探索讲座第10期-听数学与生命对话



[探索基础科学系列讲座]第十期

进入二十一世纪,争夺科学圣杯的领域,逐渐从二十世纪获得许多重大突破的物理学,转向仍然充满未解之谜让人兴奋不已的生命科学!但唯一不变的是,独立于人类经验之外的数学,都是这两个领域的根基与发展关键!
但作为纯粹抽象代表的数学,是如何与实质存在的生物相遇呢?让人类思想的产物,看似全然脱离现实应用的质数研究为天平的一端,而质朴如液胞形状与表面张力及几何的相关性为天平的另一端,我们将各自出发,来回的跳跃逼近,去寻找数学在大自然生态系、个别生命科学与医学研究各方面,是如何紧密相关和发挥作用。台湾大学、师範大学、清华大学与中央研究院的教授与研究员们,将揭开看似飘渺虚无,不食人间烟火的顶尖数学研究,从质数研究、贝索方程、统计与数值分析、到微分与黎曼几何等,一次次抽象与实质存在的碰撞,将激起我们最辽阔无边的想像。
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2013探索基础科学系列讲座第10期

听数学与生命对话 系列讲座

When Math meets Life!

活动官网

相关办法

【活动办法】

时间:09/28~12/21,週六14:00~16:30 (10/5、10/19、11/9、11/30、12/14不举办)

地点:台湾大学应用力学研究所 1F国际会议厅

报名:

1)个人:13:30开放现场报名,恕不接受预约。

2)远道:非台北/新北市的听众,敬请事先至报名系统登录,以利留座。

3)团体:10人以上团体敬请事先至报名系统登录,并提早于13:20抵达;迟

到者恕不保留座位。

报名系统

【活动奖励】
1)参与其中任四讲者,可获赠「探索好礼」一份。
2)全程参与者,可获赠「全勤好礼」一份。
3)非台北/新北市的听讲者,可获赠「好学礼袋」(每人限领一份)。

【注意事项】
1)本系列讲座完全免费。
2)讲座内容具一定深度,听众以国高中以上学生及喜爱科学的社会大众较为适合。
3)现场备有茶水,请自行携带环保杯盛装。
4)场内严禁饮食。

【如欲报名或对活动内容有任何疑问,欢迎来电或来信洽询】
电话:(02)3366-1714
传真:(02)3366-2805
Email:ntucase@ntu.edu.tw


◎各讲主题与讲者◎

特邀台湾师範大学数学系洪万生教授与台大医学院杨伟勛教授担任策划顾问

讲次日期讲题讲者19月28日数学是发现,还是发明?洪万生教授

台湾师範大学数学系210月12日探索内心的小宇宙:谈大脑的理论与模型罗中泉教授

清华大学生命科学系310月26日生物离子通道的数学建模林太家教授

台湾大学应用数学科学研究所411月2日从细胞世界看微分几何林俊吉教授

台湾师範大学数学系511月16日解密孟德尔:机率与基因定位范盛娟研究员

中央研究院生物医学科学研究所611月23日医学中的数学侦探陈秀熙教授

台大流行病学与预防医学研究所712月7日现实生活的模拟农场–漫谈生态系中的族群数量变化刘维中助研究员

中央研究院统计科学研究所812月21日医学影像中的数学舒宇宸 助理教授

成功大学数学系/云嘉南区域教学资源中心-微积分动画计画主持人


◎各讲简介◎

讲次日期讲题讲者讲题简介19/28洪万生教授

台湾师範大学数学系退休数学是发明亦或是发现?这是个争论数千年的问题,远从希腊的欧几里得就开始了…….,应用到数学最多的科学家们又是如何看待数学呢?

爱因斯坦曾说 : 「数学做为人类思想的产物,独立于经验之外,怎幺可能和现实世界配合得如此天衣无缝?」而1960诺贝尔物理奖得主魏格纳亦对数学曾讚叹「数学不合理的有效性」这样的一个令人惊奇的现象。洪万生教授将带领我们一探这个谜团的核心,不但从西方医学发展的片段,介绍数学是如何与科学发生紧密的连结,也将说明看似完全没有应用的纯粹数学,是如何建构现代密码学的基础。

此外,洪教授亦将介绍近日轰动世界数学界之「孪生质数证明」,年近六十的华人数学家张益唐埋首磨剑十多载之后,对百年来孪生质数猜测之证明,完成了最具突破性的一大步。在本系列首场,我们将藉由这位传奇人物的故事,共同揭开数学既神秘又美妙的面纱。210/12罗中泉教授

清华大学生命科学系知名的经典动漫作品圣斗士星矢曾说过:人人都有自己的小宇宙。而这令人惊异的存在其实就是我们的大脑!!!大脑拥有600~700亿个神经元,每一个神经元又与数千个神经元相互联结交换讯息,其複杂程度远超过拥有十亿会员(每个人有数百个好友)的脸书!

大脑拥有的神经元数量可比拟银河系的繁星数,这样的魅力跨领域的吸引了许多科学家投身研究。原为物理背景的罗中泉老师,将从十八世纪开始,介绍人们是如何发现神经是由电来传递讯息。这样的发现与后续研究导致后来神经元的数学模型建立,过去数十年科学家也进而发展出神经网路模型并试图解释大脑运作的原理。这其中计算机科学的发展对于人们模拟神经网路与建立相关理论有极重要的贡献。罗中泉老师最后也将与我们分享人脑与电脑的相同与相异之处,并提出大脑研究未来的展望。310/26林太家教授

台湾大学应用数学科学研究所是什幺样的机制让河豚与眼镜蛇的剧毒成为推理小说家的最爱?一抹口水的分量就可以毒杀整个泳池的生物!就让应用数学侦探带领我们一探究竟。等等,应用数学家解生物问题?其实这正是生医领域中极为重要的离子通道问题。举凡生物神经毒素的作用、肌肉萎缩等病因,都跟钠、钾、氯等离子是否能正常地通过细胞膜有关。应用数学家们以生物实验所得的资讯为基础,进而建构出通道内离子作用的数学模型。

俗话说:模型建的好,研究快又好。一个好的模型,往往能让科学研究事半功倍。林太家老师将介绍如何利用数理分析的技巧处理离子通道的建模问题,不但较传统的蒙地卡罗模拟与分子动力学方法大幅减少了电脑模拟的难度与计算量,也确定了离子大小是决定不同离子通道选择性的关键变因。此一来自数学界的研究,不仅让离子通道问题之处理有新发现,也对降血压、局部麻醉等关于离子通道药物的研发奠定了基础。411/2林俊吉教授

台湾师範大学数学系看着生物老师在黑板上画出接近球状的液胞,这是许多人都有过的课堂回忆,但液胞的形状真的只是球状而不会是立方体或其它的形状吗?随着时间推移,来到了高中物理的课堂上,我们在表面张力这一章,得知小水珠在荷叶上大约是球形,以维持最小表面积的几何形状。这个解释大概也可以用来说明液胞不会是某种立方体的原因吧!

然而,为什幺正常的红血球看起来却又像是压扁的柿子呢?北美洲红木常常高达一百公尺,根部水份又是靠什幺力量上达顶部的叶片呢?林俊吉教授将从微分几何的概念出发,带领大家畅游微生物与细胞尺度的世界,从生物力学的角度出发,并运用数学知识,来说明为何奇异的毛细面能解释北美洲红木不用担心树顶的叶子会吸收不到水份、液胞与红血球为何可以呈现许多有趣的形状、如何理解DNA丰富的捲绕与打结的现象。

细胞尺度的生物世界有许多令人惊讶的现象,而这些现象又与古典微分几何里的某类曲面、纽结、拓朴不变量等,有非常密切的关係。想一窥究竟,那您绝对不能错过这场讲座。511/16范盛娟研究员

中央研究院生物医学科学研究所当2000年人类基因图谱公布时,对全世界来说,就像是海贼王哥尔罗杰临终前那段话一样:想要我的财宝吗?想要的话可以全部给你,去找吧!我把所有财宝都放在那里! 于是,所有科学家航向伟大航道,追逐并梦想着迎接大基因时代!

人类基因图谱就像是基因海一样的广漠,但目前只是完成一个又一个的地址,每一个地址上面是百货公司?是工厂?或是便利商店还是公园?这就是全世界生医学家前仆后继想要去破解的大祕宝!例如为何在西藏高海拔区的藏人拥有的独特基因使他们在稀薄的氧气下还能自在生活。亚洲人较常见的基因型有可能导致服用某些药物较容易产生不良反应。基因彼此之间是单独作用亦或是有交互作用呢?某些直销公司宣称的基因减肥法究竟是骗人的还是真有其事?就让来自中研院生医所的范盛娟研究员带领大家在伟大的基因航道上一探究竟吧!611/23陈秀熙教授

台大流行病学与预防医学研究所在此次数学如何扮演医学侦探之演讲内容将以浅显及简易实例来呈现,内容包括(1)数学机率中所提及辛普森矛盾(Simpson Paradox),如何应用于解惑许多生活及医学上真正致病因子如何受假性(第三)因子之干扰而遮蔽其致病机转(如口服避孕药和人类乳状病毒(HPV)对于子宫颈癌之影响)。(2)控制生物医学机转中之修饰因子(Effect modifier) (如同方向盘之掌控),如何以数学条件机率结合物理力的交互作用及化学之催化剂促进及拮抗来进行釐清。(3)如何应用贝氏数学侦测医学诊断工具之精确度,以及为何在不同地区使用相同临床诊断工具但所得到之结果却不同。(4)临床上许多选择性偏误(Selection Bias)所导致之不合理现象如何以数学模式来解惑。希望透过这些实例演讲能激发应用简单数学逻辑思考,侦测及解惑生物医学中许多矛盾及偏误。712/7刘维中助研究员

中央研究院统计科学研究所当家中有人是务农时,跟他们谈起灌溉沟渠中那粉红色一点一点的福寿螺,总是会换来无奈的叹息声,这是外来物种引进台湾却没有天敌,单物种族群数量失控的状况。那如果引进了天敌呢?该引进多少数量呢? 夏威夷Hamakua糖厂在1883年为控制蔗田的严重鼠害,自牙买加引进猫鼬,但后来却失控造成多种陆栖鸟类等特有物种的灭绝!!!

这一些与我们生态系息息相关的物种族群变化,皆与食物网、竞争、天敌与补食关係等有密切关联。刘维中老师用简单的微积分与机率来建立数学模型,带领大家一窥生态学家如何利用电脑模拟预测与研究族群数量变化这个生态学的重要问题!812/21舒宇宸 助理教授

成功大学数学系/云嘉南区域教学资源中心-微积分动画计画主持人相信许多人曾经在牙医诊所照过牙齿的X光片。而在你还没有出生前,爸爸妈妈也会透过超音波影像来见你一面。有时候你也可以在一些影片中看到电脑断层扫描或核磁共振造影的蹤迹。此类医学影像,是透过什幺原理做出来的呢?如何从侦测器收集到的讯号进一步还原身体内部的结构呢?数学,在医学影像中又扮演了什幺角色呢?

成大数学系的舒宇宸老师将透过基本的数学观点,如联立方程式、正余弦函数叠合、极值点与反曲点,及统计分布等来带领大家初步了解医学影像的成像原理。此外,舒老师还会带红外线手指容积脉波信号及移动式超音波仪器来现场展示喔!

主办单位:国立台湾大学科学教育发展中心

协办单位:台大应用力学所、台大化学系、BBC杂誌、科学人杂誌

协作平台:科技大观园、知识大讲堂

中心网址:http://case.ntu.edu.tw/



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