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喜歡教書、喜歡台灣自由的研究學風 ,要讓語音助理「賈維斯」成真——陳縕儂專訪

Suzuki
・2019/12/11 ・2748字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 460 ・五年級

「其實我已經不是最年輕的老師了!」陳縕儂笑著說,臺大資工系已經有比她更年輕的老師了,不到30歲就回臺任教不算少見。至於外界好奇她為何捨棄微軟千萬年薪工作回臺大當教授,她的答案很簡潔就是「喜歡」。

陳縕儂在四年半拼完博士,回台任教是當時臺大最年輕的教授之一(圖片提供/陳縕儂)。

喜歡教書、喜歡台灣自由的研究學風,做自己喜歡的事情比較重要。陳縕儂有著不隨波逐流的精神,十年前她選擇「語音辨識」作為研究領域時,資訊界盛行的研究是網路搜尋系統。

就讀研究所時,她跟著李琳山老師做語音辨識系統,當時在訓練機器做錄音和影片中的自動關鍵字擷取,主要是讓機器單向理解人類語言,後來至卡内基梅隆大學攻讀博士,開始做雙向的對話系統,機器不只要理解你說什麼,還要回應、給予相關的協助。

她的目標是讓機器成為鋼鐵人語音助理「賈維斯」(Jarvis)一樣,不只跟你說話,還會幫完成你交辦的訂機票、分析報表等一切任務。隨著深度學習演算法提出,這件事在將來變得可能。

不過,現階段開發的語音助理Siri或Alexa都離Jarvis還有段距離。陳縕儂表示,訓練語音助理的一切事宜,包括:語言理解、自然語言處理、對話系統和機器智慧,都是她的研究範圍。

訓練一位Jarvis要克服哪些問題呢?現在就讓陳縕儂為我們解答吧~

和機器聊天有何困難?

你有沒有發現使用Siri時,常常話不投機半句多,更別說要幫忙處理訂車票、推薦飯店等雜事了。陳縕儂表示,機器要做到可以對話及像真人般的助理服務,從麥克風收音、語音轉成文字、語意理解,最後到協助擷取有用的資訊,每一步都是難關。


Siri是大家常接觸的語音聊天機器人,但它的功能還不算完備(圖片提供/Wikipedia)。

雖然「神經網絡」架構提升語音辨識之準確度,但比起影像辨識或單純語意理解,對話困難許多,因為每句話都有關聯性,百種人有百種答案,而百種答案可能也有百種的回應方式,因此傳統單純塞資料給機器的學習法是行不通的。

陳縕儂表示,要克服這個難題,通常會設計兩台機器,將所有使用者的問題灌入機器中,一台機器當客服人員、一台機器當顧客開始互動,互動一段時間開放真人互動,想辦法讓互動變得更順暢,這是現行最好的方式了。

假使機器與人類可以對答如流,下一步面臨的問題就是機器能不能幫你辦事,當你跟他說「想去東京玩」時,他不會打哈哈叫你搭飛機去東京,而是能依據你的需求,提供你機票、住宿和旅遊景點的建議。

這下可就複雜了,試想你若是個旅行專員,除了回答自己已知的事項,如:旅遊注意事項、服務內容說明,還需要將各地的旅遊景點、飯店和餐廳資訊倒背如流,這對機器來說就得去找自己資料庫外的內容,可能是看完google的資訊或旅遊雜誌,才能回應客戶的需求。

結構化資料與非結構化資料的比較圖(圖片提供/陳縕儂)。

陳縕儂表示,語音助理若要成為Jarvis必須要擅長處理結構化(structured data)和非結構化(unstructured)兩種類型的數據資料。結構化數據是指已經整理成表格的資料,有欄位和數據,可立即做數據分析,這類似語音助理已經內建、整理好的資料庫,提到相關問題可以立即回覆,不需要額外找資料。

然而,大部分的資料都是非結構化資料,像是文字、圖片、網頁和影片等,因此如何快速將沒結構化的資料結構化就是挑戰,這將大大影響機器人提供服務的速度與品質。陳縕儂坦言,目前這兩部分都做得不夠完善,因此她的研究會朝這部分努力。

遇到口音問題怎麼辦?

讓機器成為個人助理之前,更根本的是解決「聽不懂人話」問題,不同的口音確實常讓機器混肴,若把「台式餐廳」聽成「泰式餐廳」,助理找出來的東西就完全不同了!

因此,語音辨識得考慮聲音的錯誤,人才能順暢地與機器對話。陳縕儂表示,她是以跟BERT類似的GPT-2架構來做預訓練模型。概略來說,就是訓練機器學習語言的架構,然後讓機器會根據語音的內容去推估後面兩個字,這部分從Siri轉成文字很像,能依據你講的內容選字。

此時,再把語音的差異納入考量,並將發音相似的字像是「泰、台」調整為同個向量,使得機器得以辨識類似的發音,當機器判讀可能發生誤聽的狀況時,便能再次向使用者確認。

不過陳縕儂坦言,這並不容易,因為聲音資料取得困難,大部分拿到的都是文字資料,再加上機器會算出最合適的語詞和句子結構,所以不同選字會影響後面的詞彙選取,「如何讓機器辨析口音問題」就是個挑戰。

熱愛教學 實踐夢想

語言理解、對話系統和機器智慧是很廣泛的領域,不缺研究主題,陳縕儂認為自己很幸運搭上這股熱潮,且最終回到研究自由度高的台灣繼續努力,她一點都不覺得捨棄微軟工作很可惜。

「教學是很快樂的事情!」她笑說,把自己會的東西交給學生,看到學生從不懂到成為專家,可以跟妳一起討論研究問題,是一件無比有成就感的事。

找一找陳老師在哪裡?陳縕儂表示,跟學生一起學習成長,比待在微軟的研究部門更快樂(圖片提供/陳縕儂)。

今年初,陳縕儂帶領臺大團隊在科技部「科技大擂台:與AI對話」比賽拿下冠軍,成績甚至超越華碩電腦達文西實驗室。她形容這是場艱難的馬拉松,從初賽、複賽至決賽比了快一年,決賽題目比照「華語文能力測驗」,機器在比賽現場得聽完一段文章和選項,並選出正確答案,除了選擇題,還有簡答題。

陳縕儂笑說,學生為了訓練機器、調整類神經網絡,以及整合成一個系統熬了無數個夜,這對學生和她來說是個難得的體驗,目前團隊決賽成績是1000題中拿下約54%的正確率,希望未來能再提高,讓機器的成績有機會超過人類。

陳縕儂老師與李宏毅老師帶領臺大資工系學生在今年「科技大擂台:與AI對話」比賽拿下冠軍(圖片提供/陳縕儂)。

很多學生覺得自己不夠聰明,沒辦法學好code,陳縕儂認為,聰明確實可以幫你快速掌握code的規則,但是多練習也可以補足,它不會像物理或數學一樣轉不過來就是沒辦法。

她坦言,自己博班時也很拼,一部分是課業負擔重,一部分則是想縮短臺美遠距離戀愛的時間,所以硬是在四年半拼完博士。每天只睡四、五個小時,一睜開眼就坐在電腦前打code,「不過該玩的還是有玩,我是寧可犧牲睡眠,也要玩到的人!」

陳縕儂表示,她比其他人幸運,能一路延續研究旨趣,選到自己熱愛的研究主題。她建議國高中課程可以提早將寫程式納入課程中,這就像Excel和輸入法一樣是未來必備的技能,從中學生也可以挖掘未來志趣,對資訊科學有興趣的,就一起進來努力吧!

陳縕儂認為玩樂與課業應該並重,生活才會多采多姿,圖為她與指導教授在卡内基梅隆大學的合影(圖片提供/陳縕儂)。

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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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小鼠研究指「間歇性禁食」可延年益壽——重點不在總熱量,延長用餐間隔才是重點!

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/24 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2021 年 10 月 18 日,國際期刊《自然醫學》(Nature Medicine)公開的一篇研究論文,探討飲食模式和改善生理健康之間的關係。研究將小鼠總共分為五組:(1)自由取食、(2)限制 30% 的熱量攝取,但沒有禁食期、(3)限制 30% 的熱量攝取,半天內給食三次,另外半天禁食、(4)限制 30% 的熱量攝取,每天只給食一次,其他 21 小時禁食、(5)熱量攝取總量不變,但每天禁食 21 小時。

研究運用液相層析質譜儀(Liquid chromatography–mass spectrometry),以及轉錄組分析(Transcriptional profiling)等方法,發現僅「禁食」而沒有減少攝取的總熱量,就足以得到在限制熱量的飲食模式時出現的大部分代謝與核酸轉錄的特徵,以及延長壽命、防止衰弱等健康上的好處。

該研究歸納出以下三大結論:

  1. 過往研究限制熱量攝取的好處時,無法分辨原因是「總卡路里攝取下降」還是「有規律的長時間禁食」。這篇研究協助釐清熱量限制帶來好處的原因,發現單純禁食而並不減少總熱量攝入,就足以達到有助代謝和延緩老化這些健康效果。
  2. 研究是在特定的條件下所觀察到的現象,不同性別及不同品系的小鼠,禁食的效果就不同,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。
  3. 禁食很可能是限制卡路里攝取時,可改善健康和長壽所必需的關鍵。如果可以證明適用於人類,未來可能幫助人們在不需要減少卡路里攝取總量的情況下,也能延緩老化、促進健康。
圖/Pixabay

大爆吃再間歇性禁食更健康?仍有待證實

臺大醫學院腦與心智科學研究所教授王培育指出,適當的飲食限制對於促進代謝、預防疾病及延長壽命的益處已是廣為人知。然而在早期用酵母菌、線蟲及果蠅作為實驗對象的研究中,受限於實驗模式,大多是以稀釋食物中的營養成份且自由飲食的方式來觀察飲食限制的好處 [1][2][3]

而在哺乳類中,小鼠或猴子實驗則是以每日一到二次或數日一次的方式,餵食正常食量的 40-80% [4][5],因此,一直以來飲食限制所帶來的好處被認為是降低日常飲食中卡路里的總量所導致。但是這些傳統的觀點在近年來的研究中已是備受挑戰,例如每日限制時間或食物量的餵食或禁食(於幾個小時內自由飲食或吃完定量的食物),也可明顯的達成健康長壽的好處 [6]

所以,重要的究竟是卡路里減量,還是禁食?本篇研究利用特定品系的小鼠,以系統性的方法實驗數種飲食的模式並且分析多種代謝及生理指標。結果顯示適當的禁食,可能是影響健康指標的關鍵,然而這是否意味著大吃大喝但間歇性的禁食是比少量及少餐更好的選擇呢?有待日後有更多的研究證據來說明。

規律禁食/進食,比總熱量攝取更重要

王培育也指出,這份研究僅使用了兩種品系的公、母小鼠進行研究,便可觀察到飲食限制對於不同性別及兩種品系小鼠的生理反應造成許多的差異,顯示本研究是在特定的條件下所觀察到的現象,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處,因此營養均衡、不必在卡路里上斤斤計較,一樣可能擁有健康長壽。

王培育指出,這份研究詳盡的比較了長期限制總熱量攝取與間歇性禁食,對代謝、老化以及壽命的影響,結果也顯示了有規律的間歇性禁食也許就足以帶給我們健康上的各種好處。這告訴我們,吃什麼、吃多少固然重要,何時吃以及飲食是否規律也許更重要。這結果與上月一篇發表在期刊《自然》(Nature)上的果蠅間歇性禁食實驗結果不謀而合 [7]

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處。圖/Pixabay

「禁食」才是有助代謝的關鍵

國立中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛指出,過去許多研究都發現「限時進餐」或「限制進餐量」具有代謝益處,並延長小鼠的壽命。然而這些發現並無法釐清,哪些是純粹因為減少熱量攝入引起的好處,而哪些是因實驗要控制卡路里而無形中施加了禁食所致。

本研究在小鼠實驗中發現,限制卡路里的飲食方式,促成葡萄糖代謝、虛弱和壽命的各項改善,其實需透過「禁食」來達成。研究推翻了長期以來認為卡路里限制飲食對哺乳動物有益僅是由於減少總熱量攝取的觀點,並強調當中的「禁食行為」才是有助代謝(例如提升胰島素敏感性)和延緩老化這些保護作用的重要原因。

研究結果揭示了我們何時以及吃多少食物,如何調節代謝健康和壽命,並證明每天延長禁食,而不僅僅是減少熱量攝入,可能是熱量限制飲食對改進代謝和延緩老化的原因。過去已有研究表明,延長兩餐間隔對健康有益,本研究結果與過去研究也有相當的一致性。

蔣恩沛表示,人類老化過程中所伴隨的退化過程和疾病,有許多變因,除了攝食量、飲食方式、種類,還有基因、環境因素,甚至腸道菌相,均可能扮演角色,遠比實驗動物複雜。然而可以確定的是,限制熱量攝取可提供代謝上的益處,並可能減緩衰老、延長壽命。

圖/Pexels

本文編譯自科學期刊文章,完整文章來源:

參考資料:

台灣科技媒體中心_96
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