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運動增進記憶力?

科學月刊_96
・2012/01/16 ・4258字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 585 ・九年級

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運動有益身心健康。運動不但能減低心血管疾病的罹患率,
對腦的認知功能,也具有正面影響。運動的益處,值得現代人重視。

文/程樹德

孔子率弟子們周遊列國,到了南方楚境,就感受隱逸文化的衝擊,例如楚狂接輿及長沮桀溺,用歌或詞諷勸,反對他的積極淑世,倒另有一位荷篠丈人,似乎對「士」這個職業或階級很有意見,他對急著追尋老師的子路說:「四體不勤,五穀不分,孰為夫子?」,就不再理睬了,反自顧自去耕田,倒是平日魯莽的子路,此時恭恭敬敬地拱而立,這禮貌的舉動,反而贏得了丈人的讚許,殺雞煮黍地招待了子路一餐。

從這小故事,我們或可窺見,農業時代的體力勞動,該極為普遍,但或因地位漸生差別或因職業的分工,逐漸地,有些人較少行身體勞動,成為統治階級或勞心者,引起群眾的不滿,而新興的士首當其衝,也不受待見,被譏為菽麥不分。

時代演替,運動量大不同

的確,從漁獵文明,漸漸演化為農業文明,勞動的質與量,該會有很大的變化吧!我們可以想像,漁獵時的身體活動,當以走路、跑步、投擲、棒擊,拖拉及背負為主,手腳運動多,但背部彎曲不那麼頻繁,而從事農業時,身子的勞動,當以彎腰、鋤地、翻土、插秧、耕土、拔草、割穀,以及背負拉扯等為主,明顯地讓脊椎彎曲更久,俗話的「面朝黃土背朝天」,就指這姿勢,似乎運動部位,明顯不同,故日久受傷,位置也各異,老農駝背及腰痛,起源於此。

另外追尋獵物時,雖手持刀弓棒網,但用蠻力或出死力的時刻不多,反倒在務農時,用鋤翻土、鋸樹、夯土、背穀,常要持續出大蠻力,若以現代術語來套用,似乎漁獵時代的「有氧運動」較多,而農業時代的「無氧運動」反較多。

正由於長久且用大力的運動,熱量消耗上,農人可能平均要高於獵人,能維持這種運動量,農人攝食的熱量,也可能高些。

但轉入工業時代後,勞動的質與量,肯定與農業時代大不相同,由於人能操縱機器,而機器又由化石能源來驅動,人力的節省十分鉅大。例如,有人調查,發現日本進行農業機械化後,農夫平均的體力消耗少了一半,而在英國,從1956~1990年間,農民的熱量支出,驚人地少了65%。然而農人及勞工在現代社會中,還算是體力勞動較多的一群人,辦公室男女、學生老師等人,出有車,入有空調,日常所耗能量,就更少於漁獵或農業時代的一般人,這就會有大問題。

由於文化的變遷,技術累積,能源充裕,進而使人的日常生活方式大不相同,人群由身心皆已較為適應的漁獵文化,進入較未適應的工業文明,有可能適應不良而導致疾病,這一種概念,籠統叫作「文明病」(Disease of Civilization)。

運動使人身心健全有人一定會抗議,說現代文明舒服得很,怎叫「不適應」呢?出有車,入有冷氣,食有肥肉甜點,豈不是天堂的境界嗎?但我們該看細節,方能明白我的指涉,例如漁獵時代,甜的食物只有蜂蜜或熟透的瓜果,它所佔人攝入的總熱量之比例很低,幼兒也只能偶然吃到,但現代糖果及甜食極易獲得,經大量攝食後,即會齲齒及肥胖;再由肥胖產生糖尿病及心血管疾病,故「魔鬼藏在細節裡」,當我們逐項審視時,就可發現,追求舒適及縱慾後,可能出現預想不到之後果了。

運動對腦功能有何影響?運動除能降低疾病發生率,對記憶、認知方面,亦具 有正面的效益。運動的益處,值得缺乏運動的現代人所重視。

由於體力勞動是狩獵及農牧社會中,居上位的巨型寄生階級除外,大多數人的日常生活方式,運動與健康的關聯,並未被農業時代的人所普遍體會,當然也有先知先覺之人,例如荷篠丈人或許很甘於田間工作,西方羅馬帝國的哲學家西賽羅(Marcus Cicero)在西元前65年,也曾說過:「運動讓人精神好,心智活躍。」

而真正發現運動確實有益健康,該是人類深入工業時代之後,方能察覺了,在西元1949年,由摩里絲(Jerry Morris)所領導的研究小組發現,兩群人縱有相同社會地位,或相似的職業,但因運動量不同,心臟病發作的機會就不同,他特別挑出巴士車掌及巴士駕駛們,來進行統計比較,駕駛坐著,動得少,故發現其心臟病比例,遠高於必須前後走動的車掌了。

由於身體勞動在現代富裕社會裡,已經不是生活必然的條件,研究運動與健康,反倒相對容易些,因學者較容易找到完全不運動者,及刻意努力運動者,以比較他們患各種慢性疾病的機會。

運動對心血管系統有所裨益,這有許多研究的支持:例如世衛組織統計,不運動的習慣,佔心臟病成因約17%,在中老年人群中,統計學家甚至發現了一條直線關係,存在於每週運動所消耗的熱量(從2000大卡到700大卡),與各病因總死亡率及心血管疾病的死亡率,換句話說,每週耗2000 大卡運動這一小群體,死亡率最低,但每週只耗700大卡運動的小群體,則有最高死亡率。中等強度的運動,也即運動只達最高耗氧量的40~60%,即可達最佳降低心臟病致死的機會,但高強度運動倒無益。我還記得在1980 年代,美國一位費斯克先生提倡慢跑,風頭極健,在追求健康成痴的美國,是電視及雜誌寵兒,一日忽聞他運動中死亡,原來他隱瞞自己的心血管疾病,卻每日堅持超長時間的慢跑,怪哉!此人為跑而生,也為跑而死!

有成百計的論文,研究運動與免疫系統的關係,但少有直接證據,可指出運動降低某種感染病的機率。有個流行病學的統計,指出中強度運動,似乎可降低上呼吸道感染率,達29%;也有研究指出,頻繁及強烈的運動,可壓抑免疫細胞的功能,與此相似,有研究指出,運動員較易受病原感染致病。

但運動似也可降低皮脂醇在血中含量。這「皮脂醇」由腎上腺皮層所分泌,是因應人體所受心理壓力而增加,它除了能抑制免疫功能外,也能增強焦慮、憂鬱、促使記憶缺失,所以運動經由降低皮脂醇,對於身心有所裨益。

運動常能使人喜悅,在英文裡稱之為「跑者快樂高潮」。以前認為運動刺激「腦內啡」(endorphin),而這腦內啡循行到了腦內的嗎啡接受器,便產生快樂興奮。的確,測量運動者的血液內的血清張力素及腦內啡,可發現,兩者都上升了,而且能持續好些天,似乎能造成人的好情緒及高自尊心,故有人建議,中度以下的憂鬱症患者,可以試試只用運動來預防或治療呢!

大腦中的海馬狀結構 人腦中具有一對「海馬迴」(hippocampus)構造,分別位於左右 腦半球,掌管記憶以及空間定位方面的功能。其名稱源於此部 位外觀貌似海馬。 20世紀初,開始有科學家認識到海馬迴對於某些記憶以及學習 有著基本的作用。特別是1957年有關亨利.莫萊森的海馬迴病例報 告,當時引起了眾多科學家的關注。 由於長期的癲癇症狀,醫生為莫萊森進行手術,切除了顳葉皮 層下一部份的邊緣系統組織,其中包括了兩側的海馬迴。手術後, 莫萊森的癲癇症狀被有效控制,但,自此以後卻失去了形成新的長 時記憶之能力;而這個發現也成為許多研究人員想要了解海馬迴在 記憶及學習機制的契機。

描繪「空間地圖」的關鍵運動對腦功能有何影響呢? 幾年前(2008)在《公眾利益之心理科學》雜誌上,有一篇65 頁的回顧,討論各種恢復認知功能(cognitive function)的治療法,作者們的結論是:「運動,尤其是有氧運動,可增進老年人的認知功能。」

要想客觀地衡量某一「認知」的功能,我們可以邀集志願者,請他參與實驗,並詢問他的認知狀態。但最好能用實驗動物,因為可以嚴格控制一個變因,也能詳細測量牠的行為,更能犧牲牠,拿出其腦子來檢驗細部變化。

記憶很易量化,而它也涉及到腦中一個小結構,海馬迴(hippocampus),這就讓海馬迴成為熱門的研究部位,這一對海馬狀的結構,處於大腦側室的尾端,深埋於大腦顳葉皮層的內部,而其功能的首要線索,來自對一位病人(亨利.莫萊森,簡稱H.M.)的外科手術,為了防止癲癇發作,醫生用手術刀破壞了他的海馬迴,術後他無法對新遭遇有任何記憶,對接近術前所發生的事,也沒任何回憶,但對童年事卻如數家珍,這奇異現象使莫氏成了醫學史上,被最熱烈研究的對象。

除了幫助新事件(episodic memory)的記憶,海馬迴也幫助老鼠對空間方位有所記憶,牠們的海馬迴細胞似乎形成了一個「方位場域」,也即當這隻老鼠走到熟悉環境的某一定點時,迴裡某些特定細胞,就發出行動電位(action potential),這種特殊的「位置細胞」似乎指出老鼠所處的位置。

這項發現導致海馬迴的另一可能功能,即它為個體畫了一個空間地圖,使老鼠知道牠在那裡,及導引牠向何處運動。

由於海馬迴內不同形態的細胞整齊的排列成層狀,易於辨認,所以成了研究神經生理學的模式系統,我們以下介紹的研究,即運動對老年鼠學習能力及神經細胞新生有無影響,這是由美國加州沙克生物學研究所遺傳研究室的蓋吉小組所做研究︰老年老鼠學習能力減弱了,而觀察老年鼠腦內的海馬迴,其神經細胞的突觸數量,強度及彈性也減少,且迴內新細胞的產生速度也減弱了,所以,老年鼠學習力弱,似與海馬迴細胞衰老有關。老年人海馬迴一般均會有些萎縮,但終生運動的老年人,其萎縮程度少於不愛動的老人。

水迷宮實驗:運動提升了小鼠的記憶能力

如何用老鼠模擬老年人狀態呢?研究人員選一群三個月大的小鼠當「年輕組」,用一群19個月大的小鼠當「老年組」。年輕、老年兩組又再各自劃分出「運動組」與一直靜態生活的「靜止組」;這品系小鼠(C57BL/6)壽命之中位數是26 個月。靜止組小鼠沒有運動器材,但運動組小鼠有跑輪(Running wheel),可隨意使用,牠們一直用了45 天。

如何測驗小鼠們對空間的記憶力呢?心理學家摩里森發明了水迷宮(Water maze),即用無毒漆加入水中,讓水白而不透明,迷宮中有一塊小平台,掩蓋在水下一公分,只要老鼠找到這平台,便能爬上休息,不須緊張地泅水,各組老鼠們在實驗第35 天起開始受水迷宮訓練,每天四次,每天下水位置不同,每隻鼠找到平台的時間及游的長度都記錄了下來。

在四組老鼠中,靜態老年組的老鼠,花最多時間,方能找到平台,運動老年組表現不遜於年輕鼠,在5 天訓練中,成績由接近40 秒迅速下降到15 秒左右。靜態老年鼠也得探索最長的路徑(500公分左右),方能覓得平台,其他各組老鼠平均游200 公分就登台了。

研究者如何偵測新神經細胞的產生呢?小鼠被注射溴去氧尿嘧啶後,這些核酸小分子便能取代胸腺嘧啶,而進入新合成的基因體之內,鼠被犧牲後,腦即被固定切片,螢光抗體可用以結合到溴尿嘧啶核酸上,發出螢光的腦細胞就是新生的。

運動多日的鼠,均比不運動鼠,有較多的新神經細胞,但排第一的是運動年輕鼠組,老年運動鼠表現次之,優於靜態年輕組,老年不運動組則表現最差。蓋吉的研究,很清楚的顯現出:老年鼠運動後,不但記憶力增強了,且海馬迴內也有許多細胞新生出來。如果人腦的生理,與小鼠相似,則運動的益處,值得現代缺乏運動的人們,不管是青年、中年或老年人,一起來知曉及借鑑呢!

引用論文:

1. van Praag, H. et al., Exercise EnhancesLearning and Hippocampal Neurogenesis in Aged Mice, The Journal of Neuroscience,vol. 25(38): 8680-8685, 2005.

原發表於科學月刊第四十二卷第十二期

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AI 是理科「主場」? AI 也可以成為文科人的助力!
研之有物│中央研究院_96
・2022/08/13 ・5646字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

AI 的誕生,文理缺一不可

人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)在 21 世紀的今日已大量運用在生活當中,近期掀起熱議的聊天機器人 LaMDA、特斯拉自駕系統、AI 算圖生成藝術品等,都是 AI 技術的應用。多數 AI 的研發秉持改善人類生活的人文思維,除了仰賴工程師的先進技術,更需要人文社會領域人才的加入。

中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員,帶大家釐清什麼是 AI?文科人與工程師合作時,需具備什麼基本 AI 知識?AI 如何應用在人文社會領域的工作當中?

中央研究院人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員。圖/研之有物

詩詞大對決:人與 AI 誰獲勝?

一場緊張刺激的詩詞對決在線上展開!人類代表是有「AI 界李白」稱號的蔡宗翰研究員,AI 代表則是能秒速成詩的北京清華九歌寫詩機器人,兩位以「人工智慧」、「類神經」為命題創作七言絕句,猜猜看以下兩首詩各是誰的創作?你比較喜歡哪一首詩呢?

猜猜哪首詩是 AI 做的?哪首詩是人類做的?圖/研之有物

答案揭曉!A 詩是蔡宗翰研究員的創作,B 詩是寫詩機器人的創作。細細賞讀可發覺,A 詩的內容充滿巧思,為了符合格律,將「類神經」改成「類審經」;詩中的「福落天赦」是「天赦福落」的倒裝,多念幾次會發現,原來是 Google 開發的機器學習開源軟體庫「Tensor Flow」的音譯;而「拍拓曲」則是 Facebook 開發的機器學習庫「Pytorch」的音譯,整首詩創意十足,充滿令人會心一笑的魅力!

相較之下,B 詩雖然有將「人工」兩字穿插引用在詩中,但整體內容並沒有呼應命題,只是在詩的既有框架內排列字句。這場人機詩詞對決明顯由人類獲勝!

由此可見,當前的 AI 缺乏創作所需的感受力與想像力,無法做出超越預先設定的創意行為。然而,在不久的將來,AI 是否會逐漸產生情感,演變成電影《A.I. 人工智慧》中渴望人類關愛的機器人?

AI 其實沒有想像中聰明?

近期有一則新聞「AI 有情感像 8 歲孩童?Google 工程師爆驚人對話遭停職」,讓 AI 是否已發展出「自我意識」再度成為眾人議論的焦點。蔡宗翰研究員表示:「當前的 AI 還是要看過資料、或是看過怎麼判讀資料,經過對應問題與答案的訓練才能夠運作。換而言之,AI 無法超越程式,做它沒看過的事情,更無法替人類主宰一切!

會產生 AI 可能發展出情感、甚至主宰人類命運的傳言,多半是因為我們對 AI 的訓練流程認識不足,也缺乏實際使用 AI 工具的經驗,因而對其懷抱戒慎恐懼的心態。這種狀況特別容易發生在文科人身上,更延伸到文科人與理科人的合作溝通上,因不了解彼此領域而產生誤會與衝突。如果文科人可以對 AI 的研發與應用有基本認識,不僅能讓跨領域的合作更加順利,還能在工作中應用 AI 解決許多棘手問題。

「職場上常遇到的狀況是,由於文科人不了解 AI 的訓練流程,因此對 AI 產生錯誤的期待,認為辛苦標注的上千筆資料,應該下個月就能看到成果,結果還是錯誤百出,準確率卡在 60、70% 而已。如果工程師又不肯解釋清楚,兩方就會陷入僵局,導致合作無疾而終。」蔡宗翰研究員分享多年的觀察與建議:

如果文科人了解基本的 AI 訓練流程,並在每個訓練階段協助分析:錯誤偏向哪些面向?AI 是否看過這方面資料?文科人就可以補充缺少的資料,讓 AI 再進行更完善的訓練。

史上最認真的學生:AI

認識 AI 的第一步,我們先從分辨什麼是 AI 做起。現在的數位工具五花八門,究竟什麼才是 AI 的應用?真正的 AI 有什麼樣的特徵?

基本上,有「預測」功能的才是 AI,你無法得知每次 AI 會做出什麼判斷。如果只是整合資料後視覺化呈現,而且人類手工操作就辦得到,那就不是 AI。

數位化到 AI 自動化作業的進程與舉例。圖/研之有物

蔡宗翰研究員以今日常見的語音辨識系統為例,大家可以試著對 Siri、Line 或 Google 上的語音辨識系統講一句話,你會發現自己無法事先知曉將產生什麼文字或回應,結果可能正是你想要的、也可能牛頭不對馬嘴。此現象點出 AI 與一般數位工具最明顯的不同:AI 無法百分之百正確!

因此,AI 的運作需建立在不斷訓練、測試與調整的基礎上,盡量維持 80、90% 的準確率。在整個製程中最重要的就是訓練階段,工程師彷彿化身老師,必須設計一套學習方法,提供有助學習的豐富教材。而 AI 則是史上最認真的學生,可以穩定、一字不漏、日以繼夜地學習所有課程。

AI 的學習方法主要分為「非監督式學習」、「監督式學習」。非監督式學習是將大批資料提供給 AI,讓其根據工程師所定義的資料相似度算法,逐漸學會將相似資料分在同一堆,再由人類檢視並標注每堆資料對應的類別,進而產生監督式學習所需的訓練資料。而監督式學習則是將大批「資料」和「答案」提供給 AI,讓其逐漸學會將任意資料對應到正確答案。

圖/研之有物

學習到一定階段後,工程師會出試題,測試 AI 的學習狀況,如果成績只有 60、70 分,AI 會針對答錯的地方調整自己的觀念,而工程師也應該與專門領域專家一起討論,想想是否需補充什麼教材,讓 AI 的準確率可以再往上提升。

就算 AI 最後通過測試、可以正式上場工作,也可能因為時事與技術的推陳出新,導致準確率下降。這時,AI 就要定時進修,針對使用者回報的錯誤進行修正,不斷補充新的學習內容,讓自己可以跟得上最新趨勢。

在了解 AI 的基本特徵與訓練流程後,蔡宗翰研究員建議:文科人可以看一些視覺化的操作影片,加深對訓練過程的認識,並實際參與檢視與標注資料的過程。現在網路上也有很多 playground,可以讓初學者練習怎麼訓練 AI,有了上述基本概念與實務經驗,就可以跟工程師溝通無礙了。

AI 能騙過人類,全靠「自然語言處理」

AI 的應用領域相當廣泛,而蔡宗翰研究員專精的是「自然語言處理」。問起當初想投入該領域的原因,他充滿自信地回答:因為自然語言處理是「AI 皇冠上的明珠」!這顆明珠開創 AI 發展的諸多可能性,可以快速讀過並分類所有資料,整理出能快速檢索的結構化內容,也可以如同真人般與人類溝通。

著名的「圖靈測試」(Turing Test)便證明了自然語言處理如何在 AI 智力提升上扮演關鍵角色。1950 年代,傳奇電腦科學家艾倫・圖靈(Alan Turing)設計了一個實驗,用來測試 AI 能否表現出與人類相當的智力水準。首先實驗者將 AI 架設好,並派一個人操作終端機,再找一個第三者來進行對話,判斷從終端機傳入的訊息是來自 AI 或真人,如果第三者無法判斷,代表 AI 通過測試。

圖靈測試:AI(A)與真人(B)同時傳訊息給第三者(C),如果 C 分不出訊息來自 A 或 B,代表 AI 通過實驗。圖/研之有物

換而言之,AI 必須擁有一定的智力,才可能成功騙過人類,讓人類不覺得自己在跟機器對話,而這有賴自然語言處理技術的精進。目前蔡宗翰的研究團隊有將自然語言處理應用在:人文研究文本分析、新聞真偽查核,更嘗試以合成語料訓練臺灣人專用的 AI 語言模型。

讓 AI 替你查資料,追溯文本的起源

目前幾乎所有正史、許多地方志都已經數位化,而大量數位化的經典更被主動分享到「Chinese Text Project」平台,讓 AI 自然語言處理有豐富的文本資料可以分析,包含一字不漏地快速閱讀大量文本,進一步畫出重點、分門別類、比較相似之處等功能,既節省整理文本的時間,更能橫跨大範圍的文本、時間、空間,擴展研究的多元可能性。

例如我們想了解經典傳說《白蛇傳》是怎麼形成的?就可以應用 AI 進行文本溯源。白蛇傳的故事起源於北宋,由鎮江、杭州一帶的說書人所創作,著有話本《西湖三塔記》流傳後世。直至明代馮夢龍的《警世通言》二十八卷〈白娘子永鎮雷峰塔〉,才讓流傳 600 年的故事大體成型。

我們可以透過「命名實體辨識技術」標記文本中的人名、地名、時間、職業、動植物等關鍵故事元素,接著用這批標記好的語料來訓練 BERT 等序列標注模型,以便將「文本向量化」,進而找出給定段落與其他文本的相似之處。

經過多種文本的比較之後發現,白蛇傳的原型可追溯自印度教的那伽蛇族故事,傳說那伽龍王的三女兒轉化成佛、輔佐觀世音,或許與白蛇誤食舍利成精的概念有所關連,推測印度神話應該是跟著海上絲路傳進鎮江與杭州等通商口岸。此外,故事的雛型可能早從唐代便開始醞釀,晚唐傳奇《博異志》便記載了白蛇化身美女誘惑男子的故事,而法海和尚、金山寺等關鍵人物與景點皆真實存在,金山寺最初就是由唐宣宗時期的高僧法海所建。

白蛇傳中鎮壓白娘子的雷峰塔。最早為五代吳越王錢俶於 972 年建造,北宋宣和二年(1120 年)曾因戰亂倒塌,大致為故事雛形到元素齊全的時期。照片中雷峰塔為 21 世紀重建。圖/Wikimedia

在 AI 的協助之下,我們得以跨時空比較不同文本,了解說書人如何結合印度神話、唐代傳奇、在地的真人真事,創作出流傳千年的白蛇傳經典。

最困難的挑戰:AI 如何判斷假新聞

除了應用在人文研究文本分析,AI 也可以查核新聞真偽,這對假新聞氾濫的當代社會是一大福音,但對 AI 來說可能是最困難的挑戰!蔡宗翰研究員指出 AI 的弱點:

如果是答案和數據很清楚的問題,就比較好訓練 AI。如果問題很複雜、變數很多,對 AI 來說就會很困難!

困難點在於新聞資訊的對錯會變動,可能這個時空是對的,另一個時空卻是錯的。雖然坊間有一些以「監督式學習」、「文本分類法」訓練出的假新聞分類器,可輸入當前的新聞讓機器去判讀真假,但過一段時間可能會失準,因為新的資訊源源不絕出現。而且道高一尺、魔高一丈,當 AI 好不容易能分辨出假新聞,製造假新聞的人就會破解偵測,創造出 AI 沒看過的新模式,讓先前的努力功虧一簣。

因此,現在多應用「事實查核法」,原理是讓 AI 模仿人類查核事實的過程,尋找權威資料庫中有無類似的陳述,可用來支持新聞上描述的事件、主張與說法。目前英國劍橋大學為主的學者群、Facebook 與 Amazon 等業界研究人員已組成 FEVEROUS 團隊,致力於建立英文事實查核法模型所能運用的資源,並透過舉辦國際競賽,廣邀全球學者專家投入研究。

蔡宗翰教授團隊 2021 年參加 FEVEROUS 競賽勇奪全球第三、學術團隊第一後,也與合作夥伴事實查核中心及資策會討論,正著手建立中文事實查核法模型所需資源。預期在不久的將來,AI 就能幫讀者標出新聞中所有說法的資料來源,節省讀者查證新聞真偽的時間。

AI 的無限可能:專屬於你的療癒「杯麵」

想像與 AI 共存的未來,蔡宗翰研究員驚嘆於 AI 的學習能力,只要提供夠好、夠多的資料,幾乎都可以訓練到讓人驚訝的地步!圖/研之有物

AI 的未來充滿無限可能,不僅可以成為分類與查證資料的得力助手,還能照護並撫慰人類的心靈,這對邁入高齡化社會的臺灣來說格外重要!許多青壯年陷入三明治人(上有老、下有小要照顧)的困境,期待有像動畫《大英雄天團》的「杯麵」(Baymax)機器人出現,幫忙分擔家務、照顧家人,在身心勞累時給你一個溫暖的擁抱。

機器人陪伴高齡者已是現在進行式,新加坡南洋理工大學 Gauri Tulsulkar 教授等學者於 2021 年發表了一項部署在長照機構的機器人實驗。這名外表與人類相似的機器人叫「娜丁」(Nadine),由感知、處理、互動等三層架構組成,可以透過麥克風、3D和網路鏡頭感知用戶特徵、所處環境,並將上述資訊發送到處理層。處理層會依據感知層提供的資訊,連結該用戶先前與娜丁互動的記憶,讓互動層可以進行適當的對話、變化臉部表情、用手勢做出反應。

長照機構的高齡住戶多數因身心因素、長期缺乏聊天對象,或對陌生事物感到不安,常選擇靜默不語,需要照護者主動引導。因此,娜丁內建了注視追蹤模型,當偵測到住戶已長時間處於被動狀態,就會自動發起話題。

實驗發現,在娜丁進駐長照機構一段時間後,住戶有一半的天數會去找她互動,而娜丁偵測到的住戶情緒多為微笑和中性,其中有 8 位認知障礙住戶的溝通能力與心理狀態有明顯改善。

照護機器人娜丁的運作架構。圖/研之有物

至於未來的改進方向,研究團隊認為「語音辨識系統」仍有很大的改進空間,需要讓機器人能配合老年人緩慢且停頓較長的語速,音量也要能讓重聽者可以清楚聽見,並加強對方言與多語混雜的理解能力。

臺灣如要發展出能順暢溝通的機器人,首要任務就是要開發一套臺灣人專用的 AI 語言模型,包含華語、臺語、客語、原住民語及混合以上兩種語言的理解引擎。這需花費大量人力與經費蒐集各種語料、發展預訓練模型,期待政府能整合學界與業界的力量,降低各行各業導入 AI 相關語言服務的門檻。

或許 AI 無法發展出情感,但卻可以成為人類大腦的延伸,協助我們節省處理資料的時間,更可以心平氣和地回應人們的身心需求。與 AI 共存的未來即將來臨,如何讓自己的行事邏輯跟上 AI 時代,讓 AI 成為自己的助力,是值得你我關注的課題。

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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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大科學人專訪 | 台灣田野學校工頭葉哲岳: 教育不該造單一林相,台灣苦楝也能自帶芬芳
LIS_96
・2022/12/09 ・2487字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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我們都叫他小葉,認識他的朋友應該時常在小葉的臉書牆上看見他與三個寶貝孩子一起工作的場景與畫面。同樣身為二寶媽的我,坦白說內心很佩服他不顧旁人眼光、遊刃有餘帶著半獸人一起工作的勇氣,更是嫉妒他輕鬆自在「做自己」的教養態度。

這位35歲移居嘉義,常常蹲點在嘉義舊嘉獄被人誤認是角頭老大的小葉,其實是從事地方社造工作深耕嘉義8年的地方爸爸,其參與策展的2021台灣設計展《舊監青年旅店Jail Hostel》也在今年榮獲紅點獎和金獎點的肯定。

不說你可能還不知道,小葉其實本來是一位建築設計師。關於小葉的求學歷程和轉變,以及對於親子教養的觀點,邀請你一起往下閱讀>>>

考試不是唯一證明自己學習成就的方式

「球場是我揮灑汗水的競技舞台,球場上有個人表現和團隊合作,如果打敗對手,就能留在球場上,這讓我知道不一定要透過考試來代表自己的學習成就」,小葉一語道破當年以「乖乖唸書就代表你會有好的工作,有好的工作就代表好的人生」學科導向的年代,為應付考試和功課,自己很難獲得學習上的成就感。

然而,小葉在高中時期便知道自己能透過「學科外」的多元表現表達自己,「我在高中的時候,發現原來不用跟別人一樣透過考試得到學習成就,雖然我的功課不好,但我能在體育課三對三的鬥牛找到自信,我知道自己也可以是獨一無二的存在。」

教育不該是生產規格品的工廠  

小葉是是68年次戰後出生,在那個不論是建築、工業或是學校都特別強調要有效率生產「規格品」的年代,小葉很清楚自己可以和別的同學不一樣,即使國中曾經考過全校前幾名,小葉笑著說自己還是有餘裕去選修撞球和溜冰的科目。

「但有一次我還是想著證明自己,我特別認真準備,結果考得還不錯,卻被老師和同學嘲笑一定是作弊,雖然說我在這之前的確有很多次作弊,但我那一次是沒有作弊,知道自己被貼上標籤之後,我就覺得更難找到熱情」

事實上,小葉提到那段經歷時,小葉是為了被肯定才讀書,而不是為了學習,對小葉來說自己也不知道為何要很認真,在講求學習效率、規格生產考試機器人的學習模式對小葉來說是很大的學習挫折。

「孩子就像是在生產線上面,如果在找尋意義的過程中受挫可以就會走偏了」

小葉很幸運地,那時因為有很多貴人幫忙,他沒有走偏,沒有走歪,更重要的是學習不是只有在學科裡面,我們求學歷程遇到的人事物、打工等等,都是學習的養份。

教育並不是要像生產機器一樣培養出同樣的孩子。圖/envato.elements

學習不該是造單一林相 每位孩子都可以是漂流木和奇形怪狀的樹

「以前的社會需要效率生產,我們就像是造林很密集的叢林,那一種林相很單一,大家都害怕跟別人不一樣」小葉把學習用了一個聯想比喻,他提到在現今要求「人人獨特」的時代,懂得欣賞漂流木和奇形怪狀的樹形更是重要。

「我這顆種子本質上喜歡把自己種在土地裡面,我的想法可能跟大家不太一樣,我講的可能是個人觀點,我認為小朋友的學習就是生理上身體一定要健康強壯,心理要能夠承受壓力,且要有幽默感,因為世界變化太快,有些事情要能幽自己一默,大致上我覺得是這些生理和心理,有幽默夥伴和貢獻的夥伴可以一起就能面對未知的世界了吧!」

小葉認為有這些本質,加上動機的誘發,我們才有可以去驅動往前做更多事情。

每一位孩子就像顆種子等待開花結果散發芬芳

「真的去用、去實驗,透過行動和研究還會有數據這件事情,這是對台灣很重要的」

小葉提到「解決問題、現場實作、動手實踐、連結夥伴」是教育很重要的四項關鍵,能讓孩子在學習的過程中成為更好的自己。

我們不需要都把孩子送出國唸書,彷彿家長會認為孩子這顆種子去了日本就能長成美麗的櫻花樹,去了美國就會變成結實累累的蘋果樹,「但你沒有想過可能在台灣,我們自己就可以是一個屬於這個土地的種子,也許我們是一個苦楝,有著屬於自己的獨特芬芳。」小葉堅定的說。

學生靠自己摸索、解決問題,在這過程中會慢慢成長。圖/envato.elements

如果不是現在的你,你會在哪裡 :「我應該會是很頂尖的房屋仲介」

最後,我們好奇問了小葉最後一題「如果不是現在的你,你會在哪裡」,小葉想了想說:「我覺得我應該是很頂尖的房屋仲介」(笑)

「第一個因為我唸建築設計,當房屋仲介不一定要跟建築有關係,我對於空間很敏感,我本身觀察和同理心滿特別的,我很清楚什麼樣對象需要什麼生活和組成,我對於自己的生活有模式和品味,可以用生活的面向去切入對方的需求,連結仲介某種生活品質和想像,讓你去找到你更好的生活模式。其實根田野學校我在做的事情很像,如果我不做這個應該是會是個很 top 的房屋仲介。」

響應本次「LIS第二季大科學計劃」,小葉分享給我們的大科學人宣言:

❛❛ 知識就在田野裡,校園就在土地上, 透過實作遇見更好的自己。-小葉

小葉讓我們知道學習不該侷限在課本上、教室內,我們生長的土地和環境,也是我們汲取知識的地方。這也是田野學校很重要的價值,知識就是在田野裡,田野就是現場裡,在現場才會有感受,一定要透過現場實踐和實作,你才會跟更好的自己相遇,才會知道自己是誰。

邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

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❛ 教育不只是老師的事,這是我們的任務,下一個世代的科學史,現在就得開始寫起! ❜

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LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。

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大科學人專訪 | 李惠貞:科普閱讀幫助我「探索自己從何而來、為何存在」
LIS_96
・2022/12/08 ・2863字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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她是李惠貞,出版界資深工作者,也是新型態閱讀推廣行動「獨角獸計畫」的發起人,在書市低迷的時代,她以創意企劃推廣閱讀,為傾心投入多年的出版業盡份心意。

除此之外,她也是一位孩子的母親,時常在社群上分享自己和女兒(諠)的奇思妙語,母女互動隨筆在惠貞臉書累積不少粉絲,2021 年他們將這些日常集結成冊,共同出版《和媽媽互相喜歡的日子》、《和女兒一起旅行的日子》,以書做為媒介,將兩人的歡笑、鬥鬧、犯傻化為暖流,讓快樂涓流進讀者的生活中,期待創造出更多快樂的母女!

關於惠貞的求學經歷與教育觀點,邀請你一起往下閱讀>>>

國小老師讓我看見成就感的來源可以如此多元

Q:惠貞在國小、國中、高中有遇過什麼「有成就感」以及「特別挫折」的經驗嗎?

我在小學五六年級遇到很好的老師,這位老師非常重視學生「成績以外」的部分,很有熱誠的挖掘小朋友的才華,不管是體育、作文、演講、書法或其他才藝。在那個不是很盛行才藝班的年代,他提供我們課後留下來學習的機會,而且不需要另外收費,這些學習也都不強制,只要有興趣就能參與,這位老師讓我對學習感到興趣,知道成就感的來源可以很多元。

中學開始就專注在升學,學科上的學習很多都是走過一陣子,再回望比較清楚學習的意義,當下或剛離開未必會明白。我一直都還滿喜歡學校生活,和老師和同學相處都還算愉快,但為了「應付考試做學習」這樣的學習過程還是會讓我感到痛苦。

現在的我很喜歡讀書,其中科普和歷史常常是引起我興趣的選書類別,但學生時期我的史地、理化都很爛。我常常在想,如果以前在學校學習的方式能像現在自學這麼有趣,我的成績一定不會那麼爛,而且這些東西會留在自己身上,跟著你繼續往下一階段走。

過了三十年,我和女兒諠的學習環境其實沒有太多差別

Q:看著女兒諠的學習歷程,惠貞認為女兒這個世代的孩子和自己過去的學習經歷是否有所差異?

真的是講到重點!先分享一下,我跟我女兒兩個人「從來沒補過習」,但並不是我女兒的成績特別好才沒有補習,他很好玩,成績一直都會落在班上中間,如果全班三十人,他大概十五名;全班五十人,他大概是二十五名,沒有特別補習只不過是我認為孩子不需要額外花時間在補習。

回到這個問題,其實我覺得非常驚訝的是「沒有太大的差別」,我曾經參加過諠在中學的幾次學校日,到現場我發現許多教育孩子的觀念和方式和三十年前並無不同,但我看見的其實不是學校的問題,很大一部分是家長的問題!

還記得諠在高中某次學校日,大禮堂齊聚全校家長,在 QA 時間有好幾位家長舉手質問校長:「為什麼學校要舉辦那麼多社團活動?」,家長認為學生應該專注在考試上,學校不該鼓勵學生花那麼多時間在社團活動,這對我來說很衝擊,高中孩子不是應該要有相當的自主性,開始認識和培養自己的興趣,這是我在學校日第一個驚訝。

回到班級上,我又聽到了一些讓我詫異的提問,有家長請老師「規定全班同學晚上十點之後不要上網」,但放學後孩子在家長身邊,難道家長不能直接和孩子溝通,還需要來自學校的約束。此外,在女兒準備升高三,有一位爸爸問老師:「我怎麼能夠確定我的小孩在晚自習時間在教室裡頭,而不是外面鬼混」,他要求學校確保孩子待在教室裡面讀書。

聽到這些話,讓我對這些孩子感到心疼,顯示出家長對孩子毫無信任。雖然這樣的問題可能有著很多原因,但這些觀念和做法都讓我感到吃驚,我們教育下一代的方式好像還停留在好幾十年前。這些看見讓我很納悶:「我們的教改講那麼多年,家長觀念仍舊如此,教改真的會成功嗎?」

亞洲仍有許多家長認為學生應專注在考試上。圖/envato.elements

永遠別讓小孩失去學習的熱情

Q:可以和我們分享惠貞對女兒諠的教養原則嗎?

在諠的學習過程,我從來不在意分數,但我會在意他的「學習態度」。你要為自己的生命負責,當你是學生的身分,就盡可能學習探索,把握家裡給予的資源和機會,但當你努力過了,一切盡力了就好。

比方諠的公民通常都考得很差,公民常常是一般學生能拉分數的科目,我很好奇他為什麼考不好,但當我拿她的考卷瀏覽寫錯的題目後,我告訴諠:「這些題目本身就很有問題,你寫錯很正常,不需要為這種事浪費生命。」(笑),當知道他盡力,了解狀況後,成績對我而言真的不重要。

但如果沒有盡力,沒有推進自己,就不知道可以走到哪裡,你也會不知道自己可能對什麼有興趣,自己可以走到哪裡,這段生命過程就會失去意義。考試不代表什麼,盡力了結果就不重要,永遠不要失去學習的熱情,學習熱情才能跟著這個生命走一輩子,就算未來大人不在,孩子也能繼續成長。

科普書閱讀是超越肉身束縛、時間限制的體驗

Q:時常在個人臉書或「獨角獸計畫」粉專上看到惠貞分享科普書籍,為什麼會對此著迷?

看科普書是我的興趣之一,我很喜歡思考「生命的起源、宇宙怎麼誕生、未來會往哪裡去」,我很享受閱讀科普書這種能夠超越現實肉身束縛、有限生命階段的體驗,靠著知識和想像跨越時間和空間,幫助我更認識我的生命,讓我認知到,我所不知道的世界是無比廣大。

我希望透過閱讀推廣幫助大家往外看,認識自己固然重要,但不停地把焦點放在自己身上,而不看看外面的世界,很容易無限放大個人感受,而切分出與我不一樣的人事物、價值觀,甚至產生對立。種族、性別、年紀這些劃分常常讓我們變得狹隘,我會希望能盡可能「看大的東西、往外看」,每個人其實都能在其中找到一些關聯,我認為這也會解決現代社會裡很多衝突。

通過閱讀讓孩子瞭解世界的廣大。圖/envato.elements

響應本次「LIS第二季大科學計劃」,李惠貞分享給我們的大科學人宣言:

❛❛ 我們是星塵,反覆思量著我們的母體,也就是恆星。 ❜❜ ── 卡爾.薩根

可以肯定的知道,我們無法看清世上所有奧秘,知曉未來每個變數,持續對世界保有好奇和學習熱情,才能讓你我自在、快樂的活在未知之域。

惠貞邀請我們藉由閱讀打開自己,世界很大、宇宙很大,而我們存在之中,有著無限可能 !邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

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LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。