找回走路的「鈦」度！3D 列印技術重建貓咪四肢

人類必恭必敬稱家貓為「主子」，並自貶為「奴才」。陛下身體微恙，一團絨毛癱軟，表情內斂，叫貓奴如何揣測上意？懷疑牠受苦，便心急如焚。幾乎上演《還珠格格》裡，人家紫薇說沒事，爾康卻捨不得的虐心互動。貓咪說不定覺得：「……有這麼多人關心我，我已經不痛了……」人類仍在一邊：「可是，我好痛！」^[1]

在治療人類時，醫護人員會用視覺類比量表（Visual Analogue Scale）、臉譜疼痛量表（Wong-Baker faces pain scale）或 FLACC 量表^[註] 等工具，來評估患者疼痛的狀況。前二者靠病人自我評估，以數字或表情，象徵由舒適無恙，漸進到痛徹心扉的程度差異。 FLACC 則是醫護觀察嬰幼兒或無法言語溝通者，就其身體不適產生的行為變化來計分。^[2] 儘管每個人敏感的程度不同，至少單一病患前後的得分，能相互對照出疼痛是否得到緩解，或者更加惡化。因此，這些量表均可視為有效測量疼痛的方法。

問題是有口難言，又行徑鬼祟的貓咪怎麼辦？人貓猜心的瓊瑤戲碼，自古不斷重演，沒完沒了。

直到有天，獸醫們看不下去了…

貓咪苦臉量表

2017 年的時候，加拿大蒙特婁大學 Paulo Steagall 副教授以及他的團隊，招募了一票被送急診的病貓。在得到飼主同意後，他們比較疼痛的病貓、服用止痛藥的病貓，還有健康貓咪的表情舉止，研發出「貓咪苦臉量表」（Feline Grimace Scale），並將結果發表於 2019 年的《科學報告》（Scientific Reports）。^{[3, 4]} 其中列出幾個徵兆，可依級別給分，就此將貓咪的疼痛量化：

耳朵姿態（ear position）：貓耳的尖角向外分開，並略為朝後旋轉。^{[3, 5]}

_{圖／參考資料 5}

瞇眼程度（orbital tightening）：上下眼瞼之間的空隙，小於眼睛的寬度，或是完全緊閉。^{[3, 5]}

_{圖／參考資料 5}

口鼻緊繃（muzzle tension）：口鼻（即臺語所謂「喙管」的部位）由圓轉扁，而呈橢圓形。^{[3, 5]}

_{圖／參考資料 5}

觸鬚變化（whiskers change）：觸鬚從平常放鬆的圓弧，撐直且稍微向前。^{[3, 5]}

_{圖／參考資料 5}

頭部位置（head position）：原本處於全身最高處的貓頭，降至低於肩膀，並往下垂。^{[3, 5]}

_{圖／參考資料 5}

貓臉疼痛辨識技術

目前受惠於物種專屬苦臉量表的，除了貓，還有鼠、兔、馬、羊、豬和貂等動物。受過訓練的獸醫，能精準判讀牠們的表情，用這些工具，來評估牠們的疼痛指數。隨著科技的進步，到了 2022 年《科學報告》期刊再次關懷貓咪的痛楚時，另一群科學家拿出「貓臉辨識技術」，試圖取代專業的肉眼觀察。^[6]

臉部校正

臉部校正是建立辨識系統的要務。先調整貓臉的特徵（landmarks，即照片上標有號碼的黑點），讓它們在空間中對齊，減少幾何上的變異，方便接下來的步驟進行。原則上，校正後的貓臉必須：^[6]

1. 在畫面正中央；
2. 旋轉直到雙眼的連線呈水平；
3. 尺寸都約略相同。

_{圖／參考資料 6 ，figure 1}

模型１：特徵基準（landmark-based）

在找到貓臉的特徵後，依據「貓咪苦臉量表」的觀察部位，將貓臉特徵（黑點）分為：左眼、右眼、額頭與耳朵，以及口鼻和觸鬚，四個區塊向量。然後，多加一些貓鼻子的照片，進行「資料擴增」（data augmentation），^[6] 彌補原始資料的不足，以強化機器學習。^[7] 不過，團隊事後發現，這次的資料擴增，成效不彰。^[6]

_{圖／參考資料 6 ，figure 3}

處理這些照片的計算模型，是一種叫做「多層感知器」（Multi-Layer Perceptron）的人工神經網路（artificial neural network）。^[6] 就像人的神經系統，有好多神經元相互連結，將輸入的資料從上一層送到下一層，經過多層運算後再輸出。^{[8, 9]}

模型２：深度學習（deep learning）

研究團隊把大量沒有標註特徵的貓照，在校正角度和尺寸後，餵給 ResNet50 。^[6] 這是一種有五十層的深度學習模型，早已預先訓練好怎麼逐層辨識貓咪的輪廓、曲線及其它識別特徵。^[10] 套用該模型的同時，還要進行實驗需要的特定調整，例如：加上「痛」與「不痛」的分類標籤。^[6]

貓的痛，AI 有多懂？

上述兩個模型的實測，在判讀貓咪是否疼痛時，都有超過 72% 的準確率，算是相當不錯的成果。不過，在完全替代人工判讀之前，可能還要擴建訓練辨識系統的資料庫。因為當初請來的照片模特兒，是 29 隻準備接受卵巢子宮切除術的短毛母貓，年紀約幾個月到一歲多。拿牠們術前、術後，以及使用止痛劑前後的照片來訓練 AI ，雖然是個不錯的點子，但無法代表多元的貓咪社群。^[6] 將來的實驗，若能涵蓋其他性別、年齡和品種，相信貓咪們會覺得更加窩心。

備註

FLACC 量表： FLACC 是臉（face）、腿（legs）、活動（activity）、哭（cry）與  安撫（consolability）的縮寫。每個項目依觀察到的狀態，給 0 到 2 分，總分最高 10 分。^[2]

參考資料

1. 瓊瑤經典台詞》小時候看超感動，長大看卻啼笑皆非的 7 大經典場景（風傳媒，2020）
2. Pain assessment and measurement (The Royal Children’s Hospital Melbourne, 2019)
3. Evangelista MC, Watanabe R, Leung VSY, et al. (2019) ‘Facial expressions of pain in cats: the development and validation of a Feline Grimace Scale’. Scientific Reports, 9, 19128.
4. Me-owch — could resting cat face tell us about kitty’s pain? (CBC, 2020)
5. Feline Grimace Scale – Practice your pain assessment skills using the FGS! (Université de Montréal, 2019)
6. Feighelstein M, Shimshoni I, Finka LR, et al. (2022) ‘Automated recognition of pain in cats’. Scientific Reports, 12: 9575.
7. 2021 iThome 鐵人賽－DAY21 資料正規化與資料增強（Data Normalization & Data Augmentation）（IT邦幫忙，2021）
8. 2019 iT 邦幫忙鐵人賽－06. 深度學習的架構分析：多層感知器（IT邦幫忙，2019）
9. 神經網路（IBM，2020）
10. 何謂遷移學習?（NVIDIA，2019）

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《貓主子會傳播新冠病毒給我嗎？目前無證據但提高警覺》
• 作者／李宗祐｜科技大觀園特約編輯

 寵物會不會感染新冠肺炎？甚至成為傳播源？

COVID-19（新冠肺炎）風暴席捲全球，隨著香港漁農自然護理署今年 3 月從女富商周巧兒飼養的博美狗血液中檢測出新冠病毒抗體，成為全球「人傳狗」確診首例後，陸續傳出貓狗被飼主傳染案例，美國紐約布朗克斯動物園飼養的馬來亞虎也被驗出新冠病毒，中國科學院武漢病毒研究所研究員石正麗更研究發現，武漢貓群 14.7％ 曾感染新冠病毒，懷疑是跟新冠肺炎患者密切接觸才被感染。

世界衛生組織（WHO）、世界動物衛生組織（OIE）、世界小動物協會（WSAVA）與我國行政院農委會在新冠病毒（SARS-CoV-2）出現跨物種傳播確診案例後，接連發表聲明強調尚無證據顯示新冠病毒可能透過犬貓傳播。但貓狗是人類最親蜜的伴侶動物，大家還是會擔心毛小孩萬一被飼主傳染後，再把病毒傳染給其他人，成為人畜共通傳染病，跨物種傳播導致疫情加速擴散。

目前僅偶發性感染，寵物傳播病毒機率低  

「這有點像思想的超前部署！」臺灣大學獸醫學系副教授陳慧文說，科學家接受所有可能性，但有幾分證據、說幾分話，有些病毒確實很容易跨物種傳播，例如狂犬病毒可以感染所有溫血動物；而新冠病毒全球確診病例超過數百萬人，最主要還是人際之間的傳播，即使有研究證實貓會被新冠病毒感染，但它在貓身上並沒有適應得很好，顯示目前僅是偶發性感染，大家可以稍微放心。 

中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所研究員陳化蘭團隊為了釐清除人類之外，禽畜與貓狗等伴侶動物是否會被新冠毒感染，甚至成為疫情傳播者，利用貓、狗、雪貂、豬和雞、鴨做實驗，研究成果發表在《SCIENCE》期刊。豬狗雞鴨完全不會被感染，而常被用做病毒感染實驗動物的貂，毫無意外地全部淪陷。

但陳慧文說，「貓是我們的伴侶動物，而非實驗動物，大家更關心牠會不會被感染、散播病毒。」

在易感程度方面，陳化蘭團隊研究發現，7 隻亞成貓與 7 隻幼貓被強迫從鼻腔吸進高濃度病毒後，全部遭新冠病毒感染，並出現不同程度的臨床症狀。而在傳播能力方面，研究團隊將亞成貓與幼貓中，各 3 隻「染毒」的貓與另外 3 隻正常的貓 1 對 1 配對分組，同組的 2 隻貓在不同飼養籠比鄰而居。3 天後，亞成貓與幼貓皆僅有 1 隻被「鄰居」感染新冠肺炎。

陳慧文解釋，把 2 隻貓放這麼近，就是要觀察貓是否會透過呼吸道飛沫傳播病毒？結果機率非常低！被感染的貓體內病毒量和抗體量也很低，沒有出現明顯病徵。這個結論很重要，貓確實對新冠病毒有感受性，但病毒要複製足夠的病毒再散播出去的機率很低。既然「二手傳播」機率都這麼低，在自然環境下要把病毒回傳給人的可能性就更低。陳慧文強調，病毒與受體結合進入宿主細胞，必須利用細胞當工廠完整複製核酸跟蛋白質，成功組裝出病毒顆粒，再釋放出去感染其他細胞，過五關斬六將方能散播出去。若無法在細胞裡面複製完成生活史，表示病毒沒有辦法適應這個宿主，「進得來、出不去」。就現有科學證據而言，貓狗絕對不是新冠病毒傳播者。

密切觀察病毒變化，提高警覺

但目前的科學證據不支持，卻不見得永遠不會發生。陳慧文表示，新冠病毒透過棘狀蛋白（spike protein）與人類細胞受體 ACE2（第二型血管收縮素轉換酶）結合來入侵人體，問題是所有哺乳動物都有 ACE2，也有研究分析人跟貂、蝙蝠、貓和狗的 ACE2 非常像，新冠病毒可以在人群大量散播，大家當然會擔心它可能藉由 ACE2 感染狗貓傳播疫情，「我相信會有越來越多的科學家關注這個議題。」

從科學研究的觀點，陳慧文雖不排除任何可能性，卻也說美國確診病例超過百萬人，到現在還是不建議做寵物普篩，並再三強調沒有證據顯示寵物會傳播病毒。然而考量疫情嚴重，美國疾病管制暨預防中心也公布寵物篩檢評估準則，讓民眾清楚了解家裡寵物在什麼情況下要做篩檢，例如跟新冠肺炎確診者或疑似患者同住的動物，出現咳嗽或肺炎等呼吸道症狀時，就可考慮請獸醫師幫忙篩檢。

在此同時，美國獸醫協會（AVMA）則提醒所有獸醫師應該審慎診斷，不要碰到有呼吸道症狀的貓狗，就覺得牠是新冠肺炎。貓狗病徵跟人類很像，但寄生蟲和鏈球菌，甚至慢性過敏都會引發毛小孩肺炎，建議獸醫師依照原有診斷方式，按部就班排除各種病因，並了解飼主是否為新冠肺炎確診者或疑似病患再做評斷。

陳慧文以美國為例，重申目前並沒有證據顯示貓狗會傳播新冠病毒，「臺灣更不需要過度擔心！但是我們要保持警覺，蒐集國內外最新疫情資訊，隨時做好準備。」貓狗是人類的同伴動物，也是這個地球的居民，「我們也希望了解更多這個病毒對牠們的可能威脅性，這也是我們目前要密集追蹤的方向！」

不過度接觸或不當食用野生動物，阻絕冠狀病毒

在 2003 年起相繼出現 SARS、MERS 和 SARS-CoV-2，對人類造成致命性危害之前，雖然已有 4 種冠狀病毒會感染人類，卻都僅止於傷風感冒，症狀輕微，幾天之後自然痊癒。但對其他動物，冠狀病毒可說是橫行多年，天上飛的，水裡游的；哺乳類、非哺乳類、脊椎動物、非脊椎動物，都有自己的冠狀病毒，豬狗雞貓牛等家畜禽已有預防疫苗。

「全世界的每隻雞都打過冠狀病毒疫苗，不管肉雞、蛋雞，還是種雞。」陳慧文透露，冠狀病毒歷史就是從雞開始，1937 年，科學家首次發現冠狀病毒就是在雞身上，隨後又在豬身上發現，人類到很晚才被發現也會感染冠狀病毒。科學家在數十年前就開發出動物疫苗，但每個疫苗都需要時間發展，以高致命性的貓冠狀病毒為例，雖然已有疫苗，效果卻很有爭議，到現在仍未普遍施打。

至於新冠病毒是否會為了適應貓的身體環境而逐漸突變，陳慧文認為還要持續觀察。根據減毒疫苗的設計原理，新冠病毒若真的完全適應貓的身體環境，住在牠身上，再回過頭感染人類，毒性可能會減弱，對人類反而相對安全。

但值得深思的是，在人類以外的世界，冠狀病毒一直在那裡，非常「精彩」地生活在不同動物身上，卻與人類井水不犯河水，「只要我們不過度接觸牠們，甚至不當食用牠們，野生動物身上有什麼病毒，根本不干我們的事。」

你知道英國有幾隻流浪貓嗎？根據統計，在英國約有 1 千萬隻貓主子有貓奴飼養，但那些流浪在外的貓有多少，始終是個未知數。

若是能知道一個區域中有多少浪貓，就能提供動物福利機構許多有效資訊，使得有限的資源能被善加利用，以救助更多浪貓。但為什麼得知浪貓的數量如此困難？其實是因為我們實在很難斷定路上的這隻貓，到底是遭棄養／走失的浪貓、野貓，或只是一時興起跑出來散步的家貓——畢竟英國人很愛自家貓咪出門閒晃。

當今流行的公民科學（citizen science）在這方面或許可以幫上忙，藉由地方民眾與科學家的相互合作，分析路上的浪貓有多少。不過這項方法同樣有些困難待解決，例如公民在收集資料時潛在的取樣偏差，或是漏報、重複通報同一隻貓等情形，可能導致統計模型預測數據的效度（validity）降低。

數值模型 ft. 公民科學，找出英國浪貓到底有幾隻！

為了解決公民科學遭遇的困難，來自英國布里斯托大學 （University of Bristol）的研究團隊，使用了一種稱為 IAM（Integrated Abundance Model）的計算方式，整合當地居民有無養貓的訊息及專家資訊，將這種計算方式應用在公民科學資料庫「Cat Watch」裡的貓咪目擊資訊上，嘗試算出該地區有多少浪貓存在。

Cat Watch 是由英國最大的貓科動物慈善福利機構「Cats Protection」所發起的一項社區計畫，鼓勵當地居民主動回報他們在戶外目擊到的貓，並將這些目擊資訊上傳至手機 app、社群媒體，或直接通知 Cat Watch 團隊。藉由當地居民回報的資訊，Cat Watch 團隊就能夠得知該區域有多少浪貓被目擊，整理成統計數據以便後續分析使用。

藉由 IAM 計算方式與 Cat Watch 的調查資料，研究團隊分析了五個英國鄉村地區，包括畢斯頓（Beeston）、布拉福市（Bradford）、布爾韋爾（Bulwell）、鄧斯特布爾（Dunstable）、侯頓瑞基斯（Houghton Regis），以及英國知名海港城市利物浦的埃弗頓區（Everton）發現，在社會經濟條件較差、人口密度高的地區，會有更多浪貓出現。而利用英國官方人口統計資料與社會經濟條件數據等訊息，團隊更進一步推測整個英國約有 25 萬隻浪貓存在！

結紮與否，對浪貓而言關係重大！

為什麼社會經濟條件較差、人口密度高的地區會有較多浪貓？其實在先前研究已經指出，在社會經濟條件較差的地區，不論是有人飼養的寵物貓或是浪貓，曾接受過結紮手術的比例都較低。一但絕育過的貓咪數量少，該地區的貓口數可想而知會隨之上升。

那麼人口密度與浪貓之間的關係呢？這部分能探討的因素就比較多了。舉例來說，人口多的地方，寵物貓的數量也會較多，若是這些寵物貓並未結紮，很可能「不小心」就會有小貓咪誕生，導致貓口數激增；此外，遭人棄養或是走失的寵物貓，也會較人口數少的地區多。而人口多的地方，通常也代表著食物資源充足，豐富的食物資源同樣也吸引著浪貓前去。

當一個城市的浪貓過多，將造成公共衛生問題，例如跳蚤等寄生蟲感染，或是一些人畜共通傳染病的傳播；而對於其他野生動物來說，浪貓的存在相當於環境中的獵食者，可能威脅野生物種的生存。浪貓數量過多，也可能進一步衍伸出動物福利問題，例如城市中的浪貓健康狀況不佳、死亡率高，甚至人為虐待浪貓的事件也時有耳聞。

英國浪貓團體的做法：落實TNR，讓社區參與浪貓照顧

主持這項研究的英國布里斯托大學獸醫學院 Jennifer McDonald 博士指出，目前的數值模型還有許多待改善的地方，若該模型能套用到更廣大、人口更多的地理區域（例如倫敦），將使模型預測出的浪貓數量更為精確。

發起該研究計劃的英國浪貓動保協會「Cats Protection」的浪貓節育負責人 Jane Clements 指出：「若我們對一個地區的浪貓數量有更多了解，一些與浪貓有關的社會福利機構就能更精準的投注資源，讓該地區的浪貓能得到較為妥善的照料。」

Jane Clements 表示，我們將把無法被家庭領養的浪貓進行絕育，並為當地居民提供在社區中照顧牠們的方法，例如提建造貓窩的材料；Jane Clements指出，社區參與是確保所有浪貓都得到長期和可持續照顧的關鍵，「這項研究將使我們能夠將 Cat Watch 計劃帶到最需要的地區。」

解決浪貓問題，TNR 是最佳解嗎？

關於上述 Cats Protection 「讓社區參與照顧浪貓」的前後整套做法，前段的「落實節育」其實就是廣為人知的「TNR」手段；TNR 指的是 Trap（誘捕）、Neuter（絕育）、Return（原放），是一種相對「捕捉移除」而言較人道的管理方式。理論上，在沒有新增移入個體的前提下，是可減少流浪動物繼續繁殖、擴大族群的做法。

TNR 作為降低浪貓族群繁殖的做法，有其人道上的考量，理論上在執行一定程度的時間後，的確可能降低浪貓族群的數量；但問題是「國情不同」，英國浪貓團體的整套做法未必能直接套用在台灣，有種種的變數可能導致浪貓不減反增——例如台灣相對狹小的城市環境，很可能讓「社區參與」反而造成浪貓為了爭奪有限的食物資源而讓貓群更密集，也讓愛貓人士更容易餵養浪貓。

而在浪貓族群擴大後，在沒有足夠預算及人力 100% 執行 TNR 的情況下，TNR 的效果恐怕非常有限。很諷刺的，人類對浪貓的一番善意，最終可能導致更多一生飽受苦難的浪貓在街頭流浪並死去……。

總結來說，浪貓的出現與人類行為脫不了關係。尤其以來台灣的地理條件來看，導致TNR無法有效降低浪貓族群的關鍵，絕對是無良飼主的「棄養」行為——被棄養的家貓，就是浪貓族群的「新增移入個體」，就是導致浪貓不斷繁衍的關鍵。

本次分享的英國貓口普查研究，是透過公民科學家的參與，再加上科學研究的學理輔助，讓我們能更進一步掌握流浪動物數量的方法。期望未來這些技術能被有效使用，讓我們找出人類與浪貓共生的平衡方程式。

最後，讓我們再說一次，「棄養」是造成浪貓苦難的一切源頭，貓咪的確非常可愛，但領養前得三思——你真的有條件可以照顧牠的一生嗎？

參考資料：

1. McDonald, J.L., Skillings, E. Human influences shape the first spatially explicit national estimate of urban unowned cat abundance. Sci Rep 11, 20216 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-99298-6
2. 不曾終止的流浪動物之殤——圖解台灣動保現況2020版，窩窩，2020/11/26。
3. 當TNR和捕捉移除的效果遇上棄養
4. 在減少整體流浪動物數量上，TNR與捕捉移除的效果誰好?