科技報導1月號 481期

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科學月刊姊妹刊物

2022年1 月1 5 日

創刊於1982年

科技 報導 S c i Te c h R e p o r t s No.

2022

481 全 科

方 技

1月號 每月15號出刊

位 人

視 關

野 懷

scimonth.com.tw

04 焦點話題 大學研究與知識經濟:為什麼 我們需要培養更多的博士? 08 科技人文 取代白手杖與導盲犬:視障者 的智慧戶外行動輔助系統

(Photo by Vasily Koloda on Unsplash)

博士班訓練為什麼重要? 我們為何需要培養更多博士?

「知識經濟」是一種用來描述發達的經濟體系,越來越依賴知識、資訊、高技 術的趨勢,而企業也會漸漸需要隨時獲取這些知識內容。大學、研究所、博士

15 資訊生活

班教育與知識經濟關係密不可分,但臺灣人民卻普遍對攻讀博士有刻板印象,

預覽元宇宙的黑暗面 18 共同刊載 當人工智慧的傷害已經出現, 誰來補救?

諸如「博士班畢業有什麼用,還不是去賣雞排?」等嘲諷語句也時有耳聞。那 麼,為什麼我們需要培養更多博士呢?博士班訓練有哪些重要之處?(4版)

致命細菌新用途,炭疽毒素在動物 實驗中展現止痛劑潛力 (123RF)

30 焦點話題

22 書適圈

全球「前 2%頂尖科學家」榜單公

用「奈米粒子」模仿冠狀病毒,

布,臺灣有哪些學校入榜?

製作更具保護力與安全性的肺

32 焦點話題

炎疫苗——《研之有物》

AI 加入期刊審查,是福還是禍?

科學月刊 月號 ︻當 走入社會後 ︼上市! 當期介紹請見 版

28 動態時報

AI

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科技智財

科技報導


SciTech Reports

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焦點話題

大學研究與知識經濟: 為什麼我們需要培養更多的博士? 牟中原

科技報導

臺灣大學特聘研究講座,台北醫學大學講座教授,奈力生醫創辦人。

經 濟 合 作 暨 發 展 組 織 ( O rg a n i s a t i o n f o r E c o n o m i c C o o p e r a t i o n a n d 創刊於公元1982年1月 中華郵政北台字第1461號 執照登記為雜誌交寄

Development, OECD)將「知識經濟」定義為「一種用來描述發達經濟體越 來越依賴知識、資訊和高技術的趨勢,以及企業越來越需要隨時獲取所有這

行政院新聞局登記局版台誌字第3034號

些內容的表達方式」大學顯然與知識經濟關係密切。其實知識經濟是一個已

訂 閱:全年12期1000元

充分研究的領域,但要進入臺灣的脈絡、產生現狀的轉化,仍需要因應當地

劃 撥:0018482-3 科學月刊社 主 辦:台北市科學出版事業基金會 出版者:科技報導雜誌社 發行人:張之傑 執行總監:趙軒翎

的調整和政府的推動。 在歐美1950∼1970年代,大公司如跨國公司奇異(GE)、IBM對各國經濟的 重要性無庸置疑。1980年代之後,經濟活動轉移到以知識為基礎,成為新興

總編輯:林翰佐

經濟體的驅動力,資通訊技術和生物技術的根本改變,創造了市場機會。創

副總編輯:趙軒翎

新經濟的重點在於個人動機、新想法、風險承擔,而新公司比老公司開發新

編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李志昌 李精益 阮明淑 周鑑恆 林秀玉

科技更有效率,使小型的新創公司(startup)能夠竄起,以新的知識為基礎 創造新機會。

林宮玄 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東 單維彰 景鴻鑫 曾耀寰 程一駿 程樹德 黃正球

大學作為知識經濟的基礎

在過去十年中,世界各國政策制定者,越來越將大學視為當地經濟增長的推 動力。隨著周邊地區從工業經濟向知識經濟轉型,麻省理工學院(MIT)等

黃相輔 楊正澤 葉李華

大型創業型大學,其創業孵化和研究商業化活動亦逐步成為創新的核心。

廖英凱 管永恕 劉宗平

因此,大學有責任成為「創新引

蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家

擎」,成為所在地區的經濟參與者

鄭宇君 鄭運鴻 韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 蘇逸平 編 輯:羅億庭

廣告索引

特約編輯:陳亭瑋

........................... 2 BD.

美術編輯:黃琳琇

錫昌.......................... 3

業務經理:李金穗 業務專員:廖本翔

雙鷹.......................... 5

和就業機會創造者。來自學術研究 機構的大學衍生公司,以及大學和 其他商業企業的互動,所造成的經 濟影響非常重要。

暢鴻生技................... 9,21

本世紀有許多嶄新的議題接踵而

社 址:臺北市羅斯福路三段77號7樓

日龍......................... 10

來,還有些長期存在卻未獲解決的

電 話:(02)2363-4910

益弘......................... 13

傳 真:(02)2363-5999

尚偉......................... 14

E - mail:scimonth@gmail.com

牟博科技..................... 20

印 刷:赫偉有限公司

元利......................... 40

整合行銷專員:林承勳

問題,例如流行病、慢性病、網絡 安全、氣候變遷、社會兩極化等。 人們需要科學幫助解決這些問題, 有些科學成果亦有助於創造新產


SciTech Reports

焦點話題

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業,因為這些問題多半是全球性的,它解決的技術就具 有全球擴散性(但不是單靠技術就能解決問題)。舉例 來說,全球升溫造成人們要盡快減少CO2排放,減碳技 術上百種,大學實驗室都在做研究,然後呢?應該是透 過某種市場機制使其得到開發,而後擴散。我們不知道 哪條路走得通,最好的方法是透過很多小型新創公司在 市場上廣泛測試、分散承擔風險。 由經濟增長的關鍵因素判斷,臺灣正在經歷戲劇性的 轉變,經濟模式即將轉變為知識經濟。按照這思路, 區域集群不再依賴於「硬」生產要素,而是依賴於 吸引高科技社區的措施。在這個瞬息萬變的經濟環境 中,臺灣的大學、工研院、中研院等知識生產實體, 在維持當地經濟和保持穩定增長方面,將變得越來越 重要。了解是什麼可以讓臺灣在這個以知識為中心的 創新環境中蓬勃發展,以及知識溢出的動態,還有將 知識原材料推向市場以推動當地發展的機制,對於未 來的經濟發展至關重要。

(123RF)


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焦點話題

臺灣作為未來創新創業溫床的賣點

1. 獲得資本:風險投資和天使投資繼續加大對臺灣的 挹注,以及高科技業的轉投資。新的趨勢尤其明顯 集中在北臺灣,從臺北到新竹。更由於臺灣以中小 企業為主的特有產業型式,沒有大型企業的壟斷與

科技報導 沒有的東西,這對創業者而言是絕對需要的。在臺灣, 你如果跟別人一樣就永遠沒機會,尤其臺灣是一個國際 化競賽的產業環境,現在已經不可能山寨,或進行逆向 工程。創新的壓力一天比一天大,而一個嚴謹的博士班 教育,正是為此做出了很好的準備。

過度無效率的垂直整合,中小型高科技公司以極具 競爭力的垂直分工型態進行經營。

實驗室專題討論與向投資者推銷

2. 進入創新生態系統:臺灣的創意經濟來自其企業

這可能是最有價值的共通點了。在博士班階段,資格考

家、大學的研發管道、創意勞動力、發達的產業集

試、論文委員會會議、實驗室會議都是必經的過程,

群及其熟練的科技勞動力。

而且極大地提高了溝通技巧。在實驗室專題討論(lab

3. 擁有大量的加速器、孵化器和初創企業:現階段臺 灣的大學所培養的研究生數量和集中度超過亞洲其 他地區。 4. 國際化程度逐漸提高,並獲得海外台僑技術聯繫。 5. 在臺灣較容易發展人與人的密切合作,一則因為地

meeting)要學習對著技術感興趣的其他人進行有效的 演示;在新創公司則改為向潛在投資者進行推薦演講, 有過前者的經驗就並不太難。新創的潛在投資者多有堅 強而敏銳的個性,與博士班習慣的厲害研究人員一樣, 他們想要有自信的答案,和一個顯然已經考慮過所有突 發事件的創意人。

方小,二則是臺灣人的合作個性。疫情期間,這更 得到良好的發展。 6. 生活品質在華人世界最好。 從一個創業者的角度來看,新產品和服務過程無法一蹴 可幾、不是一出生就成熟,它們建立在新的原理和新概 念,其結果來自基本科學研究。一個國家不可能依賴由 其他國家產生新的基本科學知識,還期待其產業發展有 機會領先。此外,經歷博士生學術培訓的人才,非常適 合參加新創公司,我想不出任何其他培訓計畫可以讓她 /他更好地為創立公司的挑戰做好準備。在博士/博後 工作中獲得的技能,正是新創公司必不可少的。

博士班教育與新創的相仿處 學習追尋突破

面對拒絕,無論是來自審稿人或是風險投資家 取得好成績、獲得博士學位、發表論文、獎學金、資 助、而至找教職都有一個共同點──不可預測性。在學 術界,唯一能保證的就是總是要經歷「拒絕」。收到第 一封稿件拒絕信,會帶來一種驚人的痛苦,但讓我告訴 你,這也是針對創業投資(venture capital, VC)受到拒 絕的提前準備。面對投資人的拒絕,就像對審稿人的反 駁一樣,要學會識別溝通中的薄弱環節,加強它們,並 有禮貌地解釋為什麼審稿人/投資者是錯誤的,為什麼 這篇論文應該在期刊上,或者是為什麼投資你的新創公 司是投資者不能錯過的機會。

風險 開始攻讀博士學位/設立新創公司時,就會承擔龐大而

社會上一般人,多不了解什麼叫突破。也許對他們來

瘋狂的風險與壓力,且是年復一年的努力,有希望,但

說,突破意指破壞社會秩序完全不可取。在科技上,他

不能保證成功。面對微薄的薪水、壓力、自我懷疑、倦

們知道的大部分東西都是人家已經發現的,教科書上的

怠,博士班訓練與創業都是驅動自對於該主題的熱情和

東西都是。只有進到博士班,才真正被要求做出前面人

信念,創業的時候,熱情是絕對必需的。


焦點話題

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毅力

從人口面來說,我們只有2000多萬人、少子化、大企

無論是從事科技還是社會科學,獲得博士學位都非常困

業只要製造業等,繼續訓練出博士似乎沒有意義。但

難,它需要多年超人的承諾和毅力,而開創一家新創公 司也是如此。

其實,人類的創造力從來都不是平均分配的,16世紀 的荷蘭、18世紀的英國、19世紀的德國、20世紀的美 國,都是這些歷史上的突破點。臺灣近兩年,在半導

自我懷疑

體生技、材料、能源等領域都有非常多的新創公司有 所突破,他們在孕育未來,大有在四小龍中佔有領先

在學術界整個研究生、博士後、甚至到擔任教職員工的

地位之勢。回去看近50年以來,美國博士者最主要的

生涯中,自我懷疑會一直存在。但是在學術訓練的每個

就業機會不在學術界也不在大公司,而是新創公司。

階段,都需要學會更好地克服這種懷疑,並在克服挑戰

他們選擇去一個有新機會的地方,如果不行,仗著年

和撰寫論文等艱鉅任務方面,取得了良好的紀錄。如果

輕再換個公司就是,直到成功。這成功可以是公司上

無法學會控制自我懷疑綜合症,就無法在學術界取得成

市也可以是被大公司收購,年輕人如果看得到機會,

功,當然也無法在新創公司取得成功。

我猜他們就不想去賣肝的地方。 最後要提一下大學經費的問題。目前科技部所提供的

研究計畫、商業計畫和實驗 科學家的主要訓練內容之一是如何正確測試假設,而 這也是新創公司的關鍵。新創公司本身就像是一個研 究項目,要根據用戶的回饋和數據進行調整,設計新 的試驗,如果第一個不起作用,則切換到新項目/轉

研究經費尚屬恰當,可以使頂尖人才做一些原創性研 究。但是大學所能提供的人事費則是偏低,沒辦法吸 收到好的研究人才,博士生的生活費也偏低。目前高 等教育經費長期不足,大學的財源多半仰賴學生學雜 費的收入以及政府的補助。前者學費長期凍漲,加上 少子化的衝擊,學生人數減少,收入自然遞減。而後

向。研究就像新創公司一樣難以預測,所以知道什麼

者雖然過去十年來提高了一些,但國內退休及勞健

時候忽略原本規畫的研究計畫也很重要。而且就像研

保法令制度調整,人事行政開銷攀升,各大學財務狀

究一樣,有些最有趣和最重要的發現是偶然發生的,

況其實是越來越捉襟見肘,這些都不利於知識經濟的

就像許多新創公司成立時只做一件事,但最終轉向完

發展。但受限篇幅,大學經費的問題就只能在此點一

全不同的產品並取得成功。

下,以後再談了。

指導教授、論文委員會和創業顧問委員會 創辦一家新創公司時,最有價值的建議是找到好的顧 問。別擔心嘗試錯誤,你肯定會從錯誤中吸取教訓,但 是,如果你沒有得到建議並試圖犯所有註定要犯的錯 誤,而不是學習,只會失敗。同樣的,研究計畫領導人 (principal investigator, PI)、論文委員會和你的實驗室 夥伴的作用是限制你犯的錯誤數量,這樣你就可以在5 年而不是10年內畢業。 在上面的分析之後,我會試著從臺灣經濟發展的面向 回答需求面,即「到底為什麼要那麼多博士」?如果

延伸閱讀

1. Steve Olson, The Endless Frontier: The Next 75 Years in Science(2020), The National Academies Press, https://doi.org/10.17226/25990, 2020. 2. Sally Hancock, A future in the knowledge economy? Analyzing the career strategies of doctoral scientists through the principles of game theory, Higher Education, https://doi.org/10.1007/s10734-018-0329-z, 2019. 3. Nature Career,‘Hard’skills from our PhDs remain relevant beyond academia, Nature, https://www.nature.com/articles/d41586-02103756-0, 2021.


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科技人文

科技報導

*本篇文章與陽明交通大學人工智慧普適研究中心(PAIR labs)合作刊載*

以科技取代白手杖與導盲犬: 視障者的智慧戶外行動輔助系統 王文俊

國立中央大學電機系講座教授

依據估計,全球視障人數將從2015年的3600萬增加到

整個輔助系統如圖一所示,由容量為5200mAh的鋰電

2050年的1.15億以上,這些視障者的生活需要社會與政

池供電(圖一a),充滿電(16.8V)的電池可提供約

府的更多關注。最基本的戶外行動時,視障者最常採

2.5小時的系統運行時間。電池和AGX安裝在視障者的

用白手杖或導盲犬協助,但是白手杖無法提供重要的

背板上,ZED 2固定在用戶帽子的邊緣(圖一b),耳機

訊息,例如障礙物位置、類型、距離,這些資訊對於

連接語音卡,語音指令會輸出給視障者,這些功能可以

視障者的環境感知和移動安全是很重要的。導盲犬雖

為視障人士提供了極大的方便性與安全感。

可協助視障人士避開障礙物,然而飼養和訓練導盲犬 的成本非常高,而且在臺灣視障者需要排隊申請,等 待至少數個月以上才有機會領養到導盲犬,所以大多 數的視障朋友,是不會考慮的。因此許多研究人員嘗 試為視障人士開發各種輔助設備,希望能引導視障者 安全地行動。目前國際上已經開發了許多輔助裝置來 實現這些目標,其中大部分依賴於智慧型手機、各種 感測器或電腦視覺等。

新開發的

視障戶外行動輔助系統設計與功能

圖一顯示的是系統硬體配置,而系統軟體功能含有 Fast-SCNN和YOLOv5兩個深度學習模型,在AGX上執 行環境識別任務。Fast-SCNN的環境分割圖與ZED 2提 供的深度圖的結果可以識別視障者面前的可步行區域 並建議步行方向。YOLOv5與ZED 2的輸出深度圖可以 偵測辨識前方的障礙物,並計算出該障礙物離視障者 的距離。此外,語音提示管理器會為視障者播放有關 障礙物和步行能力的語音指令。

a

b

筆者實驗室在科技部的計畫補助下,發展了一套視障 人士使用的可穿戴的戶外行動輔助系統,此系統包含 一個嵌入式設備由Nvidia公司出產的人工智慧運算平台 Jetson AGX Xavier,一個ZED 2的雙眼相機,以提供影

圖一:整個輔助系統的外

像的物件深度檢測和120度廣角視野,AGX中還安裝了

貌(a)背板上的 AGX、電

一個語音提示管理器,在AGX和耳機之間連接了一個 語音卡,可以產生語音提示。

池和語音卡;(b)帽子上 的 ZED 2。 (作者提供)


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整個輔助系統可以對於視障者提供以下協助:以語音

根據我們實驗的數據,人行道與斑馬線的IOU

指引視障者行走;可以在環境中辨識出人行道與斑馬

(intersection over union)大約在85%左右,對於視障

線,指引視障朋友安全地行走在人行道或斑馬線上;

朋友來說參考性已很足夠。換句話說,非人行道(a)

辨識並避開人行道上的常見障礙物,如機車、汽車、

與斑馬線(b)區域就是不能行走的區域,該區域就被

行人等。若有其他障礙物,雖不在YOLOv5辨識範圍

視同障礙物應該避開。Fast-SCNN雖然可以在視障者面

內,但也會指引視障者去避開它,換句話說就是以語

前識別出上述 4 種街道環境,但不能給出視障者前面的

音指引視障者可以安全前進的方向、障礙物的種類、

環境距離,因此以ZED 2提供了前方圖像的深度圖以

以及如何避開障礙物等。

解決這個問題。此外,我們利用視障者面前的深度影 像圖,對比於空曠無任何障礙物的深度圖,算出一個

指引步行方向與辨識障礙物的主要技術

指標值稱為Confd值可以稱為「空曠度」,其值介於0∼ 1之間,或是-∞。前面愈空曠,Conf d 值愈趨近於1;

此系統是如何辨識辨識人行道與斑馬線的?我們採用

近距離有障礙物愈靠近視障者,Conf d 值愈趨近於0,

快速分割卷積神經網絡(Fast-SCNN)來識別室外環

若是-∞表示障礙物就在眼前了。另外還有一個指標值

境,包括人行道、斑馬線、樓梯和柏油路,辨識出來

稱為「安全度」,以Conf s值來表示,也是介於0∼1之

的畫面如圖二所示,因為我們只要辨識人行道和斑馬

間,它是以Fast-SCNN 的結果圖來做計算。當圖二中的

線以供視障人士步行,所以圖二a處(人行道)與b處

a、b區域面積愈多,表示前面是人行道或斑馬線的比例

(斑馬線)區域是需要提供給視障朋友的。

愈大,Confs值就愈趨近於1,對視障者而言是較安全的


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b

圖二:左邊是 ZED 2 拍出的街景圖像,右邊是 Fast-SCNN 的輸出結果。(作者提供)

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行走區域;反之就越趨近於0。因此根據以上兩個指標

我們使用YOLOv5 AI模型進行障礙物檢測和識別。考

圖,我們就可以做「行走導引」的安排,導引安全的前

慮到道路上最常見的6類必須檢測的物體,包括摩托

進方向。

車、自行車、人、汽車、卡車、公共汽車。YOLOv5的

行走導引把視障者前面的影像,經過Fast-SCNN及ZED

輸出是一個可以識別物件的邊界框。例如圖四所示,

2的距離量測以後,可以計算以上兩種指標值,接著我

邊界框頂部的數字是對物件識別的可信度值。此外,

們把Fast-SCNN的畫面平均分個7個直方

a

區,如圖三所示,每一直方區均算出兩 個指標值,兩個指標值中取其小者當作 決定指標Conf,如圖三中每一直方區中 有3個數字,最上面的數字為Conf s值, 中間為Conf d 值,最下者為Conf,根據 Conf 值 我們就可以指引視障者該走哪一 方向是安全的。 我們歸納視障者的行走指引如下: • 情況一:如果最中間分區的Conf 值

b

≥0.5(如圖三a),則選擇中間分區方 向前進,並且語音提示給出「直行」 的指令,指引視障者走在斑馬線上。 • 情況二:如果最中間分區的Conf 值 < 0.5,則在所有分區中找到Conf 值最 高的分區,且其值大於0.2,則引導 視障者走向那個分區,語音提示給 出「稍微向右/稍微向左」、或「右 /左」等指令。如圖三b會取左邊數 來第三區的方向,語音提示「稍微向

c

左」,圖三b是指引視障者走在人行 道上。 • 情況三:如果所有直分區的Conf 值都 小於0.2,說明前方是死路,語音會播 放「死路」,如圖三c,此圖是指引 視障者前無人行道也無斑馬線,必須 掉頭尋找另一條路。 當視障者在以上輔助系統的引導下,雖 然可以知道最安全的前進方向,然而在 行走的道路上仍可能出現障礙物。因此

圖三:分割圖及指標值。(作者提供)


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視障者與障礙物之間的距離是從ZED 2中獲得的。如

也會在不同的位置放置不同障礙物,以驗證系統能否

果障礙物的位置出現在視障者面前圖像的中間分區,

引導視障者避開那些障礙物。這邊必須一提的是本系

並且足夠接近至前方3公尺範圍內,輔助系統將引導視

統並未具備辨識紅綠燈的功能,臺灣有一家名為資拓

障者避開障礙物,同時語音提示會告知正在接近的障

宏宇公司開發的一個交通號誌平台「Invignal」提供路

礙物是甚麼。例如位於圖五中右起第三和第四分區的

口的交通號誌狀態和時間,讓我們省了很多研究時間

汽車距離視障者6.43公尺,當視障者向前走,直到汽

與心力。

車距離在3公尺以內時,語音就會提示視障者「前有汽 車」,並提醒視障者避開。當視障者遇到 6 類之外的

經過多次測試,視障實驗者給了我們一些意見回饋如:

障礙物或有物件懸掛在半空中會阻礙視障者時,即使

1. 本系統對視障者很有幫助,他表示肯定;

YOLOv5無法識別是何種障礙物,視障者仍然可以藉著

2. 視障者很希望知道周圍有哪些物體,但又不喜歡提

上面所提7個分區行走導引方法避開障礙物。

示語音播放太頻繁干擾情緒; 3. 系統提供的步行引導策略,給視障者很大的安全

視障者實際試驗結果

感,可大大減少定向訓練的次數和時間;

我們邀請了一位視障者對輔助系統進行 實驗,他是一位後天視障者,除了對光 有非常微弱感覺以外,視力幾乎是0。 視障者背上該輔助系統的原型,在桃園 高鐵捷運站周圍的戶外進行實驗。一開 始視障者只需對著麥克風說出想去的地 方(語音辨識與通訊是另一研究題目, 不在此贅述),系統就會提供目標點的 座標,再利用Google地圖規畫從出發點 到目標點的路線。在本實驗中,步行路 線長度約為280公尺,實驗結果發現, 如果忽略語音提示的時間消耗,系統的

圖四:Yolov5 辨識出來的汽車。(作者提供)

處理速度約為6 FPS(每秒幀數),其 中每幀的處理包括0.09秒的畫面環境辨 識分割、0.06秒的障礙物檢測和深度測 量,0.0145秒用於各種指標計算並決定 前進方向,處理速度足以滿足使用者的 即時性要求。 每一次的實驗,大約需要3∼4個小時, 進行7∼8回合,實驗步行路徑必須包括 人行道和斑馬線。我們在該捷運站周邊 找了3種不同的路徑進行了實驗,即使 實驗時視障者走的是同一條路徑,我們

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圖五:七分區與障礙物被框出。(作者提供)

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4. 視障者希望輔助系統更輕更小, 甚至可以完全取代白手杖; 5. 視障者需要花一些時間來熟悉這 個輔助系統,希望該系統可以更 友善、更容易上手。 我們也要在此說明,因本系統的各種 AI模型都是在白天與非雨天情況下 蒐集資料訓練,因此只要在亮度足夠 的天氣下,不管陰天或黃昏,實驗結 果都可以接受。但是在雨天有積水時 就會影響人行道辨識,會造成此系統 幾乎失效。就算在雨天沒有積水的情 況下,識別人行道和斑馬線仍是不穩 定的。此外,光線太暗也會影響辨識 結果,此系統在夜間效果不佳,或者 不同亮度的路燈也可能會混淆Fast-

(123RF)


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科技人文

科技報導

SCNN的輸出結果。為了改進讓系統在雨天和夜間也能 運行,需要收集大量額外的雨天和夜間訓練數據,未 來我們會朝此方向繼續研究。另外為了視障者的安全 及尊重他們對白手杖的依賴度與信任度,實驗時我們 仍然讓視障者使用此輔助系統與白手杖並行。

1. 感謝科技部編號110-2634-F-008-005計畫經費的補 助,使計畫能順利完成。 2. 感謝視障人士輔仁大學白郁翔博士生的實驗協助。 3. 感謝資拓宏宇國際股份有限公司提供交通號誌平台 「Invignal」協助實驗。

我們必須承認,在此階段我們尚未邀請到足夠的視障 人士來進行測試,因為在臺灣短時間內很難找到大量 視障人士進行測試。但是在我們邀請視障者進行每 一次實驗之前,都會要求本實驗室的幾個(大約5∼ 6名)學生提前戴上眼罩進行多次實驗,所以實驗次 數非常多。本文只是提供了一個視障者輔助系統的原

參考文獻

型,以及一個幫助視障者戶外行走的初步結果。未來

1. Kate Cheng, Experimental video of the visually impaired using wearable devices, https://www.youtube.com/watch?v=G5QkhQY7h5M (accessed on 24 September 2021), 2021/1/7. 2. I-Hsuan Hsieh et al., A CNN-Based Wearable Assistive System for Visually Impaired People Walking Outdoors, Applied Sciences, 2021. 3. 謝易軒,〈基於 AI 技術之視障人士的行進避障及超商辨識與引導〉, 國立中央大學碩士論文 ,2021年7月。

我們將繼續尋找更多視障者進行試驗,以驗證所提供 系統的有效性,並再求功能的改進。


資訊生活

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預覽元宇宙的黑暗面 洪朝貴

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朝陽科技大學資訊管理系副教授

元宇宙(metaverse)技術的逐步成熟,給教育界、醫療 界、投資界等領域帶來許多興奮與期待。但是我們也應 該要對它的黑暗面有所警覺。

麼新鮮的東西了。 其次,以即時互動溝通的物理限制來說,虛擬世界的範 圍最多涵蓋一個行星和它的衛星系統。例如地球與月球

首先談一下有點言過其實的名稱。「元宇宙」原文有

的距離38萬公里,每句對話的單向延遲大約1.2秒,幾

「涵蓋多個宇宙的宇宙」的意思。但現實是:我們不過

乎已經達到即時互動的忍耐極限。所以比較符合現實的

就是正在從現實世界即將更沉浸地跨入(早已存在的)

稱呼應該是「虛實雙世界」,因為未來虛實整合的影音

虛擬世界。畢竟如果硬要把虛擬世界裡的每一個小世界

觸等技術越來越進步,可以把傳統上需要見面才能完成

都算是一個宇宙的話,那麼每一個線上遊戲──例如創

的許多互動逐一搬到虛擬世界。既有的跨地域跨國網

於2003年的虛擬世界遊戲《第二人生》(Second Life)

路社群,也可以透過VR頭盔和電視牆等互動性更高的

──早就可以算是一個宇宙,而元宇宙也就不能算是什

沉浸式影音體驗,來強化社群內部的互動與向心力。

(123RF)


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資訊生活

在虛擬世界裡,

程式碼就是法律與物理定律

雷席格(Lawrence Lessig)早在十幾年前就在他的書 《代碼:2.0版》(Code: Version 2.0)裡面舉《第二 人生》為例,來提醒我們:在虛擬世界裡,程式碼就 是法律,程式碼甚至定義了物理定律。你可以飛越哪 些地方、飛的時候必須保持多少的高度,這一切都由 《第二人生》背後的林登實驗室(Linden Lab)公司政 策決定、透過他們的程式碼來執行。

科技報導 吶喊語言,如果正好與Meta的利益衝突,會不會被程式 碼蓋掉或換掉呢?

掌握你在元宇宙裡一切視聽的VR頭盔

臉書收購VR頭盔公司Oculus之後,即將要求用戶未來 必須登入臉書帳號才能使用VR頭盔。這看似無傷大 雅,但事實上對於元宇宙裡面所發生的活動,卻有好幾 個面向的深遠影響。往下談之前,必須先解釋一下何 謂「類比漏洞」(analog hole)。微軟與Intel等大公司

未來如果我們日常生活的購物、開會、逛展覽等大部分

配合美國電影產業與音樂產業反盜版的需求,採用了數

活動都將在元宇宙裡面進行,那麼社會對於掌握元宇宙

位權利管理(Digital Rights Management, DRM)以及可

技術的公司,應該要有警戒心。個人商家與網路社群想

信賴運算模組(Trusted Platform Module)等技術來禁

要把財產、門面和營運(例如金流)、與親友客戶或粉

止電腦用戶盜版並流通數位內容。然而不論手機與電腦

絲的通訊管道、言論自由等毫無保留地託付給這些公司

的防盜版機制設計得再怎麼好,影音資訊最終總是要

之前,至少應該先知道他們過去做了哪些事。

離開數位裝置,變成類比訊號,經過空氣進到閱聽者的

臉書(Facebook)過去曾經有好幾個令人不安的治理案

眼睛與耳朵,如此形成了類比漏洞,讓閱聽者有機會用

例,例如「新冠病毒是人為創造」的言論到底該不該

其他裝置側錄,完全不受限於日趨不自由的主流Wintel

封鎖,臉書說了算,而且前後不一致;《英國醫學期

(Windows+Intel)電腦。

刊》(British Medical Journal)經過同儕審核的一篇質

想要封鎖類比漏洞,有一個極端的方法: 命令全世界

疑輝瑞疫苗(Pfizer/BNT)實驗疏失的論文,被臉書

所有人都換上電子義眼、電子義耳,那麼科技大廠(或

標示為騙局假新聞;因為開發了「一鍵退訂所有追蹤」 (unfolloweverything)的擴充工具,程式設計師巴克萊 (Louis Barclay)的帳號就被臉書永久停權。臉書不太 可能沒收你公司的錢,但是它不加解釋就永久停權的行 為,已經讓許多商家深深受害,甚至被完全斷絕了與客 戶溝通的管道,而且投訴無門。

者極權政府)便可以透過程式碼完全掌控所有人的視 聽、完全落實現數位權利管理(或是政治言論管制), 而不會有側錄所造成的資訊封鎖破口。 這也是我在短 篇寓言故事〈完封類比漏洞的銀河帝國〉裡面所要表達 的論點。在構想這個寓言故事的當時,我沒想到的是: 才不過十幾年後,VR頭盔搭配社群媒體帳號的結合,

臉書改名為Meta後,被網友戲稱其經營的元宇宙可以取 名為「祖宙」──元宇宙裡最龐大、由祖克柏(Mark Elliot Zuckerberg)大神所掌管的子宇宙──其經營者並 不是民選的政府。Meta不是公益團體而是上市公司,其 經營者的首要任務是替股東創造高獲利,而不是提升社 會福祉。它的演算法專注於提升用戶的黏著度與互動, 用五倍於「讚」的權重來推廣「怒」的推文,這是很可 以理解的決定。而未來社會的各種活動將會更綿密地嵌 入元宇宙,我們要有接受此政權統治的心理準備。例如 在元宇宙裡面進行的萬人遊行,那些舉牌抗議的文字與

(123RF)


資訊生活

SciTech Reports

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即將讓祖宙統治者可以免除殘酷的挖眼割耳手術,以

heatmap」,這是很常見的閱聽者注意力分析。對於行

《美麗新世界》(Brave New World)的享樂樣貌、而

銷效益分析來說,追蹤與分析視線熱點能夠得到的資

不是《一九八四》(Nineteen Eighty-Four)的恐怖樣

訊,遠多於目前單純的滑鼠點擊分析。在不久的將來,

貌,讓用戶們爭先恐後地自願協助大帝實現完封類比

VR頭盔即將可以分分秒秒,隨時記錄與分析用戶的視

漏洞的美夢。

線熱點。你的目光焦點經常停留在哪幾類產品或哪些事

當然,Meta公司最關心的不見得是數位權利管理,而是 人與人之間的社交行為;但是從Meta公司程式設計師的

物上,這些資訊都將成為Meta的大數據。再更遠一點 的將來,能夠讀取腦波的neuralink必然也將融入VR頭

角度來看,完封了類比漏洞對於防盜版技術的助益,也

盔。未來你將會在廣告上看到某個新產品可以讓用戶直

一樣適用於言論管制或輿情操作。

接以思想玩遊戲、演奏樂器或操作八爪章魚玩偶進行各 種藝術表演。但是不會出現在廣告文宣上的,則是Meta

失去類比漏洞,將讓紀錄難上加難

22世紀的歷史學家如果想要研究21世紀人類在元宇宙裡 所寫下的歷史,將會遭遇很大的挑戰──除了各家元宇 宙公司本身以外,有沒有哪個組織有意願而且有能力記 錄元宇宙裡所舉行的各種辯論會、演唱會、遊行活動 呢?失去了類比漏洞,會讓側錄變得難上加難。單單是 現在,臉書上的靜態文字與圖片就已經面臨保存危機。 非營利組織網際網路檔案館(Internet Archive)所創建 的網路時光機(wayback machine)努力備份網際網路 上所有網頁的變動,為後世保存21世紀的歷史。

公司將對於每一位祖宙玩家更深刻精確的了解。 很多時候可能在你自己意識到之前,Meta就已經知道 你下一步打算怎麼做和說什麼話。就像英文版Gmail現 在就已經可以預測你想打的字一樣;只是Meta的預測 會遠遠比現在的Gmail更精準,而它預測的範圍也不僅 限於文字,關鍵就在於它透過腦波拿到的資料,遠比 Gmail近身觀察你的用語更精細與大量。如果僅僅提供 300個讚就可以讓前Meta時代的臉書比另一半更了解 你、讓劍橋分析(Cambridge Analytica)可以藉此設計 出看似中立的「DoSo」手勢來主導並且決定了幾千公 里外的選舉,那麼社會上好幾成的人口,每天主動提

但是臉書為了把用戶圈養在它的高牆花園裡面,禁止網

供好幾個小時的貼身貼腦觀察資訊,又可以讓Meta得

路時光機備份它的頁面。就算創作者明明指定要公開貼

到什麼樣子影響社會的能力呢?我們迫切需要一些了

文,他的作品也照樣被鎖在臉書裡面,連當代的未登入

解類神經網路/人工智慧的寫實派科幻小說家,幫助

臉書讀者也讀不到。越來越多的日常活動即將搬到元宇

我們探討這個問題。

宙裡面進行,但是祖宙會提供攝影機這種虛擬物件讓祖 宙裡的公民記者記錄歷史嗎?記錄下來的影片可以傳回 真實世界嗎?還是只能在祖宙裡的影音劇場裡播放呢? 反正絕大多數人不會介意「登入才能看影片」這樣的規 定,甚至不會知道臉書是唯一有能力調出(或者拒絕調 出)21世紀祖宙世界史的公司。

元宇宙公司將比你更了解你?

更少人會察覺到的是,搭配了VR頭盔後,Meta「窺 探你我腦內活動」能力將大躍升,因為這件事情更不 會造成有感的不便。讀者可以圖片搜尋「eye tracking

本文無意否定元宇宙可能帶來的各種便利和享受,只是 希望提醒讀者除了期待媒體各種版面上吹捧元宇宙的豐 富資訊型廣告(infomercial)之外,也要跳脫這些資訊 型廣告所設下的思考框架。如果我們現在就放棄警覺 性、完全只信賴主流媒體的吹捧,那麼等發現以後,恐 怕就會像我們現在已經無法擺脫微軟、line、Adobe、 甲骨文(Oracle)的掌控一樣,到時候就像進到豬籠草 的深處才恍然大悟身處陷阱,就已經太晚了。 延伸閱讀 洪朝貴,〈DRM, TC, 與完封 Analog Hole 的銀河帝國〉,https://www. cyut.edu.tw/~ckhung/g/ofset/post.php?id=09aj,2009/10/21。


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共同刊載

當人工智慧的傷害已經出現, 誰來補救? 廖英凱

科技報導 (《科學月刊》625期共同刊載)

非典型的不務正業者、興致使然地從事科普工作、科學教育與科技政策研究。對資訊與真相有詭異的渴望與

執著,夢想能做出鋼鐵人或心理史學。

「你今天被祖了嗎?」

AI的傷害跟以往想像的不一樣

眾所皆知目前社群網路最大的平台臉書(Facebook),

自工業革命以降,人類其實蠻迅速地就提出對科技發展

為遏阻違法或侵權的言論,會判定某些言論違反其「社

副作用的深層反思。例如人類史上第一部科幻作品,

群守則」而隱藏。不可否認,違法與侵權言論在社群網

1818年由英國作家雪萊(Mary Shelley)所著作的《科

路上造成了嚴重的傷害,不過有時候這些隱文的原則,

學怪人》(Frankenstein),即是以一個具有擬人思維

似乎與政治或特定議題有關。時不時也有朋友提到,一

的人造生命為主角的科幻驚悚作品。伴隨著機器的發

則再平凡不過的貼文或照片,卻莫名其妙地被宣告違反

展,1956年達特矛斯會議(Dartmouth Summer Research

社群守則。於是乎在去(2021)年時,網友們開始把臉

Project on Artificial Intelligence)上,與會專家提出

書創辦人祖克柏(Mark Zuckerber)的姓氏,變成了諷

「artificial intelligence」一詞,認為機器的發展將可像

刺臉書封鎖文章標準混亂的話梗:你被「祖」了嗎?

人一般具有學習、理解、適應的能力。

想當然爾如臉書等社群媒體,是仰賴著演算法自動判斷 一則貼文是否違規。除了針對文字與圖片的內容分析以 外,其他例如被檢舉的數量、帳號的活躍程度、帳號的 發文模式、商業價值等,都成為演算法評估一則貼文是 否違規的依據,彷彿法官在定罪犯人時不只依據犯罪行 為,也會權衡犯人及其社會狀態一樣。然而,我們看得 到法官的決策過程與理由,但卻從來沒有機會搞清楚, 到底演算法發生了什麼事情,才會宣告一則平凡的貼文 違規。

隨著AI技術上的演進,人們對AI的樂觀與悲觀態度, 也愈發分歧。對於AI發展所帶來社會的影響,依其態 度可以分為:對科技抱持樂觀者,相信「強AI」的問 世可以使電腦與人有相同甚至超越人類的思考能力,並 為人類解決大部分問題,帶來更理想的明天,在電影動 畫等作品中不乏這類理想的人工智慧角色;重視科技 實用者,傾向認為AI是以輔助人類的角色,解放人類 的勞力工作而能開創更多科技應用的可能;重視科技 發展脈絡者,則認為AI只是科技發展中的一個流行詞 (buzzword),只有尚在發展中,尚未充分掌握的技術

雖然大家平常遇到這種貼文被刪的情況,通常也就是重

才會被視為AI。與科技領域相對,在人文社會領域中則

新打篇文章貼個圖發發牢騷,就這麼過去了。但這個時

較常出現對AI發展的反思,例如研究AI對人類勞力取

不時可見的神祕隱文事件,其實就是我們生活中,人工

代後所創造的弱勢衝擊;或更甚者認為強AI的不受控發

智慧(artificial intelligence, AI)已經持續帶來隱性傷害

展,將會導致人類文明的毀滅。這些不同立場的觀點,

的頻繁案例。

均揭示了人類看待AI對社會影響的多元與矛盾預測。


SciTech Reports 儘管當代影視作品和學術研究,都對AI會造成什麼樣的 傷害有興趣,但AI帶來的傷害早已出現多年而默默影響 著人類社會。2018年在《自然》(Nature)期刊上的一 則評論,介紹了一張身披白紗的歐美傳統新娘和印度傳 統新娘的組圖,而演算法在看待兩張新娘照片時,會將

共同刊載

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能更無法自覺與反思自我產生的偏見(圖一)。 除了資料庫的誤差而導致演算法對文化或族群的偏見以 外,「深度學習」(deep learning)的演算法因處理龐 大的訓練資料、分析資料,也常使研究者或使用AI服務 的機構,無法理解與回溯AI決策的具體原因。例如亞馬

前者判斷為「新娘」、「洋裝」、「女人」、「婚禮」

遜公司(Amazon.com, Inc.)仰賴演算法全自動判斷大

等,但將後者判斷為「表演」和「戲服」。在這個案例

量受僱員工的工作狀態,並以此決定他們的績效與裁員

中,AI或演算法設計本身其實並沒有獨鍾哪一種文化,

與否。儘管這種做法能大幅縮減決策時間,並減少人資

但因為演算法的訓練來自於既有圖庫,而圖庫中的圖片

成本,但也因此發生數起亞馬遜員工因系統過失而被降

來源和圖片的詮釋註記,與真實世界的樣貌出現落差,

低績效,或是員工績效良好卻被無故裁員,更申訴無門

使人工智慧就如真人一般,憑藉著片面不完整的學習資

的矛盾事件。這與將AI應用於人資的初衷似乎有點相

料,產生了對族群與文化的偏見(偏誤),而演算法可

悖,演算法或許可以避免人為決策時,因涉及個人喜惡

圖一:由於 AI 只憑藉片面且不完整的資料進行學習,以婚紗為例,AI 只能辨識出傳統歐美的婚紗裝扮(左),卻難以辨識出不同文化的婚紗樣 貌,例如印度傳統服飾(右)。(123RF)


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共同刊載

科技報導

偏好而作出不公允的判斷,但卻也造成了另一種不公允也

則。美國白宮科技辦公室在2020年1月發布的「人

無從理解緣由的傷害。

工智慧應用的管制指引」(Guidance for Regulation of Artificial Intelligence Application),也強調衡量

誰來規範AI?

風險避免傷害、公平無歧視、透明度、重視科學實

既然AI的傷害已然出現,自然也應有對AI的監管與規範

機關在訂定與人工智慧相關規範的指導原則。聯合

機制。例如歐盟執委會(European Commission)在2019

國教科文組織(United Nations Educational Scientific

年4月公布「值得信賴的人工智慧倫理指引」(Ethics

and Cultural Organization, UNESCO)則在去年11

Guidelines For Trustworthy AI),強調人工智慧應為輔助

月,發布《人工智慧倫理建議書》草案(Draft

角色,尊重人類自主、避免傷害、維護公平、具有可解

text of the recommendation on the ethics of artificial

釋性,且能受到監管並回溯決策過程,以避免演算法的

intelligence),作為會員國訂定AI相關法律與政策

黑箱決策,作為歐盟成員國在訂定AI相關規範的上位依

時,可依循的通用價值觀、原則和行動框架。

據。2019年5月,經濟合作暨發展組織(Organisation for

國際上重要的原則指引,也同等地體現在民意對AI

Economic Cooperation and Development, OECD),提出AI

治理的期待,臺灣師範大學教授李思賢、劉湘瑤、

發展的原則應有永續精神以造福人類與地球,能尊重民 主與法治、人權與多元性,兼顧透明度、課責機制等原

證、立法過程應兼顧公共參與等,作為美國政府各

張瓅勻等人針對臺灣1200位民眾的調查發現,臺灣 民眾對AI的應用最在意的是避免傷害,其次則是 透明度與公平性,相對最不在意的是隱私。調查亦 發現民眾明確偏好以公民審議和立法機關來制定嚴 格傾向的規範,這反映了民眾對新興科技的擔憂與 對透明治理的期待,也呼應了國際組織的指引方向 (圖二)。 然而,國際上的重要指引與民調結果,卻也讓我國 在相關規範的設計上略顯矛盾。例如調查研究顯

圖二| AI 規範制定權則偏好

李思賢教授等人,調查國人對 AI 規範制定的偏好。發現國人無

論對 AI 發展持保守態度或開放態度,均傾向以公民審議和立法 機構來制定規範。


共同刊載

SciTech Reports 示,雖然民眾最期待以「公民審議」和「立法機構」 來訂定AI相關規範,但現今國內外相關規範的研擬與 討論,仍是以由產官學組成的研究與應用社群為主, 例如科技部自2017年起,開展多場AI倫理議題的研究 計畫與論壇工作坊等,並於2019年9月提出《人工智慧 科研發展指引》,明訂AI科研的核心價值與指引,使

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審議機制中均尚未開展高強度的討論。 AI對今日生活的便利已無遠弗屆,而AI所帶來的傷 害,雖微小、難以察覺,但也已經出現,對應的倫理指 引與規範在國際也蔚成趨勢,但臺灣仍在牛步,或許國 家在看待AI發展時,必須開始將這些規範視為迫切的基 礎建設。

科研人員在學術自由與創新發展的同時,也能兼顧AI 發展的方向。

如同歷史上所有科技進展一般,科技帶來的進步與災 變往往是隱性與持續的,直到人們已慣於新興科技的

但科技部並非產業的主責機關,所訂定的指引僅能提供 科研人員更好的方向,對已產生傷害的業界應用仍然鞭

進步,發現科技的受害者已經出現,才驚覺世界已經 完全改觀。

長莫及。儘管2018年11月立法院曾通過初具AI倫理精神 的《無人載具創新實驗條例》;2019年5月,時任立法 委員許毓仁等人也提出《人工智慧發展基本法》修法草 案,作為政府兼顧人工智慧產業發展和倫理規範的法律 基礎,但該草案的相關修法討論並未被積極延續,作為 國家更上位看待AI發展的治理框架,於立法體制和公民

延伸閱讀

1. James Zou and Londa Schiebinger, AI can be sexist and racist — it’ s time to make it fair, Nature, Vol.559, 324-326, 2018. 2. 人工智慧之相關法規國際發展趨勢與因應,https://www.ndc.gov.tw/ nc_1871_31998。 3. 《人工智慧發展基本法》草案,https://pse.is/3w9rrf。


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書適圈

用「奈米粒子」模仿冠狀病毒, 製作更具保護力與安全性的肺炎疫苗 ——《研之有物》

科技報導

天然物研究以奈米粒子製作疫苗

胡哲銘表示:

新冠肺炎(COVID-19)自2019年底爆發,截至2021年

「人類的免疫系統經過漫長演化,已經非常發達,卻仍

11月為止,全球已有2.6億人感染,超過500萬人死亡。

常常逃不過病毒的感染。但從另一個角度來看,免疫系

各國的科學家皆傾力投入疫苗研發,期望能以此對抗

統被訓練了這麼久,對於病毒的構造其實很有反應,也

全球性流行傳染病。中央研究院生物醫學科學研究所

很會辨識。」

胡哲銘副研究員,2019年曾針對另一種冠狀病毒引起 的中東呼吸道症候群(MERS),以奈米粒子模仿冠狀 病毒,製成「MERS奈米疫苗」。他將過去經驗應用於

因此,人類很早就學會把活病毒減毒,或是將死病毒碎 片製成疫苗,用來刺激免疫系統產生抗體與細胞免疫, 訓練免疫系統「記住」病毒。

當前危機,找出「新冠肺炎奈米疫苗」的候選疫苗。

傳統疫苗的局限

天然的奈米粒子:病毒

然而,傳統的疫苗有許多局限。

這段研發歷程的故事,要從2015年說起……

以減毒的活病毒製作疫苗,雖然破壞性較小,免疫系統

COVID-19、SARS、MERS,都是由冠狀病毒引發的

的反應也良好,但畢竟病毒是活的,仍存在些許風險。

疾病。2015年南韓爆發MERS疫情,台灣政府也憂心忡

將死病毒的碎片製成疫苗雖然安全,但病毒已被大大破

忡。旅居美國多年的胡哲銘,正好回到台灣中研院,

壞,只能刺激人體產生抗體免疫,殺手T細胞則不太能

因緣際會下,他和臺大獸醫系及美國德州大學展開跨

辨識出病毒。然而細胞免疫很重要,一旦受到感染,體

國合作,以奈米粒子模仿MERS冠狀病毒外 型,共同研發MERS疫苗。

冠狀病毒結構

病毒和疫苗為何會和奈米粒子扯上關係?因 為病毒,其實就是自然界最厲害的奈米粒 子! 以冠狀病毒為例,冠狀病毒體型非常微小, 只有幾百奈米;外表為薄殼,具有特殊皇冠 樣突起;內部中空,裝著密度很高的蛋白質 與基因等。病毒藉由宛如超迷你戰艦的構

顯微鏡下的冠狀病毒,

造,將蛋白質、核酸送入人體並綁架細胞。

病毒大小只有幾百奈米。


SciTech Reports

書適圈

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只要有一、兩隻病毒突變形成漏網之魚,抗體就沒辦法

奈米疫苗:模仿病毒大作戰

辨識,必須依靠殺手T細胞出馬。

實心粒子,無法像病毒一樣中空。此外,光是要做出頭

而運用病毒的蛋白質抗原,混合一些刺激免疫因子(稱

髮直徑的萬分之一、大約100奈米大小的實心粒子,其

為佐劑)製成的疫苗,進入體內後,可能因為刺激免疫

實已經非常困難了。

因子的分子太小,免疫系統尚未認出抗原,分子已經先

「我們當時絞盡腦汁,思考該如何做出一顆逼近病毒原

在全身亂跑,因而引起發炎或發燒反應。

樣的中空粒子?」

上述這幾種疫苗都有其缺陷。有鑑於此,胡哲銘提出新

最後胡哲銘想到一種技術:雙乳化法。

內遭幾億隻病毒攻擊,即使依靠抗體能消滅99%敵軍,

構想: 如果用奈米粒子「模仿」病毒的外型,並做成中 空,裡頭裝入強效佐劑,就有機會成為沒有毒性 和副作用,又比傳統疫苗更有效的奈米疫苗。

理想很豐滿,現實卻很骨感。以往的奈米技術只能製作

所謂的「雙乳化法」,簡單來說即是應用水、油互不相 溶的特性,製作一顆顆中空奈米粒子,讓粒子內部充滿 刺激免疫因子,並在表面薄殼黏上蛋白質抗原,模仿冠 狀病毒的皇冠樣突起。

雙乳化法製作奈米疫苗(資料來源:胡哲銘提供) Step

Step

Step

在水性溶劑裡,放入親水性的佐劑,如核

對混合液施加能量,把水

再把混合液放入第二種水性溶

酸或蛋白質等。

性溶劑的大水珠打散成幾

劑中。現在每顆小水珠都先包

在油性溶劑裡放入能製成粒子外殼的油性

兆顆小水珠,每顆小水珠

覆一層油性溶劑外殼,親油性

物質,像一種生物聚合材料(PLGA),以

內有佐劑。

的接著物會自動黏在外殼上。

及用來連接外殼和蛋白質冠的接著物。

Step

把水性溶劑加入油性溶劑中。

Step 讓第二種水性溶劑揮發 後,就剩下 100 奈米大小 的粒子,粒子裡頭是水性 佐 劑, 外 殼 僅 僅 10 奈 米 厚,上面有蛋白質皇冠。

最後,加入蛋白質冠,它們會自 動黏在接著物上。


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書適圈

雙乳化法不是新技術,人們常常用它製作中空、可包

科技報導 新冠病毒,這些寶貴經驗皆有助於破解當前難題。

裹東西的微小粒子,例如藥物、食品或化妝品等,但 過去造出的粒子直徑大約有10微米,比病毒粒子大上 百倍。請別輕看這縮小100倍的差距,它可會讓製作難

冠狀病毒奈米疫苗(資料來源:胡哲銘提供)

度直線攀升。 試想,在正常的尺度下,將一點水倒入一杯油裡,用力 搖一搖,就能產生許多在油中懸浮的小水珠。但水珠越 小,表面張力越大,狀態越不穩定,很快就會聚集成為 更大的水珠。 「更別說這些100奈米的水珠,表面張力大到不可思 議。弄不好就會讓水全部聚在一起,油也全部聚在一 起,最後根本做不出任何東西。」胡哲銘解釋。 不論是施加的能量、溶劑濃度和分子大小等環節,胡哲 銘都花費巨大的精力仔細調整與改良。歷經3年奮戰, 研究團隊終於成功製造出足以模仿MERS病毒的「薄殼 中空奈米粒子」,粒子內部裝入強效佐劑,並模仿冠狀 病毒表面的皇冠樣突起,在粒子的表面覆上「蛋白質 冠」,製成「MERS奈米疫苗」。 「這種疫苗製作的難度非常高,操作熟練的人只要花半 天就能做出成品,但剛來的人要訓練4、5個月才能上 手。」他補充道。

冠狀病毒奈米疫苗,便是比照病毒,將抗原做成 奈米大小,並模仿冠狀病毒表面的皇冠樣突起,

MERS疫苗成功誘導免疫系統攻擊病毒

在薄殼奈米粒子的表面,覆上「蛋白質冠」,進

胡哲銘將製作成功的MERS奈米疫苗注入小鼠,結果

起傳遞給免疫細胞。經過實驗,MERS 奈米疫苗

發現,小鼠體內可產生活性長達300天的抗體,也會強

可在小鼠體內產生抗體長達 300 天,也能強化殺

化殺手T細胞的辨識能力。當殺手T細胞將奈米疫苗視

手 T 細胞,達到 100% 的動物存活率。

而讓搭載於粒子內部的奈米級強效佐劑,得以一

為病毒吞噬,會被裡面的刺激免疫因子刺激,認得這 些「病毒」,下次再受到感染就能快速發動攻擊,有 效殺滅病毒,達到100%的動物存活率。這項重要的研 究成果於2019年刊登在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊,並已申請多國專利。 運用相同的技術,胡哲銘和中研院內外各單位合作,

從SARS、MERS到新冠肺炎

新冠肺炎、SARS和MERS源於不同的冠狀病毒,三者抗 原不會完全一樣,疫苗當然必須按照新冠病毒的RNA序 列重新設計,細胞檢測、小鼠實驗也要打掉重練。

研發流感、B肝和癌症奈米疫苗(將藥物裝入奈米粒子

但三者均是冠狀病毒,既然是「表親」,過去研發

裡,使其輸送到癌細胞所在處投藥)。面對來勢洶洶的

MERS或SARS疫苗時發生的現象,也可能出現在新冠


書適圈

SciTech Reports

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疫苗上。例如過去在動物模式的測試中發現,如果使用

由激活多價的T細胞以應對冠狀病毒詭變的特性,進而

的抗原不夠精準,產生的抗體可能無法中和病毒,甚至

研發廣效的冠狀病毒疫苗。

讓病毒更快速地感染細胞。胡哲銘研發的奈米疫苗,即 在避免此種免疫不完全的情況。

所有疫苗研發皆是漫長艱辛的抗戰。由於流行病瞬息 萬變,耗時的研發歷程往往趕不上疫情變化。如2003

其次,T細胞在對抗病毒的過程中,往往一分為二,分

年爆發SARS疫情後,研究者花費許多時間研發,終於

為TH1型與TH2型細胞,如果疫苗傾向引發TH2型細胞

進入臨床二期試驗,但疫情在2006年結束,因為找不

產生抗體,當小鼠遇上病毒,即可能產生過敏反應。當

到病患測試,疫苗研發也無疾而終。這類難題讓真正

前疫苗的研究,必須想辦法讓兩種T細胞的反應處於平

有資金、技術的國際大廠,對投入疫苗研發卻步。然

衡狀態,減少副作用。

而,胡哲銘強調:

憑藉冠狀病毒疫苗研究的經驗,2020年初,新冠肺炎疫

「最好的防疫策略仍是持續研發疫苗的工作,過去

情爆發時,胡哲銘便以中研院「跨部會疫苗合作平台」

SARS和MERS疫苗研發工作雖暫時中斷,但也因為當

召集人的身分,積極投入疫苗研發工作,也在感染新冠

時的寶貴經驗,才有助後續新冠病毒疫苗的研發。」

病毒的小鼠模型中證明奈米疫苗的保護力,隨著疫情及 國際情勢的演變,胡哲銘團隊也與國內外的研究機構積 極製備搭載SARS-CoV2保守性高的T細胞抗原疫苗,藉

科學會客室

奈米粒子的科學路 ──專訪胡哲銘

Q

為什麼會想到利用奈米粒子模仿冠狀病毒?

這是我之前在美國的研究延伸。我13歲到美國念書,大學讀生物 工程,開始接觸生物醫學與奈米醫學。 許多人可能不了解奈米和醫學有什麼關係,事實上在我們身體裡 就有各式各樣的奈米粒子,負責傳遞訊息或養分,像細胞與細 胞之間是用約100奈米的粒子溝通;有些不溶於水的分子,如油 脂、膽固醇等等,在身體裡也是奈米粒子。 奈米醫學就是運用「極微小的載體」,幫助藥物傳導或作為其他 醫療用途。過去常用的材料有金、矽、玻璃或碳等,現在的主流 是生物相容性材料,像質體、微質體或蛋白質、聚合物等。

胡哲銘看著自己發明的冠狀病毒奈米疫苗,小小的容 器裡充滿了 10,000,000,000,000 個薄殼中空奈米粒子。

我在博士後時,開始研究一個特別的生技平台:用細胞膜包覆奈 米粒子,使它產生類似細胞的特性。像是在奈米粒子外面包覆紅


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書適圈

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血球細胞膜,如同讓它穿上迷彩服,這樣就不容易被免

其實不需要執著用什麼材質,而是想辦法讓它更接近人

疫細胞發現與消滅,可以延長它待在動物體內的時間。

體內的奈米粒子。回到台灣後,我才會想到模仿病毒製

還有將血小板的細胞膜包覆在奈米粒子上,再讓奈米粒

作奈米疫苗。

子把藥物運到心臟損傷的部位。

Q

一開始如何想到以「仿生」的概念

Q

製作奈米粒子?

除了研發過程耗費心力,還曾遇到 印象深刻的事嗎?

很慶幸有很棒的研究環境。這次的點子能夠實現,其實 其實是因為……沒錢。

要歸功於中研院先進的設備與儀器。

一般人的想像中,美國實驗室應該資金充裕、設備新

舉例來說,研究奈米粒子的重要器材之一是「冷凍電

穎,但當時我們的實驗室經費不多,只能用些便宜或

子顯微鏡」(Cryo-electron microscopy,簡稱冷凍電

老舊的機器。有一陣子,許多研究者會嘗試在奈米粒

鏡),可用低溫觀察奈米粒子樣本並拍照。一般儀器只

子外層,黏上類似抗體的特殊材料,我也去詢問這些

能看到粒子外觀,無法分辨粒子內是實心或空心,因此

特殊材料的價格,結果廠商報價三千美金──我們根

一定要使用冷凍電鏡。

本買不起!

我在美國讀博士和博士後時,7年間不斷向學校請求使

經費不足、無法進行最新的研究,讓我只能被迫思考其

用冷凍電鏡,卻總是遭到拒絕。好不容易爭取到使用機

他辦法。有天靈機一動,想到可以把動物細胞膜黏到奈

會,不料負責人操作錯誤,拍出模糊的照片,竟仍向我

米粒子上,我趕緊找隔壁的實驗室商量,請他們把犧牲

收費一千美金。

的死老鼠留給我抽取血液細胞。

但在中研院,冷凍電鏡設備及服務皆非常完善周全,在

結果當隔壁實驗室聯繫我去拿老鼠的時候,牠們的血液

專業的技師協助下,每次都能拍攝出高畫質的奈米粒子

已經凝固了,我只好再拜託對方下次早點通知。這樣曲

照片,讓我們能清楚觀察到奈米粒子極細微的差異,反

曲折折,最後我總算取出老鼠血液細胞、取下細胞膜,

覆優化製程,才能順利研發成功。

黏在奈米粒子上,所耗用的材料費幾乎是零。

Q

真是窮則變、變則通!雖然經費不 足,但這個困境也激發了創意。

Q

您從小在美國受教育,對台灣的科 學教育有哪些看法?

台灣的學術硬體資源、環境以及人才,絕對是世界級, 但是當我拿這個生技平台去發表論文時,卻被人取笑: 「怎麼會把細胞膜黏到奈米粒子上?真是笨點子!」

但在自我表達及溝通上仍有進步的空間。 台灣教育重視儒家思想、尊師重道,長輩習慣只講缺

我沒有理會這些批評,還是繼續前進,最終發現這個平

點、不談優點。雖然謙虛是美德,但久了學生常缺乏自

台的應用性很強,研究成果獲登《自然》期刊。總之,

信,面對師長不太敢表達自己的想法,以致科學討論的

那時的研究經歷給了我嶄新的思維:製作奈米粒子時,

風氣不盛。


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在美國時,我身邊的夥伴雖然來自不同國家、背景和語

在科學裡,平等的對話與討論是必要的,每個人的意

系,但在這種多元的環境下,反而沒有階級的包袱,我

見、點子都值得受尊重。就算不完整,我也想聽你的想

們會花許多時間溝通,一起把事情做好。反觀在台灣,

法,我們可以共同找出一個更好的答案!

雖然彼此講相同語言,也有相似的背景,卻很忌諱溝 通。很多時候大家會怕講錯話、怕違逆師長,或怕自己 的想法被批評,這些顧慮是學習與科學交流上最大的阻 延伸閱讀

礙,也很難激發對科研的熱情。 所以我很鼓勵學生自我鍛鍊,不要怕表達、不怕問問 題,多討論才能激發創意;同時也鼓勵老師們多給學生 對話討論、培養自信的機會。

Lin, L. C., Huang, C., Yao, B., Lin, J., Agrawal, A., Algaissi, A., Peng, B., Liu, Y., Huang, P., Juang, R., Chang, Y., Tseng, C., Chen, H., & Hu, C. J. (2019). Viromimetic STING Agonist‐Loaded Hollow Polymeric Nanoparticles for Safe and Effective Vaccination against Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus. Advanced Functional Materials, 29(28), 1807616.

書 名|《研之有物:見微知著!中研院的 21 堂生命科學課》 作 者|中央研究院研之有物編輯群 出版社|時報出版 出版日期| 2021 年 12 月 17 日

台灣如何因應全球大流行的COVID-19?

•改造細菌基因,可以把二氧化碳變燃料?

•觀察真菌獵殺線蟲,竟能為寄生蟲防治提供解方? •人類的斷肢有可能像斑馬魚一樣再生嗎?

•解析大腦神經為什麼會退化,看見治癒失智症的曙光? •RNA剪接、CRISPR基因編輯,預約醫療大未來? 與中研院院長廖俊智、院士陳建仁等21位生命科學家,

一同打開好奇心、激發想像力,體驗機智的生命科學大發現!

中央研究院生命科學組匯集台灣頂尖科學家,研究範圍涵蓋植物、生醫、農業、生化、基因等 領域,是世界級的生命科學研究重鎮。

透過《研之有物:見微知著!中研院的21堂生命科學課》,中研院研之有物團隊以21位科學家

的研究成果為藍本,帶領我們參訪台灣最高學術殿堂,將艱深的學術論文轉譯為淺顯易懂的科 普知識,一窺中研院在生命科學領域的重大突破與創見。


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致命細菌新用途, 炭疽毒素在動物實驗中展現止痛劑潛力 編譯|陳亭瑋

炭疽病(anthrax)主要是由於炭疽桿菌( Bacillus

有機會消除動物的多種疼痛。這項研究表明,這些炭

anthracis)感染所引起,最為人所熟知的症狀是侵襲肺

疽毒素可以改變傳送痛覺到中樞與周邊神經系統神經

部,或是在皮膚造成小膿皰或丘疹、最後潰爛形成黑

元的訊號,因此能夠緩解動物的疼痛。

色焦痂。此外,炭疽桿菌也被用在某些恐怖攻擊中做

團隊還進一步利用炭疽毒素能將物質送進神經細胞

為生化武器而出名,使得炭疽病因而惡名昭彰、令人

的能力,嘗試結合不同類型的分子貨物(molecular

聞之色變。

cargo),試驗其效果。這項技術可用於開發精準痛

不過一項由哈佛醫學院與多個單位合作進行,於去

覺治療的藥物,非常專一性的針對痛覺受體運作,

(2021)年12月發表於《自然神經科學》(Nature

不像目前現有的止痛藥,例如鴉片類藥物(Opioid

Neuroscience)的新研究則指出,炭疽桿菌這種恐怖的 微生物也能有意想不到的益處──它的部分毒素成分

analgesics)皆屬全身性的作用。 鴉片類藥物至今仍然是最有效的止痛藥,但它們有危

(123RF)


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險的副作用──最明顯的是會影響大腦的獎勵中樞, 使得這類藥物非常容易成癮,並且也有抑制呼吸危及 生命的可能性。因此開發不會成癮的止痛藥,對於臨 床疼痛管理而言,仍是非常迫切的需求。 許多微生物與宿主的神經以及免疫系統,都有一定程 度的溝通互動,過去的研究就發現,某些致病的細菌 會影響神經系統、放大神經訊號。因此本次研究團隊 進一步尋找有可能減輕或阻止疼痛的微生物,首先搜 尋基因表達的數據資料庫,發現痛覺神經纖維的表面 具有炭疽毒素的受體,因此由結構推估,痛覺神經纖 維非常可能與炭疽桿菌有互動。 研究結果表明,當負責將疼痛訊號傳遞到脊髓的感 覺神經元與炭疽桿菌產生的特定蛋白質結合時,疼 痛訊號就會被抑制。當炭疽桿菌產生的保護性抗原 (protective antigne, PA)與神經細胞受器結合的時 候,會形成孔洞讓另外兩種細菌產生的蛋白質水腫因 子(edema factor, EF)、致死因子(lethal factor, LF) 進到神經細胞中,這兩者統稱為水腫毒素(edema

(123RF)

toxin),進入神經細胞以抑制疼痛。 透過一系列的實驗,研究人員發現炭疽毒素可以改變 培養皿中的人類神經細胞訊號,而在活體動物中也有 類似的效果。將炭疽毒素注射到小鼠的下脊(lower spine)可以止痛,避免動物感覺到高溫或是機械刺

泡,可以將其他的化學物質送到神經細胞中。他們採 用肉毒桿菌毒素(boutlinum toxin)進行測試,發現也 有為小鼠止痛的效果,顯示炭疽毒素有潛力作為一種 針對疼痛治療的新型載體。

激;更重要的是,動物的其他生命跡象,像是心率、 體溫、運動協調性都沒有受到影響。此實驗結果顯 示,使用炭疽毒素於痛覺神經止痛,具有高度的選擇 性與精確性,而且沒有廣泛的全身反應。

由目前的成果看來,炭疽毒素是種針對止痛極具潛力 的系統,但考慮到炭疽桿菌在感染期間有可能會破壞 血腦障壁(blood-brain barrier, BBB),進入應用之前 其安全性需要經過仔細的監測。透過此研究,也揭露

此外,小鼠注射炭疽毒素對於一些疼痛症狀,如發炎 引發的疼痛與神經細胞損傷這兩者,皆有緩解的效

了微生物世界很可能還存在著更多藥物應用的潛力, 有待未來科學家發掘。

果。後者常見於外傷、某些病毒感染的後遺症,或是 糖尿病或癌症治療的併發症。研究人員還觀察到,使 用完炭疽毒素止痛後,神經細胞在生理上的功能仍舊 如常,顯示此止痛效果源自於短暫改變了內部的神經 訊號,而非永久性破壞神經細胞。 最後,研究人員還根據炭疽毒素的原理設計了一款囊

參考資料

1. Ekaterina Pesheva, Can a dangerous microbe quell pain? study shows toxin from anthrax microbe affects pain in mice, Harvard medicine press release, 2021/12/20. 2. Nicole J. Yang et al., Anthrax toxins regulate pain signaling and can deliver molecular cargoes into ANTXR2+ DRG sensory neurons, Nature Neuroscience, 2021.


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全球「前2%頂尖科學家」榜單公布, 臺灣有哪些學校入榜?

科技報導

資料整理|羅億庭

去(2021)年12月,由史丹佛大學約阿尼迪斯(John

行評分,提供分析團隊作為科學家長期研究表現的衡

P.A.Ioannidis)教授團隊、科技策略公司(SciTech

量指標:

Strategies, Inc.)總裁波亞克(Kevin W. Boyack)、學 術出版商愛思唯爾(Elsevier)研究資料分析總監巴斯 (Jeroen Baas)共同合作,發布一份以「Scopus論文

1. 論文的總引用次數 2. h指數(Hirsch h-index)

影響力數據」為基礎的「全球前2%頂尖科學家榜單」

3. 用於修正共同作者的hm因數(Schreiber hm-index)

(World’ s Top 2% Scientists 2020),其內容又可分為

4. 單獨作者

「終身科學影響力排行榜(1960∼2020)」和「 2020

5. 單獨或第一作者

年度科學影響力排行榜」兩個榜單。

6. 單獨、第一作者,或最後作者的文章引用次數

該榜單第一版於2019年8月發布,後續又於2020年10月

在本次發布的2021年版榜單中,分析團隊自5大面向,

發布了第二版,本次發布的版本則是統計Scopus論文

包含應用科學、健康科學、自然科學、經濟與社會科

影響力資料庫中,截至2021年8月的數據資料,共統計

學、藝術與人文領域,當中共20個主學科與176項子領

1960∼2020年間發布的論文數,並採用以下6種指標進

域裡,選出世界排名前2%的科學家。在全球近800萬名 科學家中,最具影響力的前2%科學家多半來自美國, 其次為英國、德國,而臺灣則有1479位研究者入榜。 在臺灣的榜單中,前2%最具影響力的研究者大多來 自工程、資訊與通訊技術、臨床醫學、賦能與策略科 技(enabling & strategic technologies)、物理與天文 學、化學等領域;而來自社會科學、經濟與商管領域 的學者也有44位上榜。在前2%頂尖研究者的學校分布 上面,以臺灣大學、成功大學、陽明交通大學為前3; 此外在醫學大學、科技大學、私立大學均有學校入榜 (表一),顯示臺灣各大專院校在國際學術上仍具有 相當的影響力。

新聞來源

2% 頂尖科學家」發布-臺灣千人上榜, Elsevier , 2021 年。 https://reurl.cc/12xnop 「全球前

(123RF)


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表一 臺灣前 %頂尖科學家最多的前

2

所大學。

25

排名 1

2

國立臺灣大學

學校名稱

133

國立清華大學

85

國立陽明交通大學(陽明交大合併)

5

國立臺灣科技大學

6 7 8 9

10

11

12

13

13

15

15

17

19

20

20

22

23

23

25

國立中山大學 國立中興大學 國立中央大學 長庚大學

中國醫藥大學

國立高雄科技大學

國立臺北科技大學

國立臺灣海洋大學 淡江大學

逢甲大學

高雄醫學大學 中原大學

臺北醫學大學

國立雲林科技大學 國立中正大學 元智大學

國立臺灣師範大學 國立聯合大學

國立彰化師範大學 崑山科技大學

99 51 44 43 41 37

32

31

26

21

21

20

20

19

19

(123RF)

17

191

國立成功大學

3

4

學校入榜人數

16

14

14

13

11

11

10

〔註〕本表的統計數字以「終 身科學影響力排行榜」為依 據,並排除來自醫院、研究機 構、企業的研究人員;醫學大 學人數計算不包括附設醫院或 附屬醫院,國立陽明交通大學 已將陽明和交大合併。有些單 位在榜單上僅顯示學院,經手 動查詢學校名稱,已合併到該 校人數中。

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AI加入期刊審查,是福還是禍?

科技報導

編譯|李依庭

自去(2021)年1月起,每一篇投稿到美國癌症研究協

同一時間,位於瑞士洛桑的出版商洛桑前沿之聲

會(American Association for Cancer Research, AACR)

(Frontiers)也發表、開發了自家的圖像檢查軟體

旗下各期刊的論文,會在通過同儕審查(peer review)

「人工智慧審查助手」(Artificial Intelligence Review

後、被期刊接受發表之前,再經過一次特別的檢查——

Assistant, AIRA)。洛桑前沿之聲的發言人表示,內部

利用人工智慧(artificial intelligence, AI)過濾重複或有

研究團隊自2020年8月開始,就一直在使用AIRA對所有

問題的研究影像。

投稿的論文進行圖像檢查。

AACR可能是最早開始使用AI進行圖片審查的期刊。一

儘管AI審查可以比以前的人工審查發現更多問題,但透

般來說,各家期刊為了避免論文中的圖片被篡改,會

過這些軟體進行影像檢查的成本,遠高於內容抄襲檢查

使用人工手動審查論文是否有問題,但根據《自然》

的成本。雖然Proofig的創辦人洛德金-加爾表示,價格

(Nature)的調查顯示,在過去一年裡,至少有4家出

是根據與各出版社所簽的合約或論文中的圖像數量進行

版商開始將此流程自動化,在稿件被發表之前,利用AI

計算,但保守估計成本可能比以往高出數十倍之多。

找出論文中有疑慮的圖片。位在美國賓州費城的期刊協 會負責人埃萬科(Daniel Evanko)表示,AACR嘗試了 多種AI,最終選擇由以色列雷霍沃特(Rehovot)公司 推出的「Proofig」軟體執行這項任務。 Proofig是一款可以將論文中的圖像進行兩兩比對,找到 圖像間共同特徵,包括重複出現特徵的軟體。該公司的 創辦人科洛德金-加爾(Dror Kolodkin-Gal)表示,一 般的論文在1∼2分鐘內就可以檢查完畢。不僅如此,這 項軟體還可以修正高解析度的原始數據壓縮成較小文件 時,可能出現的壓縮偽影。因為電腦不會感到疲倦,運 行速度快,而且也不會受到大小、位置、方向、重疊、 部分複製等因素影響,比人類肉眼視覺更具優勢。 除了 AACR,位於密西根州安娜堡市的期刊執行主 編傑克遜(Sarah Jackson)表示,《美國臨床研究雜 誌》(Journal of Clinical Investigation, JCI)從7月開 始也使用Proofig來處理投稿進來的論文。賽吉出版公 司(SAGE Publications)的負責人金(Helen King)則 說明,有5篇在10月投稿的生命科學相關論文也使用 Proofig進行檢查。


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SciTech Reports

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至於目前尚未使用AI審查的出版社則提到了成本和可靠

Pulverer)認為,目前AI審查的成本效益並不亞於人工

性問題,公開取用期刊(open access journal)《公共科

審查,不過EMBO主要還是使用人工審查。但他也進

學圖書館》(PLOS)的發言人表示,他們正積極地觀

一步說明,未來一定很快就會有其他高級的工具可以

察這些工具的發展,目前仍在觀望圖像辨識的精準性;

使用。

荷蘭出版商愛思唯爾(Elsevier)表示,雖然目前仍在 測試軟體階段,但已有針對論文中某些有疑慮的圖像, 進行AI審查和人工審查的綜合分析。

儘管許多專家表示,AI審查可能會在未來幾年席捲科學 出版產業,但從長遠來看,對圖像篩選軟體的依賴,也 可能會使有心人士使用AI來欺騙篩選軟體,就像有些人

知名的學術出版機構約翰威立(John Wiley & Sons)

會通過調整前後文句以逃避抄襲的篩選一樣。普弗勒表

發言人則說明他們自2020年4月開始,也會使用AI審

示:「我擔心我們正在與AI進行競賽,未來可能導致我

查那些暫時被接受的論文草稿(provisionally accepted

們無法找到那些深度的偽造技術。」

manuscripts),但目前整體仍以人工審查為主,圖像審 查軟體為輔助;《自然》表示,他們目前正在評估一些 外部工具,同時整理各數據以訓練自家的軟體,希望未 來能透過人工智慧和人類專業結合、互補,快速辨識有 問題的圖像。

新聞來源

歐洲分子生物學組織(EMBO)的主編普弗勒(Bernd

Richard Van Noorden, Journals adopt AI to spot duplicated images in manuscripts, Nature, 2021/12/21.

(123RF)


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新冠病毒變異株Omicron 對人類的影響有多大?

科技報導

編譯|李依庭

(Photo by Yoav Aziz on Unsplash)


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日前,在南非發現的新冠病毒(SARS-CoV-2)變異株

研究發現,目前各國施打的新冠疫苗對抗Omicron變異

被命名為「Omicron」,儘管各國緊急實施嚴格的新措

株的效果大幅下降,保護力不如對其他變異株的保護

施,試圖降低飆升的病例數,但非洲和歐洲各國仍抵擋

力,只打兩劑新冠疫苗恐怕不足以防範Omicron變異

不了Omicron變異株的侵襲。

株。但即便如此,科學家認為施打兩劑新冠疫苗,仍可

雖然目前一些實驗室研究表示,Omicron變異株的感染

以保護人們免於重症或死亡。

力和重症率可能沒有那麼強,但大多數科學家仍語帶保

除了抗體的功效之外,先前感染或接種過疫苗的人,

留,因為截至目前為止,都只有區域性且樣本數不多的

其體內免疫系統中的T細胞,可以識別病毒蛋白片段

數據。根據南非私人健康保險公司(Discovery Health)

並破壞被病毒感染的細胞,以限制感染的範圍。南

的數據指出,與感染先前Delta變異株的人相比,感

非開普敦大學(University of Cape Town)病毒學家

染Omicron變異株的患者住院風險降低了29%,顯示

伯格斯 (Wendy Burgers)測試了施打過一劑或兩劑嬌

Omicron變異株較不易引起重症。

生(Johnson & Johnson)新冠疫苗或接種兩劑輝瑞

然而,英國倫敦帝國理工學院(Imperial College

(Pfizer/BNT)新冠疫苗的人,體內T細胞對Omicron

London)的研究報告表示,與英國的Delta變異株相

變異株的反應。結果發現,與原始病毒株相比,3組中

比,沒有證據顯示感染Omicron的住院人數比較少。哥

的T細胞對Omicron變異株的反應下降了20∼30%。不過

本哈根大學(University of Copenhagen)傳染病學家利

相較於Omicron造成抗體保護力下降的程度,T細胞仍

勒貝克(Troels Lillebæk)則表示,目前的樣本數仍然

維持了一定的防禦效果。

太小,我們還無法對Omicron變異株所引起的疾病嚴重

美國康乃爾大學(Cornell University)病毒學家惠特克

程度得出確切結論。

(Gary Whittaker)指出,Omicron變異株的特性其實比

雖然目前對於Omicron變異株造成的疾病嚴重度尚無 法下定論,但科學家確實在Omicron變異株上發現許 多突變位點。例如科學家們發現在弗林蛋白酶裂解位 點(furin cleavage site),就是一個讓棘蛋白更容易裂

較像是季節性的流感,而通常這種類型的病毒都很難在 實驗室中的細胞培養皿生長。對於Omicron變異株,科 學家目前仍難以掌握它的習性或特性,我們仍需要花更 多時間才能釐清。

解的序列,也是感染人類細胞的重要步驟,該位點周 圍的突變使Alpha和Delta變異株更具傳播性。此外, Omicron變異株還攜帶了Alpha變異株也有的突變位點 P681H,還有附近另一個稱為N679K的突變位點。 儘管Omicro變異株的多突變位點令人憂心,但劍橋大 學病毒學家古普塔(Ravi Gupta)的研究團隊卻發現, Omicron變異株的棘蛋白切割效率遠低於Alpha或Delta 變異株,這也進一步解釋為什麼Omicron變異株感染人 類細胞的能力,比先前的變異株弱。 那麼,對於已經施打過新冠疫苗的人而言,其體內抗 體能否抵抗Omicron變異株呢?需要再施打第三劑疫苗 嗎?英國衛生安全局(UK Health Security Agency)的

新聞來源

1. Heidi Ledford, How severe are Omicron infections?, Nature, 2021/12/17. 2. Gretchen Vogel and Kai Kupferschmidt, Early lab studies hint Omicron may be milder. But most scientists reserve judgment, Science, 2021/12/20.


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動態時報

電磁也能幫助菇蕈蔬果保鮮 興大團隊榮獲國家農業科學獎

科技報導

整理報導|李依庭

一般如果提到保鮮,我們通常都會聯想到把生鮮食材

包材表面塗覆天然保鮮劑,改變產品的儲藏環境,降

往冰箱裡頭放,希望能保持它的新鮮並延長最佳賞味

低微生物污染,達到保鮮效果。

期限。傳統的保鮮技術也大多利用冷藏或添加化學藥 劑來保鮮,不過,近期由中興大學食品暨應用生物科 技系特聘教授謝昌衛所率領的研究團隊為了減少化學 藥劑的使用,投入新穎物理加工技術的研發以提升農 產品質及製程的改良。

在臺灣,菇蕈產值每年約180億元,食用菇產業更是臺 灣現今具有最完整冷鏈的農產品。然而,菇蕈的架售 期不超過10天,其中更有10∼20%的產品品質會劣變 耗損,換算下來至少造成16∼32億利潤損失。因此, 研究團隊目前已將此技術與生技集團合作,應用於菇

研究團隊發現,地球本身就是一個大電場,如果在倉

蕈採收後保鮮處理,模組化不同菇蕈的最適保鮮條

儲及冰櫃中加入電極板,控制電壓與電流使得倉儲空

件,以提供市場高品質產品。

間形成不同的電場效應,再透過電子參數的調整,就 可有效調控農產的酵素反應,達到調節蔬果採收後持 續進行的呼吸作用、抑制肉品微生物的滋長,並減少 褐變、避免寒傷等環保又安全的保鮮作用。而在運送 及販售階段,則研發出活性包裝,透過電漿修飾,在

團隊實際應用此種新型保鮮方法的結果顯示,此方式不 僅能夠延緩菇蕈於儲藏期間的品質劣變,將菇蕈的架售 期由6∼9天延長至21天,有效延長架售天數長達2倍以 上,更有助減少數億元的農損,預計能成功減少菇蕈產 業數億元的運輸銷售耗損。團隊也於去(2021)年12月 14日獲頒「2021國家農業科學獎」的殊榮。 除了獲得此項殊榮外,相關研究成果也發表在48篇國際 學術期刊上,並獲得15項專利、11項技轉。目前,研究 團隊也將成果整合在「電磁保鮮加值服務平臺」上,並 與農糧署合作輔導農產加工業者,藉此提升業者採用新 穎加工技術提升農產品價值的觀念,並同步將技術轉移 至產業界,以利農產原料的加值性產品開發。 未來,研究團隊更期望這些技術能跨大廣泛應用在漁 獲、蔬果、菇蕈等農產品的預處理、儲運銷售以及延長 架售期,減少農產品損失,增加農產品的加值應用。

新聞來源 (123RF)

中興大學,〈研發電磁保鮮技術 興大謝昌衛教授團隊榮獲國家農業科學 獎〉,2021年12月17日。


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SciTech Reports

中研院協同陽明交大團隊 找出讓停止的心臟再次跳動的蠶絲蛋白

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整理報導|李依庭

人的心臟為什麼會跳動?主要原因是來自於心臟的節

等,這次則是首次發現蠶絲蛋白除了力學與生化特性

律點(sinoatrial node)會放電,自發的電流使心肌收

外,還有細胞轉化及製造生物電能的性質。

縮把血液打到全身。人類的心跳平均每分鐘60∼100 下,不過隨著年齡增長,器官用久了會逐漸耗損,心 臟內的節律點也會老化故障,使心跳愈來愈慢,嚴重 者更會造成如病竇症候群(sick sinus syndrome)意、 房室傳導阻滯(atrioventricular block, AVB)等疾病。 罹患相關疾病的病患身體會出現虛弱無力、呼吸困 難、暈倒,甚至猝死等症狀。 在臺灣,與心跳相關的疾病盛行率約1∼2%,但如果是 65歲以上的長者,這個數字可能更高。治療這類心臟 傳導疾病的傳統方法就是花2小時的手術,在身體內裝 設心律調節器。不過,心律調節器有其極限,大約6∼ 8年需要更換電池,且這類侵入性手術也有感染風險, 甚至在現今手機盛行的年代,安裝心律調節器的患者

此外,研究團隊在動物實驗中也發現,以蠶絲蛋白做 成的生物材料,能促成鈣黏蛋白(cadherin)在心肌 細胞的異位表達,並啟動一連串下游機轉,藉此讓心 臟重新放電並恢復心跳。這項發現代表研究團隊能讓 心臟再一次生成能放電的細胞,一旦竇房結老化或病 變,新生成的細胞也可接續承擔放電、讓心臟跳動的 重要作用。 胡瑜峰表示,過去研究也曾嘗試將特定基因注射到心肌 細胞的基因療法,但使用病毒做載體的副作用大,所以 後來才考慮用生物材料的方法。鍾次文則說明,過去研 究團隊嘗試數十種生物材料,而他也曾用相同材料製成 修補心肌細胞的心肌綴補片,這次則是找到使用蠶絲蛋 白為生物材料讓心搏停止的心臟恢復跳動的方法。

也必須盡可能讓手機遠離心臟。目前在臺灣,有超過4 萬人的心臟中裝有心律調節器,因此科學家無不希望

此重大發現改變人們對治療心律不整的看法,研究成

找到可以替代方法。

果也登上國際頂尖期刊《自然生物醫學工程》(Nature

有鑑於此,由臺北榮總心臟科醫師,同時也是中研院 生醫所副研究員的胡瑜峰,與陽明交通大學生物醫學

Biomedical Engineering)中。另外,這項研究也透過動 物實驗證實,除了幹細胞培養與基因療法外,生物材 料也有機會治療心臟傳導疾病。

工程學系教授鍾次文和馬偕醫學院、臺中榮民總醫院 等單位合作,帶領團隊發現一種以蠶絲做成的生物材 料,將原本不會放電的心肌細胞,轉換為可以自行跳 動的心臟節律點,讓心臟恢復跳動。 研究團隊成功利用來自農委會苗栗改良場所培養的蠶 絲, 純化製成蠶絲蛋白凝膠,注射到小鼠心臟後, 將原本不會跳動的心肌細胞,轉換為可以放電跳動的 節律點。蠶絲蛋白過去就曾用於手術縫線、人工敷料

新聞來源

1. 中研院,〈生物材料將心肌細胞轉換為節律細胞〉,2021年12月8日。 2. 陽明交通大學,〈神奇蠶絲蛋白讓停止跳動的心臟恢復跳動,榮陽交團 隊成功利用生物材料將心肌細胞轉換為節律細胞〉,2021年12月4日。


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動態時報

輪班工作者夜間進食, 可能增加第二型糖尿病的罹病風險

科技報導

編譯|劉姿婷

「日出而作,日落而息」是人類祖先依照內生性的晝

(circadian misalignment)所致。控制晝夜週期的中樞

夜週期(circadian rhythm)而發展出的生活作息型態。

位於大腦的下視丘(hypothalamus);另外,一些身

然而,隨著時代演進,社會開始需要一些人力,投入

體周邊組織的「時鐘」可能與睡眠/清醒、光照/黑

在非朝九晚五的工作中。廣義而言,非正常班時間的

暗、空腹/進食週期同步。代謝器官在體內負責進行

工作,如傳統三班制、待命性質、或非固定時間的工

合成代謝(anabolism,消耗能量以建構細胞的成分)

作,均屬於輪班工作(shift work)。輪班工作挑戰了

與分解代謝(catabolism,將物質分解以獲取能量),

人類內生性的晝夜週期,輪班工作者除了睡眠受干擾

而代謝活動的平衡受到晝夜週期的調控。當代謝器官

外,其飲食習慣也可能也與正常作息者不盡相同。例

接受到下視丘的晝夜週期訊息與環境的時間訊息(如

如,輪班工作者可能傾向於吃唾手可得、但易導致肥

光照/黑暗、空腹/進食)不一致時,合成代謝與分

胖的食物,且他們的進食時間也因工作需求而異於正

解代謝作用可能因此被打亂,進而造成代謝失衡。正

常的三餐時間。過去的研究也指出,輪班工作者罹患

常作息為日間進食,而夜班工作者卻因工作需求改採

代謝或心血管疾病的風險,較正常作息者高,然而其

夜間進食,因此可能出現下視丘與環境的時間訊息不

中的原因仍尚未完全釐清。

一致,進一步導致代謝失衡,此機制可能可解釋,為

最近,波士頓布萊根婦女醫院(Brigham and Women's

何夜班工作者有較高機率罹患第二型糖尿病。

Hospital)的研究人員執行「醫學時間生物學計畫」

該研究指出,在夜班工作模式下,若維持日間飲食,

(Medical Chronobiology Program),首次利用進食時

可能可將中樞與周邊組織的「時鐘」達成較良好的協

間為策略,試圖探討夜班工作者的晝夜週期失調與葡萄

調,因此,未來可利用進食時間為介入措施,著手針

糖耐受性不良的相關性。該研究招募了7位女性、12位

對改善輪班工作族群常見的代謝健康問題。

男性,平均年齡為26.5歲的健康受試者進行試驗。受試 者首先須接受由實驗室控制晝夜週期、並模擬夜班工作 的條件共計14天後,一組受試者安排夜間進食,以模擬 典型夜班工作者的飲食型態;另一組則將其飲食安排於 白天完成。研究結果指出,同樣模擬夜班工作的模式, 夜間進食導致平均血糖增加了6.4%,然而日間進食組 的受試者則無此現象,該篇研究於今年(2021)發表在 《科學進展》(Science Advance)期刊。 研究人員指出,造成此結果的背後機制相當複雜, 夜間進食造成血糖升高可能是由於晝夜週期失調

新聞來源

1. Sarah L. et al., Daytime eating prevents internal circadian misalignment and glucose intolerance in night work. Science Advances, Vol.7 (49), 2021. 2. Daytime meals may reduce health risks linked to night shift work. ScienceDaily, 2021/12/3.


SciTech Reports

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科技報導

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