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如果地球是個硬碟,生命如何創造資訊彼此溝通?《阿凡達》展現的生態文明──泛生態科幻系列(2)

oeo
・2018/07/15 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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本文為系列文章,在此之前你可能會想先看看 人類該如何學習自然而變得文明?—那些含有「泛生態」意涵的科幻作品發想與凝望

由核心概念到描述細節,在電影《阿凡達》(Avatar) 在科學科技設想描述上都是不折不扣本系列希望介紹的「真生態科幻」概念代表性的入門作品,尤其在主角人物與植物網路的通訊、生物溝通的情節刻劃。

圖/imdb

在這個故事中,地球人和納美人各自的象徵意義都很明顯。人類在耗盡地球資源後轉而掠奪外星領土,代表的是經濟利益和帝國主義的入侵;而納美部落好比荒野里的原住民,是所謂欠發達的原始文明。這樣從第三世界批評視角來看,凸顯的是國際上發達地區和欠發達地區在承擔環境代價方面的不平等。另外一個重要的點在於納美部落類似泛神論的信仰,包含了 Aldo Leopold 大地倫理學和 Albert Schweitzer 敬畏生命的思想,提倡生態整體主義中將自然萬物視為一體的觀點,而人類也該是其中的一部分。

事實上,科幻作品甚至科技命題中,生物、生態不該只是怪物、災難、背景、問題,而可以是主角、方向、主題、解答,不僅止於仿生學所精的探究與研發,更是涉及探討整體、文明層級的議題。綜觀凱文‧凱利這樣的科技評論家、歷史學家、生態學家所提出的評論,我想明列幾項生態文明的前提假設

  1. 科技(史)大於(先於、久於、早於)人類歷史
  2. 文明廣於人類國際(國家、帝國、明顯政體……)。史學家對歷史的批評常常忽略了眾生與生態。工業、資訊文明的發達也不代表之前的文明沒有工業、資訊。生態文明亦然。
  3. 世界不同於人類的所見所聞,人類屬於現今科學認知中,極少數(不到百分之一)主要依賴視覺、聽覺感知世界的生物種類,就接收化學刺激的能力而言,我們其實是白癡。相形之下,大多數其他生物則是天才。事實上,有 99 %以上的動物、植物、菌類和微生物都完全(或幾乎完全)仰賴一些特定的化學物質(費洛蒙)來和同類溝通,同時它們也可以藉著分辨其他幾種化學物質(阿洛蒙 allomone,或稱利己傳訊素)的不同,得知它們的獵物、掠食者和共生夥伴是屬於哪一個物種。如果人類依據其他感官如電磁地球、氣味大陸來探究世界、發展文明,是不是可能發展出迥然不同的世界觀?!
  4. 在生態網絡中,群體間的關係、相即(interbeing,彼有故此有,此成故彼成)重於個體單元。
  5. 地球是一個老久、經典、活躍、巨大的實驗室

被忽視的生態互動關係

近年非常多的新研究顯示,生物,尤其植物的感知與溝通,遠遠超出人類早期的認知與理解,例如專書《樹的祕密生命》、《樹木的祕密語言》、《樹之歌》當中,都有關於實際而非比喻植物之間、植物與其他生物之間訊息、作用的結盟與網路精彩介紹。生態學首重「關係」的這種立場與本質,遠因、近因探究本身,就非常值得未來文明尤其在溝通、通訊、資訊網路發展上作為典範與參考。但不幸的是也需注意生態學長期受化約主義主導,目前最被科學掌握、發現的範疇,仍以二元(例如兩種物種)相互式的關係為主,例如互利共生、偏利共生、捕食、競爭、合作等。但生態上的關係其實相當多樣,除了有直接、間接之分,也有三元、多元之實。但以目前生態的理解發現,要得以實際應用恐怕仍是是緩不濟急,如果未來要應用於人類科技,就表示要更積極、全面的解析與應用。

人類中心的文明與發展,問題並非限於道德、環境面相,更是嚴重的仍是科學、科技的問題。人類尺度觀點以視覺、聽覺為主,智慧屬於「腦」運作範疇容易忽略微生物、地下部生態、深海生態…等其他範疇。當我們提及「種子的勝利」、「樹木的智慧」很容易被歸類為文學形容筆法或是不夠「科學」,但科技通訊是否能學習參考生物彼此間的通訊;讓人想起「克羅原則 (Krogh’s principle) 」:每一個生理學中的疑問,都有某種生物最適合用於此問題的研究。

例子舉例來說,我們面臨的問題,解方很可能是一種非常稀罕、在遙遠偏僻的世界意外尋得的生物。例如,黃石公園溫泉裡的微生物具有能夠承受高溫的酵素,在分子與生物工程研究的過程中,此酵素讓許多研究得以進行。水晶水母具有的綠色螢光蛋白質的基因,是研究基因排列與細胞的蛋白質定位不可或缺的。不知道從什麼時候開始,跳蚤體內幫助彈跳的枝節彈性蛋白也成了市面上具高乘載能力的可再生原料。……果蠅和擬南芥屬的阿拉伯芥,為現今生物研究中最重要的模式生物,而水母的螢光蛋白質與螢火蟲的螢光酶,是分子生物學中不可缺少的工具。雜種楊樹因其缺乏抵禦土壤桿菌的抵抗力而不被林業使用,但對於樹木的分子研究卻相當重要。

對過去的科學界來說,這些都是意想不到的驚喜。而人類學家深知,所謂文明上的古老、傳統、原始、落後、舊有、長久……都不是同義詞,也不必然並陳,納入生態的文明省思與前瞻可就無限寬廣了。

生態–電子計算與網路的願景

《阿凡達》此類作品,也提醒我們從「生態–電子計算與網路」向度思考科技發展與願景。《科學人》2015年 No.165,希達哥 ( Cesar A. Hidalgo) 在〈當地球是個大硬碟〉一文中,提及:

「樹木知道何時開關基因以對抗寄生蟲、生根長葉,藉此我們可以把樹木想像成一台計算機。同理,把地球視為一台硬碟,人們產生的資訊是否快把它塞爆了?」

「儘管生命已經演化數十億年,而人類的文化活動也有數千年之久,若我們把資訊定義成某種『秩序』 (order) ,計算整個地球的資訊量,便會發現地球這個大硬碟還大有空間。這個『想像實驗』道盡了宇宙秩序產生的諸多有趣事蹟。整體來說,由於熵 (entropy) 持續增加,宇宙極度敵視秩序的產生,但資訊仍會隨著時間增長。」

「希爾伯特 (Martin Hilbert) 和羅培茲 (Priscilla Lopez) 在2011年的研究,當時兩人分別在南加州大學以及西班牙加泰隆尼亞開放大學。他們把地球上所有的文字、圖片以及影音檔案的文化資訊量做了推算,得到的結論是,截至 2007 年為止,人類已經儲存了 21021 位元。但地球上的資訊量其實遠比這些文化資訊量還多,舉凡人類設計的物體(例如你的汽車和鞋子)或生物系統(例如核糖體、粒線體和DNA)都是資訊的展現。事實證明,地球上的大部份資訊是以生質 (biomass) 的型式儲存。根據羅伊德的公式,我估計地球大約含有 1044 位元;這數字看似很大,但只佔地球容量的九牛一毛罷了。即使人類每年持續增加 1021 位元的資訊量,就算花上宇宙年齡的一兆倍,離塞爆地球硬碟的時間還是差遠了。」

「一旦把地球想成是硬碟,我們還可由此獲知另一個更驚人的天機:秩序的產生雖然遭逢重重阻礙,資訊還是會逐漸成長。今日的地球硬碟比昨天或10億年前塞了更多資訊,原因之一是生命的出現,生質包含了一大堆資訊,但地球上秩序的成長也是基於文化資訊的產生。」

阿凡達展現的生態文明:物種的溝通交流

《阿凡達》也呈現出語言與溝通在親疏甚至敵我關係界定中,塑造了文明的重要影響。如果說潘朵拉星球稱得上是很初階的生態文明,其中一個成立要件就是優勢智慧生物能和其他生物溝通並加以利用。詩意一點的說法即是:他們聽得懂眾生的話!

在阿凡達的文明中,他們能與其他生物溝通。圖/imdb

因為無視或不懂他人或別種生物的語言,科技、文明發展很自然地就會排除、忽略甚至對立於他人或別種生物。現今的社會發展,如果和機器的溝通與「語言」蓬勃發展,和他人或別種生物的溝通與「語言」卻逐年消減,我們真的會有機會建立一個建全平衡的高科技文明嗎?

人類語言的詞彙多樣性和大自然相生相息,《從世界變得寂靜開始》一書提及芬蘭的拉普蘭人沒有一個專門的詞稱呼馴鹿,而是每個年齡層的馴鹿都有不同的名稱。密克馬可語是美國北部最東北部所使用的阿爾岡昆語族中的一支,它是由樹名的音調所發展出來的語言,根據秋天時風吹過樹冠所發出的聲音。內亞島上逾百種的當地語言中,光是當地鳥類名稱,就有上百種的說法。巴布亞皮欽語族中的克里奧語裡的小鳥就分成兩種:白天的小鳥和晚上的小鳥。許多名稱在現代往往也都隨著動物滅絕而消失。卡羅來納長尾鸚鵡滅絕後,德拉瓦族的語言中,用來稱呼牠的詞彙是「忘了」。在復活節島上的當地語言中,隨著倒周圍的水域乾涸,海豚的名字也消失了。這些都在在證明:生物生態及其科學的興衰必定影響人類科技、文明的興衰。

積極探究、學習甚至參與、融入眾生的溝通與通訊,對人類自身與文明整體必定有所豐富與助益。我們所喜歡的「天籟」,其實也只是大自然中的一小部分聲音而已。

依照生態學大家愛德華.威爾森所言:1

「許多昆蟲都仰賴紫外光生活,例如,蝴蝶就是憑著花瓣所輻射出的紫外光尋找花朵。而在地底下,植物的小根和真菌菌絲也不斷散發出一縷縷氣息,之後便滲入落葉層和土壤的隙縫中。每個地方的氣味都不相同。即使兩地之間相距只有一毫米,也各有各的氣味。這些氣味形成了各種不同的模式。螞蟻和其他小型無脊椎動物能夠藉此便認自己所在的位置,但人類貧乏的感官卻無法察覺。」

「生物並不只是把費洛蒙釋放到空氣和水中,讓其他生物能夠接收到而已。事實上,它們會很精準的針對特定的對象發送訊息。如果你想了解任何一種費洛蒙溝通方式,得要有『信息素作用區(active space) 』的概念。當氣味分子從源頭(大多是動物或其他種生物體內的某個腺體)往外飄散時,會形成羽毛狀的煙雲。其中心的氣味會維持一定的濃度,足已被同類偵測到。經過數千或數百萬年的演化之後,每一種生物所釋放的氣味分子都有特定的尺寸和結構,在不同的信息中所釋出的分子量也不同,同時接收者的嗅覺對這些氣味也很敏感。」

參考生物的嗅覺能力,讓資訊邁向新里程

在地球上所有使用費洛蒙的生物中,螞蟻可能是最先進的一種。圖/vlada11@pixabay

單是慎重參考生物感測當中的嗅覺,資訊、通訊、網路理論與應用就很有可能邁向嶄新里程。例如只要每一立方公分中有一千三百萬個某種的性費洛蒙分子,就能促使一隻雄性的印度穀蛾(Indian meal moth)採取行動。若干蛾類彼此之間的性費洛蒙差異非常的細微。品種相近的蛾可能只差一個原子,或有沒有雙鍵、雙鍵的位置在哪裡等等,有時甚至只差一個同分異構物。「信息素作用區」是從雌蛾體表的某一個點開始,然後逐漸擴張,之後又漸次縮小,到了另外一個點之後便消失了,形成一個大致上是橢球形(有如紡錘狀)的實體。而爬蟲類「雄性的響尾蛇會尋著費洛蒙的氣味找到願意和牠交配的雌蛇。同時,無論雄蛇或雌蛇都會不停的吐蛇信,嗅聞地上的氣息,因此可以很精準的追蹤並撲殺花栗鼠,就像獵人可以很精準的用他的槍瞄準一隻綠頭鴨並加以射殺一般。」1

「動物之所以演化出『信息素作用區』,除了要達成交配和辨識的目的外,也是為了要傳達各式各樣的資訊。遇到敵人來襲時,兵蟻會釋放出具有警告作用的化學物質,將此一情況告知同一窩的螞蟻。相較於性費洛蒙和和追蹤費洛蒙,這類化學物質的結構很簡單,而且釋放出的量很大,」

「(信息素作用區)也行進得又快又遠,因為這個時候不僅沒有必要顧慮到隱私,最好還能讓敵我雙方同時都聞到,而且愈快愈好。其目的是,讓更多的同巢夥伴提高警覺並採取行動。兵蟻在偵測到警告費洛蒙之後,會做好戰鬥準備、衝上戰場,負責養育幼蟻的工蟻則會將小寶寶搬運到蟻窩的深處。」

如上述這種分類、分級、分流的資訊技術,不禁讓人想起現今人類資訊科技安全隱私的困境、常用一套規格、技術解決根本上多樣且不同的需求與問題,如能參考生物技術,會否能帶來有劃時代的革新?

根據威爾森的觀點,「在地球上所有使用費洛蒙的生物中,螞蟻可能是最先進的一種。牠們的觸角上的嗅覺和其他感覺受器,比目前已知的任何一昆蟲都多。牠們在社會生活中會用到十至二十種(視螞蟻的種類而定)費洛蒙。每一種費洛蒙所傳達的意義都不相同。不僅如此,牠們還可以同時分泌多種不同的費洛蒙,以產生較複雜的信號。隨著分泌的時間或地點不同,這些費洛蒙所代表的意義也會改變。同時,牠們也可以改變費洛蒙分子的濃度,藉以傳達更多的信息。有幾種植物也會用費洛蒙溝通。至少它們可以藉此知道鄰近植物所發生的危難,並採取行動加以回應。」

「有幾種植物會受到蚜蟲(北方溫帶地區特別常見的一種昆蟲,牠們會吸取植物的汁液,並可能因此而造成嚴重的損害)侵擾。每當此時,這些植物便會開始分泌費洛蒙。這些費洛蒙飄散到空中後,不僅會刺激鄰近的植物分泌防禦性的化學物質,同時還會吸引那些喜歡寄生在蚜蟲身上的小黃蜂前來。有幾種植物還會使用另一種防禦方式:它們會透過共生的真菌(這些真菌會同時纏繞在幾棵植物的根上,使它們彼此相連),把它們受到攻擊的訊息傳送到其他植物那兒。」

就連細菌也會以類似分泌費洛蒙的方式進行溝通:「關於菌落的形成,目前科學家研究得最多的,乃是「生物膜」(biofilm)形成的現象:自由遊動的細菌會群聚在某個表面上,並分泌出一種物質包住一整個菌落,加以保護。我們的四周和人體之內,到處都是這類微型的社會組織,其中最常見的包括:浴室裡未經清洗的表面所形成的污垢,以及當我們刷牙刷得不夠乾淨時,牙齒表面所形成的牙菌斑。」

《科學人》No.170,高登 ( Deborah M. Gordon) 在〈小螞蟻大數據〉中也提及:「地球上每片陸域棲地都有螞蟻生活的蹤跡,種類超過1萬4000種。」而作者發現:

「每一種螞蟻所使用的互動機制都不同」。

「螞蟻從來就不會齊步行軍,也不會聽從單一指揮官的指揮」。

「蟻群並非唯一不需要中央控制的系統。這類集體行為隨處可見,例如天空中盤旋飛舞的大群椋鳥、讓你可以閱讀這個句子的神經網路,以及與基因作用而製造出蛋白質的分子。不管是螞蟻、椋鳥、神經元或小分子,這些集體行為都是透過個體間簡單的互動達成的。」

人類在非常近期才發現我們所居住的這個世界其實充斥著費洛蒙,由於人類的眼目和耳朵遠離了幾乎所有其他的生物。在地球的生物當中,超過 99%的物種體積都非常微小,並且貼近地表,遠低於我們感官所在的位置,因此很難被我們所注意到。

但是科學科技並非「贏者全拿,亙古不變」,或許未來會出現某些時空背景,能夠讓我們如阿凡達的世界中一樣利用生態系的模式進行溝通;在各種條件成熟的情境下,生態中的各種生存、生活「解決方案」也許正是我們人類在溝通、通訊、資訊、網路發展的真正高科技處方!

參考資料:

  1. 《人類存在的意義— 一個生物學家的思索》

本文為系列文章,後續請見:

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森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

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「阿凡達療法」:改善幻聽的替身科技
胡中行_96
・2022/06/13 ・3663字 ・閱讀時間約 7 分鐘

2009年風靡全球的電影《阿凡達》(Avatar),預計將在2022年底推出續集《阿凡達:水之道》(Avatar: The Way of Water)。當年第一集的劇情裡,下半身癱瘓的男主角,透過控制他的替身,而得以重新站起來。[1, 2]片名的英文單字「avatar」原有多重涵義,例如:虛擬世界的替身、印度教神祇的化身、代表某概念的人物等。[3]在現實世界中,以替身來彌補殘疾的概念,正是科技發展的潮流。2018年日本的Avatar Work技術,讓身障者從遠端操控機器人OriHime-D,為咖啡廳的客戶服務。[4]在不遠的將來「元宇宙」(metaverse)中的「虛擬替身」,也能給他們更便利的社交空間。[5]然而,有沒有什麼替身科技,是為精神障礙人士量身訂製的呢?

日本的Avatar Work技術,讓身障者從遠端操控機器人OriHime-D,為咖啡廳的客戶服務。(來源:LTN on YouTube)

「阿凡達療法」

2008年英國的Julian Leff教授(1938-2021),為思覺失調患者發明了「阿凡達療法」(AVATAR therapy)。[6, 7, 8]思覺失調(schizophrenia)為一種嚴重的精神疾病,主要症狀包括:妄想、幻覺、躁動和缺乏組織的言行等。[9, 10, 11]幻覺影響的範圍涵蓋聽覺、視覺、嗅覺、味覺與體感,但以幻聽最為普遍。[11]病患會聽到有人對他們講話,態度或友善無害,或殘忍傷人。[10]嘗試「阿凡達療法」的病患,用電腦為自己幻聽的聲音,設計虛擬替身,並與之對話。在醫師的引領下,病患被鼓勵挑戰這些聲音替身,並逐漸掌控全局。[8]

阿凡達療法:在醫師的引領下,思覺失調病患與自己設計的幻聽替身對話。(來源:King’s College London on YouTube)

療程規劃

從2013年起,「阿凡達療法」的研究進展,便不斷地被發表在各大學術期刊上。[8]2020年牛津大學出版的《思覺失調快報》(Schizophrenia Bulletin),介紹近年的臨床試驗,招募了幾十名「妄想型思覺失調」(paranoid schizophrenia)、「情感性思覺失調」(schizoaffective disorder)和其他精神疾病的受試者,來體驗這種療法。其療程全長6週,每週進行一次,每次60分鐘。單次治療分為三個部份:[12]

阿凡達療法:醫師(左)與病患(右)分別看著自己螢幕上的替身(上),隔牆對話。圖/參考資料12

一、對話之前(Predialogue)

醫病雙方討論並決定對話的主題。[12]

二、主動對話(Active dialogue):[註1]

在早期的治療中,約佔5分鐘,之後會增加至10到15分鐘。醫師與病患分別坐在兩個房間裡,但能直接對話。[12]這個部份又包含二個階段:

  • 第一階段「暴露與自我肯定」(Exposure and Assertiveness):[註2]螢幕上的虛擬替身,原文照錄講出病患所提供的幻聽內容。其中可能包含批評、侵犯、敵對的言論,甚至是要求病患傷害自己或他人的命令。同時,醫師則從旁支持病患,以自我肯定的態度作出回應。[12]這個階段療法的功能:
  1. 「減敏作用」(desensitisation):降低對刺激的反應。[12, 13]
  2. 「違反預期」(expectancy violation)
  3. 放棄「安全行為」(safety behaviors):有些人在焦慮的情況下,會採取某些保護措施,來避免預期的災難發生,就算它其實並不存在。這些過度的行為,是可以被剔除的。[14]
  4. 削減「制約恐懼反應」(conditioned fear response):典型的制約恐懼,是將令人厭惡的刺激(例如:閃電),與中性的事物(好比:聲調)做連結。結果不管看到前者或後者,都產生同樣的恐懼。[15]這樣無意義的連結,應該被弱化。

受試者的焦慮,在上述的暴露過程中,會得到緩解。當第一階段進行到尾聲,隨著他們的權力感漸增,虛擬替身也會小心配合,以和解的姿態出現。[12]

  • 第二階段「關係、發展與情緒處理」(Relational, Developmental and Emotional Processes):在對話中導入自傳性的內容,試圖創造生命的意義,解決過往創傷,並重拾力量。受試者練習對抗幻聽(替身)的壓迫,由爭執中抽離,不從「它」或別人的角度看待自己。其中有些人藉此重塑被歧視的經驗,並接受自我;與幻聽中逝者的聲音(替身)對話,以撫平傷痛;或是勇敢面對羞愧自責的內在情緒,準備重新融入社會。結束前,則聚焦未來,討論對病患有意義的復原計劃。[12]

三、對話之後(Postdialogue)

在整個療程的最後,醫師會陪伴病患檢討對話的內容,並提供後者一份錄音。[12]

進行中的臨床試驗

有了上面的經驗,研究團隊於2021年5月的《試驗》(Trials)期刊,分享了目前依然在進行中的臨床試驗。這回招募的受試者多達幾百人,以隨機方式拆做二組,參與原版(6週)或第二代加長型(12週)的「阿凡達療法」。初步結果會在第16和28週驗收,再進行分析。研究團隊COVID-19疫情期間排除萬難,努力照計劃執行。[16]整個臨床試驗預計在2023年10月底結束,可能2024年才會發表論文。[17] [註3]

因此,在等候電影《阿凡達:水之道》問世的同時,某些醫療專業人士和精神病患們,也對第二代「阿凡達療法」的試驗結果引頸期盼。

備註

【註1】哲學家Risto Hilpinen給「主動對話」(active dialogue)的定義,是「非由單方主導,參與的雙方僅使用間接的評論」,給允對話者選擇主題的自由,並容許討論在轉折的時候,不會打斷思路。[18]

【註2】網路上有許多英文單字「assertiveness」的中文翻譯,國家教育研究院建議的版本是「率直」,而教育部教育百科的說法則為「自我肯定」,本文採用後者。[19, 20]

【註3】一般臨床試驗的規劃,在主要治療期之後,還會回診檢查或填寫評估問卷,所以試驗的總長度超過治療期是很正常的。大型臨床試驗會在多個地點分頭進行,就算受試者參加的是同地點的試驗,也有可能在招募期的不同時間點加入。因此,對單一受試者來說,臨床試驗總長僅數週或數月;但研究團隊可能要花數年,才能完成所有受試者的療程、追蹤和數據分析。

參考資料

  1. Avatar (2009 film) (Wikipedia, 2022)
  2. Avatar: The Way of Water (IMDB, 2022)
  3. avatar (Merriam-Webster, 2022)
  4. Avatar Work: Telework for Disabled People Unable to Go Outside by Using Avatar Robots “OriHime-D” and Its Verification (ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction, 2020)
  5. Is The Metaverse Likely To Be Accessible And Inclusive Of People With Disabilities? (Forbes, 2022)
  6. AVATAR therapy for auditory verbal hallucinations in people with psychosis: a single-blind, randomised controlled trial (The Lancet Psychiatry, 2018)
  7. Julian Leff obituary (The Guardian, 2021)
  8. Avatar Therapy (Avatar Therapy Ltd, 2021)
  9. Schizophrenia (Mayo Clinic, 2020)
  10. Symptoms of Psychosis (Early Psychosis Intervention, 2022)
  11. Hallucinations and hearing voices (National Health Service, 2022)
  12. AVATAR Therapy for Distressing Voices: A Comprehensive Account of Therapeutic Targets (Schizophrenia Bulletin, 2020)
  13. Desensitization (APA Dictionary of Psychology, 2022)
  14. Safety behavior (APA Dictionary of Psychology, 2022)
  15. Fear conditioning (Nature, 2022)
  16. Optimising AVATAR therapy for people who hear distressing voices: study protocol for the AVATAR2 multi-centre randomised controlled trial (Trials, 2021)
  17. Optimising AVATAR therapy for distressing voices (ISRCTN, 2021)
  18. Rationality in Science: Studies in the Foundations of Science and Ethics (p. 128; Springer Science & Business Media, 2012)
  19. 率直性訓練模式Assertiveness Training Model (國家教育研究院,2012)
  20. 詞條名稱:自我肯定訓練(Assertiveness_training)(教育百科,2014)

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胡中行_96
63 篇文章 ・ 23 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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「萬物聯網」近了—— 5G 核心網路如何實現人類更美好的生活?
科技大觀園_96
・2022/01/07 ・3034字 ・閱讀時間約 6 分鐘

當大家開始大量使用美食外送平台 foodpanda 及 Uber Eats 的服務,可能沒有特別注意到,這是因為 4G 結合手機定位功能,才能打造完善的平台服務;2020 年起台灣全面進入 5G 世代,愈來愈多民眾開始享受 5G 服務,但 5G 除了傳輸速率更快以外,對我們的生活會產生何種翻天覆地的改變?

我們特別專訪開發出全球第一套開放原始碼(Open Source)5G 核心網路軟體 free5GC 的陽明交通大學資訊學院院長陳志成,以他橫跨學界與業界的豐富經驗,不只為我們解析 5G 的技術優勢及應用領域,也將闡述 5G 核心網路對台灣產業的重要性;以及年輕學子應如何從 5G 的發展趨勢中,找到適合自己的職涯方向?

5G 更快的傳輸速度擴大應用層面

「過去從 1G 到 4G,主要都是服務『人』,到了 5G 世代,服務對象多了形形色色的機器。」陳志成一語道破 5G 與過去幾代行動通訊技術的最大差異。

5G 不僅擁有比 4G 快出約 100 倍的網路傳輸速度,更擁有低於 1 毫秒的網路延遲,且可支援上萬裝置的連結,這些特性讓 5G 帶來通訊網路架構的革新,也創造出更多元創新的行動網路服務,更多的物聯網、車載、穿戴式裝置都將加入到 5G 網路中。「不管是路上的車輛、智慧工廠中的機械手臂、遠距醫療的手術刀,都得靠 5G 的技術優勢才得以完整實現。」陳志成這麼說。

他進一步舉例,現在醫療機構在傳輸病理切片影像時,因為有些檔案可高達 10GB,經常傳了一分鐘還沒有成功,讓醫生等得不耐煩,後來乾脆採用傳統的燒製光碟方式再交給醫師讀取,這時就很需要 5G 的高頻寬;又如汽車行駛在馬路上,與其他汽車、道路基礎建設之間,如可透過超低延遲的 5G 來溝通,就能掌握彼此的位置及距離,甚至在事故發生之前即時警告,提高行車安全與便利。

和 4G 相比,5G 對我們的生活產生的影響會更大。陳志成解釋說,5G 不再只屬於電信通訊產業,其與任何產業都有關係;例如教育產業可透過 5G 實現更完整的遠端教學,讓學生擺脫學習時間與空間的限制;在醫療產業,過去基於安全考量未能實際應用的遠端外科手術,也因為超低延遲的 5G 未來得以成真;一般民眾因為疫情無法線下交流,也可透過 5G 支援的擴增實境/虛擬實境(AR/VR)技術,就像實體互動一樣真實。

陳志成指出,5G 不再只屬於電信通訊產業,其與任何產業都有關係圖/Pixabay

不只做手機、基地台,臺灣也能自製核心網路

從 4G 邁入 5G,技術架構與應用層面都產生巨大的變化,也讓核心網路的重要性日益受到關注。

用手機打電話或上網,背後所運用到的技術可統稱為「通訊系統」,通訊系統可大致分為三部分,分別是「終端(手機)」、「基地台」與「核心網路」,而「核心網路」相當於是整個通訊系統的地基,當核心網路串聯基地台後,才能處理終端發出的請求,或連結其他網際網路資源。

5G核心網路運作示意圖。圖/free5GC

「一般民眾只注意到手機終端與基地台,但背後的核心網路在 5G 時代扮演關鍵角色。」陳志成強調,5G 時代核心網路不僅負責資料傳輸、安全認證、行動漫遊等功能,更可透過軟體化、虛擬化等技術,滿足高客製化、多元化的應用需求。

不過,在整個通訊產業鏈中,過去 20 多年來台灣僅在手機及終端裝置較有著墨,進入 4G 世代後才開始有較多台廠投入小型基地台,至於在核心網路方面則是一直缺席,一旦基地台需要與核心網路進行介接測試,往往必須看諾基亞(Nokia)、愛立信(Ericsson)、華為等國際大廠的臉色,讓台灣廠商頗有怨言。

所幸由陳志成帶領的通訊服務與軟體研究中心(The Communication Service/Software Laboratory;CS Lab),獲得科技部支持,歷經多年研發,於 2019 年開發出全世界第一套完全依照 3GPP R15 標準的 5G 核心網路開源軟體 free5GC,可應用於多元的 5G 專網應用場景,讓核心網路不再成為台灣 5G 產業鏈的致命傷,也補齊了最後一塊關鍵拼圖。

成立新創公司禾薪,瞄準 5G 專網商機

事實上,陳志成從 1998 年取得美國紐約州立大學水牛城分校資訊工程博士後,就加入前身為貝爾實驗室(Bell Labs)的 Bellcore(後更名為Telcordia Technologies),專注於核心網路的研發,從 3G、4G 一路做到 5G,至今已有超過 20 年的時間。

讓他大感意外的是,free5GC 推出之後,在業界獲得的迴響比學界更多。由於深刻感受到業界對核心網路的高度需求,加上政府、學校都非常鼓勵其成立新創公司,因此該團隊在 2021 年 4 月成立了禾薪科技,並以布農族語的玉山(Saviah)為公司英文名,藉以凸顯是來自台灣的技術。

「這次創業其實不在我原先設定的人生目標中,但我們認為以公司型態運作,比實驗室更有資源與能力來支持合作夥伴!」陳志成說出其步上創業之路的背後動機,「現在台灣終於可以掌握 5G 產業的一條龍技術,不再像過去總是綁手綁腳,經常要受制於外商。」

放眼市場的競爭者,目前除了傳統國際電信設備大廠以外,許多網路及軟體業者也都積極介入,例如微軟(Microsoft)連續收購 Affirmed Networks 及 Metaswitch,而思科(Cisco)也摩拳擦掌。

「因為核心網路的門檻很高,全世界的競爭者屈指可數,台灣也僅有我們與資策會兩個團隊是自主研發的。」陳志成強調。由於 free5GC 佈局很早,目前在日本與美國市場均有商業化導入,合作夥伴則包括中華電信、明泰、鈺登、智邦、研華、四零四科技、辰隆、仁寶等台灣廠商,以及英特爾(Intel)、富士通(Fujitsu)等國際廠商,在台灣 5G 國家隊的團隊合作下,未來有機會與微軟、思科等國際大廠一較高下。

陳志成表示,現階段電信業者主力仍在提升 5G 基地台的覆蓋率,下個階段則將走向各種垂直應用,預期 5G 專網市場也將逐步起飛。據 IDC 等研究機構統計,2025 年台灣將有五成的企業採用「5G 企業專網」,其中以半導體產業及相關高科技領域佔多數,換算起來屆時台灣將有超過 3,400 家企業建置 5G 專網,相關商機值得期待。

Antenna, Antennas, Base, Building, Cell, Directional
電信業者正積極提升 5G 基地台的覆蓋率,當網路建構完整後,預期 5G 專網市場也將蓬勃發展。圖/Pixabay

小資訊無所不在,跨領域人才搶手

在 5G、人工智慧的時代,資訊科技與各行各業的融合日益深化。陳志成強調,資訊早期是從數學、電機領域分出來,但現在資訊已經無處不在,選擇資訊科系的發展空間很大,出路也愈來愈多元化。

對於年輕學子的學習有何建議?他認為應該從小培養邏輯思考能力,不見得要會 coding,但可以學習用程式工具來解決人腦不易解決的問題,另外則要多方嘗試學習,儘早找到自己的興趣。

陳志成以自己一輩子專心做好一件事——核心網路的經驗為例,鼓勵學子深耕有興趣的一個特定領域,鑽研久了就有機會做出一些成績;另外他也以美國大學教育的發展趨勢提醒大家,資訊與各領域的結合日益普遍,例如資訊加心理、法律、政治、經濟、使用體驗、商業、工程、醫學等,「如果資訊科系的學生能適當培養跨領域能力,未來在就業市場一定會有更好的競爭力。」

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科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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「精液求精」的果蠅!情慾交流後擇偶變得更挑剔?
寒波_96
・2021/09/18 ・4154字 ・閱讀時間約 8 分鐘

繁衍後代是生物的大事。動物在兩性生殖行為中,耗費資源比較少的那邊(通常是男方),一般沒那麼在意對象,更重視多多嘗試,啊嘶~;耗費資源更多的那邊付出較多(通常是女方),會更加謹慎擇偶。

然而,謹慎過頭也有風險,等呀等呀等呀,萬一一直等不到夠好的對象怎麼辦!?

等到花兒都謝了⋯⋯圖/GIPHY

一項新發表的研究報告指出,女果蠅有一套巧妙的調節方式,會在交配以後改變行為,從來者不挑變得挑剔,藉此平衡兩種擇偶策略的風險,甚至調和兩性利益的衝突。

交配不一定受精,「精液求精」的果蠅

果蠅有好幾千種,這兒說的是最常見,會在垃圾桶出沒的「黃果蠅(Drosophila melanogaster)」,也是研究眾多,廣泛使用的模式動物。

打字的時候,「精益求精」很容易打錯成「精液求精」,不過這用在果蠅身上卻是正確的。果蠅在情慾交流時,由男生求偶,女生同意才能進行。交配後女生不需要馬上受精,可以將精子先存起來,再找對象交配,追求更精英的精液。

理論上,由於不用立刻受精,可以精液求精,所以女果蠅能透過切換擇偶策略,解決「求有又要求好」的矛盾。當果蠅還是處女的時候,她們不挑對象,碰到男生就接受,先搜集精子;之後再提高標準,遇見更優質的男生才答應再度交配,獲得更棒棒的精子。

理論未必符合現實,不過新論文透過一系列實驗證實,理論的預測是正確的。

對女果蠅而言,交配只是增加一個機會,不一定要受精。圖/Why fruit fly sperm are giant

有性經驗之後,擇偶變得更挑

黃果蠅有好幾款品系,這項研究用的女生是 Canto-S,男生選用來自非洲西部的 Tai,以及荷蘭的 Netherland(簡稱 NL)。實驗發現,處女果蠅選擇兩者的機率差不多,但是再度交配時,她們卻幾乎只會選 Tai。

也就是說,沒有性經驗的女果蠅比較不挑對象,有性經驗後變得更挑。這有兩個可能原因,第一個是:沒有性經驗的處女果蠅還不懂男生優劣,要在交配過有經驗以後,才懂得挑選好對象❤️

處女果蠅不挑男生,Tai 和 NL 獲選的機率差不多;之後卻幾乎只選擇 Tai 男生。圖/參考資料 1

果蠅交配時,隨著精液進入體內的除了精子,還有一些其他物質,如「性胜肽」(sex peptide,簡稱 SP);而女生的性胜肽受器(SP receptor,簡稱 SPR)接收後,會改變某些生理狀態。

比較發現,「沒有性胜肽受器的女果蠅」,再度交配時不會變得更挑剔;而處女果蠅和「缺乏性胜肽的男生」交配後,再度情慾交流時的擇偶標準,仍然跟處女時一樣。

所以,由這些實驗看來,女果蠅交配後擇偶變嚴格這回事,和性經驗無關,光有性經驗不足以改變行為。因此另一個可能才對:女生變得更挑,是神經化學反應所致。

公式化,不浪漫 QQ 💔

處女果蠅更容易被性刺激,交配後不那麼敏感

女果蠅交配以後,受到性胜肽影響,體內的賀爾蒙「青春激素」(juvenile hormone ,簡稱 JH,也翻譯作保幼激素)會增加,有促進卵細胞生成等效果。

模擬青春激素的 methoprene,讓處女果蠅的偏好變得更強。圖/參考資料 1

擇偶行為的改變,跟青春激素有關係嗎?有種叫做 methoprene 的化合物,化學結構和青春激素很像,可以模擬青春激素的作用。研究發現,餵食 methoprene 給沒有性經驗的果蠅,結果她們也變得更挑,證實青春激素會影響擇偶標準。

女生挑男生,必需懂得分辨,女果蠅怎麼分辨男男間的不同?果蠅用體外的訊號分子——費洛蒙來溝通。實驗指出,缺乏嗅覺受器神經元 Orco 的突變果蠅,不會在有性經驗後變得更挑,表示訊息是透過嗅覺相關的神經訊號傳達。

果蠅有很多個嗅覺神經元,分別接受不同外在刺激,接通不同線路。之前知道黃果蠅女生,有 3 個嗅覺受器(olfactory receptor)對男生的費洛蒙會起反應:Or47b、Or67d、Or88a,而實驗得知,其中只有 Or47b 突變後會改變擇偶行為,可見它應為關鍵。

測試 Or47b 神經元被棕櫚油酸刺激的程度,比起處女果蠅,交配後的女生反應更不敏感。圖/參考資料 1

實測不同的化合物後發現,神經元 Or47b 會對棕櫚油酸(palmitoleic acid)起反應,因此棕櫚油酸可以作為費洛蒙的角色。有趣的是,女生情慾交流過後,Or47b 再被棕櫚油酸刺激時,敏感度會下降一半。

也就是說,棕櫚油酸是男生激發女生性慾的一種訊號;而女生交配過後,對棕櫚油酸的敏感度會降低,有力地解釋了為何她們不再那麼容易接受男生。

而 NL 男生不受歡迎的原因也找到惹:他們的棕櫚油酸含量只有 Tai 男生一半;若是人為替 NL 男生外掛棕櫚油酸,他們被非處女果蠅青睞的機率也會上升。

相對來說,如果弱化青春激素的受器功能,交配後的女果蠅也會傾向在處女時不挑的狀態。

先交配再精液求精,兼顧求有以及求好

綜合上述實驗推論,處女果蠅的嗅覺神經元 Or47b 較為敏感,只要男生有棕櫚油酸就會接受。交配以後,青春激素的增加使得 Or47b 不再那麼容易被刺激;所以只有棕櫚油酸較高,性吸引力夠強的男生才會被接受。

大致是這個過程:處女果蠅交配以後,來自男生的性胜肽,讓女生的青春激素變多,影響嗅覺受器,降低性刺激的效果,使得女果蠅改為選擇費洛蒙更多的男生。圖/參考資料 2

演化上,這對女生有利,有效解決「求有或是求好」的矛盾。

求偶時女果蠅掌握主動,又可以儲存精子。比起一開始就精挑細選,更穩當的擇偶策略是,見到男生就先交配,蒐集一批精子,之後再「精液求精」挑選更好的對象,有更好的就用更好的;沒有的話,反正已經確保有精子可用。

擇偶行為的切換,對果蠅整體也有幫助。族群密度高,個體很密集的時候,男孩紙們競爭激烈,可供選擇的對象較多,女生可以慢慢挑,「一定有,就求好」,維持族群品質。

相對地,假如族群蠅口稀疏,沒什麼對象可以選,女孩紙至少先交配一次的設定,也能增加族群延續的機率。

倘若果蠅進入新的地盤,沒什麼同類可以情慾交流,「先求有」也有助於在新環境建立基礎,不容易滅團。

女男調控不同,解決兩性矛盾

論文這番推論聽起來非常合理,但是還有個需要解釋的環節。求有和求好的平衡,既然靠青春激素驅動,那麼我們也不能忽略,其實黃果蠅男生也有青春激素,而且作用和女生相反。

女生青春激素增加的效果是降低性慾,擇偶更謹慎;但男生的青春激素變多之後(一般會隨著年齡上升),效果反而是增強性慾。

由於生殖時付出的成本不同,女生和男生的利益有別。顯而易見,如果青春激素在兩性都促進性慾,對女生是傷害;可若是都抑制性慾,便換成男生不利。

實際觀察到青春激素「促進男生,抑制女生」的作用方式,確實是調和性別衝突(sexual conflict)的辦法。

果蠅有個調控基因表現、造成性別差異的轉錄因子 Fruitless,主要在神經系統作用。其蛋白質在兩性間會形成不同款式,男生版為 FruM,女生版則是 FruF。

男果蠅的青春激素增加後,男生版的 FruM 表現上升,刺激下游的離子通道 pickpocket25 表現(簡稱 ppk25),繼而增加嗅覺受器 Or47b 的敏感度,增加性欲。啊嘶~啊嘶~啊嘶~

女生不同。女果蠅的青春激素增加後,女生版的 FruF 表現同樣會上升,但是離子通道 ppk25 不為所動。這就使得 Or47b 的敏感度下降,達到抑制性慾的效果。啊~嘶~

目前仍不清楚,女生如何控制 Or47b 的敏感度,只能確定與男生的調控方式不一樣。同一個基因、訊號、刺激,在女生與男生的角色有別,便有可能造成兩性衝突,必需被紓解;而常見方式是,生物會透過兩性有別的機制調控。

值得一提的是,不少昆蟲其實都有青春激素,我們也已經知道它在不同情境扮演眾多角色,而這回又新得知一種;同一種化學物質,可以衍生出不同的用法,不侷限於一項功能,正是生命千變萬化的原因之一。

女果蠅擇偶行為的改變,和交配後不需要立刻受精密不可分;那麼,不能延遲受精的動物,又採取什麼手段,兼顧求有與求好的目標呢?這將是有趣的探討方向。

延伸閱讀

參考資料

  1. Kohlmeier, P., Zhang, Y., Gorter, J. A., Su, C. Y., & Billeter, J. C. (2021). Mating increases Drosophila melanogaster females’ choosiness by reducing olfactory sensitivity to a male pheromone. Nature ecology & evolution, 1-9.
  2. Escaping the choosiness trap
  3. Fruit flies lose their virginity lightly – and then become choosy

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。