這種矽膠微晶片只有 USB 隨身碟的大小，卻能夠模擬複雜的人類器官，如心、肺、腸道等功能，進而改善藥物的研發程序。晶片上內建微流控通道，通道旁排列特定的人類器官細胞；研究人員把化學成分注入這些通道當中，就能在顯微鏡下觀察這些人造「器官」對藥物的反應為何。
舉例來說，肺臟晶片有一側排列人類的肺臟細胞，另一側排列微血管細胞，兩者之間隔著一層滲透薄膜，讓空氣和液體可以通過。薄膜的一邊有空氣流通，另一邊注入類似血液的溶劑，兩旁真空室的收縮和舒展則可模擬呼吸動作。
目前哈佛大學的韋斯研究所（Wyss Institute）已複製出多種器官晶片，並持續測試評估當中。研究人員希望這些晶片能夠取代動物實驗，協助研發新藥。
本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 23 期（2016 年 08 月號）
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在澳大利亞的兒童派對上，常出現一種繽紛奪目，胖死人不償命的點心，叫做「仙子麵包」（fairy bread）。
其做法相當簡單，就是在吐司上塗奶油，灑滿多彩糖珠（nonpareils），再切成三角形[1]。美食與食譜網站不時會介紹它的各種華麗變體，例如：「仙子漢堡」、「仙子蛋糕」等[2,3]。
不過，現在有個美國的創新版本，卻是抱著救世的精神，榮登科學期刊。
偽造和不合格的藥品，不僅在全世界害人無數，每年還造成 2 千億美元的經濟損失。開發中國家所受的影響尤為嚴重，國際衛生組織（World Health Organisation）估計當地 1/10 的藥物都是假貨[4]。仿冒藥品和印刷偽鈔的概念雷同，正邪雙方拼的是製造和辨識的技術。
就拿澳洲藥物管理局（Therapeutic Goods Administration）官網上的照片來說，三粒外觀神似的輝瑞（Pfizer）藥丸齊聚一堂，令人看了直呼真假難辨[5]！就算仔細觀察它們的形狀、顏色、拼字與外包裝，又有幾個普通民眾看得出哪幾粒不能吃？
目前幾種藥物防偽技術，雖然理論上可行，但實際操作起來，多少都有缺點。比方說：
這些方法都勞師動眾，不易普及。
正在業界苦無新法之際，2022 年 5 月 6 日《科學報告》（Scientific Reports）期刊，發佈了〈糖果代碼：一種簡單、普遍、獨特、可食用，且能確認藥物真實性的識別〉[4]。該文作者美國科學家 William H. Grover，彷彿以「灑水觀音」之姿，慈悲地潑灑糖珠，祈願杜絕偽藥氾濫，並就此解救天下蒼生。
首先，他把撒糖珠的動作，輕鬆地加到現行的製藥程序裡。不管藥廠做的是藥丸、藥片或膠囊，沒有糖珠附著不了的固體。當糖珠被隨機揮灑，便會在固體表面形成獨特的圖案。就像沒有一塊「仙子麵包」長得完全相同，每粒裹上糖珠的藥丸從此也有了個人專屬的外表。儘管它們不會因此引領時尚潮流，但至少宛如 QR Code 附體，有了獨一無二的「糖果代碼」（CandyCodes）[4]。
接著，所有換上新裝的藥丸，在離開藥廠之前，都要來張個人紀念寫真。透過攝影，單一藥丸上每顆糖珠的位置與顏色，都將被記錄在藥廠的資料庫中。若嫌圖檔不好用，也可以將糖珠的排列組合，編成字串以利存取。如此一來，當藥丸抵達消費者手中，後者只要用手機拍照上傳給藥廠，就可以比對「糖果代碼」，為藥丸驗明正身[4]。
說到排列組合，學過「庭院深深深幾許」的讀者，是否好奇「糖果代碼」的各種可能性，夠不夠應付藥廠的龐大出貨量？科學家 William H. Grover 採用每顆 2.3 毫克，8 種不同顏色的糖珠：深藍、淺藍、紅、粉紅、綠、橙、黃和白色。每顆能編寫 3 個 2 進位（23=8）位元的資訊，於是 1 公斤的糖珠就可乘載 130 萬位元的資訊量。此外，糖珠的售價相當便宜，1 美元能購買 2 萬 9 千顆糖珠[4]。
由於糖珠是隨機地包覆在藥丸外層，排列組合的結構，比 1D 的條碼和 2D 的 QR code 複雜。美國科學家 William H. Grover 用 Python 語言，寫了個程式來將每張藥丸的照片，轉換成一條條二進位的代碼字串，再計算可能性的總數。經過一番努力之後，他推估這個做法，足以創造 1017 組不會重複的「糖果代碼」。如果還是擔心數量不夠，也可以使用更多顏色，或不同形狀及尺寸的糖珠，來增加排列的組合[4]。
當然，科學家的野心絕不侷限於製藥，否則跟只會做或吃「仙子麵包」的販夫走卒，又有何差異？William H. Grover 認為「糖果代碼」的概念，將來還可以被運用在其他產品。例如：於瓶蓋或其他包裝上，黏貼彩色的小粒子，來遏制盜版[4]。雖然他的願景才剛被《科學報告》期刊公諸於世，但將來或許就真的被廠商採用了。到時候市面上，便會充斥著各式各樣的仙子商品。
輾轉反側，徹夜難眠的時候，您幾點起床？就算醒了，工作效率是否異常低落？
在此，請您非但別只想到自己，還要拿出一點同理心：因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲，也深受困擾。
2022 年 4 月的《科學報告》期刊，有一篇標題冗長的論文，叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson，認為歌唱的時辰與類型，對於喜鵲的社交生活相當重要，並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前，有些人就已經沒什麼社交生活，更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV，人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。
於是，牠們就被科學家抓去做實驗了。
首先，研究團隊架設陷阱，用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後，再關進裝有監視器的房間裡。接著，為了測量腦電波圖（electroencephalogram, EEG）與肌肉電位圖（electromyogram, EMG），科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉，植入電極貼片（electrodes），方便之後記錄睡眠狀態[1]。
然後，喜鵲們就去接受特訓。
研究團隊準備了一種木製食器，左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡，盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前，不加以掩飾；第二次猶抱琵琶半遮面；第三次開始蓋子完全擋住凹槽，令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期，全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」（associative learning），蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子，發現下面藏有食物。這樣重複 15 次，讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]。
結訓後，研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」（chilled, unmoving mealworms），為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動，科學家也期望牠們展現「反轉學習」（reversal learning）的能力。將蓋子的顏色調換，要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1]，例如：
凡是順利通過模擬考的喜鵲們，便能晉升至下一關。
在實驗的主要階段，喜鵲們被劃為三組，分別體驗下列三種睡眠模式之一：無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪，以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招，包括：迫近或拍打鳥舍、發出噪音，或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生，明明前晚都沒睡飽，隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲，怎麼失常。
正式測驗的結果不出所料，沒睡飽的喜鵲容易犯錯，而且要花較長的時間，才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機，傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示，失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度（alertness）、注意力、警戒等級（vigilance）等，都會受到負面影響[1]。
除了喜鵲考試的成績，科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺，也不要唱歌。最後就算唱了，單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出，頻寬變得狹窄，內容相較貧乏，顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通，大同小異。當一個人睡眠不足，說話的速度會緩慢下來，咬字不如平常清晰，語句重覆的機率提高，甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]。
澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域，分辨敵友，並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落，也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果，與喜鵲有那麼多的相似處，下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前，我們是不是應該先睡飽，再來思考怎麼社交呢？
備註：此實驗結束後，參與受試的澳洲喜鵲，均在 2019 年 7 月被野放。
你聽過科學研究的「再現性」（reproducibility）嗎？如果一個科學研究結果具有再現性，代表它可以被另一個研究團隊，以同樣的控制條件、操作步驟進行重複測量，並獲得與前人相近的結果。這也代表著這項實驗是可以被驗證的，該研究的可信度也越高。
近年來，許多領域都開始重視科學研究的再現性問題，例如 2015 年由科學開放平台（Open Science Framework, OSF）發表在《科學》（Science）的一篇心理學實驗再現性的研究，就重複了三個重要的心理學期刊，包括 Psychological Science、Journal of Personality and Social Psychology、Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition 在 2008 年間發表的 100 個研究，結果顯示僅有 36％的研究具有統計顯著性[1]。
而在 2016 年刊載於《自然》（Nature）的一篇報導中，團隊以線上問卷調查了 1576 位研究者，發現有超過 70％ 的研究者，無法重現其他科學家曾經做過的研究結果；更有超過 50％ 研究者無法重現「自己的」研究結果[2]。
同樣的科學研究再現性驗證也出現在生醫領域。一項由 RPCB（Reproducibility Project: Cancer Biology）團隊耗資 200 萬美元、歷時 8 年，嘗試複製各大具影響力的臨床前癌症研究，其結果於去年（2021）12 月發表於 eLife[3]。
在看這項研究結果之前，或許我們可以先了解 RPCB 究竟是何方神聖？RPCB 是一個由非營利組織「開放科學中心」（Center for Open Science）與學術平台「科學交流」（Science Exchange），在 2013 年開始合作執行的一項計畫。團隊期望能系統性地重現出 53 篇於 2010～2012 年間，刊登在知名期刊《自然》、《科學》、《細胞》（Cell）中的臨床前癌症相關研究。
即使一開始團隊預計重複 53 篇論文中共 193 項實驗，但最終能成功執行的僅有來自 23 篇論文裡的 50 個實驗，且仍使該計畫延宕了五年才完成。為什麼理想這麼豐滿，現實卻如此骨感？研究團隊在論文中提到了幾項實驗再現的困難與挑戰，例如：
在缺乏合作、需要詳細檢查並調整實驗步驟的情況下，研究團隊平均需要花費 197 週的時間才能複製出一項實驗。此外，每複製一次實驗的成本高達 5 萬 3000 美元——大約是原先預估花費的兩倍，因此再現 193 項實驗的雄心壯志終究無法達成。
那麼這項耗時 8 年、斥資百萬的實驗再現性研究，給了我們什麼結果呢？
根據團隊在 eLife 發布的第二篇論文顯示，這些臨床前癌症相關研究的實驗再現性僅有 46％，且平均的統計效果量也比原始論文低了 85％[4]。
在這些被再現的實驗中，原始研究效果量大的往往更容易被複製，而動物實驗則是再現性最差的，這可能是因為在生物體內（in vivo）實驗的效果量，大多低於體外（in vitro）實驗。
發表在知名期刊上的臨床前癌症研究論文，其實驗再現性居然不到一半，這對於生物醫學相關領域的研究者來說，無疑是一項沉重的打擊。
不過僅憑一次的再現實驗，就評斷一項研究的公信力，對這些研究者來說公平嗎？其中一位研究無法被 RPCB 再現的學者就表示：「他無法確定這些一次性實驗有多少價值。」而那些被選中重現的實驗，當中也不乏已經開始進行第二期藥物臨床試驗的研究。同時也有研究者指出，RPCB 在複製實驗時使用了與原研究不同的細胞株（cell line），也並未在實驗中進行三重複確認最終結果[5]。
針對這些指控，RPCB 說明這項計畫的目的，並非藉此斷言某些特定研究是無用，或需要被停止的，而是為了點出現今研究的再現性危機（reproducibility crisis），以期望找出相對應的解方。目前也有一些提升研究再現性的方法被提出，像是以盲性研究（blinding）進行體外實驗或動物實驗、採用更大的樣本量、更嚴謹的統計分析方法，以及研究計畫的預先註冊制度（preregistration）[註 1]。
雖然這項大型研究充滿著許多爭議，但也提醒了各領域的研究人員：對於自身研究的每個步驟、統計方法等，都應更加詳盡、仔細的記錄。除了能使後人有辦法針對已發表的內容，進行深入探討外，亦可以提升該實驗被再現的可能性，增加研究的公信力。
而看完文章的你，對於科學研究的再現性又有什麼看法呢？
狐禪
胡中行
