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可重複的實驗結果是科學進步的基礎?

活躍星系核_96
・2013/06/26 ・2710字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

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文 / 陳紹慶(慈濟大學人類發展學系專任助理教授)

不少多產的心理學者都有寫BLOG的習慣,例如我有訂閱的Rolf ZwaanDaniel Simons。Zwaan是研究語言理解的荷蘭實驗心理學者,近年專注探討語言如何影響人類的感知覺。Simons是研究人類注意力與感知覺關聯性的實驗心理學者,代表作是建立不注意盲的典範實驗。6月3號到6月5號,從Zwaan評論直接重複(direct replication)能否累進有意義的心理學知識開始,兩人之間來回對談了6篇blog文章。其中提出不少值得正在做研究的科學家和正在學習科學的學生深入思考的意見。

Zwaan的開頭源自Simons發出的徵求合作夥伴公告,邀請有興趣的實驗室主持人一起重複Schooler與Engstler-Schooler在1990年發表的口語覆誦不利回憶視覺記憶內容的發現,在討論過程中引出重現的實驗結果信度與效度的討論,提出對直接重複能否真正促進科學理論(至少是心理學的理論)進步的疑問。這項徵件活動源自APS(心理科學學會)所屬的期刊Perspective on Psychological Science推廣的論文報告樣態,正式名稱是Registered Replication Reports。Simons因應投稿要求,在公告裡註明參與的每個實驗室貢獻的資料要符合直接重複的條件:所有參與的實驗室遵守共同約定的準則設計及執行實驗,使累積的資料能以整合分析(meta-analysis)檢視。

credit: CC by krischall@flickr

Zwaan第一篇blog文章肯定直接重複能確認研究結果的信度,但質疑這樣的重複方式能否帶來研究效度–更確切的是指驗證理論及促進更新理論的內容效度。就如Schooler與Engstler-Schoole的這份研究,明顯的問題是控制組進行的中途作業(記誦美國各州首府)與實驗組的中途作業(口頭描述影片關鍵人物面容)並不對等。即使按照原始設計經過多次重複能確認不利回憶的效應,不排除兩組之間混淆變項造成的差異就無法對此主題有更進一步的了解。Zwaan建議允許不同實驗室在容許的變異範圍內運用不同的材料或作業進行覆驗,讓實驗組與控制組的差異效果量達到最佳化,如此可以兼顧信度與效度。Simons在第一篇回應指出今天的心理學研究不缺乏概念性重複(conceptual replication),也就是後續研究調整初始研究的部份操作或控制,導致有些差異的發現。但是初始研究使用的條件得到的效果究竟有多高的可重複性從未被仔細驗證,致使每位科學家根據自己設定的條件得到的結果各執一詞,反而不利科學知識的累積,所以需要共同遵循實驗設計準則的直接重複

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Zwaan在第二天的回應表示他前一天提議的重複研究方式並非如Simons所言的概念性重複,兩造之間的想法差異應該是對研究設計的條件理解不同所致。Zwaan進一步表示他支持的重複方式是受試者內設計(Within subject design),讓實驗效果差異限制於實驗刺激屬性之間。他舉認知心理學知名的Stroop效應為例,最早的版本就像Schooler與Engstler-Schoole的研究一樣,字色與字名一致(green)和字色與字名不一致(green)是分派給不同組的受試者做反應。經過其它心理學者改良為受試者內設計,才確認Stroop效應的信度。如果原來的研究是受試者間設計(Between subject design),除了直接重複,也可以改變為受試者內設計覆驗,更能提高實驗效果的信度。就實驗設計層面來看,Zwaan認為重複一項研究似乎沒必要去區分直接重複與概念性重複。

第二天Simons的回應表示同意Zwaan所言直接重複與概念性重複沒有明顯的區別,他推動直接重複的更大目標是促進原創的主題研究,先驅研究者要儘可能擴大實驗操作的變異性,使其它研究者在稍有不同的操作條件下(如不一樣的材料、不同的受試者)得到近似的結果,如此的研究才有真正的信度與效度。反之,一個原創研究無法讓其它研究者在稍有不同的操作條件進行重複,這種研究結果即不具備普偏性(generalization),也缺乏信度與效度。在行為科學研究中,對操作條件變異的要求稱為參數忍受度(tolerance of parameter),是研究者將理論轉化為研究假設時,要考慮的關鍵。Simons在這次回應也補充一篇他最近發表的原創研究論文為例,指出要召募具備何種條件的受試者才有可能獲得一致的結果,其它研究者若能對此結果的普遍性進行測試,才能加深這項研究結果帶來的啟發。

第三天最後一回合雙方都達到共識,只有澄清或補充彼此可能被誤解或說不清楚的地方。Zwaan提到Simons可能以為他主張有意義的心理科學研究是理論導向的(theory based),他其實肯定好的原創研究值得透過直接重複發掘更深的價值,只是不該過度強調要儘可能完全與原創研究的實驗條件一致才是真正的重複研究。Simons補充重複的研究為受試者間設計,要增加額外的實驗組,必須確保樣本數及原始實驗效果不會改變,並且在共同報告中不該與跨實驗室的同步重複結果一起比較,混淆對關鍵實驗效果的評估。

兩位心理學者之間的筆談引發我相當多的感觸,無法在此一一道盡。我就科學知識的進步與內容傳播談談我現在的想法。科學知識如何進步?或者說如何判定有在進步是科學哲學的大問題。20世紀有兩個重要的科學哲學主張,一個是 Popper的否證論,另一個是Kuhn的科學典範革命觀。我的見解是否證論審視一個理論是否能經得起新證據的考驗,科學革命強調新理論能包容舊理論的可解釋或不能解釋的現象。我還是學生時初次接觸兩種主張時還以為兩者互不相容,現在逐漸明瞭兩者是從不同角度觀察科學進步的過程。否證論認為進步的科學知識像蓋大樓,要有穩固的結構經得起各種災害的破壞,才能蓋得高又穩。就像Simons強調好的研究能經得起每次覆驗有意或無意的實驗條件改變。科學革典範命觀認為科學進步像是發現新大陸,每次發現都能改變我們對這個世界的認識。如同Zwaan舉出經典的實驗典範即使改變實驗設計,還能重現穩定的效應並揭露更進一步的,如Stroop效應從受試者間變成受試者內,後續的發現帶出更多認知心理學的新見解。

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在此次整理Zwaan與Simons對談摘要的週程中,心中不斷產生對於知識內容傳播的疑問。主要疑問之一是「普及知識與專業探索之間的落差有沒有拉近的可能?」這個問題也許可以改成「專業探索過程中的各種思想激盪能不能讓非專業的大眾了解?」像是這次對談的起源主題人類記憶不可靠的特性,是大眾都會好奇的題目,心理學家將實驗條件與發現轉換成通俗的語言可以增進大眾認識這些研究的結果與啟示。但是研究者之間如何看待一系列研究累積下來的不一致證據?什麼樣的研究設計能帶來有發展性的知識價值?除了透過心理學系的專門課程或參與專業實驗室的書報討論,有沒有其它方式讓非專業研究者或對研究內容有興趣的大眾也能理解其中的意義?如果可以達到這樣的成就,也許可以將只在專業期刊上發表與討論的專業知識,成為真正直接與公眾交流的開放科學(open science)。

本文原發表於作者部落格Dim Light

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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凡事都想知道「為什麼」,是踏入科學探究的第一步——《教出科學探究力》
親子天下_96
・2022/08/14 ・2566字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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在某個燠熱難耐的夏日午後,你打開電風扇,卻發現吹出來的風好像比印象中來得小。你眉頭一皺,覺得案情並不單純。就在走近電風扇的那幾步裡,好幾種可能性閃過心頭:

「會不會是按錯按鈕了?」、「會不會是扇葉太髒了?」、「會不會是轉軸黏住了?」、「會不會是⋯⋯?」這些猜想背後,都是根據你對電風扇原理的一些些認識才會做出的假設。

當你打開電風扇卻發現吹出來的風好像比印象中來得小,心中會冒出許多假設。圖/Pexels

在提出疑問和假設之後,尋找問題的答案

靠近電扇之後,你看到按鈕確實是按下了「強」。接著你切斷風扇電源,看了看扇葉,發現確實有點髒,於是把電風扇拆洗後裝回去,再按下按鈕。結果風吹起來,就如同你印象中的那麼涼了。這證實了你的第二個猜想,並且解決你所關心的問題。

上述這樣的過程,其實就是「察覺差異,提出問題」、「根據理論,連結現象」、「提出假設,進行驗證」、「預測結果」等等的探究過程。

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再舉個例子。

我有一天走在馬路上,看到白色分隔標線的一端閃著黃色的光。我心想:「難道馬路地上埋了一顆黃色的燈?是要作為交通警示用途嗎?」

我覺得奇怪,記得前幾天沒看到這裡有燈。接著我把視野放大,往左往右看了看周圍。發現有一台車停在遠處,車頭開啟方向燈,燈是黃色的,而且還在閃爍。然後我馬上注意到,兩者閃爍的頻率是相同的。

於是我有了新的猜想:「地上的神祕閃光,非常可能來自於汽車閃爍的方向燈的反光。」

但是柏油路面怎麼會反光呢?

仔細一看,地上似乎有一小灘水。汽車的方向燈發出來的光,剛好通過那一小灘水的反光進到我眼睛,讓我覺得地面在發光。接著馬上一台車經過,就擋在方向燈和積水的中間。我看到的亮光馬上消失,證實我的第二個猜想是正確的。

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你可能會猜想:「地上的閃光,可能來自於汽車方向燈的反光。」但是柏油路面怎麼會反光呢?圖/Pexels

「哪裡怪怪的」這個念頭,會帶領我們尋找答案

像這樣的心智活動,在我們的生活中無時無刻都在進行著。只要我們發現「哪裡怪怪的」,腦袋幾乎就會立刻啟動探究的機制:

  • 廚房怎麼那麼多螞蟻?(察覺問題)
  • 是不是有食物殘渣沒有清理乾淨?(根據理論提出假設)
  • 仔細觀察一下,發現⋯⋯(得到結論)

既然這些能力是我們原本就自然會的,那又為什麼要學呢?因為我們雖然很習慣對於意料之外的事情展開探索,但是以直覺來進行思考及解決問題的方式,往往並不太科學。

抓住內心的每次疑惑,成為具有好奇心和探究心的人吧!圖/Pixabay

古人說的「地牛翻身」,其實也是一種探究的精神

古人在觀察自然現象的時候,會提出自己的解釋。例如面對地震的時候,台灣民俗的說法是「地牛翻身」,日本民俗的說法則是「棲息在地底的大鯰魚搖動身體」;至於日食在中國的傳說中是「天上的狗把太陽吃掉了」。

於是後人也會根據這些「理論」來規劃解決問題的方法。例如,綠島人認為地牛不只一隻,還會彼此打架,所以地震時要敲打金屬臉盆來分開牠們;同樣的,古時候的中國人看到日食,也會敲鑼打鼓、放鞭炮來趕走天狗。

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有趣的是,根據這些「理論」採取的「實驗」,還真的每一次都會成功喔!一代又一代的人反覆進行著下圖這樣的實驗,所以千年來人們始終對這些「理論」深信不疑。

如果你是一位受過基礎科學教育的公民,這時候可能就會提出質疑,認為這樣的實驗並沒有對照組。

例如下一次出現日食的時候,如果不要敲鑼、打鼓、放鞭炮,日食是不是也會結束?如果不這麼做,日食仍然會結束的話,那麼用敲鑼打鼓的方式趕走天狗的假說就會受到挑戰了。

當然,在一個深信天狗傳說的社會中,沒有人會膽敢拒絕敲鑼打鼓,不然萬一太陽真的就被吃掉而永遠消失了,這責任誰負擔得起?用這個角度來看會發現,有時候要突破傳統,其實是一件非常困難的事情。

恐懼源自於未知:想消除恐懼,需要探究未知

人對於未解的現象,往往會用隨意的想像與歸因來尋求解釋,用很直覺的方式來建立對自然現象的理解,也是人類天生的習慣。

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直到距今兩千六百多年前,古希臘哲學家泰利斯才撥開直覺的迷霧,主張應該拒絕再用人格化的神祇來解釋自然現象,而是要藉由理性的假說來理解和解釋自然現象。但即使西方在兩千六百多年前已經出現這樣的思想,但近代科學真正臻至蓬勃發展,還是近半個世紀內的事情。

正由於科學的研究和思考方法並不直覺、並不符合人類的天生習慣,所以必須透過後天的教育與訓練,才能慢慢熟練並妥善運用在生活之中。

雖然探究是我們的天性,但是具有科學素養的探究卻不是天性,無法一蹴可幾。就像科學家需要訓練有素的探究技術,才能做好自己的研究。

一般公民也需要具備科學探究的素養,來幫助自己在面對生活中諸多不熟悉的現象時,能運用一套思考和研究的方式來做判斷,特別是幫助我們更加注意到生活中不尋常的現象,能對許多直覺、缺乏事實支持的歸因有更高的警覺。

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正因為我們的生活離不開探究,所以更應該透過學習來提升探究品質。這正是國民教育自然課程中所應教會每個公民的事情。

——本文摘自《教出科學探究力》,2021 年 8 月,親子天下 ,未經同意請勿轉載。

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可重複的實驗結果是科學進步的基礎?
活躍星系核_96
・2013/06/26 ・2710字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

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文 / 陳紹慶(慈濟大學人類發展學系專任助理教授)

不少多產的心理學者都有寫BLOG的習慣,例如我有訂閱的Rolf ZwaanDaniel Simons。Zwaan是研究語言理解的荷蘭實驗心理學者,近年專注探討語言如何影響人類的感知覺。Simons是研究人類注意力與感知覺關聯性的實驗心理學者,代表作是建立不注意盲的典範實驗。6月3號到6月5號,從Zwaan評論直接重複(direct replication)能否累進有意義的心理學知識開始,兩人之間來回對談了6篇blog文章。其中提出不少值得正在做研究的科學家和正在學習科學的學生深入思考的意見。

Zwaan的開頭源自Simons發出的徵求合作夥伴公告,邀請有興趣的實驗室主持人一起重複Schooler與Engstler-Schooler在1990年發表的口語覆誦不利回憶視覺記憶內容的發現,在討論過程中引出重現的實驗結果信度與效度的討論,提出對直接重複能否真正促進科學理論(至少是心理學的理論)進步的疑問。這項徵件活動源自APS(心理科學學會)所屬的期刊Perspective on Psychological Science推廣的論文報告樣態,正式名稱是Registered Replication Reports。Simons因應投稿要求,在公告裡註明參與的每個實驗室貢獻的資料要符合直接重複的條件:所有參與的實驗室遵守共同約定的準則設計及執行實驗,使累積的資料能以整合分析(meta-analysis)檢視。

credit: CC by krischall@flickr

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Zwaan第一篇blog文章肯定直接重複能確認研究結果的信度,但質疑這樣的重複方式能否帶來研究效度–更確切的是指驗證理論及促進更新理論的內容效度。就如Schooler與Engstler-Schoole的這份研究,明顯的問題是控制組進行的中途作業(記誦美國各州首府)與實驗組的中途作業(口頭描述影片關鍵人物面容)並不對等。即使按照原始設計經過多次重複能確認不利回憶的效應,不排除兩組之間混淆變項造成的差異就無法對此主題有更進一步的了解。Zwaan建議允許不同實驗室在容許的變異範圍內運用不同的材料或作業進行覆驗,讓實驗組與控制組的差異效果量達到最佳化,如此可以兼顧信度與效度。Simons在第一篇回應指出今天的心理學研究不缺乏概念性重複(conceptual replication),也就是後續研究調整初始研究的部份操作或控制,導致有些差異的發現。但是初始研究使用的條件得到的效果究竟有多高的可重複性從未被仔細驗證,致使每位科學家根據自己設定的條件得到的結果各執一詞,反而不利科學知識的累積,所以需要共同遵循實驗設計準則的直接重複

Zwaan在第二天的回應表示他前一天提議的重複研究方式並非如Simons所言的概念性重複,兩造之間的想法差異應該是對研究設計的條件理解不同所致。Zwaan進一步表示他支持的重複方式是受試者內設計(Within subject design),讓實驗效果差異限制於實驗刺激屬性之間。他舉認知心理學知名的Stroop效應為例,最早的版本就像Schooler與Engstler-Schoole的研究一樣,字色與字名一致(green)和字色與字名不一致(green)是分派給不同組的受試者做反應。經過其它心理學者改良為受試者內設計,才確認Stroop效應的信度。如果原來的研究是受試者間設計(Between subject design),除了直接重複,也可以改變為受試者內設計覆驗,更能提高實驗效果的信度。就實驗設計層面來看,Zwaan認為重複一項研究似乎沒必要去區分直接重複與概念性重複。

第二天Simons的回應表示同意Zwaan所言直接重複與概念性重複沒有明顯的區別,他推動直接重複的更大目標是促進原創的主題研究,先驅研究者要儘可能擴大實驗操作的變異性,使其它研究者在稍有不同的操作條件下(如不一樣的材料、不同的受試者)得到近似的結果,如此的研究才有真正的信度與效度。反之,一個原創研究無法讓其它研究者在稍有不同的操作條件進行重複,這種研究結果即不具備普偏性(generalization),也缺乏信度與效度。在行為科學研究中,對操作條件變異的要求稱為參數忍受度(tolerance of parameter),是研究者將理論轉化為研究假設時,要考慮的關鍵。Simons在這次回應也補充一篇他最近發表的原創研究論文為例,指出要召募具備何種條件的受試者才有可能獲得一致的結果,其它研究者若能對此結果的普遍性進行測試,才能加深這項研究結果帶來的啟發。

第三天最後一回合雙方都達到共識,只有澄清或補充彼此可能被誤解或說不清楚的地方。Zwaan提到Simons可能以為他主張有意義的心理科學研究是理論導向的(theory based),他其實肯定好的原創研究值得透過直接重複發掘更深的價值,只是不該過度強調要儘可能完全與原創研究的實驗條件一致才是真正的重複研究。Simons補充重複的研究為受試者間設計,要增加額外的實驗組,必須確保樣本數及原始實驗效果不會改變,並且在共同報告中不該與跨實驗室的同步重複結果一起比較,混淆對關鍵實驗效果的評估。

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兩位心理學者之間的筆談引發我相當多的感觸,無法在此一一道盡。我就科學知識的進步與內容傳播談談我現在的想法。科學知識如何進步?或者說如何判定有在進步是科學哲學的大問題。20世紀有兩個重要的科學哲學主張,一個是 Popper的否證論,另一個是Kuhn的科學典範革命觀。我的見解是否證論審視一個理論是否能經得起新證據的考驗,科學革命強調新理論能包容舊理論的可解釋或不能解釋的現象。我還是學生時初次接觸兩種主張時還以為兩者互不相容,現在逐漸明瞭兩者是從不同角度觀察科學進步的過程。否證論認為進步的科學知識像蓋大樓,要有穩固的結構經得起各種災害的破壞,才能蓋得高又穩。就像Simons強調好的研究能經得起每次覆驗有意或無意的實驗條件改變。科學革典範命觀認為科學進步像是發現新大陸,每次發現都能改變我們對這個世界的認識。如同Zwaan舉出經典的實驗典範即使改變實驗設計,還能重現穩定的效應並揭露更進一步的,如Stroop效應從受試者間變成受試者內,後續的發現帶出更多認知心理學的新見解。

在此次整理Zwaan與Simons對談摘要的週程中,心中不斷產生對於知識內容傳播的疑問。主要疑問之一是「普及知識與專業探索之間的落差有沒有拉近的可能?」這個問題也許可以改成「專業探索過程中的各種思想激盪能不能讓非專業的大眾了解?」像是這次對談的起源主題人類記憶不可靠的特性,是大眾都會好奇的題目,心理學家將實驗條件與發現轉換成通俗的語言可以增進大眾認識這些研究的結果與啟示。但是研究者之間如何看待一系列研究累積下來的不一致證據?什麼樣的研究設計能帶來有發展性的知識價值?除了透過心理學系的專門課程或參與專業實驗室的書報討論,有沒有其它方式讓非專業研究者或對研究內容有興趣的大眾也能理解其中的意義?如果可以達到這樣的成就,也許可以將只在專業期刊上發表與討論的專業知識,成為真正直接與公眾交流的開放科學(open science)。

本文原發表於作者部落格Dim Light

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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真的有吃不胖的體質?找出傳說中的「瘦子基因」
nerdy_96
・2020/10/13 ・2767字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 586 ・九年級

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  • 文/nerdy|半吊子的科學狂熱者,投稿是種消遣。

我們週遭是否都有這麼一位怎麼吃都吃不胖的朋友,每當你問他為什麼吃不胖,他總會一臉無奈的說:

「我也不想啊~」

「這不是我能控制的啊~」

有些人不管怎麼吃,就是不會變胖!(圖 /Giphy

這時請先壓抑你內心油然而生的怒火,因為最近的研究發現,吃不胖的體質確實與特定基因有關,傳說中的「瘦子基因」真的存在!

曾經的致癌因子,展露出不為人知的一面

近年來,不少研究指出,我們的體重與遺傳變異有關,但這些研究大多針對「肥胖」有關的特定基因。

其中,少數針對「纖瘦」體型的研究,卻又常常缺少與人類基因直接相關的證據。1

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最近,藉由「全基因組關聯分析」(GWASs)、果蠅與小鼠的實驗,英屬哥倫比亞大學的研究團隊證實人體存在一種「瘦子基因變異」,這項研究成果已被刊登在國際期刊 Cell  。

一窺藏在瘦子體內的秘密吧!(圖/Pixabay

首先,研究人員對 BMI 值極低(<18 kg/m2 )的人及 BMI 值位於 30 ~ 50 百分位數的控制組進行全基因組關聯分析後,發現有數種基因都與纖瘦體型有關,其中一種基因稱作「Anaplastic Lymphoma Kinase(ALK)」。

由於 ALK 基因容易突變引發癌症,過往都只被視為一個重要的致癌因子,因此,我們對於 ALK 基因在生理學上所扮演的角色仍是一知半解,在這次全基因組關聯分析後,研究團隊將 ALK 基因列為瘦子基因的「候選人」。

其次,在決定基因優先次序(Prioritization)的實驗中,研究人員發現,當他們降低果蠅體內 ALK 基因的功能後,果蠅的三酸甘油脂明顯下降

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研究人員更進一步整合其他資料庫進行分析,篩選出與纖瘦體型、BMI、脂質及葡萄糖平衡等新陳代謝特性有關的遺傳變異,然後發現,這個遺傳變異就是出自於 ALK 基因。

開始老鼠們的「減肥」實驗!

只做果蠅的實驗還不夠!接下來,研究人員將剔除(Knockout)掉 ALK 基因的實驗組(Alk-/-鼠)與控制組(Alk+/+鼠)相互比較。

在身心理狀態及其他外在條件都相同的情況下,研究人員發現:

  1. 五個禮拜後,實驗組鼠的體重明顯比較輕(圖一)
圖一:實驗組鼠(Alk-/-鼠)與控制組(Alk+/+鼠)的重量比較圖。
  1. MRI 的檢測結果也顯示,實驗鼠脂肪細胞註1的質量、體積明顯都比控制組還要少(圖二、圖三)
圖二:實驗組鼠(Alk-/-鼠)與控制組(Alk+/+鼠)的脂肪細胞質量比較圖(epWAT及scWAT皆為脂肪細胞)。
圖三:實驗組鼠(Alk-/-)與控制組鼠(Alk+/+)的脂肪組織染色切片,由圖可見實驗組鼠的脂肪細胞體積較小。
  1. 實驗組鼠的血糖濃度比較低
  2. 處於人類熱中性溫度(thermalneutrality)註2時,比起控制組,實驗組鼠增加比較少的重量

而且,兩者的食量、腸道吸收狀況及日常活動量都沒什麼差別。

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這些在具有 ALK 基因變異的實驗鼠身上所觀察到的表現都與人類基因組分析所得到的結果一致。

為了確認實驗組鼠(Alk-/-)是否真的比較吃不胖,研究人員讓他們進行了一場為期 16 周的「垃圾食物挑戰」。

令人驚訝的是,在這個既幸福又折磨的挑戰過後,從外觀、體重、脂肪細胞質量及體積來比較,結果都顯示剔除 ALK 基因的實驗組鼠真的比較吃不胖!

圖四:在吃了 16 周的高熱量食物後,無論是在體重或是外觀上都顯示出實驗組鼠(Alk-/-)比較吃不胖

吃不胖的關鍵?就在「中樞神經系統」

為什麼缺少ALK基因的老鼠比較吃不胖呢?

研究人員在老鼠進行 16 周垃圾食物挑戰後,測量出實驗組與控制組的餵食效率(單位熱量的增重量,mg/kcal)及能量消耗(單位時間的熱量消耗,kcal/h)後,結果顯示,實驗組鼠具有較低的餵食效率及較高的能量消耗。

研究人員透過實驗進一步發現, ALK 基因的 mRNA 大量存在於小腦、皮質及下視丘等中樞神經系統,也就是說, 這個基因在中樞神經系統有著高度的表現,實驗數據也顯示 ALK 基因對於中樞神經的作用確實會影響體重。

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十~六~個~禮~拜~的~天~堂~啊~(圖/Giphy

那 ALK 基因又是如何影響體重呢?

研究人員發現,實驗組鼠的脂肪細胞中含有高濃度的去甲基腎上腺素(Norepinephrine ,NE)。

去甲基腎上腺素是一種由交感神經終末釋放的神經傳遞物,會促使脂肪組織分解,而在其他臨床研究中,那些纖瘦受試者的脂肪細胞中也同樣發現高濃度的去甲基腎上腺素。

最後,研究人員也藉由實驗證實 ALK 基因於下視丘室旁核(paraventricular nucleus,PVN)神經元的表現會減緩交感神經張力(sympathetic tone)及脂肪分解。

發現了瘦子基因,然後呢?

研究人員表示,有了這個新發現,抑制 ALK 基因將為肥胖治療帶來一道曙光,而由於用以治療癌症的 ALK 標靶藥物早已問世,代表ALK 基因可適用於標靶治療。

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一吞就能夠瘦身的未來,是不是真的不遠了呢?(圖/Pixabay

「也許未來的某一天,我們真的能開發出所謂的瘦身藥丸呢 !」研究人員 Josef Penninger 這樣說道。2  

然而,面對充滿無限可能的將來,大家也不要太心存僥倖了!畢竟,體型胖瘦不單單只受基因調控影響,也與環境、生活、飲食習慣息息相關。

也許你會覺得老生常談,但無論是現在還是未來,「均衡的飲食、規律的運動」永遠都是維持健康體態的不二法門!

備註

註1:此處指白色脂肪組織(White Adipose Tissue,WAT)

註2:熱中性溫度(thermalneutrality),約30°C,動物在此環境溫度範圍具有最低代謝率,且不受環境溫度變化所影響。

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參考資料

  1. Orthofer et al., (2020). Identification of ALK in Thinness. Cell181(6), 1246–1262.e22. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.034
  2. Scientific American Podcast〈Skinny Genes Tell Fat to Burn〉
  • 責任編輯/儀珈

nerdy_96
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實驗有做,假說就能被驗證嗎?太天真了!——《「科學的思考」九堂課》
PanSci_96
・2019/02/14 ・1944字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

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什麼樣的實驗和觀察能夠驗證假說?

當我們面對一個假說時,不能沒頭沒腦地做實驗和觀察。有些實驗和觀察可以恰當地驗證假說,但也有些實驗和觀察與假說的驗證關係不太大。

為了讓大家容易瞭解,我們來玩個遊戲。遊戲是這樣的:

我想好了一條排列三個自然數的規則,請你們來猜猜這條規則。

玩的時候,請隨便說出三個自然數,然後我來看看是否符合我的規則。符合的話我就說對,不符合的話我會說不對。透過這樣的問答,你們要猜對我心裡所想的排列規則。

【圖 5-1】來試著驗證看看假說吧!圖/游擊文化提供

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先給大家一個提示:「2、4、6」符合我心裡想的排列規則。接下來,為了猜出我的規則,你們會提什麼問題呢?我想大概會像下面這樣:

——1、2、3 呢?

——對,「1、2、3」符合我想的排列規則。怎麼樣?猜出規則了嗎?

——規則是不是第一個數和第二個數加起來等於第三個數?

——這樣啊。如果要確認這個規則對不對,要拿什麼其他數列來問我?

——1、3、4。

——對,它們符合。

——那 1、4、5 呢?

——對。從這幾回問答可以準確猜出我的規則了嗎?

——嗯,不能說完全確定,但規則應該是第三個數等於第一個數加上第二個數吧?

……很可惜,照這樣下去,花幾個小時都沒辦法猜出我的規則。上面的例子都符合我心裡想的那個規則。不過,你們猜的規則並不是正確答案。為了不吊大家胃口,先公布正確答案。我想的規則是「三個不一樣的數」。我好像聽到有人在說「這什麼跟什麼嘛」!

只舉「正面例證」是猜不到的!

為什麼照剛才的方式一直問下去會得不到答案呢?提問的人聽到提示說「2、4、6」是對的,會想到 2 加 4 等於 6,而提出第一個數加第二個數等於第三個數的假說。所以後來才會一直舉像是「1、2、3」、「1、3、4」、「1、4、5」的例子。

這些例子全都符合自己提出的假說,它們稱為「正面例證」。但是只舉正面例證來問我,是無法猜到規則的。一定要舉不是正面例證的例子來問才行。

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比方如果問「1、3、5」,我也會說「對」,因為這符合「三個不一樣的數」的規則。但因為 1 加 3 不等於 5,所以這個例子就反駁了提問者一開始提出的假說。

再來,提問者提出「規則應該是第一、第二、第三個數由小排到大」的新假說。要確認新假說對不對也是一樣,不能只提符合新假說的例子來問我。一定要提像「2、7、5」這種與假說不合的例子來試試看。不這樣的話,一定找不到正確答案。不符合假說的例子稱為「反面例證」。

很多人在玩這個遊戲時,會一直舉符合自己假說的例子。這說明了我們心中潛藏的一個重要傾向,稱為「確認偏誤」。

當我們想確認「應該是這樣吧」的時候,都只是找符合的例子。

當我們想確認「應該是這樣吧」的時候,都只是找符合的例子。圖/pixabay

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比方有個「O 型的人穩重」的假說。當要確認這假說對不對時,找的都是穩重的 O 型的人,結果就深信血型與性格的確有關。我們必須去找血型 O 型但不穩重的人,或者去找穩重但血型不是 O 型的人。

關鍵有效的例證:驗證條件與否證條件

以上的遊戲猜的是我腦袋裡的規則。如果把我的腦袋換成自然界,那麼腦袋裡的規則就是自然定律,而提問的人就好比是找尋自然定律的科學家。科學家為了猜測自然定律,提出種種假說,而剛才遊戲裡的問答,就像是科學家從事的實驗。如果實驗只是去找符合假說的事例,就無法得知針對自然界定律的假說究竟是否正確(見圖 5-1)。

因此,如果要調查假說是不是正確,必須同時調查符合假說的例子,以及不符合假說的例子。它們分別稱為「驗證條件」和「否證條件」。

【小摘要】

.驗證條件:進行什麼樣的實驗和觀察到什麼樣的現象,可以知道假說正確的可能性增加了。

.否證條件:進行什麼樣的實驗和觀察到什麼樣的現象,可以知道假說是錯誤的。

提出假說之後首先必須做的事,是明確指出驗證條件和否證條件。用剛才的遊戲來說,如果你們提出的假說是「這三個數是偶數」,而問我「6、8、10」或「6、2、4」這些正面例證,那就是驗證條件。反過來說,如果問我「4、7、6」或「3、5、8」這些與假說不符的反面例證,就算是否證條件。

本文摘自《「科學的思考」九堂課》游擊文化, 2017 年 10 月出版。

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