過的粒線體來提供能量，以及各式各樣的酵素來維持各種循環，以及最重要的，複製自己產生下一代。 因此，病毒組成非常簡單，就是DNA、RNA，外面包一層蛋白質就是了。 圖1 SARS病毒 現在剩下的問題，大概就是：DNA、RNA是什麼東西呢？之前DNA到蛋白質的過程這篇文章裡面，有簡單地介紹一下DNA、RNA、以及蛋白質之間的關係。在這邊我也簡短地複習一下，讓各位可以知道DNA，進一步知道病毒是什麼東西了！ 當我們要學習一件新東西的時候，有個方法是讓新東西和過去學過的東西產生連結，譬如說視覺上，可以把以前學過可以辨識的特徵拿出來，變成現在新東西的面貌。譬如說我們可以把新東西切割，分析是由哪些我們已經知道的東西組成的。假如今天您從來沒聽過DNA、RNA，字面上我說DNA是deoxynucleic acid的縮寫，中文稱為去氧核糖核酸，可能你還是不知道這些字的意義。因此，先讓各位視覺上有個印象，分別看一下DNA和RNA的圖片：

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Posted by Mr. Thursday 石油有用盡的一天，核能發電會有輻射性的副產品，太陽能只有白天可以作用。替代能源，像是生質柴油 (diesel fuel) 等等，慢慢地研究當中。最近一位物理學家 Francis Farley 發明了一個使用海浪來發電的裝置，名字稱為 Anaconda (蟒蛇;巨蟒;森蚺)。這個裝置會安裝在海床上面，其中一端等待海浪拍打，因為裝置本身是一條長長的橡膠管，具有一定程度的彈性，因此海浪拍打的時候，會在橡膠管理面產生一個激突波 (bulge wave)。 這個壓力波在橡膠管的另外一邊，由一個鴨嘴閥 (duck-bill valve) 接收，轉換成一個矯正流 (rectified flow) ，製造出渦輪機上面的壓力差，進而產生電力。 即使目前這個裝置的發電成本約為傳統火力發電成本的兩倍，然而未來仍舊是一種替代能源的方式，有發展空間。此外他們也要繼續用數學模型，來模擬各種海浪拍打的情況，作出更好的裝置。 之前有介紹過生物上面產生能量的方式，包括粒線體轉換食物的能量，葉綠體的光合作用，以及體溫發電機藉由改進機械運轉效率，變成可以由體溫溫度差的微弱電流來驅動。此外，MIT還有發明使用體重壓力來發電的椅子，或是在大眾運輸車站的地板上面收集大眾運動產生的壓力差能源，只要我們的頭腦運轉一天，相信即使石油有一天真的使用完畢，我們也已經準備好了多種方案來產生能源了。無論是從萬物之母的太陽光來源，或是海浪這種之前尚未蒐集的自然能源，或是運作效率高以便微型電力可以驅動的機器發明，或是尚未蒐集的眾人 Web2.0 式的能量來源，只要能夠開出新的能量源、又能減少不好的副產品、或是延續舊有系統一舉兩得的發電方式，都是我們可以繼續努力的目標！     延伸閱讀 (MMDays) 體溫發電機 (MMDays) 葉綠體: 細胞的太陽能發電廠 (MMDays) 粒線體: 細胞的發電機 (Medgadget) Body Heat as Power Source (MIT SA+P) The Crowd Farm (The Green Optimistic) Anaconda Bulge Wave Power: Incredible [...]

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Posted By Mr. Thursday 石油價格和食品價格不斷上升，能源危機，無論是機器要用的石油、還是生物要用的食物，都慢慢顯現出來，除此之外，二氧化碳產生的溫室效應，也開始在氣候上面表現出來。面對這些危機，我們人類也開始有相對應的措施。太陽能發電，就是一種替代能源的方式，然而在研究太陽能發電之前，我們不妨也來看看，現在已經存在的太陽能發電，在生物上的模型，也就是植物的「葉綠體」了！葉綠體 (chloroplast) 是植物裡面負責將陽光，轉換成食物的地方。您看！自然界多麼巧妙！二氧化碳太多嗎？植物光合作用正需要它！能源危機嗎？植物的光合作用正是要產生糖類，之後無論是要當成食物、還是生質柴油 (diesel fuel)，都可以！唯一需要的，就是陽光、二氧化碳、和水，產出除了食物、水、還有呼吸需要的氧氣呢！這實在是太美好啦！就讓我們先來看看，葉綠體裡面是什麼樣子的作用，可以成為這麼好的太陽能發電廠呢？ 圖1 光合作用流程圖 上面這張圖可以看到，光合作用需要二氧化碳 (CO2) 和 水(H2O)，下面則是有氧氣 (O2) 和 蔗糖 (sucrose) 。當然啦，還有最重要的太陽光在左上角。光合作用整個分成兩大部分，左手邊負責把太陽光的能量，轉換成電子的動能，用來產生細胞的能量貨幣 ATP ，右手邊則是把產生出來的 ATP 用來驅動右手邊的加爾文循環 (Calvin Cycle) ，產生蔗糖。如果讀者不大了解 ATP 是什麼，可以把ATP想像成細胞裡面傳遞能量的一種物質，就好像我們平常買賣會用錢幣或紙鈔一樣，ATP 就是一種細胞交易能量的貨幣。   圖2 葉綠體 接著，讓我們看看葉綠體的結構，葉綠體如上圖所示，裡面有許多綠色圓柱，是由一片一片類囊體 (thylakoid) 疊起來的。類囊體 (thylakoid) 和粒線體一樣，有內外兩層細胞膜。在粒線體: 細胞的發電機裡面我們曾經介紹動物把吃進去的食物，怎樣子透過粒線體，轉換成細胞交換能量的貨幣單位ATP，其中粒線體也是一個具有內外兩層細胞膜的胞器。 下面這張圖則是顯示葉綠體，在葉子裡面的哪個地方。左上角是葉子，右下角就是葉綠體。

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Posted By Mr. Thursday 由匹茲堡大學 (University of Pittsburgh) 和卡內基美隆大學 (Carnegie Mellon University) 的研究團隊所做的研究，把電極插到猴子的頭腦裡面，接著用電腦分析讀取電極傳出來的大腦訊號，轉換成機械手臂移動的指令，猴子便能夠用「想」的，移動機械手臂來自行拿取食物來吃。讓我們先看一下 DEMO 的影片。 這個研究如果將來技術成熟之後，可以應用在一些癱瘓病人身上。他們大腦裡面負責運動的區域可能還是好的，但是運動的肢體像是手臂等等，可能已經無法使用，這個時候就可以用機械手臂來取代，並且透過電及和電腦分析，讓使用者可以用意念，來指揮機械手臂。 目前比較困難的是，研究人員發現插進大腦的電極 (electrode) 在幾個月之後就會無法使用，因此這部分還有待突破。然而大腦運動區域訊號的分析，則是已經有顯著進展，只要先有一小段訓練時間，電腦就可以慢慢了解猴子移動手臂往上、往下、往前、往後、往左、往右、開始、停等訊號。 此外，我個人的觀察是，首先，因為運動神經在腦幹 (brain stem) 的區域會左右交換，因此影片中猴子右手一邊在動，但是我猜他們放置電極的地方可能是左腦的運動區。其次，運動訊號主要就是從大腦的主要運動皮質 (primary motor cortex) 區域裡面，負責手臂運動的地方的訊號來分析。不過不知道如果加上小腦 (cerebellum) 的訊號，會不會讓效果更好？因為小腦主要就是對運動進行微調，負責無意識的運動調節學習 (adapt)。 大腦的運動區域對身體的分佈，可以參考大腦一日遊裡面的這一張圖的說明： 左邊是主要感覺區的分佈，右邊是主要運動區 (primary motor cortex) 的分佈，臉部無論是感覺或是運動，都佔了很大的比例，代表對臉部的感覺和運動很細膩，需要比較大的區域來處理或產生訊號。另外，皮質區 (cortex) 是有意識的資訊的處理，訊號離開大腦後，會延著腦幹，往脊隨 (spinal cord) 的方向傳遞，中間會經過小腦，也會隨著訊息的目的地在不同的地方左右互換，這部分滿複雜，可能要重新複習一下課本才會記得，有興趣的讀者在繼續深究這一部分吧！

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Posted By Mr. Thursday Google Earth現在可以觀賞迪士尼樂園 (Disney World) 的3D影像了。上面就是一部 DEMO 的影片。石油價格越來越高，機票越來越貴，沒辦法實體到迪士尼樂園玩，也可以先在 3D 虛擬世界裡面身歷其境一番，也是不錯的經驗！

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Posted by Mr. Thursday 在網路上看到一段教學影片，探討了一些投影片常見的錯誤，和大家分享，是一部5分鐘的短片，演講者也滿有趣的，影片有中文字幕。    

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Posted By Mr. Thursday 有一家專門製作生醫動畫的公司 Hybrid Medical Animation 在2007年的時候贏得了 Aurora Awards。他們把各種醫學微觀現象作成電腦動畫，像是血管內的動畫、藥物殺死癌細胞的動畫、或是細胞分裂過程的動畫。動畫非常精美，也生動地描述了顯微鏡底下才看得到的各種細胞活動情形。下面就挑選幾個給各位先觀賞，有興趣的可以在他們的網頁觀賞更高畫質的 FLASH 影片。 第一部是贏得白金獎的影片(1分30秒)。 內容敘述一種藥物 Rexin-G，可以穿透癌細胞，並且攜帶特製的基因進入癌細胞，讓癌細胞啟動自我消滅的迴路 (Programmed Cell Death)。

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