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找到了人體新器官?「間質」到底是新發現還是老朋友呢?

果殼網_96
・2018/04/23 ・2961字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 594 ・九年級

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  • 文/Yuki 小柒

最近幾天,以「科學家發現人體新器官」為主題的眾多報導忽然席捲網路世界,一度登上熱搜榜首,還迅速衍生出了「最大器官」、「經絡證據」等等說法。

很多人都迫不及待想知道「新器官」到底長什麼樣?為什麼之前沒發現?甚至莫名感到「身體裡仿佛多了點什麼……」,然而在這裡不得不先澆滅大家的好奇心,這次的所謂「重大發現」只不過又是一場由報導偏差引發的新「重大誤會」。

「新器官」說法從何而來?

就在上個月底(3 月 27 日),美國的一個科研團隊在《科學報告》雜誌(Scientific Reports)上發表了一篇題為〈Structure and Distribution of an Unrecognized Interstitium in Human Tissues〉的論文,中文譯作〈人體組織中一種新的間質組織結構及其分佈〉。1

原文標題。 圖/原始論文

美國 NBC 和 CNN 新聞採訪了該課題的負責人之一 Neil D. Theise 先生(紐約大學醫學院教授),Theise 在採訪中提到:「一開始我們覺得間質是個有趣的組織,但是仔細想想它和器官也有些相似之處」、「我們已經觀察了間質的結構,也正在進一步研究它的功能」。2

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於是,這兩家新聞媒體提煉了作者的「感覺」和「想像」,分別發佈題為〈間質:科學家發現人體新器官〉和〈新發現人體最大器官〉的頭條新聞,並迅速在世界各地掀起一股「新器官」報導狂潮。國內一些媒體和網站將這些新聞觀點翻譯後,更是添油加醋,打出各種搶眼標題。

間質的概念在網路媒體傳播過程中被誇張和放大。 圖/CNN

然而,仔細閱讀過論文原文後,會發現無論是題目還是正文,通篇找不到新器官(New organ)的說法。一篇中規中矩的論文,就這樣憑藉作者的大膽猜想和媒體的捕風捉影,像一粒小麥硬生生的發酵成了蛋糕,變成「重大發現」。

間質並不是器官!

查閱「器官」在解剖學上的定義後不難發現,要成為「器官」必須具備兩個基本條件3

首先,器官是由多種不同的組織構成的;
其次,構成器官的各個組織要共同協作行使特定功能。以心臟為例,它由肌肉組織、結締組織、神經組織和上皮組織構成,這些組織在一起實現了輸送血液的功能。

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那麼間質(間隙組織)是什麼?其實單單從字面就可以看出,它目前還僅在組織層面,離器官差著一個等級。間質的「廬山真面目」其實就是若干結締組織、膠原蛋白和內襯細胞組成的網狀微型液體腔(中學生物書裡寫的組織液還記得吧?間質其實就是容納組織液的地方)。把這樣一個非典型的簡單構造稱作器官,實在牽強。

退一步講,就算間質能憑藉簡單結構破格晉級器官,在衡量器官的第二個重要標準──具有明確功能方面,它也還未過關。且文章大半篇幅都是針對不同組織間質切片的觀察比對,沒有涉及間質功能的深入研究。作者僅僅簡單推測了間質的潛在功能;列舉出癌細胞在間質中轉移的可能性,並沒有提出足夠的檢驗資料支持論點。也就是說,網上看到的那些有關間質的神奇功能大多都是缺少事實根據的假設

間質結構示意圖。構成間質的膠原纖維相互交織形成網路狀,富含水分的間質液充盈其中。 圖/中文重製自原始論文

然而,有些報導不光把間質寫成器官,還非要讓間質當上器官之首,冠以「最大器官」稱號(皮膚表示:聽說有人要篡位?)。這種說法又是從哪兒來的呢?根據文章的描述,間質的分佈不像其他器官有各自固定的位置,它存在於我們的身體各處,無論表皮下還是內臟中,都發現了間質的蹤跡,作者通過「估算」得出間質體積約占全身 20% ──於是造成「最大器官」的假象。但是如果僅因為分佈多和比重大就能成為最大器官,那麼脂肪肯定會第一個跳起來抗議……。

間質在人體的分佈示意圖。 圖/中文重製自原始論文

間質也不是新發現的!

事實上,「間質」的概念由來已久,早在上世紀 50 年代就有過間質的相關報導了4。從原文對間質的描述可以看出,作者觀察到的間質是人體內能夠容納細胞外液(即間質液)的組織空間,這和很早前就提出的「細胞外間質」屬於同一範疇,所以它既不是新提出的,也算不上是首次發現。

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有關間質(interstitum)的研究,早在上世紀50年代就有文獻發表。 圖/見參考資料[4]
另外值得一提的是,這個科研團隊先前沒有間質的相關研究經驗,間質結構是他們在手術中偶然觀察到的(採訪中作者也坦言這是他們首次報導間質)。一些業內專家對間質是新器官的說法也不贊同5

芝加哥大學分子工程學院兼本·梅癌症研究所教授 Melody Swartz 評論:「所有器官都有間質組織,就像所有器官都有血管和淋巴是一個道理。」、「大家早就知道間質內有間質液,這些間質液在間質中能夠流動。」、「我強烈地感覺到作者和媒體嚴重歪曲了這篇論文。」

哈佛醫學院放射腫瘤學副教授 Timothy Padera 表示:「不會過多關注該研究,幾十年來已有的間質研究資料應該足以糾正這一錯誤描述。」

挪威貝根大學生理學教授 Helge Wiig 致力於間質研究數十年,他對這篇文章的看法是:「這是個本不該掀起波瀾的舊課本知識。」5

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新研究到底發現了什麼?

這篇文章的「新」並不在於「發現新器官」,而是首次採用了一種新的技術方法──鐳射共聚焦顯微內視鏡檢測法,觀察了一些已存在的組織結構。以往人們觀察這些組織時需要先採樣,再經過一系列處理和染色製作成組織切片,最後放到顯微鏡下觀察。這些處理過程破壞了間質的原有結構,讓間質由於失水而變得「乾癟皺縮」。而鐳射共聚焦顯微內窺鏡可以直接對人體組織進行即時觀測,不會破壞組織形態,因此間質原本充滿流動液體的結構才被完整的呈現在螢幕上。與其說「發現了間質」,不如說「看清了間質」更恰當。

一台鐳射共聚焦顯微內視鏡。 圖/NARA INSTITUTE of SCIENCE and TECHNOLOGY
顯微內窺鏡監測到的人體膽管粘膜下網路結構。 圖/原始論文

借助新的觀測技術,科學家能夠比以前更客觀的瞭解到皮下和內臟原有間質組織的結構,並為癌症等疾病的診斷提供一些參考依據。這些研究成果很有意義,但不能說是發現了新器官,也不能作為經絡學說的證據。

「這就好比一個研究團隊買了架非常昂貴的望遠鏡,觀察火星和木星之間(小行星帶)的一個點,看到沒人見過的小行星,然後宣佈他們發現了新的行星,但我們都知道那些不是行星。」──美國西北大學生物醫學工程教授 Matthew R. Glucksberg 如是說。5

參考資料:

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果殼網_96
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果殼傳媒是一家致力於面向公眾倡導科技理念、傳播科技內容的企業。2010年11月,公司推出果殼網(Guokr.com) 。在創始人兼CEO姬十三帶領的專業團隊努力下,果殼傳媒已成為中國領先的科技傳媒機構,還致力於為企業量身打造面向公眾的科技品牌傳播方案。

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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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大腸桿菌是好菌還是壞菌?只分布於人體大腸嗎?——《生物學學理解碼》
PanSci_96
・2019/04/16 ・1757字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

課本介紹人體大腸中的大腸桿菌 (Escherichia coli) 有助於維生素吸收,但新聞報導時有感染大腸桿菌而死亡的案例,究竟它是有助於人體健康的益菌還是讓人生病的病原菌?此外,大腸桿菌顧名思義應分布於大腸,其他腸道區域也有大腸桿菌嗎?

大腸桿菌。圖/pixnio

大腸桿菌小檔案

大腸桿菌屬於兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌,由德國細菌學家西奧多 · 埃希 (Theodor Escherich) 於 1885 年嘗試找出霍亂病原時,於結腸中分離鑑定,因此大腸桿菌的屬名為埃希氏菌屬 (Escherichia) ,而 coli 是指  「colon」 (大腸中的結腸)。 埃希最早將之命名為 Bacterium coli commune(大腸中普通的桿菌),阿爾多 · 卡斯特拉尼 (Aldo Castellani) 與阿爾伯特 · 約翰 · 查爾默斯 (Albert John Chalmers) 於 1919 年更名為 Escherichia coli,以紀念埃希的貢獻,但直到 1958 才被官方認定 (Emerg. Infect. Dis., 2015) 。

是好菌?

人體大腸中的大腸桿菌與我們的關係常為互利共生,大腸桿菌可合成並釋放人體所需的營養素,包含維生素K 、 B12 等;人體製造凝血因子時需要維生素K 的參與。

大腸桿菌可由腸道中獲得營養與有利的生長環境,亦能抑制其他病菌生長,幫助維持腸道菌落。

還是壞菌?

大腸桿菌通常不致病,因此大部分的菌株並非致病菌,但有些菌株會引起食品中毒,通稱為病原性大腸桿菌  (EEC) ,依據其致病機制,主要可分為六種亞群(施等人, 1997 )。最常見的致病性大腸桿菌是因細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,稱為「旅行者的腹瀉」 (Traveler’s diarrhea) 。

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致病性大腸桿菌常引起「旅行者的腹瀉」(Traveler’s diarrhea)使人精神不濟。圖/pixabay

另一種致病性大腸桿菌,是 1982 年於美國爆發出血性結腸炎的大腸桿菌 O157 : H7 ,該種菌株透過內毒素破壞腸道與腎臟,可能造成腸道出血與溶血性尿毒症 (HUS) 。大腸桿菌 O157 : H7 產生的內毒素稱為類志賀氏毒素 (Shiga-like toxins 或 verotoxin) ,與痢疾志賀氏桿菌 (Shigella dysenteriae,為桿菌性痢疾的病原菌之一)產生的志賀氏毒素相似。科學家認為痢疾志賀氏桿菌的內毒素基因經噬菌體傳遞,被帶入大腸桿菌中,形成大腸桿菌 O157 : H7  菌株。

大腸桿菌依血清型區分不同菌株。圖/《生物學學理解碼》。

大腸桿菌的數量與分布

人類胃腸道內居住著許多微生物,形成一個複雜的生態系統。一個人的糞便中可鑑定出 400 多種細菌,主要為厭氧菌。腸道是氧氣濃度受限的環境,分布了兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) ,包含大腸桿菌與葡萄球菌 (Staphylococcus) ,佔腸道微生物數量的 0.1%。人體的上消化道(胃、十二指腸、空腸和迴腸前段)細菌菌落較為稀疏,細菌濃度小於 104 個生物體 / 毫升腸液。

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比較各段消化道內厭氧菌與大腸桿菌的數量(修改自  Gorbach, 1996 )。圖/《生物學學理解碼》

下消化道中以大腸分布的菌落最多濃度約為 1011 個細菌 / 克糞便,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍 (Gorbach, 1996) 。換句話說,大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在迴腸中數量較多,但主要分布於大腸。

人體各消化器官的分段。圖/《生物學學理解碼》。

破除大腸桿菌的刻板印象

◎一般腸道內的大腸桿菌與人體互利共生,大腸桿菌通常不致病。
◎部分種類的大腸桿菌菌株會引起食品中毒,稱為病原性大腸桿菌。致病性大腸桿菌常是透過細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,或是如大腸桿菌 O157 : H7 透過內毒素,破壞腸道與腎臟。
◎人體的上消化道細菌菌落較為稀疏,下消化道中以大腸分布的菌落最多,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍。
◎大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在小腸的迴腸段中數量較多,但主要仍是分布於大腸。

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情資來源:

 

 

 

本文摘自《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,紅樹林,2019  年 3 月出版。

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PanSci_96
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