科學月刊2018 02月號 578期 重力波

578 2018 / 02

科技新知

用最容易的語言 認識最不簡單的處理器 精選文章

你所不知道的阿茲海默症

gravitationalwave

9 770250 331001

量子電腦技術的挑戰

重 力波

02

足以偵測微弱重力波的精密儀器

與辨識藏在大量雜訊下的信號技術

NT199 ISSN:0250-331X

理物專欄

等一個好科普 不如自己動手寫科普 你不是科學家，但你喜歡科學，總是迫不及待跟親朋好友分享科學？ 你是專業科學家，很想走出象牙塔，讓大家也了解科學的趣味？ 不用懷疑，你，就是我們要找的人！趕快動手寫科普，投稿到《科學月刊》！

徵求項目有哪些？ 科學各領域的科普文章和照（圖）片皆可投稿，但皆須為作 者本身創作，而非翻譯。照（圖）片解析度須達 300 dpi。

只要投稿就會刊出嗎？

所有投稿都會經過專業的審查人員，針對內容正確性進行審 查。審查通過的文章，就會安排編輯、出版。

作者有稿費嗎？ 刊出後，作者會收到稿費，以及當期雜誌一本。

還在等什麼？快把你的作品寄到 scimonth@gmail.com，記得註明真實姓名、 聯絡方式及服務機關或就讀學校。詳細稿約請見《科學月刊》部落格。

scimonth.blogspot.tw

2018 / February 578 Contents

gravitationalwave

重 力波 cover story 118 就 是 那 道 光 ︱

116

找尋重力波的可見光源

饒兆聰

金升光

林俊鈺 游輝樟

122 從 愛 因 斯 坦 方 程 式 到 超 級 電 腦 黑 洞 模 擬 ︱

數値相對論發展歷史

128 探 測 宇 宙 科 學 原 理 ︱

重力波偵測器的概念與技術史

81

Vol.49 No. 2

Contents-2

填問卷．拿新書

84 顯影

只 要 於 2018 年 2 月 28 日 前 完 整回答讀者問卷調查內容 請至

88 「我認為（I think）」—達爾文與傳統的告別／許惇偉

goo.gl/zuti1Y 填寫，或掃描 QR code，就有機會獲得商周出版

89 是誰躲在網路世界月亮的背面？暗網與洋蔥路由／郭家銘

新書 《細胞》。數量有限，敬

非關科學

News Focus 90 古木乃伊的 DNA 分析 最終翻轉流行病歷史／ 詮釋味道的第六種可能—嚐嚐鈣的味道 91 肥胖症與糖尿病的新興療法／

請把握！獲獎名單將於 2018 年

3 月 5 日公布在科學月刊臉書與 部落格上。資料煩請詳實填寫， 以便贈書寄送。

鏡像神經元能預測人們在道德困境中的決定 92 環境噪音影響雛鳥發育／氣候變遷影響海龜性別 93 開創綠色革命新技術／酒精、DNA 損害與癌症風險 評 論

94 詐騙未遂之冒牌出版商／林宮玄 96 探究箭毒蛙「死道友，不死貧道」的生物毒物特性／嚴宏洋 專 欄

98 解 數：不一樣的模仿遊戲／魏澤人 102 理 物：量子電腦—量子科技時代的來臨／張為民 106 生 動：真正的救命仙丹—胰島素發明史／李明蒼 110 變 化：穿戴裝置的未來新能源—可撓式熱電晶片／游皓任 112 天 地：機器學習與天文學：無人大型巡天計畫／李見修 科技新知

goo.gl/zuti1Y

138 人工智慧與區塊鏈運算利器：處理器的種類與應用／曲建仲 精選文章

144 解構自然，論證選擇—演化是否隨機發生？／許家偉 148 阿茲海默症的過去、現在與未來／陳佩燁

勘誤 《科學月刊》577 期〈地球自轉與地震

專 訪

154 前往萊頓的奇幻旅程—劉維民專訪／文詠萱 書 摘

158 《細胞》

82

SCIENCE MONTHLY 2018.2

－人們預防震災的作為，應受地 活動－ 震 頻 率 影 響 嗎？〉 第 12 頁 圖 一 中 下

表，橫軸年代最右邊「1900」應更為

「1990」。

以上錯誤謹向各位讀者致歉 科學月刊編輯部 敬上

台北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長：劉源俊 董 事：王文竹 周成功 林基興 倪簡白 郝玲妮 高涌泉

愛因斯坦的最後預言

趙 丰 羅時成

重力波的議題可謂科學界近年來的矚目焦點之一，其劃時代的研究結果別具意義，

秘 書：李金穗

完整了愛因斯坦提出廣義相對論以降的最後預言──時空漣漪，這也讓 LIGO 團隊

出版者：科學月刊社

的魏斯（Rainer Weiss）等人於 2017 年獲得諾貝爾物理獎的殊榮。然而讀者一定相

理事會 理事長：曾耀寰

當好奇，重力波到底意指何事？是什麼樣的發現，使這小到幾乎沒有存在感的信號 變得如此重要？

理 事：曲建仲 李武炎 邱韻如 范賢娟 張敏娟 陳章波 程一駿 蔡孟利

首先我們來解析「雷射干涉儀重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO）」這個名詞，其實就代表著重力波研究的 3 個關鍵，分別是偵

編輯部 總編輯：林翰佐 副總編輯：林宮玄 張敏娟

測重力波微弱訊號的「雷射干涉儀」、相對論或其他理論經計算預測的「重力波」 訊號特徵（如頻率、波形），以及輻射重力波的「天文」物理機制。

編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌

重力波的偵測與研究過程其實關卡重重，若非相對論和數值計算的突破，研究團隊

李精益 林秀玉 黃正球

不可能從海量資料當中辨識出埋藏在雜訊底下的重力波信號，這艱鉅的工作透過

黃向文 周鑑恆 邱韻如 金升光 金必耀 門立中

《數值相對論簡史》的介紹，或許更適合飆網時代勇於接受大數據挑戰的有志青年，

紀延平 范賢娟 倪簡白

文中提及的開源程式碼（open source code）和相對論的數值研究可參考 Simulating

高啟明 高憲章 張大釗

EXtreme Spacetimes（SXS, https://www.black-holes.org/）或 The Einstein Toolkit（http://

陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東 景鴻鑫 曾耀寰 程一駿

einsteintoolkit.org/）等網站說明。

程樹德 單維彰 楊正澤 葉李華 葉偉文 廖達珊 管永恕 劉宗平 鄭宇君 鄭運鴻 蔡孟利 蔡振家 蘇逸平 韓德生 嚴如玉 編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗

而重力波偵測的精密技術將可能應用在與相對論無關的其它領域，如〈重力波偵測 器的概念與技術〉一文的介紹重要的相關物理原理、〈就是那道光：找尋重力波的 可見光源〉包含中央大學團隊觀測中子星碰撞事件的第一手報導，以及臺灣參與多 元訊息天文學的未來計畫等。

吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 陳文屏 陳章波

另外，為饗對重力波特別感趣的讀者，本刊精選幾項國內研究人員參與其中的工作

陳國成 曾惠中 孫維新

深入介紹，希望未來有志於從事相關工作的青年學子也能一窺全貌。目前國內相關

張 復 張勝祺 楊玉齡

研究，包含清華大學的反射鏡多層膜與熱雜訊研究與 KAGRA（日本重力波干涉儀

劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主 編：文詠萱

計畫），亦有臺師大、國網中心、成功大學與淡江大學合作的相對論數值計算模擬， 當然也不乏中央大學與清華大學攜手打造的多元訊息天文學與電磁波觀測等。

編 輯：李依庭 郭家銘 美術編輯：王韻青 江鈺云

透過全面性的解說，望能協助讀者勾勒出重力波更具體、更完整的樣貌。

業務部

（編輯部）

經 理：李金穗 行銷企劃：王弘奕

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷：赫偉有限公司

本期為第四十九卷第二期 第 578 期 發行於 2018 年 2 月

地址：10647 台北市大安區羅斯福路三段 125 號 11 樓之 4

總經銷 : 高見文化行銷股份有限公司

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話：(02)2363-4910 傳真：(02)2363-5999

全國高中職學校團訂總代理：

行政院新聞局版台誌第 0934 號

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Vol.49 No. 2

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酷斯拉原型－

西班牙島海鬣蜥 Amblyrhynchus cristatus venustissimus

圖/文

游崇瑋

加拉巴哥群島住著一群非常特別的海鬣蜥（Amblyrhynchus cristatus），總共分 為 11 個亞種，是唯一已知會潛到海中取食海草的爬蟲類。一般的海鬣蜥長

的其實有點醜，醜到連達爾文也曾說牠醜……，但美醜見仁見智，至少我是 覺得相當粗曠美！海鬣蜥曾被好萊塢電影拿來當作 1998 年怪獸電影「酷

斯拉」的原型，電影中說海鬣蜥經由核子武器試爆之後突變成了大 怪獸。這次介紹的這個亞種「西班牙島海鬣蜥（Amblyrhynchus

cristatus venustissimus）」，是公認最美的海鬣蜥！在繁殖季 的時候，公西班牙島海鬣蜥會變成非常鮮豔的紅綠配色，另外 牠們的繁殖季適逢聖誕節前後，這樣的紅綠體色因此被暱稱為聖 誕鬣蜥（Christmas Iguana），美極了！

84

SCIENCE MONTHLY 2018.2

在岩壁上曬太陽吸熱的海鬣蜥。

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居高臨下的雄性海鬣蜥。

趾端呈黑色的可能原因是 吸熱較快，可以在清晨快 速升溫以後幫助海鬣蜥爬 上高處，占據太陽光照射 強烈的地點，增加後續整 體吸熱的效率。

公海鬣蜥在可能遭逢敵害時， 會用力鼓起下巴以壯聲勢。

向著陽光的那 一邊眼睛閉上， 背向陽光的那 一面眼睛仍睜 開保持警戒。

86

SCIENCE MONTHLY 2018.2

雌性西班牙島海鬣蜥， 體色明顯單調許多。

兩隻公海鬣蜥一邊吸熱，一邊互別苗頭。

正在海邊曬太陽，等待體溫上升到一定溫度的海鬣蜥。

在曬太陽吸熱的時候，海鬣蜥都會盡量撐起 身體面對太陽，以求最好的日曬升溫效率。

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非關

科學

圖一：位於倫敦東南郊的達爾文故居。

1

「我認為（ I think ）」 —達爾文與傳統的告別 許惇偉

牛津大學生物化學博士，專長為表觀遺傳學、分子生物化學。

曾任職牛津大學，目前任教於國立高雄師範大學生物科技系。

2

圖二：故居中達爾文生前工作的書房。 （皆由許惇偉攝影）

育的科學觀念以及許多既定想法，不時 困擾著達爾文的思路。

1851 年，達爾文最疼愛的大女兒安妮生 病過世，這意外讓讀神學出身的達爾文 對上帝極不諒解，也動搖了他對天主信 仰的信念，哀慟逾恆的達爾文拒絕再進 入教堂，但也因此，達爾文在拋棄了傳 統上基督教對自然世界的詮釋桎梏後， 放 懷 走 自 己 的 路，《 物 種 起 源 》（On

即 使 偉 大 如 達 爾 文（Charles

Darwin），

年輕時仍然懵懵懂懂於自己的未來。大學 時，在醫師世家的家人安排下，先是遠赴 愛丁堡大學（University

of

Edinburgh）

習醫，在度過極度缺乏興趣與充滿挫折

機會的偶然，總是不可預測。取得學位 不久，當時皇家海軍為了詳細考察南美

the Origin of Species）一書在 1859 年問 世後，讓人類對於生物自然世界的詮釋， 有了全新的觀點。

洲海岸地形，準備出動小獵犬號（HMS

《物種起源》一書手稿中，唯一的圖是關

Beagle）執行該任務，也極需一個博物

於演化樹的新想法。達爾文在此手稿開

的 2 年生活後，輟學了。不過在這段時

學家作為船長航行的夥伴，達爾文因而

間可能為了逃避課業壓力，他流連於博

頭寫下「我認為（I think）」。這幾個字，

被推薦，在與父親短暫抗爭後，還是順

宣示著新的達爾文誕生，讓他告別了傳

物館間，持續保有對自然史探索的興趣。

利成行，在 1831~1836 年間，達爾文壯

統觀念加諸在身上的影響，走出了自己的

很快的，醫師父親又幫對於生涯規劃沒什

遊了世界一圈，也帶回來許多歐洲人未

路，同時也彰顯了人類能無畏無懼理性懷

麼想法的年輕達爾文安排了另一條路，也

曾目睹的標本與化石，以及他航程期間

疑的價值，是自然史思想上的空前躍進。

所見所聞的詳細紀錄。

去（2017）年 8 月，筆者走訪達爾文故

穩生活的牧師工作。年輕達爾文乖乖照

結束小獵犬號旅程後，在家人的安排下，

居（Down

就是到劍橋大學讀神學，求個以後可以安

88

趣會跟他將來的職業有所牴觸。

House），待在他生前工作的

辦，也在 1831 年順利取得學位，但就學

達爾文娶妻生子，1942 年舉家遷往倫敦

書房，望著他寫下《物種起源》一書的

期間仍然沒有放棄自己對自然歷史的興趣

郊區，過著溫馨而舒適的生活。在生活

書桌，彷彿仍然能感覺到，「哲人日已

與探索，到處採集動植物標本。那時博物

安定後，達爾文也開始系統性整理、思

遠，典型在夙昔。風簷展書讀，古道照

學依舊是他的最愛，而他也不認為這興

索他在海外的所見所聞，但當時傳統教

顏色。」的微言大義。

SCIENCE MONTHLY 2018.2 2018.1

非關

科學

科學五四三

是誰躲在網路世界月亮的背面？

暗網與洋蔥路由 郭家銘

可以在網路世界飛到人生迷惘的，本刊編輯。

無論表網還是暗網，使用時都需要相當謹慎，切莫透漏太多個人資訊，因為沒人知道是誰躲在「月亮的背面」。（Pixabay）

在這網際網路普遍且發達到不行的年代

網站，你得得到一把鑰匙，而這把鑰匙

Wiki，如同維基百科般，任何使用者都

裡，無論是上 Google、Yahoo、百度等

怎麼得到，各網站有他自己的規則；除

能夠編輯這個頁面，各式相關資訊更是

引擎搜尋資料，或在 YouTube 上分享影

了眾所皆知的黑市阿爾發灣（AlphaBay）

在這一覽無遺。然誠上所述，每個暗網

片，甚至於各大社群網站張貼塗鴉牆，都

云云，只要無法根據表網規則進入的、無

網站都有他自己的規則，現在的網址不

已是許多人生命中很重要的一部分。只是

論什麼內容都可以是暗網的一部分，當然

代表以後的網址（ 有些地方就像消失的

這些我們輸入網址即可輕鬆進入的區域，

這也包含公司內部不對外公開的網路。

城鎮一樣神秘 ），加上洋蔥路由層層的

都屬於「表網路（surface web）」的範疇，

俗 稱 洋 蔥（onion）的「Tor」 瀏 覽 器 是

高隱匿性，這使得「非會員」幾乎是不

然而其蘊含的資訊比我們想的要少。那 麼其他的資訊都到哪去了？相對於表網 路，網路世界其實還存在著「暗網（dark

web）」，資訊量遠超過表網路 400~500

進入暗網世界最常被使用的工具之一，

1990 年代中期由美國海軍研究實驗室的 西維森（Paul Syverson）、李德（G. Mike Reed）與高適雷格（David Goldschlag）

倍、甚至更多。這些所謂的暗網路，並

發明，一開始僅提供美國作資訊與情報

非一般使用者一鍵可及之處，通常得經

安全之用。洋蔥的處理過程包含層層加

過繁瑣的程序、或握有特定的權限才能

密的資訊，並在到達目的地前透過多層

進入，不僅搜尋引擎派不上用場、連網址

中介計算機（intermediary

都需要特定的瀏覽器才能使用。

進行解密，其內容受到相當程度的保護，

有人會說，常看網路上分享，裡頭盡充斥 著槍枝、毒品、人口販賣、殺手雇用，與 最大宗的兒童色情，甚至也有許多令人感

太可能主動追蹤到網站源頭的。除了黑 市交易外，許多戰地國家的民兵或軍隊、 甚至國際間的情報員，也需透過這樣的 平台，才能確保自己交流資訊時的安全， 網路上有許多關於暗網的都市傳說，無 論它們說了什麼，最終的結果都取決於 使用者如何運用暗網資源。

computers）

一般人不會知道資訊的源頭與終點，以 達到完全匿名的效果，而這多層次的結 構，就彷彿洋蔥般緻密而繁複。

到不解的宗教團體、儀式進行等，難道真

如果說在表網路有估狗大神帶你到任何地

是如此？前面說了，要進到特定的暗網

方，暗網也有屬於自己的魔毯 ── Hidden

Tor 是進入暗網最常被使用的瀏覽器之一。（Wikipedia）

Vol.49 No. 2

89

NEWS FOCUS

古木乃伊的DNA分析 最終翻轉流行病歷史 的演化史與來源所知甚少，然其在幾個

Ancient DNA Centre）演化基因學家波以 那（Hendrik Poinar）表示，數據中強調的

世紀來已感染過無數人。最新研究對象

分子方法，過去曾協助科學家區辨關鍵

為義大利那不勒斯一大教堂內埋葬的兒

病原體，並更有效地控制感染的時間。

童木乃伊，16 世紀的科學分析顯示此孩

透過肌膚與骨頭的組織採樣，科學家能

即便對 B 型肝炎病毒（hepatitis B virus）

童染上天花病毒（variola

virus），事實

上這是中世紀存在最古老的天花遺體證 據，但其中並不包含 DNA 測試結果。

將 DNA 的 細 小 片 段 梳 理 出 來， 進 而 組

（Pixabay）

裝、黏合基因資訊。病毒通常進化地相 當快速，幾乎不消數日便產生變化，研

某一刻與其相遇。波以那對此表示，只

利用新穎的定序技術，研究員表示該孩

究員指出，過去 450 年來該病毒已演化

要對過去造成大流行的疾病了解越多，

童並非染上天花，而是 B 型肝炎病毒，

成相當複雜的樣貌。即便科學家已發現

就能更知曉當代病原體的運作與傳播，

古代與現代 B 型肝炎之間的關聯，仍缺

還能從中研究出控制病毒的方法。

這使孩童產生如小兒丘疹性肢端皮膚炎 （Gianotti Crosti syndrome）般的面部皮疹

乏具時間結構的證據。

（facial rash），在過去這個症狀很容易造

根據估計，現今有逾 3.5 億人感染慢性 B

成誤判。麥瑪斯特古基因中心（McMaster

型肝炎，全球近 1/3 人會在他們生命的

Zoe Patterson Ross et al., The paradox of HBV evolution as revealed from a 16th century mummy, PLOS Pathogens, 2018.

詮釋味道的第六種可能——嚐嚐鈣的味道 你感覺得到「鈣」嗎？舌頭接受器可以

另一側則沾上糖與高濃度鈣的混合物，一

區辨主要的 5 種味道，分別是甜、酸、

般果蠅會拒絕混合物僅食用純粹的果糖，

鹹、苦與鮮味，人們不僅能嚐出味道、還

而被移除任一味覺受體神經元的突變果蠅

能描述這個味道是什麼樣子。加州大學

則無法分辨兩者的差別，在食用過量的鈣

與韓國研究團隊日前發佈最新研究，果蠅

後便逐一死去。結果顯示，果蠅對低鈣毫

能夠感受鈣的「味道」，更發現其具備特

無感覺，卻有辦法分辨鈣濃度過高的環境。

殊的味覺受體神經元（gustatory receptor

neurons, GRNs）。即便鈣對果蠅而言是延 續生命的必要條件，然而濃度過高的鈣亦 會使果蠅敬而遠之。

90

SCIENCE MONTHLY 2018.2

化特殊的味覺受體神經元，與苦味不同的 是這些味道會在活化的同時、啟動停止進 食的訊號，除此之外，鈣亦能抑制被糖活

來自加州大學分子細胞發展生物學與神經

化的味覺受體神經元。在人體中，高濃度

科學所的研究作者蒙泰爾（Craig Montell）

的鈣與許多疾病的威脅息息相關，研究人

表示，團隊欲了解果蠅對食物中的鈣有何

員希望此篇研究有朝一日能將鈣的味覺延

感知機轉，不僅是找出味覺神經、還要進

伸應用、以偵測鈣所帶來的威脅。

一步探索感受鈣的 3 個關鍵受體蛋白。 （Pixabay）

蒙泰爾進而指出，果蠅對鈣的趨避來自活

研究員將果糖（fructose）置於培養皿一側，

Youngseok Lee et al., Calcium Taste Avoidance in Drosophila, Neuron, 2018.

NEWS FOCUS

肥胖症與糖尿病的新興療法 狀幾乎在所有年齡層都有影響，且會提

在 脂 肪 組 織 中， 白 色 脂 肪 組 織（white adipose tissue）構 成 人 類 大 多 數 的 脂

高罹患許多嚴重疾病的風險，其中包括

肪 並 儲 存 補 給 能 量， 而 棕 色 脂 肪 組 織

心血管疾病、第 2 型糖尿病與癌症，即

（brown

便我們擁有這些基礎常識，現今仍缺乏

的過程產生熱。科學家以此二組織進行

有效治療肥胖症與相關代謝疾病的藥物。

實驗研究，發現解決潛在肥胖問題的方

作為全球主要健康議題之一，肥胖的症

adipose tissue）則 藉 消 耗 能 量

法：刺激部分白色脂肪轉為棕色脂肪， 此研究近期於《醫學實驗》（Journal of Experimental Medicine）中發佈。 卡羅林斯卡研究所（Karolinska Institute） 教授曹義海（ Yihai

Cao ）與青島大學等

校 研 究 團 隊， 阻 斷 肥 胖 實 驗 鼠 體 內 的

VEGFR1 生長因子，以刺激白色脂肪組織 內的血管生成，其中一組利用藥物、另 外一組則使用基因修飾以達目的。結果 顯示，老鼠體內的脂肪由白轉棕後，在 降低肥胖症狀之餘亦提高對胰島素的敏 感度，曹教授表示此結果將有助於發展 治療肥胖症與糖尿病的新型藥物。

（Pixabay）

Takahiro Seki et al., Ablation of endothelial VEGFR1 improves metabolic dysfunction by inducing adipose tissue browning, The Journal of Experimental Medicine, 2018.

鏡像神經元能預測人們在道德困境中的決定 加州大學神經適應實驗室主任亞哥伯尼

手部皮下注射以及另一隻手被棉花棒輕柔

亞哥伯尼表示，盼能更進一步了解過往

（Marco Iacobni）與其團隊日前於《整合

碰觸的影片，過程中科學家使用功能性核

研究中，腦內各區是否能左右關於道德

神經科學前沿》（Frontiers in Integrative

磁共振（fMRI）監測受試者腦部。接著，

議題的決定，並協助精神疾患度過人際

Neuroscience）發佈研究，顯示當受試者

研究員便詢問在幾個道德困境中，受試者

溝通障礙。

觀看他人經歷痛苦時，科學家透過預測大

的反應。

腦反應，發現在面對道德困境（morality

dilemma）時，人們會傾向避免直接造成 他人傷害。

結果顯示，下額葉皮質（ inferior

frontal

cortex）有強烈的活動，其為同理與模仿中 樞，且使人不願直接傷害他人。然研究亦發

透過鏡像神經元（mirror neurons）分析，

現，大腦活動與為謀得更好的利益傷害他人

當受試者觀看他人動作或行為時、腦內

之意願沒有任何關聯，這可能牽扯更多的認

會有相同反應。鏡像神經元對人類的模仿

知與協商過程，如研究中所模擬的道德情境

學習與同理心相當重要，在觀看他人經歷

議題：「是否願意使嬰兒保持沉默，以在戰

痛苦時，便會使人產生神經共鳴（neural

爭中拯救更多人？」在評判道德困境時，對

resonance）現象。研究團隊欲知曉神經

他人的痛苦予以關心起了因果作用，當一個

共鳴是否在解決複雜問題時發揮作用，因

人拒絕迫使嬰兒不發出聲音，不是因為不喜

此招募 19 名自願者觀賞 2 部內容分別為

歡這個舉止，而是因為他在乎孩子的感受。

Leonardo Christov-Moore, Paul Conway, Marco Iacoboni. Deontological Dilemma Response Tendencies and Sensorimotor Representations of Harm to Others, Frontiers in Integrative Neuroscience, 2017.

（Pixabay）

Vol.49 No. 2

91

專欄文章

不一樣的模仿遊戲 魏 澤人

任教 於國立 東華大學，創立

花蓮—py 社群及實做數學粉專。

2014 年的歷史劇情電影《 模仿遊戲 》（ The Imitation

首先得要知道機器人是

Game），將英國數學家、電腦科學家涂靈（Alan Mathison

如何講話的。早期的對

Turing，圖一）幫助盟軍破譯納粹密碼的傳奇故事搬上大

話機器人，可能更符合

螢幕。除了破解密碼外，涂靈還有很多不同的貢獻，像片

我們刻板印象中的機器

名《模仿遊戲》，就是涂靈提出用來探討機器是否能思考

人， 比 方 1960 年 代 由

的方法，出自 1950 年發表的論文「計算機器與智能」。

MIT 人 工 智 慧 實 驗 室

與其問「機器是否能思考」這個較為空泛、模糊的問題，

發展出的著名電腦對話

涂靈認為不如用「機器是否能通過模仿遊戲」這個較為明

機器人 Eliza。 Eliza 使

確的測試來取代。這是人工智慧哲學的一個重要概念，現

用模式匹配、句型樣板

在常稱為是「涂靈測試（Turing test，圖二）」。

和一些腳本規則來模仿 人類的對話。其中一個

模仿遊戲

腳本 DOCTOR 用來模

模仿遊戲是如何進行的呢？在一般的版本中，A 是電腦，

仿心理治療師和患者對

B 和 C 是人類〔註一〕。C 無法看到 A 或 B，只能藉由

談。下面是一段（英文

圖一：英國計算機科學家、數學家

文字溝通交談。C 的任務是判斷跟他交談的對象是人類

翻譯後）典型的對話 ：

涂靈。（Wikipedia）

還是電腦。而 A 則是要想辦法模仿人類的行為，讓 C 分 不清到底誰是電腦。能模仿人類行為，是否就稱得上有智

女子：男人都一樣。

慧？這件事情有不少爭議和不同看法。但我們應該能同

Eliza：怎麼說？

意，設計一個能模仿人類的機械，是一個非常值得挑戰的

女子：他們總是為了某些特定或者其他事情來煩我們。

問題。更有趣的是，在現代的密碼學及機器學習一些看似

Eliza：你能想一個具體的例子嗎？

不相關的地方，也可以找到模仿遊戲的蛛絲馬跡。

女子：我的男朋友要我來這裡。

Eliza：你的男朋友要你來到這裡？

98

傳統對話機器人

女子：他說我常常很憂鬱。

我們先從模仿遊戲的一些簡單的變化玩法開始。試想，如

Eliza：我很抱歉聽到你很憂鬱。

果是人類反過來學機器人講話如何？想要學機器人講話，

女子：真的，我不開心。

SCIENCE MONTHLY 2018.2

解 數 | Mathematics

Eliza：你認為來這裡能幫你擺脫不開心嗎？ 女子：我需要一些幫助，我想是這樣的。

Eliza：得到幫助對你來說意味著什麼？ 女子：也許我可以學會如何和媽媽相處。

B

A

Eliza：告訴我更多關於你的家人。 女子：我母親照顧我。

Eliza：還有哪些家人也照顧你？ 女子：我父親。

Eliza：你父親。 女子：你在某些方面就像我父親。

Eliza：你看到什麼相似之處？ C

女子：你不是很積極，但我覺得你不想讓我發現這點。

Eliza：什麼讓你覺得我不是很積極？ 女子：你不跟我爭辯。

Eliza：你為什麼認為我不和你爭辯？

圖二： C 藉由與 A 、B 的問答來判斷何者是人類或機器，稱作涂靈測試。 （ Wikipedia ）

女子：你害怕我。

Eliza：相信我害怕你讓你感到愉快嗎？

反涂靈測試

女子：我父親害怕每一個人。

反過來讓人模仿電腦程式，能幫助我們掌握對話機器人的 特性，例如熟悉 Eliza 這類程式的人，就知道 Eliza 有特

Eliza 是涂靈測試的一個里程碑，爾後則有大量的仿做和改

定的句型而且無法理解情境。所以想要模仿機器人講話

進。其實，Eliza 只用了簡單的規則匹配和腳本，仔細觀

時，就要反覆利用特定句型，然後說些鬼打牆的話。另外

察後可能會發現他常常只是順著對方，換句話說而已。但

一方面，對缺點掌握越精確，就越能針對這些問題改進對

即使如此，卻有不少人能從交談中，感受到 Eliza 的智慧

話機器人。另外一種「反涂靈測試」，則是讓電腦程式當

和理解。 像是上面的對話中，女子會用「不積極」、「害

裁判，判斷與他互動的對象是人還是電腦。到這裡，可能

怕」這些情緒來描述 Eliza。有一個名詞「Eliza 效應（Eliza

有些讀者會聯想到，這不就是現在網站上常見的驗證碼

effect）」就是在描述這種容易將電腦擬人化的傾向。 這種

（CAPTCHA）、我不是機器人這類的驗證機制嗎？

效應暗示了也許不需要完全靠真的智慧和情緒，也能利用 社交工程來幫助通過涂靈測試。

沒有錯，這類驗證機制可以看成是涂靈測試的變型，用來 阻擋爬蟲機器人自動抓取內容或暴力猜密碼。事實上，

一個叫做古斯特曼（Eugene Goostman）的對話機器人，在

CAPTCHA 就是「全自動區分電腦與人的全自動公開涂

2012 年涂靈百歲誕辰的測試中獲勝，騙過 29% 的評審，而

靈測試（Completely Automated Public Turing test to

在 2014 年涂靈逝世 60 週年的測試中，騙過 33% 的評審 （涂

tell Computers and Humans Apart）」的縮寫。當然，

靈本人預測在 2000 年時騙過 30% 的評審）。而古斯特曼也

從開發爬蟲機器人的角度來看，破解 CAPTCHA 驗證，

利用了一點上述人性的技巧，他的設定是一名來自烏克蘭的

就是要騙過裁判 C，來通過涂靈測試。最直接的作法就是

13 歲男孩，這樣可以讓人原諒他一些不太嚴重的文法錯誤。

像人類一樣看懂圖片上的字或者模仿人類來移動滑鼠。

Vol.49 No. 2

99

專欄文章

真正的救命仙丹—胰島素發明史

李明蒼

畢業於臺大醫學系，現任亞東醫院新陳代謝科主治醫師。

閒暇時愛好閱讀及旅行，對醫學史特別感興趣。

每年科學界最大的盛事，莫過於一年一度，在瑞典首都斯

醫書，也描述了第一型糖尿病（diabetes mellitus type 1）

德哥爾摩所舉辨的諾貝爾獎頒獎典禮，科學家們也莫不將

病人的症狀：多尿、消瘦，而且很快就死亡。其實，所謂

獲得諾貝爾獎視為最高榮譽。諾貝爾獎的產生方式，是由

的第一型糖尿病，也就是胰島素依賴型糖尿病的病人，因

一群數以千計的學者所組成的委員會，對當代的科學研究

身體無法製造足夠的胰島素而產生嚴重的代謝異常。在胰

加以提名、投票表決。而研究者得獎通常是研究有成之後

島素發現以前，控制病情的唯一辦法就是禁食。在每日不

數年乃至十幾年的事，例如大名鼎鼎的愛因斯坦，因為

到 1000 大卡的熱量、不含碳水化合物（聽起來很像「生

「光電效應」理論，於西元 1921 年得到諾貝爾獎，不過

酮飲食」的治療）的嚴格飲食下，病人的體重可能餓到只

他的論文早在得獎的 16 年前就已提出。難怪，有一個關

有 2、30 公斤，再加上嚴重的脫水，病人可能連下床的

於諾貝爾獎的笑話這樣說，「如果你想要得到諾貝爾獎，

力氣都沒有。而這些患者最後大多是死於糖尿病酮酸中毒

除了你的研究夠突出外，還要活得夠長！」

（Diabetic Ketoacidosis, DKA），是一種因體內缺乏胰 島素而產生大量酮體代謝產物的疾病。總而言之，一但

話雖如此，回到我們今天的主題，胰島素的發明以及其相

發病之後，在 1、2 年內必死無疑，又無藥可醫，其可怕

關研究，則先後產生了三屆諾貝爾生理醫學獎得主！其中

程度，比起當今的世紀黑死病——「愛滋病」，可說是有

又以加拿大的班廷（Frederick Banting）、貝斯特（Charles

過之而無不及。雖然人類早就認識到糖尿病的存在，但

Best）及麥克勞德（John Macleod）的故事最為人所津津

千年以來醫師對第一型糖尿病可說是束手無策，而對於更

樂道，因為，最早成功萃取出胰島素的就是這一群研究

常見的第二型糖尿病（diabetes mellitus type 2），也只

者，而他們也破天荒的在隔年（西元 1923 年）就獲得諾

能採取一些效果不佳的草藥治療，併發症的發生只是時間

貝爾獎，代表了這樣的研究在當年具有劃時代的意義，無

上早晚的問題。

怪乎委員們一下子就同意把這個獎頒給他們。

糖尿病的醫療史 歷史記載的糖尿病

醫學發展直到 19 世紀末，科學家才知道人體的胰臟可以

糖尿病是一個歷史悠久的疾病。早在 3000 多年前的埃及，

「分泌某種物質」來降低血糖。可是這些物質到底是什

就有類似糖尿病症狀的記載。而距今 2000 多年前的希臘

麼，由哪種細胞分泌，仍然一無所知。

106 SCIENCE MONTHLY 2018.2

生 物 |

Biology

圖一：班廷（圖右）與貝斯特（圖左）於研究室合影。（Wikipedia）

為我們跨出糖尿病治療重要的一步，是馮梅林（Baron

大量的糖份。因此，他們很快明白，原來胰臟摘除會使

Joseph Von Mering）和明可夫斯基（Oskar Minkowski）

狗得到糖尿病，也就是說，降血糖的物質存在於胰臟內。

2 位科學家。西元 1889 年時，馮梅林和明可夫斯基在斯 特拉斯堡（目前屬於法國，在當時則因 1870 年的普法

至於確切是什麼物質，由哪種細胞分泌來降低血糖，則直

戰爭而割讓給德國）研究內臟消化器官。當年對於位在

到西元 1916 年，才由英格蘭的沙佩沙爾醫師（Edward

胃及十二指腸之間的長型器官——胰臟，其明確的生理

Albert Sharpey-Schafer）所發現。他認為這個降血糖的

作用還不是很了解，所以，明可夫斯基打算將狗的胰臟

物質是由胰臟的「蘭氏小島（islets of Langerhans）」

摘除，然後觀察會發生怎麼樣的「消化不良」。沒想到

所分泌，並把它命名為胰島素（insulin）。之後的幾年，

幾天之後，他發現胰臟摘除後的狗，小便竟然多到不行，

科學家不停地嘗試如何萃取高純度的胰島素，然而試驗

就算是不停的打掃地板，過不久之後還是會被狗尿所淹

一直不太成功。科學家將胰臟的萃取物打入身體之後，

沒！明可夫斯基進一步測量狗尿的成分，發現尿中含有

常常因其它不純的物質而引發嚴重的發燒或其它的過敏

Vol.49 No. 2

107

重 力波 偵 測 cover story

背後的科學原理與技術是什麼？

116

SCIENCE MONTHLY 2018.2

科學家發現宇宙中的重力波

印證百年前愛因斯坦的推論

人類是如何觀測到重力波的？

Vol.49 No. 2

117

cover story

1

就是那道光－ －

找尋重力波的可見光源

饒兆聰

國立中央大學天文所副教授，主要研究領域為可見光、

時域天文學，如變星和重力波可見光源搜尋的研究。

2017 年可說 是 重 力 波 天文學 界 難 以 忘 懷 的 一 年。在 這 一 年，設 計 建 造 重 力 波 偵 測 器

LIGO 的三位先驅魏斯（Rainer Weiss ）、索恩（Kip Thorn ） 和 巴 利 許（Barry Barish）獲 得了諾 貝 爾 物 理 學 獎。 建 造

LIGO 的想法在 1970 年代已萌 芽，並在 1980~1990 年代開始 建造和運作。但一直到了 2015 年 LIGO 才第一次偵測到重力 波，並命名為 GW150914 。第 一次的重力波事件是由兩個質 量相 當 大 的 黑 洞 所 合 併而成 （大約 30~35 個太陽質量） ，所 以不預期會有伴隨而來的電磁 波。 到了 2017 年，LIGO（ 以 及 和 後 來 加 入 的 VIRGO 偵

118

SCIENCE MONTHLY 2018.2

圖一：由 NGC 4993 中心左上角的點發出重力波事件 GW170817。（NASA & ESA）

cover story

1

重力波可見光源的尋找，而至 於 LIGO 如 何 偵 測 重 力 波 或 在可見光以外的電磁波源的尋 找，在網路上可找到相關的文 章參考。

月的時間相關的學術論文卻已

第一個重力波源

接近 100 篇。

LIGO 有兩個偵測站，一個在美國 西北角的漢福德區（Hanford） ，

GW170817 事 件 為 何 如 此 重

而另一個在美國東南角的利文

要？或更正確的說，同時偵測

斯頓（Livingston）。 LIGO 需

測器）一共偵測到了五次的重

到重力波和電磁波為何如此重

要至少兩個偵測站的原因是當

力波事件（還有一次因為訊號

要？天體發射而來的電磁波可

重力波的訊號到達第一個偵測

不夠強而未被列入），其中前

以無聲電影比喻：我們只看得

站時，第二個偵測站因距離較

四次的重力波事件都是由兩個

到影像但沒有聲音（可見光是

遠而會讓重力波的訊號延遲到

黑 洞 合 併 而 成。 但 第 五 次 在

電磁波的一種）。而重力波卻

達。這延遲的時間和重力波訊

2017 年偵測到的重力波事件

更像聲波：我們只能偵測到大

號來源的角度有關，並在天空

── GW170817 ──卻不一樣

概來的方向和振幅的大小，卻

「 畫」出一道「環形」，但因

（ 圖一）。這次事件是由兩個

無法確知是從那個天體來，所

偵測器的靈敏度以及其他原

中子星所合併而成，也是人類

以重力波就像是只有聲音而沒

因， 這 環 不 會 是 一 個 完 整 的

歷史上首次同時偵測到重力波

有影像的電影，只有同時偵測

環，此外也會在天空覆蓋相當

和電磁波的事件，GW170817

到重力波和電磁波，就像同時

大的面積。而重力波源將可能

事件在天文和物理學界重要性

有影像和聲音而完整的一部電

會是來自於這大面積內的任何

與震撼性可在相關的論文數量

影。以科學術語來說結合重力

一個天體。圖二顯示了第一個

一窺究竟。到了 2017 年 11 月

波和電磁波所帶來的資訊能讓

重力波源 GW150914 所對應

初，GW150914 相 關 的 學 術

科學家對於了解重力波源（如

的天區，大約有 600 平方度（可

論文大約有 300 篇，亦即每年

中子星合併）的物理性質，機

塞大約 2800 個滿月）。相比之

大 約 150 篇。 而 GW170817

制和來源能夠有更完整的論

下，獵戶座的面積大約是 594

在 8 月 17 日發現後不到三個

述。基於篇幅，本文只談關於

平方度，而在鹿林天文台的一

Vol.49 No. 2

119

科技新知

智慧型手機的軟體與硬體架構與個人電 腦極為相似，如圖二所示，最多只是

人工智慧與區塊鏈運算利器：

把中央處理器改為「微處理器（micro

processing unit, MPU）」，另外作

處理器的種類與應用

業系統改為 Android、iOS，而應用 程式當然就是大家熟悉的 Chrome、

Google Maps、Safari 囉！ 基 本 上， 智慧型手機根本就是一台小電腦了！ 曲建仲／臺灣大學電機工程學系博士，曾榮獲中華民國 96 年度全國

優秀青年工程師獎章並獲總統召見，致力臺灣科技教育多年，擅長

指令的種類

以淺顯易懂的文字由淺入深帶領非理工背景的讀者們了解艱深困難

人類是經由下達指令的方式與處理器溝

的科技原理。

通，指令可以分為下列 2 種：

處理器（processor）是電子資訊產品

3. 軟體指令：控制硬體指令來驅動

1. 軟體指令（software instruction）：

的心臟，要了解電子資訊產品，就必

CMOS 運算的指令，例如：C 語言所

指的像是 DOS、Windows、Linux

須先認識處理器，而要認識處理器，

使用的指令 For、While、If else、Print

等 作 業 系 統 所 使 用 的 指 令， 例 如：

就必須先了解處理器的軟體與硬體

等，作業系統是由軟體指令撰寫而成。

Copy、Delete、Rename 等 ；或 像 是程式語言（例如：C 語言、BASIC

架構，以及軟體指令與硬體指令的意 義，所有電子資訊產品所使用的處理

4. 作業系統（operating system, OS）：

等 ）所 使 用 的 指 令， 例 如：For、

器都有軟體與硬體架構，個人電腦、

管理個人電腦所有硬體與軟體的核心

While、Print 等。我們可以在作業

智慧型手機的比較複雜，而電視、音

程 式 稱 為 作 業 系 統， 例 如：DOS、

系統或程式開發工具直接使用指令，

響的相對比較簡單。

Windows、Linux 等。

而且可以經由修改軟體（例如：修改

Windows、Linux 作業系統的原始 個人電腦的軟體與硬體架構

5. 應用程式（application program,

處理器是由數千萬個電晶體（com-

APP）：在作業系統管理之下，具有

plementary metal-oxide-semiconductor,

某種特定功能的軟體稱為應用程式，

2. 硬體指令（hardware instruction）：

CMOS）排列組合而成，那麼要如何

例如：Word 、 PowerPoint 、 IE 、

指 處 理 器 所 使 用 的 指 令， 例 如：

利用程式去指揮控制 CMOS 替我們

RealPlayer 等。

ADD、PUSH、POP 等， 硬 體 指 令

運算呢？我們以個人電腦的軟體與硬

138

程式碼）而改變這些指令的功能。

是處理器製作的時候就已經固定了，

體架構為例，如圖一所示，由下到上

6. 使用者介面（user interface, UI）：

因 此 無 法 修 改。 不 同 的 公 司 設 計 的

依序包括：

使用者實際與個人電腦溝通的介面，早

處 理 器， 例 如： 英 特 爾（Intel） 的

期使用 DOS 輸入指令，DOS 的「C:\>」

中央處理器與 TI 的數位訊號處理器

1. 中央處理器（central processing unit,

就是使用者介面，使用者可以經由這個

（digital signal processor, DSP），其

CPU ）： 由 CMOS 排 列 組 合 而 成。

介面與電腦溝通；目前已經進步到只需

硬體指令並不相同。軟體指令都是由

要使用滑鼠點選桌面上的圖形即可與電

「數個硬體指令」組合而成，換句話

2. 硬體指令：驅動 CMOS 運算的指令，

腦溝通，這些圖形稱為「圖形使用者介

說，當使用者在作業系統中執行「複

例如：ADD、PUSH、POP 等。

面（graphic user interface, GUI）」。

製（copy）」這個軟體指令，則處理

SCIENCE MONTHLY 2018.2

器 會 進 行 ADD、PUSH、POP 等 數

CISC 最大的缺點是許多指令可能很

個硬體指令來達成複製的動作。

少使用，換句話說，處理器支援很少 使用到的某些指令，浪費了許多空間，

處理器的指令集

如同傳統的雜貨店，雖然提供很多的

處理器可以認得的所有硬體指令稱為指

商品，但是許多商品可能很少使用，

令集（instruction set），處理器依照

一 直 放 在 店 裡 只 是 浪 費 空 間 而 已。

不同的指令特性與運算特性，大約可以 分為下列 2 大類：

2. 精 簡 指 令 集 處 理 器 （ reduced instruction set computer, RISC ）：

1. 複 雜 指 令 集 處 理 器（ complex

精簡指令集處理器必須使用較多的

instruction set computer, CISC ）：

指 令 來 完 成 複 雜 的 運 算 工 作。 雖 然

複雜指令集處理器可以使用較少的

RISC 的指令功能較少，但指令較為

指 令 來 完 成 複 雜 的 運 算 工 作， 雖 然

簡單，相關的電路設計也較為容易，

CISC 的指令功能較多，但指令較複

使 用 到 的 電 晶 體 數 目 較 少， 成 本 較

雜，相關的電路設計也較為困難，使

低。 這 種 處 理 器 大 多 由 資 訊 家 電 產

用到的電晶體數目較多，成本較高。

業 的 廠 商 使 用， 又 以 ARM 公 司 與

這種處理器大多由電腦產業的廠商使

MIPS 公司所設計的處理器為代表。

用， 又 以 英 特 爾 公 司 所 設 計 與 製 造

RISC 最大的優點是只提供較常使用

的 80x86、Pentium 處理器為代表。

的指令，換句話說，處理器只支援較

CISC 與 RISC 的比較 CISC 就好像是工程用計算機，具 有許多工程運算的功能，可以很 容易計算出開根號、三角函數等 複雜的運算，但是製作工程用計 算機比較困難，成本較高；相反 的，使用者不需要很強的數學知 識就能完成高難度的數學運算。

RISC 則像是一般的計算機，只 具有加、減、乘、除這些簡單 而基本的四則運算，如果要計 算出開根號、三角函數等運算， 就必須運用許多次的四則運算 來完成，使用者也必須具備很 強的數學知識才行。

CISC 和 RISC 那一種比較好，是 長久以來是大家爭論的話題，雖 然曾經有預言 RISC 會主導市場，

使用者介面 軟體 (SW) 韌體

(FW) 硬體 (HW)

但是 CISC 還是有存在的價值，

應用程式

Word、PowerPoint、IE、Chrome

目前市場上存在的處理器已經沒

作業系統

Windows、Linux、Mac OS

有純粹 CISC 或 RISC 的設計了，

軟體指令

For、While、Print

大部分都是 2 種設計混合使用。

硬體指令

ADD、PUSH、POP

中央處理器 (CPU)

CMOS

圖一：個人電腦的軟體與硬體架構圖。

常 使 用 的 某 些 指 令， 節 省 了 許 多 空 間，如同新興的便利商店，雖然提供 較少的商品，但是這些商品卻必須常

使用者介面

常使用，可以節省空間。 軟體 (SW) 韌體

(FW) 硬體 (HW)

應用程式

Word、PowerPoint、IE、Chrome

作業系統

Windows、Linux、Mac OS

軟體指令

For、While、Print

用來處理數位訊號的積體電路稱為數

硬體指令

ADD、PUSH、POP

中央處理器 (MPU)

CMOS

位積體電路（Digital IC），目前都

圖二：智慧型手機的軟體與硬體架構圖。

數位積體電路

是以矽晶圓製造，主要是用來處理 0 與 1 的加減乘除運算與儲存工作，其

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精選 文章

阿茲海默症的 過去、現在與未來 圖一：迪特，第一個被診斷出阿茲海默症 的病人。 （ Wikipedia ）

有 類 似 澱 粉 染 色 後 的 光 學 性 質， 因 此也被稱為「澱粉樣斑塊（amyloid

陳佩燁 中央研究院生 物化學研究所研究員。

plaques）」，而神經細胞中糾結的 纖維是由高度磷酸化的 tau 蛋白（tau

protein）聚集所形成的。「Aβ 澱粉 樣 斑 塊（amyloid-beta plaques）」

第一位阿茲海默症病人

當醫生請她寫下「5」這個數字時，

及「 tau 蛋 白 神 經 纖 維 糾 結（ tau

1901 年 ， 51 歲 的迪特（ Auguste

迪特太太寫的是「一個女人」。從當

neurofibrillary tangles）」， 這 兩

Deter，圖 一 ）進入阿茲海默（Alois

時阿茲海默醫生與迪特的醫療對話記

個病理特徵的觀察是後來被命名為

Alzheimer，圖二）醫生的診間，當

錄， 我 們 可 以 發 現 病 患 無 法 聽 懂 問

「阿茲海默症（Alzheimer's disease,

醫生問她的名字，她回答：「奧古斯

題，會回答完全無關的話，但是病患

AD）」的重要判斷依據。

特」，醫生問她的姓，她還是回答：

知道自己不太對勁。

早發性與晚發性阿茲海默症

「奧古斯特」，當醫生問她先生的名

148

字時，迪特太太遲疑了一陣，然後回

1906 年，迪特過世，阿茲海默醫生

2014 年，有一部電影《 我 想 念 我 自

答：「我相信是……奧古斯特。」接

檢驗她的腦，發現她的腦嚴重萎縮，

己 》（ Still Alice ）， 改 編 自 潔 諾 娃

著，醫生繼續問她其它的問題，迪特

而 從 顯 微 鏡 下 觀 察 到， 銀 染 色 後 的

（Lisa Genova） 寫 的 同 名 小 說， 小

越來越緊張，而且答非所問，她無法

腦 組 織 切 片， 在 其 神 經 細 胞 外 有 粒

說中充分描寫早發性阿茲海默症患

說出她住在哪兒或是現在正在哪裡。

狀 斑 塊， 且 神 經 細 胞 中 有 糾 結 的 纖

者 的 困 境、 掙 扎、 無 助， 及 家 人 在

當天的午餐她吃了豬肉和花椰菜，但

維。後來，科學家們發現這些粒狀斑

親情與現實之間的抉擇。故事的主人

是當醫生問她午餐吃了什麼時，她一

塊是由 Aβ 胜肽（Aβ-peptide）聚集

翁是一位語言學教授艾莉斯（Alice

邊嚼著肉，一邊卻回答：「菠菜」；

所 形 成 的， 因 為 這 些 斑 塊 被 染 色 後

Howland），某一天她在日常的散步

SCIENCE MONTHLY 2018.2

Aβ 突變胜肽。顧名思義，早發性阿

部分的臨床測試藥物的作用目標仍

茲海默症的發病時間較早，大約 4、

是阻止澱粉樣斑塊的累積，在 2014

50 歲，患者的病程惡化也比晚發性

年， 百 健（Biogen） 公 司 宣 佈 針 對

的快，這些致病的基因突變如果在家

Aβ 胜 肽 的 抗 體 ——Aducanumab

族間傳遞，又稱之為家族性阿茲海默

的免疫療法臨床 1b 期的雙盲測試成

症。也因為這些突變是跟 Aβ 胜肽有

功〔 註 一 〕， 這 項 臨 床 測 試 與 其 它

關，所以很多阿茲海默症的治療藥物

藥物的臨床測試最大的不同是「病

的研發都與 Aβ 胜肽有關。

人」，一般的阿茲海默症臨床測試的 病人都是初期或是中期的病人， 而

全球的阿茲海默症患者約有 3500 萬

Aducanumab 測試的病人則是初期

人，早發性阿茲海默症佔所有阿茲

且失智情況較輕微的病人。參加測

海默症的比例其實不高，大約只有

試的 165 個病人， 每月靜脈注射不

首先發表老年痴呆症病例，後來被命名為

5%， 大 多 數 的 病 患 是 在 65 歲 之 後

同劑量的 Aducanumab 或安慰劑，

阿茲海默病。 （ Wikipedia ）

發病，因此稱為晚發性阿茲海默症。

一 年 後 以 正 子 斷 層 掃 描（Positron

晚發性阿茲海默症的成因不明，部分

Emission Tomography, PET ）觀

中開始發現自己有些不對勁，居然會

與 基 因 相 關， 有 40~60% 的 阿 茲 海

察 Aβ 胜肽斑塊在腦中的累積量，結

找不到回家的路，在上課時會忽然想

默症患者帶有 APOE-ε4 型的基因，

果顯示劑量越高，病人腦中 Aβ 澱粉

不起來自己要說的話，她積極的求醫，

但並不是有這個基因就一定得病，

樣斑塊的減少越顯著，且高劑量的

結果發現自己罹患了早發性阿茲海默

只是機率較高。而帶有 APOE-ε2 型

Aducanumab 可減緩認知能力的衰

症。因為她是高級知識份子，所以開

的基因的人罹患阿茲海默症的機率

退。這項臨床測試的結果讓科學家

始積極的閱讀文獻，參加臨床實驗，

較 低， 有 趣 的 是， 這 2 個 基 因 所 產

們對以澱粉樣斑塊為標的的研究重

她以是否還記得自己家的住址及孩子

生的蛋白質其實只有 2 個胺基酸不

拾 信 心， 百 健 公 司 馬 上 開 始 了 2 項

們的個人資料判斷自己惡化的程度，

同而已。除了 APOE 基因的因素，

更大規模的臨床三期人體實驗，有

甚至為自己準備好了自殺的方法，她

高 血 壓、 高 血 糖、 高 膽 固 醇、 第 二

100 多間研究中心和醫院參加，而臺

留言提醒自己——當智能惡化到某一

型糖尿病、少運動與少動腦也被認

灣也有 6 所醫院加入，預計在 2022

程度時要打開電腦中的某個檔案，檔

為是導致阿茲海默症的危險因子。

年春天結束試驗。

殺用的藥片。然而，令人唏噓不已的

阿茲海默症的治療與藥物開發

另一方面，禮來（Eli Lilly）公司也

是，當那天到來時，艾莉斯找到藥片，

目前對阿茲海默症可以使用的藥物

將之前以另一種抗體 Solanezumab

正準備行動，不知道是幸運或悲哀，

僅能用來控制症狀的惡化，如愛憶欣

進行的 2 次臨床三期人體實驗失敗

她的先生正好跟她說話，在被人打岔

（Aricept）、憶思能（Exelon）等，

的結果進一步分析，發現這個測試結

後……她忘了她正要做的事。

而這些藥物常會引發噁心、腹瀉、失

果雖然失敗，但是對其中症狀較輕

眠、嘔吐、肌肉痙攣、倦怠與食慾減

的病人好像有效，於是禮來公司又

早發性阿茲海默症的發生與基因有

退等副作用。雖然自 2003 年後就沒

開始了一項 Solanezumab 的臨床三

關，患者的基因帶有可加速 Aβ 胜肽

有任何阿茲海默症的新藥被核准，但

期人體實驗，很可惜的是，2016 年

產生的突變，或是產生更容易聚集的

目前仍有許多藥物在臨床測試中。大

11 月禮來公司再度宣布實驗失敗。

圖二：阿茲海默是一位德國精神病學家，

案中安排如何找到她事先預備好的自

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149

留學生專訪

前往萊頓的奇幻旅程—

劉維民專訪 文詠萱

本刊主編。

（王弘奕攝影）

走在輔仁大學極寬走廊，找著劉維民

學校所知甚少。「當時會去荷蘭是一

「動機信」，對老師表示想前往唸書

老師的辦公室，就在樓梯間遇到劉老

個 巧 合， 我 那 時 候 已 經 考 上 臺 大 博

的決心。「有些老師很忙，Email 可

師，第一眼就能看到老師的微笑，老

士 班， 在 想 著 是 不 是 能 到 更 好 的 學

能沒有空讀，或是會被忽略，建議可

師客氣地邀請我們到辦公室。「在一

校 就 讀， 也 因 為 當 時 臺 灣 對 於 歐 洲

以 寄 完 Email 後 再 寄 一 封 紙 本。 我

開始，我還沒有出國的打算，但在唸

學校資料較少，因此找了《QS 世界

當時在寄完後兩週到一個月，會再寄

碩士班的時候，同學都在準備出國唸

大 學 排 名 》（QS World University

Email 給老師，確認是否有收到。」

書，看到同學都出國讀書，我在想是

Rankings）， 當 時 臺 大 的 排 名 是 第

不是也可以一起出國增加人生見識，

107 名，因此我選了幾所 QS 排名較

拿工作簽證讀博士

因此燃起出國讀書的想法。但我比較

高且較注重理工方面的瑞士、荷蘭、

不像在美國，學生拿的是學生簽證。

叛逆，不想要跟別人一樣，因此選了

德國等歐洲學校。而最後選擇萊頓大

在歐洲，學生讀博士是拿工作簽證（申

歐洲地區學校。」坐定後，進入正式

學（Universiteit Leiden） 是 因 為 他

請博班需要有碩士學位），而相較於

訪問，劉維民老師說起他出國讀書的

們給了我工作簽證，不用花錢就能讀

理科的學生，文科的學生大部分所拿

機緣。

書，甚至還能領到薪水。」

的是不支薪的工作簽證。「雖然荷蘭 扣稅扣很重，那時候我們是扣 42%，

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選擇前往荷蘭

「選定學校之後，我花了很多時間研

但 稅 後、 付 完 健 康 保 險 後 一 個 月 還

荷蘭在當時算是較少學生前往唸書的

究每個學校、每個系、每位老師的專

是有 1700 歐元左右。」劉維民說。

國家，且當時的臺灣除了幾所歐洲鼎

長領域。」劉維民在找到與自己期望

鼎有名的學校外，對於其他歐洲國家

吻 合 的 老 師 後， 準 備 了 一 封 強 烈 的

SCIENCE MONTHLY 2018.2

通常前往美國、英國讀書都需先通過

輔仁大學化學系助理教授

劉維民 2001 年 9 月 | 2005 年 6 月

2005 年 9 月 | 2007 年 7 月

學士 / 國立臺灣師範大學 化學系

碩士 / 國立臺灣大學 化學所 博士班口試答辯。( 劉維民提供 )

2009 年 9 月 | 2013 年 11 月

博士 / 嗎？「當時我沒有多想什麼，欣然地

談 到 生 活， 在 劉 維 民 剛 去 讀 書 的 時

回答『可以啊』，在這時，指導老師

候，週日商店全天沒有營業。「這在

提到『你想像一下，你到荷蘭你沒有

臺灣比較難想像，星期日沒有一家店

熟悉的朋友，父母也不在身邊，一個

開著，而在其他時間，也是僅營業至

人 孤 獨 地 在 國 外， 沒 有 人 可 以 幫 助

下午 6 點，只有星期四會延長營業時

雅 思、 托 福 等 語 言 測 試， 但 劉 維 民

你。』我那時候想說應該可以吧，但

間到晚上 8 點。當時有點不太習慣，

當 時 前 往 荷 蘭 攻 讀 博 士 班 時， 並 沒

在去了之後，感覺真的和在臺灣不一

既沒有娛樂、飯也得自己煮。」且在

有語文門檻相關規定。「基本上通過

樣。在臺灣時間會被朋友、被一些很

荷蘭餐館一餐大概要 20 多歐元，換

老 闆 面 試， 老 闆 覺 得 可 以 溝 通， 且

熟悉的事情填滿。但到荷蘭，因為語

算臺幣大概約 1000 元左右，因此劉

專 長 符 合， 就 沒 有 什 麼 問 題。 而 拿

言的關係，就連電影都看不懂。」

維 民 吃 飯 大 多 自 己 煮。「 但 這 是 過

荷蘭萊頓大學 化學所

了 薪 水， 我 們 就 有 許 多 需 完 成 的 責

去，現在的荷蘭越來越美國化，現在

任， 像 是 需 帶 大 學 部 的 實 驗 課， 學

「荷蘭人對於同事、朋友劃分相當清

生 會 分 成 三 組， 其 中 兩 組 是 說 荷 文

楚，因人生地不熟，一開始僅會認識

的，另外給我們國際學生帶的組別，

同事，以致於很多事情必須自主獨

荷蘭飲食習慣與氣候

就 會 以 英 文 溝 通。」 劉 維 民 另 外 表

立，不過也很謝謝當時組上的秘書跟

荷蘭的食物受到許多外國殖民影響，

示， 若 是 要 前 往 荷 蘭 就 讀 大 學 部，

博士後研究員，他們幫了我許多忙。

他們曾殖民過印度尼西亞，也因此改

就 需 要 荷 蘭 文 語 文 能 力， 就 讀 碩 士

但現在留學生、交換生越來越多，可

變了荷蘭的食物口味，荷蘭境內現在

班 的 話， 則 就 須 要 英 文 能 力 證 明。

以先試著聯絡那邊的臺灣人或是駐

也有許多印度尼西亞餐廳。「除此之

外單位，像我們萊頓有臺灣同學會，

外，也充滿了閩南味。早期華人移民

隻身在異鄉

在比利時首都布魯塞爾也有教育部

到 印 尼， 把 食 物 傳 進 去， 再 藉 由 荷

劉維民與指導老師是利用市內長途電

外交單位辦事人員，可以先知道他們

蘭 殖 民 印 尼 傳 到 荷 蘭， 因 此 在 荷 蘭

話面試，當時談到最後，指導老師問

的資訊。在各方面及生活打理上會比

的 超 市 可 以 買 到 肉 包、 街 上 有 賣 春

了劉維民：你確定你可以來荷蘭讀書

較容易一些。」

捲。荷蘭語的肉包叫 bapao，春捲叫

商店幾乎都天天開。」

Vol.49 No. 2

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2018 張昭鼎紀念研討會

如何面對 AI 時代的浪潮 時間：2018/4/28 (六) 地點：臺北市羅斯福路四段一號 中研院原子與分子研究所一樓 浦大邦講堂

AI

（ Artificial Intelligence / 人工智慧 ） 在2016年造成全球轟動，科技部更於2017年 啟動「臺灣人工智慧實驗室」，正式宣佈臺灣 AI元年的開始。這幾年從高速運算能力、雲端 服務、大數據分析到物聯網的盛行，使得AI技 術得以跳躍式地獲得進展。本屆張昭鼎研討會 將邀請各界人士齊聚腦力激盪，希望為此攸關 臺灣未來發展的課題提供建言，瞭解臺灣未來 在人工智慧的發展方向。