【醫學里程碑】中樞神經也有抵抗力!

免疫系統負責保護我們的身體:它能有效防止細菌和病毒這些病原體 (Pathogen)入侵我們的身體,但除了一處:中樞神經系統。

以往我們認為,中樞神經(Central Nervous System) 擁有如護城河般的血腦屏障 (Blood Brain Barrier),這層內皮細胞 (endothelial cell) 緊緊保護著中樞神經系統血管,連專門「殺菌」的免疫細胞亦被拒諸門外,只容許氧氣、二氧化碳和葡萄糖經過。一旦中樞神經出現病變,免疫系統 (Immune System)  幫不了手。

那我們不是死定了嗎?放心,不會。

原來免疫系統一直隱藏在中樞神經內。最近發表的研究發現中樞神經也擁有淋巴系統 (Lympathic System) ,它就像免疫系統細胞專屬的高速公路,讓免疫細胞經淋巴管 (Lympathic Vessel) 由免疫細胞儲存庫——淋巴結 (Lympathic Node)「運送」到身體不同部份,與外來病原體打仗。

這個發現就要歸功於神經學教授 Jonathan Kipnis 團隊。他們首次在老鼠腦膜發現隱藏的淋巴管結構,最初還未肯定這結構有沒有免疫功能。為了找出淋巴管和免疫系統的關系,他們利用神經成像 (Neuroimaging) 「掃描」腦膜 (Meninges)。 出乎科學家意料之外,他們發現到免疫 T 細胞 (T Cell) 。原來中樞神經的淋巴管連接著血腦屏障外的淋巴結,容許免疫細胞出入和排出腦脊液 (cerebrospinal fluid CSF) 到淋巴系統。不只是老鼠,他們也在人類遺體中找到淋巴系統結構,同樣是之前未有被發現過的。

這個發現足以改寫所有醫學和神經科學教科書:不僅揭開了中樞神經系統免疫機制的秘密,以此方向研究,更有機會為其他神經系統疾病成因提供一條重要線索。現時有不少科學家相信不少中樞神經系統疾病都可能和免疫系統有關,例如多發性硬化症 (Multiple Sclerosis) 和認知障礙症 (Alzheimer’s Disease) 患者可能是被病變免疫系統破壞; 而常見的抑鬱症或有機會是由發炎引起等。

另外,發現到淋巴系統,也代表科學家可嘗試新的治療方法,例如善用淋巴管將藥物運送到中樞神經系統治療病症,減少使用溶脂性藥物帶來的風險,亦有助我們找出這個腦膜淋巴系統和「膠淋巴」液體通道系統 (glymphatic system) 之間的關係。

報告:

Louveau, A., Smirnov, I., Keyes, T. J., Eccles, J. D., Rouhani, S. J., Peske, J. D., … & Kipnis, J. (2015). Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature. DOI: 10.1038/nature14432

記憶的迷思(一)︰ 甚麼是「記憶」?

「記憶」 仿佛像一本厚重的日記,刻劃著一段又一段的往事,深深埋藏在腦海中等待被翻開回味的一天。我想這會是大部份人對「記憶」這個詞語的理解。沒錯,記憶在我們眼中,也許只有對事和物的追憶;但往往我們也忽略了「記憶」並不止於此。記憶可以說是和我們的生活息息相關。在未來數篇文章,我將和大家探討幾個和記憶有關的主要問題。希望在數星期後,讀者和我也會認識到原來,記憶並不是我們想像中那麼簡單,甚至是令人類擁有更多智慧的關鍵。

首先要搞清楚「記憶」是怎麼一回事。先請大家想想,生活上有甚麼情怳會利用到記憶?大家可能都會感到疑惑。除了思念兒時快樂的片段或者中學時和初戀女友分手慘痛回憶外,還有甚麼會利用到我們的記憶而自已懵然不知?別擔心,或者專門研究記憶的科學家可以給你一點頭緒。

記憶也有分種類?

原來,和一般人所想的大有不同,記憶在科學家眼中其實是有很嚴謹的分類。大家要先知道記憶並不只限於有意識的記憶,其實還有一部份記憶是我們毫無意識的;例如,當我們縛鞋帶這個簡單動作其實就是一種無意識的記憶。而簡單而言,我們可以將記憶分作「短期」和「長期」記憶兩種。

     短期記憶

 短期記憶是在短時間內 (通常在幾秒內) 人所記到的資料。資料包括數字、詞語、音調等。那究竟我們的短期記憶有多強大?其中部份科學家發現人一般會記得大概 7 +- 2 ( 5 至 9 ) 個資料。或許你會好奇究竟怎得到這個 " Magic 7 " ?認知科學家 Miller 在 1956 年在其中一個實驗發現,他播放了不同數量的聲音(而這些聲音是由十個不同音調的聲音組成)給實驗參加者聽 (例如第一次會播 5 個聲音,第二次會播 9 個聲音),Miller 發現參加者記 5 – 6 個聲音的表現最好,而參加者最多可以記到約 7 個聲音,之後有其他研究也發現了類近數字  (下篇補充) [7] 。這個發現並不足以解答短期記憶的所有問題,而其後研究發現了另一種記憶 – 工作記憶 Working Memory [1] 也進一步解釋了短期記憶和學習之間的關係。例如推理,記憶本身和閱讀等,經不停練習後,可以成為長期記憶。篇幅所限,會留待下次再和大家深入了解。

     長期記憶

 相反,想信你也猜想到長期記憶的意思。從字面解釋,就是留在人腦比較長時間的記憶。那除了停留在腦海的時間外,究竟和短期記憶有甚麼分別?要解答這個問題,首先要介紹一下甚麼是長期記憶。

科學家約略地將長期記憶分為外顯記憶 Explicit Memory 和 內顯記憶 Implicit Memory [4,5,6,8] ,並將兩種記憶再細分為不同種類。 外顯和內顯記憶各自細分下來分別就是陳述記憶 Declarative Memory 和程序記憶Procedural Memory [2,8,9]。 陳述記憶和程序記憶這兩個聽起來都很Fancy的字眼,其實有甚麼分別?

回想剛才問到大家的問題,日常生活中最明顯會用到記憶的例子,其實就是一些我們可以從記憶中回想再說出來的事情。例如記得昨晚有甚麼飯菜、中環和灣仔的距離有多遠、考試內容 (例如水的化學公式是H2O ),或者三年前今天你在做甚麼。這些記憶就稱為陳述記憶。不過其實陳述記憶中,有再細分作兩種不同的記憶,分別為語義記憶 Semantic Memory 和情境記憶 Episodic Memory [8,9]。語義記憶就是世界的知識,例如地球圍著太陽公轉,或者英文 Psychology 是心理學的意思。情境記憶,就像一個人的回憶,例如上年聖誕節和家人吃大餐的快樂回憶。

可能讀者和我起初只會想,記憶就只限回溯起過往的事。其實記憶的功能並不限於此,例如學習一些無意識的動作。這類記憶是叫做程序記憶 Procedural Memory [8,9] ,聰明的讀者應該也會想到,程序記憶的命名就是因為這種記憶是用作記住一連串程序的。換句話說,程序記憶主要是經過長時間練習的成果,而例子就有經典條件反射 [3] (另一個有趣的心理學現像,可看片 )、彈鋼琴、踏單車等。和陳述記憶不同,程序記憶是無意識的。就以踏單車為例,即使你在學習踏單車後長時間沒有練習,也能隨時踏起單車來。

總結

聽起上來好像沒有甚麼關系,但記憶對學習,日常生活,個人心理健康都是唇齒相依的。但究竟記憶是怎樣影響到學習,甚至可以影響到日常生活的基本技巧,兩者的關係將留待下回再詳盡解釋。

Reference
1. Baddeley, A. D., & Hitch, G. (1974). Working memory. Psychology of learning and motivation8, 47-89.
2. Cohen, N. J., & Squire, L. R. (1980). Preserved learning and retention of pattern-analyzing skill in amnesia: dissociation of knowing how and knowing that. Science210(4466), 207-210.
3. Clark, R. E., & Squire, L. R. (1998). Classical conditioning and brain systems: the role of awareness. Science280(5360), 77-81.
4. Graf, P., & Schacter, D. L. (1985). Implicit and explicit memory for new associations in normal and amnesic subjects. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition11(3), 501.
5. Graf, P., Squire, L. R., & Mandler, G. (1984). The information that amnesic patients do not forget. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition10(1), 164.
6. Merikle, P. M., & Reingold, E. M. (1991). Comparing direct (explicit) and indirect (implicit) measures to study unconscious memory. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition17(2), 224.
7. Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: some limits on our capacity for processing information. Psychological review63(2), 81.
8. Squire, L. R. (2004). Memory systems of the brain: a brief history and current perspective. Neurobiology of learning and memory82(3), 171-177.
9. Tulving, E. (1985). How many memory systems are there?. American psychologist40(4), 385.