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為實驗而生的動物們:國研院實驗動物中心專訪

Suzuki
・2019/08/30 ・4444字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

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為了圓人類的太空探索夢, 1957 年蘇聯將狗狗「萊卡」放在太空艙中,測試它對太空環境的耐受度,結果狗兒在進入太空後不久就中暑死亡。

在今年四月中國科學家將人類大腦發育基因植入恆河猴的腦部,試圖解開人腦的思考奧秘,但這個研究飽受各界質疑。生物倫理學家 Jacqueline Glover 更表示「不該創造一個在任何情況下都沒有生命意義的活體」。

講到動物實驗,你想到的是否都是以上的有倫理爭議的實驗?甚至浮現畫面,在蒼白的實驗室中、驚惶的小鼠逃竄……事實上,在越來越強調動物權利的現代,我們對於保障動物福利的要求已經越來越嚴格。那麼如何確保動物在實驗過程中不會承受過多苦痛?尊重實驗動物的福祉呢?這是個重要的問題。

國研院動物中心台北中心剛剛遷入的國家生技園區實驗動物中心大樓依山傍水,是全世界少數綠建築形式的實驗動物房。(照片提供:國研院動物中心)

本次我們專訪了今年剛剛新居落成的國家生技研究園區實驗動物中心,來一起看看,在第一線「養動物」的國研院動物中心,如何兼顧實驗需求與動物福祉吧!

要健康快樂實驗才可靠:實驗動物的五項基本權利

目前國際在動物實驗的進行與飼養皆有共識,以實驗動物經典書籍《人道實驗技術之原則》(The Principles of Humane Experimental Technique)為準繩,農委會在 1998 年訂定《動物保護法》。國研院動物中心飼育實驗動物與開發基因改造鼠,為生技與醫藥研究奠下基礎,並以推動台灣實驗動物福祉與教育努力。

國研院動物中心主任余俊強博士表示,讓動物身心健康,實驗結果才會可靠。目前國際上的共識,必須保障實驗動物五項基本權(5F):

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  1. 充足的食物和水(Freedom from Hunger and Thirst)
  2. 安穩的棲息空間(Freedom from Discomfort)
  3. 自由的表現本能(Freedom to Express Normal Behaviour)
  4. 放鬆的無憂生活(Freedom from Fear and Distress)
  5. 即時的醫療照顧(Freedom from Pain,Injury or Disease)

5F 與動物的生活品質息息相關,簡言之,飼養需考量到動物的「食、住、行、育、樂」。在居住空間上,每種體型的動物都有適當的生活空間,並有同伴一起住維持群居的特性。以掌心大小的小白鼠來說,牠們是住在鞋盒大小的飼育籠內,最多有五隻小鼠同伴當室友。

國研院動物中心目前的設計,每個飼育籠就如同一間間套房,除了飲水器、食物槽、吸濕的墊料外,還有「獨立空調」,能長年維持攝氏 22 度、濕度 50% 的恆定環境。動物房內對於照明、開關燈時間、噪音控制也有要求,確保動物能安穩的生活,也助於動物的繁殖。

維持動物房穩定並不是容易之事,需設置許多備援系統。國研院動物中心企劃推廣組組長秦咸靜博士表示,新的台北動物中心雖在今年一月完工,但為了測試系統對防水、防震與停電的應變就花了六個月,直至最近才將動物移過去,正式啟用設施。她說:「動物中心的系統絕對不能出錯,一出大錯就可能造成小動物的犧牲。」

在基礎設施完備下,國研院動物中心也準備玩具,如:提供棉花讓小鼠做小窩、給予木棒讓大鼠磨牙。對於膽小的動物,如:天竺鼠、兔子,則會播音樂讓牠們習慣有聲音的環境,盡可能滿足其本性,避免動物無聊到在籠子繞圈圈。

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大鼠們大口吃飼料的樣子(已融化)照片提供:國研院動物中心

每天國研院動物中心的人員也會值班,視察每隻動物的狀況。一發現動物不理毛、傷口癒合慢,出現違反動物常態的行為,便會請獸醫來幫動物檢查,確保動物的身心健康。

動物房內最「髒」的是人類

「動物房內最髒的就是人類!」秦咸靜博士解釋,人類身上常帶有機會性病源,機會性病源不是什麼厲害的角色,大都是在你免疫力弱時,對你發動攻擊讓你長口角皰疹、痘子;但為了動物的健康,人類進入動物房需要「滅菌」。

台北中心的動物房設計分為兩個隔離區,一是動物飼養區,二是備料區,準備動物食材與用品區。動物飼養區的要求比較高,工作人員需要洗澡,換掉內衣褲和衣服才能進動物房,實驗做到一半去廁所後,就要再洗澡進去。由於來回進出相當麻煩,工作人員常一進房就待上半天,相當辛苦呢!

所有小動物要進動物房前,要在外面的保溫箱內做檢疫,確認沒問題才能進去。動物房設計為「正壓」房,也是為了降低病菌流入。

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動物備料區的要求則沒那麼高,工作人員吹塵就可以進去,這區主要是協助動物籠具的清洗,還有實驗設備的消毒,工作人員大約一週為動物換籠一次。

國研院動物中心飼育環境的平面圖,進入藍色區域的動物飼養區前,工作人員需要洗澡換裝,而黃色滅菌區則是動物食材準備區,工作人員進入僅需要吹塵。(圖/簡鈺璇拍攝)

此外,細看動物房內裝潢,可發現地板相當光滑、一點接縫都沒有,這是為了避免細菌滋生。動物房天花板上的燈是不能在動物房內直接更換,工程人員必須走動物房上方的特別設計的「貓道」,由上而下換燈管。這樣的設計讓一般的檢修建築無需進入動物房,降低動物暴露在病菌中的機會。

飼養小鼠的動物房內地板光滑,沒有任何接縫,避免積灰塵。
(圖/國研院動物中心提供)
台北中心動物房的模型示意圖,可以發現動物房分兩層,有點類似樓中樓的設計,一層是飼育動物的區域,二層則是貓道,是讓維修人員走的,方便由上而下進行設備維修。(圖/簡鈺璇拍攝)

老鼠房內大都是木屑墊料的味道,一點都不臭呢!動物房內的空調系統,會高空排放動物房的氣體,所以國研院動物中心外什麼味道都沒有,而外面的氣體進入也要層層過濾。

工作人員每天都會巡房、紀錄,確保每隻老鼠的狀況,圖為母鼠哺育幼鼠的情況。(照片提供/國研院動物中心)

人道實驗三原則:替代、減量、精緻化

許多人在高中生物課都有解剖青蛙的經驗,留下了動物實驗人人可以執行的印象。但其實,目前依據《動物保護法》規定,高中以下學校不得進行課綱外足以使動物受傷害或死亡的教學,而為研究所執行的動物實驗,更是需要經過審核才可以執行。

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實際上執行動物實驗的規劃,必須符合人道實驗的 3R 原則:替代(Replacement)、減量(Reduction)、精緻化(Refinement)。

  • 替代(Replacement)分為直接或間接替代。直接替代就是不要做動物實驗,除了醫學和研究等必要實驗外,許多實驗是有替代方案,像是化妝品能用體外培養的皮膚細胞來做敏感測試,測試功效的保健食品也可用人類做實驗。間接替代則是使用「更有效率的方式」來做實驗,余俊強表示,以往都用一般鼠來做實驗,但實驗效果未必反映在人身上,因此,國研院動物中心開發「擬人鼠」,藉由移植人類基因或特定癌細胞到老鼠上,讓實驗能對症下藥,使得動物的犧牲更有價值。
擬人鼠是國研院動物中心用心開發的結晶,能大幅提升藥物實驗的品質,並減少一般小鼠的實驗犧牲數量。(照片提供/國研院動物中心)
  • 減量(Reduction)顧名思義就是減少實驗動物的使用,每年台灣約有 100 萬隻動物為實驗奉獻,以往為了減少實驗成本,國研院動物中心會希望量產小鼠,但這造成實驗的浪費,現行則依客戶的實驗數量再生產小鼠。此外,國研院動物中心同仁也是許多大學動物實驗委員會的委員,審核實驗動物的合理數量。
  • 精緻化(Refinement)強調動物實驗進行的品質,如果實驗者技術好,動物在抽血和縫合時所承受的痛苦就少一點。今年國研院動物中心將打針、抽血等七項核心實驗技術編成課程,提升研究者的實驗技巧。
秦咸靜博士與國研院動物中心同仁經常到校園推廣動物福祉,希望從小教育孩子尊重生命。(照片提供/國研院動物中心)

規劃實驗不能只考慮到結果,還要重視動物權

實驗過程中動物難免會不舒服,就像人生病去醫院打針、治療,可能產生副作用或疼痛一樣,因此確保動物實驗的終止時間,及早人道介入緩解動物痛苦,就非常重要。

以癌症的藥物測試為例,研究人員會將人的腫瘤細胞移植到小鼠的皮下細胞,並分成三組:一組投以有效藥物、一組為測試藥、另一組不治療。可想而知,不治療或測試藥的小鼠可能因腫瘤長大,而承受相當的痛苦。

圖為研究人員取動物血清進行生化分析(照片提供:國研院動物中心)

「動物實驗時不能只考量實驗結果、便利性,還要重視動物權!」秦博士表示,對動物傷害越大的實驗,實驗審查就會更嚴格,研究者必須指出實驗過程中動物可能發生的症狀,包含:非預期的副作用,並明確說明人道介入的時間點。

人道介入的時間通常是實驗足以影響動物的正常生活時,例如:腫瘤超過一公分讓小鼠無法行走、小鼠腹痛蜷縮在角落、傷口癒合不佳等。此時研究者就要介入,並終止讓小鼠繼續實驗。

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安樂死是人道介入的方式之一,秦博士說:「很多人會覺得犧牲小鼠很殘忍,但若將小鼠救活後也不能送養或做二次實驗,因此由實驗動物角度來看,最快結束痛苦才是最好的結局。」

建立人道動物實驗文化

余俊強博士表示,實驗人道守則除了 3R 外,還應該外加 1 R: responsibility。在動物福祉的維護上,國研院動物中心的所有同仁,包括司機、廠務都扮演了重要角色。他笑道,國研院動物中心的就連司機在運送過程中也需要對動物給予以無微不至的照顧,選在夜間開車、車速平穩,盡可能不驚擾動物。

余俊強博士期許人道實驗的精神能內化在國研院動物中心的同仁心中,中心因此特地比照獸醫、醫生的宣誓,擬出「動物實驗人員宣誓誓詞」讓研究人員公開表白,為實驗動物福祉努力的決心。

國研院動物中心主任余俊強認為,建立人道實驗精神與文化是動物中心的使命之一。圖/簡鈺璇攝影。

秦咸靜博士表示,她之前也想過可不可以不做動物實驗,但現階段動物實驗仍有必要性,她認為國研院動物中心的同仁是最顧及動物、實驗技巧優異的一群,如果他們不做,那麼還有誰能勝任呢?她勉勵自己和同仁繼續為動物與人類醫學努力。

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也許將來,全器官的支持系統完成,小鼠就不用再為人類犧牲了。(圖/國研院動物中心提供)

近年國研院動物中心致力向各大專院校、生技公司宣導這些原則,配合今年台北動物中心搬遷至國家生技園區內,廠房擴大至 8000 坪,動物中心有更多空間推出新型態的服務。

余俊強博士表示,醫療與生技產業是台灣重要的一塊,對實驗動物的品質與福祉要求會越來越高。設備良好的動物房搭建成本相當高昂,所以國研院動物中心也開始推出動物房租用、代業主照顧動物與實驗等服務,也希望藉此更有效改善台灣所有實驗動物的福祉。

我們日常生活中從吃的食品到醫病使用的藥品,都可能有實驗動物的一份貢獻。考量人體的生理機制複雜,現今尚無體外全器官支持系統能替代動物做藥物測試,因此動物實驗仍是醫學發展的必要手段。人們的持續關注與努力,才是讓人類醫藥發展過程中盡可能減少苦痛唯一方法。

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Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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小「勞贖」大英雄!——認識新藥開發的幕後功臣:基改實驗鼠
科技大觀園_96
・2021/10/13 ・2499字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 作者 / 林妤庭|科技大觀園特約編輯

作為世界各國生醫研究的推手,每隻基改實驗鼠都是具有個性、生命力充沛的個體,就和我們每個人一樣!國家實驗動物中心副主任秦咸靜表示,牠們不只是實驗材料,更是新藥開發的大功臣,值得享有更多尊重和福祉。

「你可以想成這裡養了數十萬隻寵物,獸醫師會定期幫動物巡房、做健康檢查;也像是『不孕症中心』,有大量被冷凍保存的動物胚胎,有需要時解凍來用;還有各種類似醫院專科門診的單位,包括行為、腦神經、代謝、腫瘤等,會固定幫這些小鼠做實驗,」國家實驗研究院國家實驗動物中心副主任秦咸靜形容。

秦咸靜對這裡飼育的大小鼠如數家珍,這些長期近親培育而得的實驗鼠,每個品系就像是一群多胞胎,有自己獨立的個性,有的脾氣硬、愛爭執,有的精神脆弱,禁不起一絲打擾。「像 B6 是 party animal ,愛喝酒,也愛吃甜食和高油脂的食物,媽媽把小孩生下來就跑出去玩;但如果是 FVB 品系,你餵牠酒,牠會堅持等水喝,而且很會照顧小孩!」秦咸靜說。

基因改造「特製」實驗鼠

這些實驗鼠對於研究有非常重要的貢獻。為了更精準的解決研究問題,研究者可以透過將老鼠基因序列增加、刪減、替換,破解基因對於身體功能或者疾病發展的影響。國研院動物中心就是透過基因改造鼠,一路抽絲剝繭,找出多囊腎病變真正關鍵的家族遺傳基因,為治療因多囊腎病而須洗腎的病患,喚起了一線生機。

現今實驗鼠全世界有 2 萬多個品系,其中絕大多數都是基因改造鼠。「螢光鼠」是箇中代表,變色基因就像是在實驗鼠體內裝進了探照燈,協助追蹤器官或細胞移植後發生了什麼事。目前的技術還可以依照需求調控變色,例如給原本紅色的螢光鼠某一種藥時,同時啟動綠色螢光基因,事後觀察顏色的改變,就可以清楚對照出給藥前後細胞在體內的變化。

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這些基因改造鼠,也是人類對抗疾病的第一道防線。2015 年,國研院動物中心研發出高度免疫不全的「擬人鼠」,2019 年,再將這些幾乎失去所有免疫細胞的小鼠,進一步接種人源腫瘤,成為個人化新藥試驗的替身——阿凡達鼠,作為癌症治療及研究的重要工具。

秦咸靜解釋,腫瘤跟免疫是臨床前試驗失敗率很高的兩個領域。使用老鼠腫瘤獲得的結果,和應用在人體上可能有很大落差。傳統上,使用人類的腫瘤細胞株進行測試,細胞株可能源於數十年前某個病人身上採到的腫瘤組織,但在實驗室經過了漫長歲月,早就與原本的腫瘤大不相同。

阿凡達鼠不只增加腫瘤生長的成功率,還能保留病患腫瘤的原有特性,因此阿凡達鼠對藥物的反應也跟病患比較相似。。 圖/國家實驗研究院國家實驗動物中心

「我們希望顛覆測試的方式,最好可以直接拿病人的來做,最準!」只是人的腫瘤移植到老鼠身上,很容易就被免疫系統攻擊,產生組織排斥。所以第一步,就是讓老鼠不要有免疫系統。這些成功在老鼠身上長大的腫瘤,冷凍保存後可以成為一個「銀行」,日後提供其他有類似基因變異的病人使用,找到適合藥物。目前也正在研究如何將老鼠的免疫系統換成人類的免疫系統,更真實模擬人體環境,也可擴大測試更多與免疫反應有關的藥物。

從「擬人鼠」到「器官晶片」

在精準醫療的發展上,現在甚至已經有老鼠跟人同步測藥的嘗試。給予病人第一線標靶藥物的同時,也直接將腫瘤種到老鼠身上,尋找第二線對病人有效的標靶藥物,免去在眾多標靶藥物中「盲測」而流失的生命和時間。「很多癌症病患等不到有效的藥,吃了第二段標靶藥還是沒有效就走了。」秦咸靜說,雖然目前技術還未全面到位,而且在這樣的時間壓力下,要維持高效率、高成功率,非常考驗臨床動物實驗的能力,但這依然是未來值得發展的方向。

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更進一步,「這些從人的腫瘤擴增出來的檢體,未來也可以變成器官晶片,也就是把腫瘤養在晶片上來篩藥,不一定要用老鼠。」秦咸靜認為,隨著技術的進展,除了能建立很多過去想像不到的檢測方式,研究人員也希望搭建出新的機制、新的平台,減少實驗動物的犧牲。

尊重每一次的動物實驗

國研院動物中心擁有全球頂尖的基因改造技術和珍貴的稀有鼠,名列 23 個國際種源庫之一。秦咸靜認為,臺灣有非常強勁的研究能量,對於實驗動物的管理和品質,在亞洲也算是數一數二;不過她也期望,對於動物實驗的教育可以更深入扎根。

「動物牠不是材料,而是生命。如果今天要在一篇論文裡選一個位置去放牠,我們應該要放在致謝,而不是材料。」秦咸靜道出她的感悟。

當思維模式轉變,進行動物實驗規劃時自然就會更有策略、更謹慎,而不是一股腦地直接做動物實驗,或是因為實驗設計不夠精準而一再重來。秦咸靜說明,其實現在大部分實驗希望多軌進行,可以用細胞或電腦模擬的方式先做,若要進行動物實驗,則要好好把握機會,規劃完整並做到好,才不會無謂的消耗生命。至於實驗動物的生活環境,就像養寵物一樣,該換籠就換籠、該清潔就清潔,讓牠們吃好、住好。這些動物帶著實驗的宿命而生,如果人還不能好好照顧牠們,是實驗上最大的殘忍。

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以愛來照顧實驗動物,不只是動物福祉的展現,讓牠們的身心靈維持穩定,對於得到準確的生理數值也有幫助。秦咸靜舉例,如果照顧者採血太粗魯、環境太吵、飲食不周,動物一下子心情好、一下子心情不好,生理值高低起伏,當然測不準。

「很多我們覺得很簡單的概念,在學校或是進了實驗室不一定有人教。這些老鼠看起來很單純,其實一點都不單純。」國研院動物中心也積極開課、推廣,期待提升各界關注實驗動物福祉的意識,並建立足夠的訓練機制,不要再從錯誤中學習。

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為何人道銷毀,才是更顧全動物福祉的做法?——談走私貓安樂死事件的道德誤區
ycl2019
・2021/08/23 ・2922字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 作者:林怡君|國立中興大學動物科學系助理教授

編按:海巡署 8 月 19 日於安平外海 9 浬處查獲一起走私案件,涉案的新北市籍漁船「順發 866 號」船艙內裝有 62 籠寵物攜帶箱,每籠分裝 2 至 6 隻大小不等、總計 154 隻的品種貓,包括市場價格不斐的俄羅斯藍貓、布偶貓、波斯貓及美國短毛貓等。

主管機關農委會依照《動物傳染病防治條例》,於 21 日下午為 154 隻貓執行安樂死。相關新聞引起民眾熱議,直批政府「不人道」的輿論也隨之甚囂塵上;鑑此,本文將從「傳染病防治」的角度解析此案「人道銷毀」為何必要?並指出支持「法外開恩」論述的道德誤區。

相關新聞:品種貓走私案

自 2017 年起,筆者養貓的資歷已滿 4 年,雖然尚算資淺貓奴,但是愛貓的心態,不會亞於任何人;近期走私貓的新聞,在社群網站上傳播開來;有人理解,有人無法接受。無法接受的族群,多是因為難過人的錯誤卻要動物來承擔。

事實上,歷來已有多起動物走私案件遭破獲,卻未必如此次「走私貓」案件引起廣泛關注——不得不說,長得可愛終究還是會受到比較多的關愛吧。

一般來說,走私動物遭查獲後有以下 2 種處置方法:

1. 如果是數量稀少的保育類動物,因其具稀有性,所以不會立刻執行人道銷毀。經過檢疫後,即沒入指定的收容單位,如:臺北市立動物園。(編按:例如 2019 年台北海關走私的「安哥洛卡陸龜」,國際貿易公約列為一級保育動物,全世界只有約 400 隻,後續送臺北市立動物園照顧。)

2. 但如果是非保育類,又帶有極大疾病傳染風險,就如同今天的案例,將直接以「人道銷毀」方式處理,也就是安樂死的環節。

為什麼不能把牠們送回去?

第一,如果是保育類動物被走私,極有可能是四處捕獲收集而來,因此根本無法確切知道原本的棲息地是在哪個地區,又要如何送回原處?再者,若若任意放回該國但又非原棲息地,環境未必適合;新的動物融入新的族群,勢必會經過一番挑戰。

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第二,走私就是沒經過任何檢疫,身上是否有帶疾病完全沒證據。再者,為了避免查緝,走私的過程必定會設下許多斷點,如同這次的事件一樣,船主是在澎湖外海向不知名的船主接洽,他們都僅是寵物走私產業鏈的其中一個分支。如果依循正規管道送回,要如何證明身上的疾病是在出口國得到的?還是在走私的路上,或是在落地的進口國得到的?

第三,運輸——不管是正規管道還是走私,對動物來說都造成極大的緊迫(害怕與壓力)。動物沒有「運輸」的概念,引擎的聲音、暫時的移動限制、或是不明原因的晃動(車、船、飛機),沒有經過訓練的動物,都會讓動物感到無比的害怕及恐懼。

不管是正規管道還是走私,運輸對於動物來說,都是非常大的緊迫。圖/Pixabay

即便正規管道的運輸都會帶來動物這麼大的緊迫,走私的方式更是慘不忍睹。

以人為例,過往國際上有不少人口走私/偷渡的案例,如:2019 年發生在英國的集體裝箱案,自越南通過陸路以及水路的運輸方式,抵達了英國後,其中 39 名越南人因貨櫃內的環境而體溫過高甚至窒息死亡(Cawley, 2020);2000 年亦曾有相似的事情發生,造成 58 名中國人死亡,只剩 2 名生還(Smugglers jailed over Chinese deaths, 2001)。可以見得走私的過程,為了避免查緝,環境是多麼刻苦,人口走私尚且如此,更何況是動物?

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過往就曾經查緝到鸚鵡的走私,不肖商人將 74 隻鸚鵡塞進寶特瓶中,被查獲的時候,已經有 10 隻鸚鵡被活活悶死了(Parrots found stuffed in plastic bottles in Indonesia,2020)。另外亦有人以棉襪、膠帶,把烏龜、松鼠、黃鼠、綠繡眼、貂綑綁在腿上走私(許加泰 & 尚義, 2018)。走私手法各式各樣,不管哪種,對於動物都是極大的痛苦。走私本身就很容易造成動物殘弱不堪,如果又將其送回去,不管動物福祉的規格有多高,勢必對於動物來說又是一番折騰。

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那為什麼不能開放認養?

第一,因為不確定走私來源。若是具有出口國證明,就可以依照是否為狂犬病疫區進行檢疫隔離。但是如同前述所提,走私必定有很多斷點,不知從何而來,不具備出口國文件,就得採取檢疫隔離最高規格,進行 187 天隔離。最近疫情,相信大家對隔離應該很有感。一旦回國至少隔離 14 天,期間不得跟任何人接觸,雖然衣食無缺,單就情感上的孤立,就有許多人受不了這樣的孤獨。可以想像隔離 187 天是什麼樣的世界嗎?走私的過程可能讓這些動物體弱多病,又要經過187天單獨隔離,對於動物來說會造成心理上極度的緊迫,輕者免疫力下降,行為暫時出現異常;重者造成腦部損傷,成為不可逆的後果,行為無法恢復正常,此種痛苦是無法量化的。

第二,不得不講現實層面的事,貓咪7天隔離的價錢是 $5,850 – $6,625 不等,這只是場地跟一般診療費用,不包含狂犬病注射檢測、晶片施打費、寄生蟲治療、重大疾病治療的費用。假設一天 $1,000,187 天隔離就是 $187,000,154 隻貓咪隔離 187 天就是 $28,798,000,如此龐大的經費由誰負擔?愛心無價,但是光用愛心是養不起任何生命的。

第三,開放認養,是否就變相默許走私的情況發生?只要多付檢疫的費用,仍舊是可以取得非正規管道而來的寵物?又,如果感性地放動物入國,疾病會不會造成當地動物很大的危害?過去臺灣有太多慘痛的教訓,像是口蹄疫——不談進出口,亦不提畜牧業的損失,就看因疾病死亡或是撲殺的豬隻,就以百萬來計算。

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另外,研究也發現貓感染狂犬病是有潛伏期的,平均是2個月、短則2周、長則可達數年(Frymus et al., 2009)。若是輸入臺灣,感染到的動物只有死路一條,而且在死亡之前,伴隨著無法自我控制、肌肉僵硬、窒息死亡的染疫案例將是數以萬計。

研究發現,貓感染狂犬病是有潛伏期的,平均是 2 個月,短則 2 周,長則可達數年。圖/Pixabay

這 154 隻無辜生命的離開很令人惋惜。但是更希望他們的生命,可以喚醒臺灣對於法規的重視、對於動物福祉的重視、以及對於飼主責任的全面落實。除了施打晶片、寵物登記、定期健康檢查、出門無論何時一定要上牽繩之外,更要重視寵物動物的來源。

別忘了,人就是最直接影響動物福祉的因素,如果連人都不重視動物的來源,只會有更多動物因為人的慾望被走私進來。如果想養動物,購買不是唯一的管道,全國各地公立收容所、以及合法的動物保護協會,都有很多還在等待家的動物們。

參考資料

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