新世紀伊始，勞力密集的傳統產業已隨二十世紀的腳步遠離我 們而去，取而代之的是智慧經濟時代及高科技產業發展。全球科技已 朝向生物科技、奈米科技、微機電科技、資訊科技以及太空科技等重要 研究領域積極拓展。新世紀科技研究的重要特質之一是跨學門的團隊 合作研究精神，尖端科技乃是基礎科學整合，知識再運用的表現，
比如生物科技中的晶片技術需要依賴生物、醫學、化學、物理以及數學 的跨領域密切合作始能完成；同樣地，奈米技術也是要結合理科及 工科的各相關學門研究成果始能克盡其功。因此唯有基礎科學知識廣 博兼具創新，思考能力才能突破傳統思維創造新格局。
由於高科技產業進步神速，諸如通訊產業、生醫科技、奈米材料、
電機資訊、太空技術等競賽正在國際間暗中展開較勁，尖端科技產業 是永遠不停的在推動進展，但其卻建立在紮實的基礎科學知識上，
包括化學、物理、數學、生命科學、地球科學等基本知識的靈活運用及 統整發揮。因此基礎科學教育必須重新調整，在專業領域內必須融入 跨領域知識，在授課教材內必須引入科學新知，在教學方式方面必 須生活化、趣味性，及摒除純驗證式的實驗教育，才能培育出具有思 考創意的人才，以及能實際創新實驗方法的高級研究人員，如此培 育人才方面也才能真正向下紮根（教育部，2006）。
一、腦神經科學的科際統整
以課程統整的理論依據之一－腦神經科學為例，大腦功能 的運作，受控於神經迴路的活性；神經迴路活化的基石，來自 於神經傳導物質，與腦內生化物質的作用，例如台灣的 921 及美 國的 911 事件過後，很多人仍處於恐懼及憂傷的情緒中；當事件 過後，為什麼事發情境會在當事人的腦海一再重現，使恐懼害 怕的情緒，一直困擾著人，而揮之不去？ 然而，有些人卻可以
走出陰霾，人生可以重新開始？ 這是大腦中司掌創傷記憶的訊 息（杏仁核），與理性／意識運作（新皮質）的抗爭？ 個人對 恐懼的不同處理方式，又應證了：每個人腦部獨特的神經細胞，
組合成的網路／迴路，形成每個人特有的大腦圖譜。每個人腦部 存在著活化神經迴路的機制，腦中裝配回饋機制，來強化神經 迴路，反之抑制神經迴路的運作。現今對於神經回饋機制的了解，
帶動以調控神經回饋，來達到集中注意力的「注意力訓練員」科 技；或以強化腦力為目標的「顧腦」另類公司。若利用此項訓練，
可增加就學者的注意力，以達到學習高峰。（曾淑芬，2006）。
腦科學研究是本世紀最重要的尖端研究領域之一，目前的人類 腦生理訊號研究絕大多僅止於視覺與聽覺的刺激反應機制分析，
對於動態刺激反應(kinesthetic stimuli)的研究相當少，因此 結合虛擬實境動態模擬、訊號分析處理與機構設計等工程技術及 神經科學進行含括工程、心理與神經科學之跨領域腦機介面研究，
以虛擬實境動感平台提供動態刺激以探索人類在不同外界刺激 及各種壓力下的心理狀態變化，注意力轉移及反應過程，進而 建立工作任務（環境）、腦信號與人體各部分感測與神經肌肉反 應的三方對應關係，開發以腦訊號為基礎之腦機介面。目前研究 項目包含：(1)腦動態、生理變化與人類認知狀態之關連性研究；
(2)單一試驗(single trial)短暫性腦動態特性研究；(3)維持 高持續認知能力之腦機介面回饋訊號與模式研究；(4)腦電波 (EEG)與動態刺激(kinesthetic stimuli)之關連性研究；(5)建 構神經感知人機互動介面；(6)BCI 效益評估研究；(7)發展無線 乾式電極生理訊號感測系統；(8)發展應用於腦機介面之可攜式 即時嵌入式系統；(9)發展泛用型生理訊號處理晶片。而腦神經
工程研究(NeuroEngineering)，則從基礎腦科學及認知神經科 學出發，結合醫學工程、人因工程，並引入生物科技、電子、電機、
資訊、機械、材料、微機電等領域的知識與工具，進行腦神經工程 之基礎及應用研究。在腦神經科學的基礎研究上，利用腦波、腦 影像及各種生理訊號的量測與分析來探索人類在不同外界刺激 及各種壓力下的心理狀態變化，注意力轉移及反應過程等，進 而建立工作任務（環境）、腦信號與人體各部分感測與神經肌肉 反應的三方對應關係，再結合工程技術進行腦機介面（brain-computer interface）等腦神經工程應用研究。腦機介面之研究 將可幫助一般人在與他人或機器密切互動的工作環境下（如開 車），維持高持續認知能力，而減少失誤及對週遭情況的誤判。
因此腦科學之複雜度需要不同領域的知識和人才密切結合，包 括生物、醫學、數學、物理、化學、資訊科學、工程、哲學、以及藝術 與人文等（腦科學研究所，2006）。
二、生物科技的跨領域問題
（一）跨領域的生物科技
再以生物科技為例，生物科技是利用生物體、生物系 統和生物反應過程來製造產品或提供服務的科技。生物科 技乃當今世界公認之二十一世紀最具潛力的科技之一，
尤其在基因重組技術發明後，其發展更加突飛猛進。現時 許多國家竭盡全力進行有關方面的研究，並希望成為下 世紀的生物科技強國。基因體上個別基因的核酸序列決定 蛋白質的胺基酸組成，而蛋白質是執行基因功能的主要 分子，不同蛋白質可以執行類似或完全不相同的功能。基 因體的大小與生物的進化程度有些關係，例如病毒基因
體最小，其次是細菌、酵母菌、線蟲、果蠅、鳥類、人類（表 2-4-1）（余淑美，2005）。「生物科技」是一種科學技術，
透過生物媒體將科學與工程原理應用到物質生產，嘗試 去改善五穀（農業）、製成新藥（藥劑）、燃料與化學品
（能源）、食品和飲料 （食物科技和發酵科技）及分解 環境上的廢物（環保）。近年來更應用於細胞（或微生物）
的基因改造，嘗試透過遺傳工程(genetic engineering) 去治病（醫療）（台灣生技產業發展概況，2001）。
表 2-4-1 不同生物基因體大小的比較
生物名稱 基因大小
藻類（algae） 6.6 x 105 bp 黴漿菌（mycoplasma） 1.0 x 106 bp 細菌（bacterium） 4.2 x 106bp 酵母菌（yeast） 1.3 x 107bp 黏菌（slime mold） 5.4 x 107bp 線蟲（nematode） 8.0 x 107bp 昆蟲（insect） 1.4 x 108 bp 鳥類（bird） 1.2 x 109bp 兩棲類（amphibian） 3.1 x 109bp 哺乳類（mammal） 3.3 x 109bp 資料來源：余淑美（2005）。
生物科技不是一門新的技術。早在遠古時代，人類已懂得 利用及改良自然生物去迎合生活上各方面的需要。早期利用生 物技術過程的例子包括釀酒和烘烤麵麭。現代生物科技包括基 因改良、基因重組和基因治療等。而這些嶄新的生物技術較傳 統的技術更快捷、經濟及可靠。「生物科技」是一門跨學科的學 問，所應用的學問，包括工程學、微生物學、電腦學、數學、經 濟學、生物化學、遺傳學、分子生物學、植物學、農業學等等。
（香港教育學院科學系，2005）
生物科技發展會與各種產業連結，比如說， 2000 年到 2010 年生技產業預測的最大發展部分是在醫療，再來是農業、
食品與化學，成長率都很高。在 20 世紀末，發展新藥代價已 經呈螺旋狀攀升，自 1976 年的 5 千 4 百萬美元到 1990 年的將 近四億美元（圖 2-4-1）。國內過去對生物科技的投資，從 2000 年的新台幣 115 億元、2001 年的 215 億元升高到 2002 年 的 250 億元，中間的成長非常快。從國際來看，生物科技發展 是以歐美為主，美國占 48％、歐洲占 25％，背後也有發展不 均的問題（葉俊榮，2003）。美國福利制度健全，加上人口眾 多，在醫藥發展方面，成為全球最大藥品市場，當地藥品暨 食品管理局(Food and Drug Administration, FDA)在藥品及 食品上市販賣時，有極為嚴格的審核程序及要求，獲得美國 FDA 通過，幾乎可說是拿到全球銷售的通行證，全球知名大 藥廠多為美國廠商，其次為歐洲、日本，其中前十大藥廠有九 家位在美國，一家在英國，其他地區或國家的藥廠規模無法 和這些廠商相比較，由於人才、技術和資金多集中在美、歐、日 等國，故這些地區在新藥及生技產業發展均執全球之牛耳，
以美國為例，1996~1998 這三年新藥上市速度過慢，使得生 技類股被投資人打入冷宮，但在 2000 年初人類基因體計劃 (Human Genome Project)因政府單位和民間公司相互較勁，
且美國總統和英國首相時而出面發表相關看法，使得生技產 業又再度受到世人注視（台灣生技產業發展概況，2001）。
圖2-4-1 藥物發現、發展成本的增加率
26.0 60.0 117.0
231.8 28.0
65.0
113.8
127.2
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0
1976 1986 1987 1990
Year
$Millions
Capital costs Out of pocket costs
資料來源：取自 Hwa A.Lim & 趙慧娟（2003：63）。
人類基因體計劃早先是由美歐等國政府資助的研究單位所 主導，希望藉由人類遺傳物質(DNA)定序，找出帶有訊息的片段 (gene)，再研究 gene 與蛋白質表現或疾病的相關性，人類基因
2001）。生物醫學則會應用到奈米這門技術，奈米微粒的尺寸一
般比生物體內的病毒（virus）、紅血球、細胞小得多（如圖 2-4-2 所示），是只有十億分之一米公尺大小的單位。以此奈米等級 之特性便提供了一個新的研究領域。奈米生醫材料幾乎包括所有 生化藥品，如抗心血管病、抗癌藥物、糖尿病及抗愛滋病用藥等，
特別是改變遺傳因子基因藥的研究，奈米生醫材料的微小及易 滲透的特性，使得醫藥學家有可能改變細胞基因。奈米生醫材料 技術也可應用在細胞貼附與癒合之設計。奈米生技的範圍很大，
包含 DNA 工程與分子組裝、生物的分子組件、式樣形成、分子拓印、
奈米顆粒或奈米管等的生技應用、表面奈米生技。這六類技術的 應用層面，涵蓋了奈米顯影、藥物制放、 組織工程、微流體、生物 晶片、生物感測器等（徐善慧，2003）。
圖 2-4-2 微米至奈米尺度圖
資料來源：取自（徐善慧，2003）
（二）生物科技的衝擊議題
生物科技所引發的衝擊，不僅在技術方面的整合，
生物科技所引發的衝擊，不僅在技術方面的整合，