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「牛樟芝是有效的健康食品嗎?」以牛樟芝為例,解密健康食品研究結果

今天天氣真好~
・2017/05/11 ・5313字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 564 ・九年級

牛樟芝的先關保健產品。source:DLC

牛樟芝是健康食品嗎?

牛樟芝確實是衛服部規範內的健康食品,它屬於一種保健食用菌,目前官方說法所具有的保健功效是護肝(針對化學性肝損傷)及免疫調節功能。

牛樟薄孔菌,俗稱臺灣紅色國寶的牛樟芝或牛樟菇,屬於多孔菌目(Polyporales)、多孔科 (Polyporaceae)、台芝屬(Taiwanofungus),其學名有三種  Antrodia camphorate(= A. cinnamomea =Taiwanofungus camphorata,把學名寫出來是方便讀者可以在網路上查文獻),是台灣特有且珍貴的真菌,僅生長於台灣特有植物牛樟Cinnamomum kanehirai)樹幹腐朽之心材內壁層。民間用藥以消腫散積、祛風除濕作為功效,而台灣原住民則相傳喜歡食用牛樟芝解酒改善宿醉等不適症狀 [1]。

牛樟標本。soruce:國立台灣大學植物標本館 (2012),台灣植物資訊整合查詢系統

菌絲體其生理活性物質有三萜類化合物(Triterpenoids)、超氧歧化酵素 Superoxide Dismutase(SOD)、腺昔( Adenosine)、β- D- 葡聚醣 (β-D-glucan) 、維生素 B(Vitamin-B)、麥角固醇(Ergosterol)等;而其中最具生物活性成份的是三萜類化合物及 β- D- 葡聚醣。另,在文獻中也指出牛樟芝子實體所含的生物活性物質較菌絲體多。目前牛樟芝的量產極低,所以栽種是經由人工培育,可分為液體、固態發酵培養法、椴木栽培法或野生樟芝培養。

牛樟芝子實體。圖/Thomaswz19 ,創用CC 姓名標示-相同方式分享 3.0, wikimedia commons

牛樟芝菌絲體經研究證實(文章後面會再詳述)的功效包括:抗氧化、肝臟防護、癌細胞毒殺、增進免疫、抗病毒能力、殺菌及抗發炎能力、降血醣、降血脂、調節血壓能力等。在台灣生技產業以護肝或抗氧化等保健功效作為相關產品的訴求。

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現今許多研究團隊紛紛興起研究其抗癌症的功效,例如 2010 年馬偕醫院團隊從牛樟芝中萃取化合物,發現其中一種「去氫硫色多孔菌酸化合物」對胰臟癌、白血病細胞有抑制效果,該活性化合物命名為「馬偕一號」。相關生物機轉的研究成果,已刊登在國際期刊且已申請專利,未來計劃開發做為標靶抗癌藥物。不過研究團隊強調此僅為牛樟芝細胞實驗,運用在人體上還會牽涉到吸收、分解、代謝等因素,要多久才有效,必須進一步實驗。

但在衛生主管機構嚴格把關下,目前市場中基本上沒有宣稱具有可抗癌效果的產品。林口長庚毒物科主任已故學者林杰樑(2013/05/22):「牛樟芝的話在目前為止,對於身體的幫助,對身體健康的促進作用,並沒有醫學上確定的證據。」這是怎麼回事?為什麼研究結果說可以抗癌抗氧化抗發炎,可是衛福部及林杰樑持相反意見呢?

如何看懂研究結果?

其實,關於研究結果,非科學 / 醫學從業人員很難去了解他的「眉角」。舉個筆者自己的例子來說:筆者以前做實驗曾養過癌細胞,也做過真正的人體試驗。有做過實驗的人就知道,養細胞也要一些訣竅,不然細胞第二天就死給你看。

所以研究者用各種方法讓癌細胞活下來之後,再來就會拿一些想實驗的物質 (以本文而言你可以說是不同濃度品種的牛樟芝萃取化合物,下文以「神祕物質 A」代替)看看你養的癌細胞會不會因為不開心就不分裂,或者更神奇的就壞死(necrosis)或凋亡(apoptosis)掉。實驗成功後你當然可以宣稱是你實驗的物質對人類癌細胞有抑制 / 殺死的效果。但是要曉得,實驗成功到真的拿你實驗的物質來治病這中間的變數極多:

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1. 細胞實驗不等於動物實驗,動物實驗不等於人體實驗,即使進行人體實驗也很有可能失敗(可以參考浩鼎事件)。

雖然成功的細胞 / 動物實驗讓研究者開心(論文 / 報告 / 教職有著落了!)、給藥廠(或病患 / 投資人 / 股市禿鷹……(咦?))希望,但細胞實驗是由人體 / 動物中分離出來,簡化(或直接忽略)整個活體環境有可能對細胞造成的其他影響,所以要複製細胞實驗的結果(例如「神祕物質 A」)到真正的人類身上其實還有一大段路要走。

2. 細胞 / 動物實驗所使用的有效物質「神祕物質 A」,在實驗中所使用的濃度不等於藥用濃度。

當你試著使用研究中的濃度來幫自己治病,很可能需要吃到的健康食品數目會相當驚人(而且同第一點所講的,在實驗中有效不等於在人體內有效)。更何況,對癌細胞有效的藥物濃度也有可能對正常細胞有傷害,而造成正常細胞傷害的濃度,沒做實驗其實不會知道。(但是哪個頭腦正常的廠商會做自己產品對人體傷害濃度的實驗?)

3. 即使你知道人體內有效濃度,你也必須知道跟這個「神祕物質 A」相關的吸收、代謝等藥物動力學資料,才有辦法計算你要吃多少未經提錬的牛璋芝才能達到人體內有效濃度。

舉個例子來說:生體可用率(bioavailability)就是指吃到肚子後吸收的比例,最神奇的大概是類固醇,以口服居然能到接近 100% 吸收。另一個例子是胰島素,口服的生體可用率接近 3%(實驗者加了一大堆佐劑後,看到最高報告的也才 19%),想想你要吃多少牛樟芝,才能達到身體的有效劑量?

4. 佐劑及非主要有效成份的危害。

除了廠商所宣稱的主要有效成份外,還有一個不會拿來打廣告,但事實上很可能在「有效」或「危害」的事件上扮有重要角色的,還有一個東西,就是佐劑。舉個例子來說,在疫苗中為了要讓疫苗更「有效」,所以有的會加入一些佐劑,用以刺激免疫系統。但這些佐劑在刺激免疫系統之餘,也可能造成你(也許不包括廠商)不一定想要的副作用,副作用在此並非負面用詞,僅指非原本藥物想要得到效果。事實上有部份臨床藥物在使用時都是取其副作用當成主要想得到的目的(例如威而剛原本是拿來治心臟病,但現在……你懂的,像筆者都只拿來吃高山症……)。

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大部分的產品 ,即使在臨床前試驗階段,確認其功能,在進入人體臨床試驗後 ,往往以無一致性的結果收場。但廠商寧願花錢持續進行功能性宣傳,卻不願意投入真正讓產品與人體產生連結的臨床試驗,有兩個原因:一個是人體實驗成功機率實在很低、又很花錢;一個是花小錢宣傳細胞 / 動物實驗結果,無需申請藥證就能從健康食品得到龐大收益,CP 值超高。

媒體所寫的毒性研究報導又該如何解讀呢?

1999 年行政院衛生署食字第 88037803 號公告健康食品安全性評估方法,將健康食品之安全評估分為四個類別。牛樟芝安全評估列為第三類:需具備基因毒性試驗、90 天餵食毒性試驗和致畸試驗資料。

2012 年檢驗及品保雜誌第一卷三號,以牛樟芝餵食小鼠之亞急性毒性試驗病理分析的文獻結果發現,為期 28 天觀察其亞急性毒性反應,此所有實驗與對照組之肝臟、腎臟及脾臟皆無中毒特徵。但經濟部生技中心委託昌達生技,進行 91 天的動物實驗,不料老鼠接受口服牛樟芝子實體粉末一定劑量後,竟出現細胞異常增生、空洞化,恐對肝、卵巢造成傷害,且對腎上腺具高毒性,吃愈多傷害愈大(見 2013 年 05 月 22 日之蘋果日報)。

source:蘋果日報截圖。

根據 2013 年 05 月 22 日新聞報導,當時已故學者林杰樑說,葡萄王生技公司曾於 2011 年在國際知名期刊《Food Chem Toxicol》發表 1 項為期 90 天的動物實驗、劑量每公斤 3000 毫克,結果卻顯示一點傷害都沒有 [2],與昌達的報告完全相反,林質疑:「有一方是錯的,一定要更詳細找出其中的差異。」

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2013 年牛樟芝的風暴事件,當時業者與官方委託生技公司兩造進行毒性實驗,若依循健康食品安全性評估方法之毒性規範去做,這兩者結果不一致。根據昌達生技的實驗設計,是取牛樟椴木的牛樟芝子實體粉末,按體重每公斤給予 200、600、2000 毫克 3 種劑量餵老鼠吃。如換算成 60 公斤的人體,約等同每天口服 12、36、120 公克。昌達提出的實驗結果,顯示每天服用 200 毫克的母鼠,腎上腺開始腫大,服用 600 毫克的公鼠也有同樣情形,服用 2000 毫克時,除腎上腺腫大,公鼠、母鼠的肝重量還會增加,母鼠卵巢重量也增加。該報告稱已排除各項環境污染因素。

葡萄王生技公司於該報導中所宣稱安全的實驗是取液體發酵所形成的菌絲體,該研究所描述的方法(見文章之截圖)中有看到該公司在得到菌絲體之後,有再進行一些加工,處理後再磨粉餵老鼠。也就是說,與昌達公司的實驗方法比較,用以實驗之原料不同:一個是牛樟椴木的牛樟芝子實體粉末(昌達),一個是由新竹的食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心所購得的牛璋芝菌絲體再加工(葡萄王)。

由本文前段已知,子實體的有效成份比菌絲體要來得高,也就是說,在兩個實驗都沒造假的狀況來看,葡萄王公司用以進行毒理實驗的材料其「有效成份」比較少,而且還進行部份加工。即使給的量比昌達的要來得多,我們仍然可以懷疑其中所含的『有效成份』劑量與屬性都與昌達公司的不同。所以,我個人覺得這兩個實驗都沒錯,得到的結論也都是正確的。但是要怎麼解讀呢?

由昌達的實驗可知,使用牛璋芝子實體的粉末在老鼠實驗每公斤 600 毫克以上可能造成腎上腺毒性;由葡萄王的實驗可知,使用牛璋芝菌絲體經「處理」後,可以到每公斤 3000 毫克也不會有顯著毒性。因此可以推論,就「有效成份」而言,在一定劑量之上,會對腎上腺有傷害,但在「一定劑量」之下則否。

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所以牛樟芝傷腎嗎?

在臨床上有病患因大量服用野生牛樟芝,但菌種不對根本無法抑制癌細胞反而造成腎衰竭,或者民眾服用牛樟芝保健食品後,腎功能下降。以醫學證據的角度來說,其實只屬於個案報告及少部份的專家意見。目前的研究報告並無法證明這些腎臟損傷都與牛樟芝(或是其藥物佐劑)有關。所以對腎臟而言,並不能給一個明確的結論說牛璋芝對腎臟有害。

了解了整件事之後,問題到了這個地方,就變成了「我究竟為了什麼要吃一個在一定劑量之上可能對腎上腺有害的『有效成份』呢?」

牛樟芝有哪些保健功效?從動物實驗研究來看

牛璋芝市場上被運用於酒精性肝炎、病毒性肝炎、免疫調節、抗疲勞、抗病毒、抗高血壓、抗氧化(排毒)、降膽固醇、抑制腫瘤及保護肝臟等,但牛樟芝唯一被研究證明的保健功效是護肝功能(針對化學性肝損傷)及免疫調節功能,其它的功效仍有待強力的證據。

下面列一些動物實驗認為有效的功能(由於相關的動物實驗繁多,也非本文所評論之重點,因此未逐一附上 reference,有興趣的讀者可以用關鍵字找找看相關文獻)。

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牛樟芝對酒精性肝炎研究

長期過量飲酒會引起酒精性肝病,進展成為酒精性肝炎、肝織維化、肝硬化,最後還可能導致肝癌。據大量文獻實驗結果牛樟芝具有降低酒精所誘發的肝指數 GOT 和 GPT 值上升及降低 SOD 和 Catalase 活性,進而減少肝損傷;研究亦發現能抑制肝纖維化因子的表現量,還可減少化學性肝損傷及急性肝損傷。等等,那為什麼不戒酒就好,要花錢買這個來吃呢?

牛樟芝抗發炎研究

牛樟芝的培養菌絲體萃取物能藉由抑制人類白血球的 reactive oxygen species(ROS)生成,達到抗發炎的效果,其子實體萃取物能抑制嗜中性細胞的 ROS 製造,並降低其附著能力,因此亦具有抗發炎的功效。另於體外試驗中子實體萃取物能抑制 lipopolysaccharide(LPS-細菌細胞壁成份之一)所誘發的發炎物質(TNF-α and IL-6)及其介質(NO and PGE2)的生成。等等,細菌來攻擊時免疫系統反擊這不是天經地義的嗎? 為什麼我要吃個東西來阻上我的免疫系統攻擊細菌?

牛樟芝抗病毒性肝炎研究

多篇文獻結果顯示可於體外試驗中抑制 B 型肝炎病毒生長,樟芝子實體和培養的菌絲體之多糖體不同,所有的樟芝菌絲多糖體均有抗 B 型肝炎抗毒的活性。聽說,好吧,不是聽說,B 型肝炎有口服藥,經人體試驗有效,那為何我需要使用這種體外試驗未經人體試驗的食品來達到控制 B 型肝炎的效果呢?

牛樟芝抗癌功效

牛樟芝子實體酒精萃取物能誘導 HEP G2(某種肝癌細胞)及 PLC / PRF / 5 細胞(另一種肝癌細胞)的凋亡;在菌絲體多醣體研究中多醣體在抗腫瘤的免疫模式中能藉由活化單核細胞(一種免疫細胞)以抑制 U937 細胞(一種淋巴癌細胞)的增殖;同時也抑制血管增生的發生。此外,並發現對大腸癌、肺炎、黑色素瘤、骨肉瘤及胰臟癌等細胞的細胞週期的凋亡進行抑制及活化等調控功能。但別忘了,這些都只是細胞 / 動物實驗。

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有另一結果顯示大腸癌細胞使用 amphotericin B 治療時,同時採用牛樟芝對細胞毒殺有增強的效果(註:amphotericin B 是一種治療黴菌的抗生素,某些狀況下可以殺死很多正常的細胞,當然包括癌細胞!)另外對肝癌病人,使用傳統化療藥物(cisplatin and doxorubicin)做治療時又併用牛樟芝可有細胞抑制作用。看到了人體實驗是不是好開心呢?但是,在癌症的人體實驗有另一個取巧的實驗方法。我們要治療癌症是為了要活下去,增加存活率是治療的最終目標。而上面的研究給你看到的目標是「增加細胞毒殺」、「抑制細胞」等。是的,即使你「增加細胞毒殺」或是「抑制細胞」了,並不保證你能在有癌症的狀況下活得更久。

所以下次看到健康食品研究報告時該怎麼辦?

講個小結論,看到媒體報導健康食品研究時,先問問自己幾個問題:

  1. 這是細胞 / 動物實驗,還是人體實驗?實驗的目標與媒體宣稱的效果合理嗎?還是廣告想造成讀者自行腦補?
  2. 實驗所造成的結果會有理論上的副作用嗎?(例如號稱增強免疫力就有可能造成自體免疫疾病等,能殺癌細胞也可能殺死正常細胞)
  3. 換算成人體體重的話,你要每天吃多少該食品才能達到那個報導所宣稱的效果?
  4. 有沒有己知的藥物可以達到媒體報導所宣稱的療效?如果有,那麼該藥物的副作用是否可以預期且受控制?如果沒有,那為何我該相信實驗等級比藥物還低的健康食品的研究?

 


參考文獻

  1. 林恭儀, 曹永昌, 邱仲峯: 牛樟芝的傳統與現代用藥考據. 北市中醫會刊 2013, 19(2):13-18.
  2. Chen TI, Chen CC, Lin TW, Tsai YT, Nam MK: A 90-day subchronic toxicological assessment of Antrodia cinnamomea in Sprague-Dawley rats. Food Chem Toxicol 2011, 49(2):429-433.
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不務正業的風濕免疫科醫師。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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乳癌化療以外的新選擇?CDK4/6 抑制劑搭配抗荷爾蒙治療與停經針,延續患者生命!
careonline_96
・2024/05/10 ・2130字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「那是一位大學教授,發現乳癌後便接受手術,不過大約一年半後發現肝臟轉移。」新光醫院乳癌中心主任鄭翠芬醫師表示,「因為患者屬於停經前荷爾蒙受體陽性、HER2 陰性乳癌,所以便開始接受口服 CDK4/6 抑制劑標靶藥物、抗荷爾蒙治療與停經針。」

經過一年的治療後,患者肝臟的腫瘤幾乎完全消失。鄭翠芬醫師說,經過討論後,患者決定接受手術,切除部分肝臟。術後患者持續使用口服 CDK4/6 抑制劑,至今又過了 4 年,病情依然維持穩定,都沒有使用到化學治療。因為是口服藥,沒有明顯肝心毒性副作用,只有些許的白血球低下,可透過調整劑量而控制改善,所以患者的生活沒有受到影響,依然在大學裡教書、作研究。

「這在過去是難以想像的狀況,因為以前的乳癌患者若出現肝臟轉移,都必須接受化學治療,而存活期大概僅有一年。」鄭翠芬醫師說,「CDK4/6 抑制劑不僅大幅提升治療成效,也讓患者能夠維持生活品質。經常有患者出國旅遊,回診時還特地帶小禮物來跟我們分享。」

鄭翠芬醫師說,從今年開始,停經前轉移性荷爾蒙受體陽性、HER2 陰性乳癌患者也納入健保給付,相信能帶給年輕的乳癌患者非常大的幫助!

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乳癌是台灣女性最好發的癌症,其中約有四成患者尚未停經。鄭翠芬醫師指出,確診乳癌後,會根據雌激素受體 ER、黃體激素受體 PR、人類表皮生長因子受體 HER2 等生物標記將乳癌分成幾種亞型,包括荷爾蒙受體陽性乳癌、HER2 陽性乳癌、三陰性乳癌等。

停經前乳癌患者以荷爾蒙受體陽性佔多數,而且癌細胞的惡性度較高,術後復發的風險也較高。鄭翠芬醫師說,由於停經前乳癌患者較年輕,在擬定治療計畫時,往往還會有生育、工作、家庭的考量。如果患者只有三十幾歲,可能要討論關於生育能力的保存。

治療停經前乳癌,一般需要讓患者進入停經的狀態,才能達到較好的治療效果。鄭翠芬醫師說,過去的作法是將卵巢切除,現在則可以用停經針,讓患者進入停經的狀態。在完成療程後,較年輕的患者還有機會恢復月經。

針對轉移性荷爾蒙受體陽性、HER2 陰性乳癌,以往只能使用化學治療,而在 CDK4/6 抑制劑標靶藥物問世後,治療成效大幅提升,是相當重要的治療工具。鄭翠芬醫師說,細胞週期素激酶 CDK(cyclin-dependent kinases)是調節細胞分裂週期的重要蛋白質,CDK4/6 抑制劑是一種細胞週期抑制劑,可以阻斷細胞分裂週期,進而抑制癌細胞的分裂複製,並延緩荷爾蒙抗藥性的出現。目前的國際治療指引建議使用 CDK4/6 抑制劑標靶藥物,搭配抗荷爾蒙治療與停經針。

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根據臨床試驗,停經前轉移性荷爾蒙受體陽性、HER2 陰性乳癌患者接受 CDK4/6 抑制劑標靶藥物,搭配抗荷爾蒙治療與停經針,能夠發揮顯著治療成效,延長存活時間。鄭翠芬醫師說,疾病無惡化存活期大概可達到 2 年以上,也有患者達到 3、4 年。

CDK4/6 抑制劑標靶藥物採用口服,便利性高,且副作用較化療少,有助維持生活品質。鄭翠芬醫師說,如今健保已將 CDK4/6 抑制劑標靶藥物、抗荷爾蒙治療與停經針納入給付,幫助停經前、停經後之轉移性荷爾蒙受體陽性乳癌患者降低經濟負擔。

停經前或正在停經乳癌婦女患者使用 CDK4/6 抑制劑,須與芳香環轉化酶抑制劑及停經針合併使用,並符合以下條件:

  1. 荷爾蒙接受體為:ER 或 PR>30%。
  2. HER-2 檢測為陰性。
  3. 經完整疾病評估後未出現器官轉移危急症狀(visceral crisis)且無中樞神經系統轉移。
  4. 骨轉移不可為唯一轉移部位。

「目前健保會給付 2 年 CDK4/6 抑制劑,在滿 2 年後,如果治療效果仍然不錯,可以考慮自費使用。」鄭翠芬醫師說,「有不少患者已經使用了 4、5 年 CDK4/6 抑制劑,病情都維持穩定,不用接受化學治療。」

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貼心小提醒

乳癌早期沒有症狀,建議定期接受檢查,才能早期發現乳癌。鄭翠芬醫師叮嚀,隨著藥物的進步,乳癌的治療成效也持續提升,不但能夠顯著延長存活期,也可維持生活品質。確診乳癌後,務必和醫師配合,盡快接受治療!

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肺癌晚期不灰心,多團隊輔助抗癌提升治癒可能
careonline_96
・2024/04/26 ・2621字 ・閱讀時間約 5 分鐘

給 每一位剛踏上抗癌路上的鬥士與戰友

肺癌多專科團隊有三個核心科別,從胸腔內科、胸腔外科、腫瘤內科,漸漸延伸到跟診斷相關的科別,例如放射診斷科、放射腫瘤科、核醫科、病理科、檢驗醫學科等。在治療過程中,我們還會根據病友的用藥、病情需要,再加入一些輔助的科別,例如中醫的調理、皮膚科醫師協助處理皮膚的副作用、眼科醫師檢查眼睛的問題;此外,因為部分藥物會對新陳代謝、腸胃道方面造成影響,所以也會需要新陳代謝科、腸胃科等。雖然病友面對的是主治醫師,其實背後有一個很龐大的團隊,密切合作提供病友最完善的照顧,目的就是要讓病友的治療,不要因為副作用而中斷,讓藥物可以持續發揮到最好的效果,協助病友不僅可以活得久,也可以擁有好品質的生活。

桃園長庚紀念醫院院長楊政達教授

 手術後持續追蹤 多專科團隊守護晚期肺癌病友

一名 61 歲男性,在 2018 年發現右上肺葉出現結節,即接受手術切除及淋巴結廓清,病理檢查確定是肺腺癌、淋巴結沒有轉移,後續再接受輔助化學治療。一年半後,病友的右下肺葉又冒出一個新的結節,再次接受手術,持續追蹤,半年後,左側肺部也出現結節,楊政達教授說,進行第三次手術後,經肺癌多專科團隊的討論,根據各項證據評估後,研判此位病友屬於晚期肺癌。

楊政達教授說,病友的心態其實很豁達,很快的投入下一步的治療,由於具有表皮生長因子受體 EGFR 突變,所以選擇使用第二代標靶藥物,自 2020 年開始服用至今已有四年多,疾病控制得非常好。在治療過程中,當遭遇皮膚副作用,以及腸胃道不適,團隊中的皮膚科醫師、腸胃科醫師也都即時給予他協助,以維持有品質的生活。

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 長庚醫院肺癌團隊定期會議 個管師搭起醫病間溝通橋樑

長庚醫院肺癌團隊每半年都會舉行一次會議,針對目前各種肺癌的診斷與治療方案做更新,在電腦系統裡有各式各樣的治療模組,是根據整個長庚醫療體系 10 個院區的醫師一致的共識來制定。楊政達教授說,只要發現肺癌,便依照這些程序來進行,個案管理師也會幫忙協調,儘快完成各項檢查,一旦確定肺癌的種類、期別、基因型後,就能擬定治療計畫。

此外,在多專科團隊中,個案管理師是相當重要的溝通橋樑,協助為病人解說,以及提供相關的訊息。楊政達教授說,在診斷、治療過程中,病友常常需要到不同單位及科別接受檢查治療,面對這些壓力,個案管理師可以協助病友克服這些問題。病友只要保持開朗的心,勇敢去面對,有一群醫師、一群專業人士,以團隊的方式,陪伴病友一起克服難關。新藥持續發展,只要能夠堅持下去,就有機會得到更好的治療,打敗肺癌!

 他的故事 談轉念之間

 健檢模範生 罹癌後找到人生中最重要的事

人字有兩筆,一撇寫盡前半生,一捺寫盡後半生;前一撇,寫入半生忙碌無知,後一捺,懂得淡定釋懷放下。我每年都健檢,重視身體的保養,卻在 2017 年 57 歲健檢時,發現腫瘤已一公分多,心情很低落。我轉念「死是怎麼一回事,就是睡著了」,如果連死都不怕就什麼都不用怕,接下來就看生活怎麼過。調整好心態後,我決定往山裡走,八個月走了一千公里,爬山的過程結識很多癌友。

治療過程充滿煎熬!醫師極力爭取時間,我自己也很努力,一開始進行手術,術後做了預防性化療,身體雖然稍有虛弱,我還是鼓勵自己繼續爬山。不料,一年半後腫瘤再度復發,主治醫師也愣住,再次手術。過了半年,又長一顆再切除。短短兩年我就進行了三次手術,也開始進入了標靶藥物治療的階段,接著在醫師的建議下,服用標靶藥物,想想到現在也有 4 年了,回望過去,面對癌症我是越戰越勇。

以前工作之餘很重視理財,現在全放掉,生活的重心在均衡飲食與規律運動,過去有飯局常吃香喝辣,體重飆到 84 公斤,現在透過 211 餐盤法加 168 融入生活中,竟掉到 70 公斤,回到 20 年前的體重,身體狀況維持的很好。標靶藥物的副作用,我也透過止瀉藥物降低爬山時要頻繁找廁所的困擾。

罹癌後最重要的一件事,保持好心情!首先、與家人有愛與和諧的關係,其次、有社交活動,參加社團,譬如登山社、歌唱社,彼此沒有利害關係,是真實的朋友,三、自我調整心境,多做一些快樂的事,我搬到石門水庫附近,附近有條山路,來回約七公里,爬坡大概八十層樓,是我每日早晨固定行程。我也想提醒正在讀這封信的你,罹癌不是世界末日,醫學很進步,調整生活順序,釋放心理壓力,培養充足體力,人生的路還很長。

給晚期肺癌病友的十二封信

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