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基因研究的怪才,克雷格·凡特生日|科學史上的今天:10/14

張瑞棋_96
・2015/10/14 ・1038字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

1990年,由美國能源部和國家衛生研究院主導的國際人類基因組計畫正式啟動,預定花費三十億美元,以十五年的時間解出人類DNA的全部三十億個字母。結果2000年6月26日這一天,美國總統柯林頓與英國首相布萊爾就共同向世人宣布:人類基因組計畫的初步草圖已經完成。

美國總統柯林頓與英國首相布萊爾就共同向世人宣布人類基因組計畫的初步草圖已經完成。圖片來源:Individualized Medicine blog

這項重要的里程碑能比預定時間提早五年達成,關鍵人物就是當時站在柯林頓右後方的克雷格·凡特(J. Craig Venter, 1946年10月14日- ),一位極具爭議性的生物學家。

凡特於1984年加入國家衛生研究院。他一直鍾情於使用更快速的「霰彈槍定序法」來破解基因組;基本上就是將基因組打斷為數百萬個小片段,再根據小片段之首尾與其它片段首尾的重疊性,找出片段原來的順序。但這個方法的精確性頗有爭議,人類基因組計畫團隊大部分成員還寧可採取按部就班的傳統方式。為之氣餒的凡特在遇到金主願意出資讓他盡情發揮後,便在1992年辭職,成立新公司。

凡特雖然在流感嗜血桿菌上證明了他的方法確實可行,卻與主其事者在專利申請與運用上意見不合,終於在1996年憤而求去。但不久後,生產自動化定序儀器的廠商即主動表達全力支持之意,於是凡特於1998年成立的賽雷拉基因公司(Celera Genomics),大手筆的採用三百台最新的自動化定序儀,打算在兩年內就全面破解人類基因組。

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這個豪情干雲的宣告令國際人類基因組計畫團隊大為緊張,因為他們本著科學精神,總是將最新發現公諸於世。但如此賽雷拉便可直接取用,借力使力,卻不公布自己的成果,當然會率先達鎮。尤其此時整個計畫已花費約十九億美元,民眾若以為這個半路殺出的程咬金以兩年時間就完成他們的十五年計畫,他們如何交代!於是在美國政府出面協調下,雙方陣營才同意彼此合作,共享榮耀。

但如此一來,凡特當初打的如意算盤──將基因的優先獲知權賣給藥廠──就破滅了。賽雷拉的股價於記者會的第二天就下跌10%,到了2002年初更是一蹶不振,凡特因此黯然辭職。

不過凡特本人可未一蹶不振;他於2005年成立「合成基因組公司」(Synthetic Genomics),2010年宣布成功製造出史上第一個由人工合成基因組構成的人工生命,再度引起議論紛紛。充滿爭議性的凡特突顯了科學家的角色定位問題,其是非功過或許有待未來才能論斷了。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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人類基因圖譜初稿完成 │ 科學史上的今天:06/26
張瑞棋_96
・2015/06/26 ・861字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

2000 年的今天,美國總統柯林頓與英國首相布萊爾經由衛星連線共同向世人宣布:人類基因組計畫已完成第一份草圖。由超過六個國家(台灣也沒缺席,負責第四號染色體)、一千多名研究員的共同努力之下,完成了解開人類基因組的初步草圖。

在官方的大肆宣揚下,人們以為科學家們攜手合作達成了重大里程碑。其實當時完成定序的基因只有 85%,只是白宮早就敲定了這個日期召開記者會,不想再延後──或許是為了避免夜長夢多,讓這科學研究背後的醜陋競爭早日畫上句點。

競爭來自於克雷格·凡特(J. Craig Venter)。1990 年,由美國能源部和國家衛生研究院主導的國際人類基因組計畫正式啟動,凡特正是一開始就參與此計畫的其中一員。但他卻在金主的奧援下自立門戶,於 1998 年成立的賽雷拉基因公司(Celera Genomics),大手筆的採購三百台最新的自動化定序儀,打算以兩年的時間完成國際團隊原訂十五年才能完成的計畫。

凡特是個相當具爭議性的人物,他之前就曾將基因申請專利,拿來做商業用途,如今還是宣稱賽雷拉會將成果申請專利保護,並將優先獲知權賣給藥廠或其它公司。另一方面,國際團隊卻是本著科學精神將最新發現公諸於世,賽雷拉還能從中借力使力,擴大領先幅度。

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國際團隊雖然鄙夷凡特的作法,卻在輸不得的壓力下,不得不也採用凡特的研究方法。於是雙方唇槍舌劍、互相指責,直到美國政府出面協調,雙方陣營才同意彼此合作,共享榮耀。

完整的人類基因圖譜要等到 2003 年 4 月 14 日才宣告完成。至於專利權的問題,直到 2013 年 6 月 13 日,才終於由美國最高法院的判決確立:人類基因不能取得專利權。

即便如此,我們可以預期此一重大的研究成果仍將帶來各種衝擊與爭議;當時柯林頓在記者會說:「今日劃時代的成就,只是一個起點,將來還有很多更艱辛的工作,等待要完成。」是的,艱辛的工作不只是判讀、診斷、醫療等技術方面,也將涵蓋道德面與法律面。

 

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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人工生命的發展過程! Craig Venter unveils “synthetic life”
Scimage
・2011/05/16 ・839字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

在最小的生命研究上一直有兩種策略,一種是利用簡單的細胞不停地把不必要的基因剔除,直到找到最小可以支持自我複製生長的基因组,另一種策略是全部的基因組都由人工來合成,設計出可以自己複製生長的細胞,兩種策略都各有優缺點。

剔除的方式要面對的是牽一髮動全身的基因組;不同的剔除路徑可能中間有很多不能維持生命的中間基因組,而在全人工合成上,首先要面對的就是怎麼有效正確的合成大分子的DNA,接著是怎麼把合成出來的基因組放入當作容器的細胞並且激活。這演講就是介紹以合成的路徑,研究人員面對了多少技術困難,最後順利合成百萬鹽基對的染色體,然後順利放入細胞讓這些基因組真的開始工作。

裡面幾個關鍵的步驟是:大量正確合成DNA、分開的合成DNA怎麼被組裝成單一基因組、同類細胞間的基因組要怎麼替換、異類細胞間的基因組要怎麼替換、還有就是面對處理甲基化跟限制酶對外來DNA的破壞,這些工作花了參與的科學家15年的時間,不過其依賴的技術基礎是整個分子生物的技術。這樣的技術有危險性也有很多可能的應用方式,像是在生物能源或是細胞疫苗工廠上,希望這樣的技術會引導出很多能幫助人的科學進展。

本文原發表於科學影像Scimage 演講[2010-08-16]

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Scimage
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