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滾動報導|生物科技應用與教育|7.01_分場六|2023實驗教育論壇

滾動報導|生物科技應用與教育|7.01_分場六|2023實驗教育論壇

發布日期: 2025-03-07 15:46:23  /  nccu

第六分場「生物科技應用與教育」,邀請國立陽明交通大學神經科學研究所的林慶波教授,以及國立清華大學竹師教育學院的莊鈞翔副教授帶來分享。
 
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◑ 共學互動中的跨腦網絡 ◐
國立清華大學 竹師教育學院 莊鈞翔副教授

清大竹師教育學院莊鈞翔教授以「互動中的跨腦網路」為題,和大家談談他主要的研究領域--腦電波。
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❏ 與你的腦波同步對頻
在以前腦電波研究剛開始的時代,為了隔絕外界干擾,要把受試者關進一個鐵箱子裡去操作實驗,這樣的實驗最被詬病的莫過於與真實情境相去太遠;然而隨著現在穿戴式腦波紀錄越來越發達,開始有機會在真實的生活中操作。
不過這樣當然講得有點輕鬆,腦波是很細微的電訊號,很容易輕易被眨眼或外面的電波干擾等「蓋台」。因此莊老師嘗試用AI的深度學習,去分析訊號、消除雜訊、重建易於分析、解讀的腦波。
近來很多腦電波研究利用穿戴式腦電波工具,開始能研究社交情境下的互動角色。莊老師自己的研究就以穿戴式腦電波設備、探究兩個人各執一份地圖去為對方進行路徑引導時,腦電波的變化是否會發生同步synchrony的現象?
莊老師拿出了Slinky這個玩具(那個會下樓梯的彈簧玩具),拉開彈簧、帶大家分別從側面和正面來觀看,來說明如何用不同維度來理解波形、時間與圓周的關係,試著讓大家想像所謂波形的同步性。
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❏ 在各種教學法之中,學生間的大腦同步性如何
根據莊老師列舉的研究,在各種教學法之中,採用教師授課、或是一起朗讀時,學生的同步性是明顯低於觀看影片、與同儕相互討論的。在另一個親子互動的實驗中,面對面對話的同步性明顯高於線上視訊對話,尤其在右額葉主則社會認知、維持人際關係、右顳葉主則同理心、支持理解他人目標、創造共同意向性等幾個區域中,尤其明顯。這也可以延伸說明共享眼神與注意力(shared gaze and joint attention)的重要性。
另一個有趣的研究透過眼動儀追蹤雙人受試者的眼動軌跡,並且將眼動軌跡同步投射給螢幕另一端一起看著同一畫面的受試者。從而看出在單人、合作與競爭模式中,兩位玩家的同步率、以及兩人失去聯繫的斷線率。雙人腦波同步性也與一起進行的任務的難度有關,在莊老師自己的一個研究中,中等及高難度的試題,的確可以誘發兩個人腦波的同步性。
從研究雙人腦波的同步性,來到教與學的現場,回應教育工作者或許關注的一個玩笑話:「我們到底有沒有可能控制別人的腦波?」
對此,根據這些研究的啟發,莊老師給大家的要點莫過於:試著抓住對方的眼球,施予適當的刺激材料(教學、環境)去引發注意力共享機制、並且要關注合作學習中的脫隊者。

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◑ 運用 AI及MRI預測大腦年齡和疾病風險◐
國立陽明交通大學神經科學研究所 林慶波特聘教授

在林慶波教授的演講,一開始便讓人感到時間滴滴答答的一直在流逝中。
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❏ 世界正在老化中
他從高齡化與風險疾病的提升入題,預計人們的「不健康餘命」也將相對地提升,如何達成Successful aging(健康老化),便是近代許多人、許多研究關注的議題。
影響老化的因素包含基因、環境、教育程度、疾病、營養、活動等,老化的層次可以從器官所屬的系統層次、到細胞層次、再往下到分子程度的老化去逐一做討論。
身體就像一個時鐘,從頭到腳都有自己的時序。作息紊亂對於身體的負擔與傷害是最大的。
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❏ 如何衡量大腦的Bio clock?
當然可能從巨觀外顯的認知行為評量、到器官結構、再到微觀的細胞等不同層次去衡量。然而,鉅觀的認知行為評量容易受實驗室環境及受試者的狀態影響,而細胞層次的衡量在取樣上卻相當困難。
因此,像MRI這樣能清楚看見器官結構層次的工具,便是非常有利的工具。MRI的優點是可以看到非常清晰的結構,幾乎算是唯一能看大腦的機器,但是操作一次的所需的時間較長。(相對的,醫療常用的CT電腦斷層,由於X光的強項是骨骼等硬組織,對於辨識軟組織比較不利,通常是急診的情況下,取其操作快速的優點,或是搭配顯影劑來找到中風處。)
在老化的主題中,已知很多阿茲罕默證病患都是從輕度認知功能障礙(MCI)階段過度過來的,但不是所有MCI都會走向阿茲罕默。但MCI仍然可做為早期預防、早期治療的指標。
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❏ 透過大數據統計的方式
MRI在現在的技術下有非常多種成像技術,如何仰賴這麼多樣的技術、搭配現在流行的AI去預測大腦年齡與疾病風險?
對林老師來說,AI就是統計和預測的綜合。國際上有一些研究團隊就藉由大量的大腦影像透過大數據統計的方式,呈現出大腦不同區域隨著年齡的生長曲線,也可以評估不同年紀下,不同區域腦區的老化程度。
透過這樣的研究發現,運動量或認知開始退化,未來得到退化性疾病的機率特別高。已經有科技公司開始能提供一種服務,依據MRI影像,可以由醫師來提供老化的風險評估、擬定相對的預防對策。
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