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新型冠狀病毒篩檢怎麼做,又有什麼限制呢?——專訪長庚新興病毒感染研究中心施信如

miss9_96
・2020/04/06 ・6343字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 582 ・九年級

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COVID-19(俗稱武漢肺炎)疫情在各國擴散,不只眾人關心的疫苗、特效藥之外,「檢測」也是在戰疫中的重要一環。檢驗到底怎麼做?如何擴充檢疫能量?

對此好奇的我,在 2 月初詢問了在做 RNA 相關研究的同學:「你知道有哪個實驗室負責檢測,或培養新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的嗎?」回應裡傳來了一段長庚大學新興病毒感染研究中心主任施信如教授的受訪影片。施信如的實驗室是目前檢測新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的主要實驗室之一 ,於是我寄了封邀訪的 e-mail 給老師,在 2 月底的連假有了造訪施信如實驗室的機會,藉此探詢技術、現實和理念。

檢測怎麼做呢?先從標的蛋白開始說起

「我們發現,採檢由較有經驗的醫師經手,比較容易檢測陽性ㄟ」施信如笑著說。

每天中央疫情指揮中心都一定會提到的「病毒篩檢」到底是怎麼做的呢?讓我們先從在病毒篩檢檢測中不可或缺的「標的蛋白」開始說起。

這次疫情的病原新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),和 17 年前 SARS 病原 SARS-CoV、2015 年 MERS(Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus Infections;中東呼吸症候群冠狀病毒感染症) 的病毒相當接近,在區分上有一定的難度。

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那麼檢驗團隊是選用哪些引子(primer)來鑑定、確認新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)呢?

施信如表示,實驗室採用的是 世界衛生組織(WHO, World Health Organization)於2020/01/13發表的建議,其中列出三種冠狀病毒的特有基因:RdRP geneE gene,以及N gene[詳情如附件表格及資料補充],依 WHO 的建議步驟 ( protocol ) 處理樣本後上機,再依據 Ct 值判定樣本中的病毒 RNA 是否為陽性。

  • Ct值指的是:樣本中的RNA在 PCR 複製達到醫檢師和儀器都認同的陽性所需要的次數,Ct 值越高代表病毒 RNA 濃度越低、患者體內病毒越少。
新型冠狀病毒和 17 年前的 SARS-CoV 病毒與其他相關的冠狀病毒的演化樹親戚推測圖。From: 參考文獻 1

儘管新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)是 17 年前 SARS 病毒親戚,且雖然 RdRP gene 的 RT-PCR 結果也可以跑出陽性的 Ct 值,但細看 RdRP gene 序列,可發現有明顯的差異。而 N 和 E gene 的差異比 RdRP gene 更大,因此現用的 RT-PCR 的專一性 ( specificity )可以有效區分新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)和它們的親戚們。

由於冠狀病毒不容易用培養的方式分離,因此現在的檢驗方式以反轉錄聚合酶鏈式反應(RT-PCR, reverse transcription Polymerase Chain Reaction)檢驗為主,簡單來說是在體外短時間的大量增加特定的基因片段做檢測,以此就可以用少量的檢體來做病毒檢測。

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新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)掃描式電子顯微鏡(數位上色)照片。From: Rocky Mountain Laboratories of National Institute of Allergy and Infectious Diseases

現階段對於新型冠狀病毒的疑似案例,或者病患的康復狀況,採樣與檢驗的流程簡要流程大約如下:

  • Step 1:由醫護團隊採樣,樣本可能是痰液、咽喉拭子、血清等,後送至專門的檢驗室。
  • Step 2:以選定的三個新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)蛋白質的 RNA 與正控制組的人體內原有特定蛋白質 RNA,進行 RT-PCR 檢測。
  • Step 3:根據檢測結果的 Ct(threshold cycle)值作出判定,結果可為陽性、陰性或無法判定

施信如表示在農曆年前,台灣具備檢驗能力的實驗室僅八個;截至本採訪時,為了本次激增的檢驗需求,於 2 月底時全台已擴大至二十多個合格實驗室、一天最大容納量約兩千個樣本(註:3/14 已達每日約 3 千個樣本)。

當然,如此得出的檢驗報告只是醫護評估的工具之一,無法代表病人的情況。

目前實驗室的醫檢師檢驗量能是全滿的狀態註1,每日約可處理兩百個樣本,一次耗時約 4 小時。有時樣本中的病毒 RNA 量 Ct 值會很接近儀器的偵測下限,此時就要考慮請醫護團隊再行採檢以避免採樣時所造成的誤差。

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不同的樣本也會顯著影響 RNA 量,例如,咽喉拭子的 RNA 量會很高,但痰維持 RNA 陽性的時間則較久。 因此在康復的過程中,咽喉拭子的 RNA 可能會先無法被儀器測出,但痰液中的 RNA 仍可被儀器測得。

不過這些情況仍受很多變數影響,如醫護的採樣熟練度。

不是有驗就好:影響到檢測準確性的那些原因

「病毒長在細胞裡,如果只是輕輕抹一下,那喉頭拭子就檢測不到啊。」施信如說著。

當問到為什麼有時陰性、有時陽性,啊還有弱陽性的情況發生呢?「因為採檢的樣本裡病毒不夠或沒有啊。」施信如明快地回應。醫護對病人採樣,不僅來源多樣(如:痰液、咽喉拭子等),更有多項變因影響樣本裡的病毒量,下述僅列其中數項:

  • 樣本來源:隨患者疾病發展階段(康復中,或惡化中),病毒在氣管內、咽喉部的量可能不同註3。不同時期深咳而出的痰、咽喉拭子裡的病毒量可能都會變動。
  • 採樣技術:病毒藏在細胞裡,醫護採樣時的細胞量若不夠,則病毒量可能低於儀器檢測下限。
  • 康復情況:隨著醫護的照料,患者體內的病毒逐漸減少,所能採得的病毒 RNA 量自然更少,越接近完全康復、樣本裡的病毒量越可能少於檢測下限。
  • 儀器極限:同上,理論可以無限,但機器有測定下限。
採集咽喉部位的檢體方式與說明。From:參考文獻 8

補充資料:檢測存在的不確定性

除了施信如所提之上述四種可能註4世界衛生組織(WHO, World Health Organization)和美國疾病與預防中心(US CDC, Centers for Disease Control and Prevention)對於 RT-PCR 都有提出檢驗病毒時的建議步驟 7,9,10

在其說明中,明確地指出檢測可能存在不確定性,而不是非黑即白,工作現場總是有科學難以掌握的灰色地帶。

美國疾病管制與預防中心針對各種可能的檢測結果說明
樣本第一次的重複 樣本第二次的重複 樣本第三次的重複 RP 檢驗結果
± 確診
若三次重複中,僅有1或2次重複呈現陽性 ± 不確定的檢驗結果
不存在新型冠狀病毒
無效的檢驗結果
From:參考文獻 9。

除了檢測,還有什麼計畫呢?

當詢問到最近實驗室針對病毒的研究有哪些進一步的規畫。施信如表示近期正試圖釐清病毒量和傳染力的關聯性。簡單來說,理論上一株病毒可以感染一顆細胞;但由於複製的缺陷、偶發的突變,病毒不見得每次都能複製出具有感染力的子代。

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為了要釐清新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的感染力,利用 CT-PCR 定量病毒 RNA 的濃度,並結合 in vitro 的細胞實驗、觀察複製多代後的病毒對細胞的殺傷力,就能簡單地判斷此新病毒的感染力和複製能力。 

新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)穿透式電子顯微鏡(部分使用數位上色)照片。From: Rocky Mountain Laboratories of National Institute of Allergy and Infectious Diseases

相關處理步驟如下,若對此有興趣的話不妨可以看看實驗是怎麼做:

  • 第1步:複製特定基因的RNA (為避免從實驗室誤傳、外洩的危險,第1步先不以整個基因組或完整的病毒),量測各種RNA濃度和Ct值,獲得RNA濃度和Ct值之間的關係。
  • 第2步:在受控制的條件下,培養真實的病毒。由於無法一顆顆地計算病毒顆粒數量,因此用RNA濃度代表病毒量。在實驗室裡培養各種濃度的病毒 (各種RNA濃度),準備進入第3步。
  • 第3步:利用各種濃度的病毒,實際感染培養皿裡的細胞,利用計算溶菌斑(viral plaque)的方式,得到各種濃度的病毒感染細胞的能力。
  • 重複1-3步,可以透過Ct值得到病毒量 (RNA濃度)和in vitro條件下的感染力,進而跟其他資料比較,推測新型冠狀病毒 (SARS-CoV-2)的各種特性。(以下為作者透過理解採訪,假設的推論,非施信如口述) 舉例而言,假設重複1-3步,在相同的病毒量 (RNA濃度)下,本次疫情的病毒,和 2002 年 SARS-CoV、2015年MERS,在in vitro條件下,發現不同的溶斑數量:
    相同濃度的病毒 (RNA) SARS-CoV-2 SARS-CoV MERS
    溶斑數量 100 70 20
    • 此為假設結果,非實際實驗

因此可以知道相同的病毒濃度、 in vitro 條件裡,SARS-CoV-2 的感染力最高,因此可以猜測可能是:

  1. SARS-CoV-2 病毒的複製效率最好,每次複製後,獲得的活病毒比例最高
  2. SARS-CoV-2 病毒對細胞的結合能力最強,相同的時間裡,病毒能吸附、進入細胞的數量最多
  3. SARS-CoV-2 病毒對細胞的破壞速度最快,相同的時間裡,病毒能破壞的細胞數量最多

再透過猜測,發展其他的實驗模型去證明猜測的正確性。

溶菌斑(viral plaque)註5。此圖使用 Huh 7 cell line/人類肝癌細胞株,並用冠狀病毒系列的coronavirus 229E 感染,之後再用結晶紫(crystal violet)將活細胞染成紫色。圖中任一個非紫色的圓形,理論上可被視為被一顆病毒感染、破壞後的痕跡。圖中可見 4 個 wells 幾乎沒有細胞,病毒以將該 well 的細胞幾近都殺死。From:長庚新興病毒感染研究中心黃聖愉博士

藥物可能開發的方向?

目前新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)現在主要是培養在非洲綠猴腎細胞 ( Vero E6 cells )中,但它在表皮細胞株系列也都長的不錯。而培養病毒成功後,除了觀察細胞病變外,另也可抽取培養上清液測 RNA;除此之外,市售的anti-SARS 抗體也能認出新型冠狀病毒,因此也可以透過螢光抗體、螢光顯微鏡的方式判斷病毒的增長量註6

現在有許多團隊寄藥品到實驗室,希望能測試新藥對抗新型冠狀病毒的能力。部分藥物的目標是該病毒特殊的蛋白酶,也有部分研究團隊針對病毒在合成自身 RNA 的過程中,會偷用宿主的蛋白質,希望開發新藥物來阻斷這個「偷用宿主的 XXX」的步驟。

成功不必在我,扎實做實驗

施信如表示,研究前的計畫撰寫非常重要,雖然新型冠狀病毒是現下全球關注的焦點,但也不宜跟風地做研究、寫計畫。

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科學是長久的領域,科學家應有著「成功不必在我」的心情來寫計畫、扎扎實實做實驗。「要鼓勵年輕人踏入科學、提出計畫、和全球最傑出的科學家合作。」施信如這麼說,儘管現處在疫情當下,但年輕的科學家仍應提出實在、可讓自己成長的計畫。與全球傑出的科學家們共同討論,讓他們批判、優化你的計畫,然後慢慢地成為一代大師。而且也要帶著比你更年輕的科學家一起寫,科學才能代代相傳、後繼有人。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

註解

  1. 作者補充資料:有資格上機操作者是醫事檢驗師,並非醫師、藥師等
  2. Gisaid,病毒學家也常將基因組上傳到VIPR virus pathogen resourceNCBI。有了共同的知識庫,科學家們就可以互相研究彼此的發現、加速發展
  3. 美國第一例被治癒的患者報告中,可發現糞便也曾在病程中某一日出現過病毒的RNA
  4. 施信如的說明,一定程度上解釋了為何韓國臨床文獻裡的結果卻飄忽不定的可能理由
  5. Viral Plaque, 溶菌斑。理論上,一顆病毒在破壞細胞後,會出現一個形狀近似正圓、無細胞的區域。可用此方式推理出病毒的濃度與其他特徵
  6. 作者補充:在尚無專一性極高的快篩商用套件的當下,可以利用市售的 anti-SARS 抗體進行研究、組件,甚至商業化

補充資料

補充資料1:RdRP、E gene 和 N gene

  • RdRP,即 RNA-dependent RNA polymerase,可將病毒 RNA 複製成另一顆病毒的 RNA,是正鏈 RNA 病毒的必備酵素。由於通常不會出現在成熟的病毒顆粒中,屬非結構性蛋白(nonstructural protein)。通常人體沒有此類功能的酵素,因此也成為藥廠克制病毒的目標之一。
  • N protein,負責保護、包裹病毒的 RNA 3
  • 包膜蛋白 ( envelope (E) protein ),穿膜蛋白,與病毒生命週期的多方面有關,如裝配,出芽,包膜形成和發病機制 4。
    可配合下面兩張新型冠狀病毒的外觀圖、剖面圖觀察。
上圖:病毒外表示意圖。中圖:病毒剖面示意圖。下圖:新型冠狀病毒 3D 模型,我只是覺得可愛,沒有要解釋什麼~From:上:Scientific Animation。中:US CDC。下:Rocky Mountain Laboratories of National Institute of Allergy and Infectious Diseases。中文資訊為作者加註
Assay/Use Oligonucleotide ID Sequence (5′-3′) Comment
RdRP gene RdRP_SARST-F2 GTGARATGGTCATGTGTGGCGG use 600 nM per reaction
RdRP_SARS-R1 CARATGTTAAASACACTATTAGCATA use 800 nM per reaction
RdRP SARSr-P2 FAM-CAGGTGGAACCTCATCAGGAGATGCBBQ Specific for Wuhan-CoV, will not detect SARSCOV
use 100 nM per reaction and mix with P1
RdRP_SARSr-P1 FAMCCAGGTGGWACRTCATCMGGTGATGCBBQ Pan Sarbeco-Probe, will detect Wuhan virus, SARS-CoV and bat-SARS-related Cols
use 100 nM per reaction and mix with P2
E gene E_Sarbeco_F1 ACAGGTACGTTAATAGTTAATAGCGT use 400 nM per reaction
E_Sarbeco_R2 ATATTGCAGCAGTACGCACACA use 400 nM per reaction
E_Sarbeco_P1 FAM-ACACTAGCCATCCTTACTGCGCTTCGBBQ use 200 nM per reaction
N gene N_Sarbeco_F1 CACATTGGCACCCGCAATC use 600 nM per reaction
N Sarbeco R1 GAGGAACGAGAAGAGGCTTG use 800 nM per reaction
N Sarbeco P1 FAM-ACTTCCTCAAGGAACAACATTGCCABBQ use 200 nM per reaction
  • Diagnostic detection of 2019-nCoV by real-time RT-PCR. WHO. 2020/01/13版裡推薦鑑定SAES-CoV-2的 primers。From: 參考文獻2

補充資料2: WHO之研究限制與採樣建議

為保證檢驗引子偵測之專一性,已對其他的冠狀病毒進行過 RT-PCR 測試,確保依循 WHO 文件操作,僅能檢出新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)。相關文件內容簡述如下7:

此檢驗方法,已透過檢測 human coronaviruses (HCoV)-229E, -NL63, -OC43, -HKU1 and MERS-CoV(in vitro)。而無法用普通細胞培養的 HCoV-HKU1,亦利用人類上呼吸道培養病毒,以確保本文件推薦之方式不會測出上述冠狀病毒。

因此患者樣本裡若有足夠的本疫情之新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)RNA 量,將可被本檢測方式檢出

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參考文獻

  1. Roujian Lu, Xiang Zhao, Juan Li, Peihua Niu, Bo Yang, Honglong Wu, Wenling Wang, Hao Song, Baoying Huang, Na Zhu, Yuhai Bi, Xuejun Ma, Faxian Zhan, Liang Wang, Tao Hu, Hong Zhou, Zhenhong Hu, Weimin Zhou, Li Zhao, Jing Chen, Yao Meng, Ji Wang, Yang Lin, Jianying Yuan, Zhihao Xie, Jinmin Ma, William J Liu, Dayan Wang, Wenbo Xu, Edward C Holmes, George F Gao, Guizhen Wu, Weijun Chen, Weifeng Shi, Wenjie Tan (2020) Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. The Lancet. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30251-8
  2. Diagnostic detection of 2019-nCoV by real-time RT-PCR. WHO. 2020/01/13
  3. Benjamin W. Neuman, Gabriella Kiss, Andreas H. Kunding, David Bhella, M. Fazil Baksh, Stephen Connelly, Ben Droese, Joseph P. Klaus, Shinji Makino, Stanley G. Sawicki, Stuart G. Siddell, Dimitrios G. Stamou, Ian A. Wilson, Peter Kuhn, and Michael J. Buchmeier. (2015) A structural analysis of M protein in coronavirus assembly and morphology. Journal of Structural Biology. DOI: 10.1016/j.jsb.2010.11.021
  4. Dewald Schoeman & Burtram C. Fielding (2019) Coronavirus envelope protein: current knowledge. Virology Journal. 16. DOI: https://doi.org/10.1186/s12985-019-1182-0
  5. M. Alejandra Tortorici, Alexandra C. Walls, Yifei Lang, Chunyan Wang, Zeshi Li, Danielle Koerhuis, Geert-Jan Boons, Berend-Jan Bosch, Félix A. Rey, Raoul J. de Groot, and David Veesler. (2019) Structural basis for human coronavirus attachment to sialic acid receptors. Nature Structural & Molecular Biology. DOI: 10.1038/s41594-019-0233-y
  6. Qinghong Zeng, Martijn A. Langereis, Arno L. W. van Vliet, Eric G. Huizinga, and Raoul J. de Groot. (2008) Structure of coronavirus hemagglutinin-esterase offers insight into corona and influenza virus evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.0800502105
  7. Diagnostic detection of 2019-nCoV by real-time RT-PCR. WHO. 2020/01/17
  8. 2015 年季節性流感防治工作手冊。疾病管制署
  9. Real-Time RT-PCR Panel for Detection 2019-Novel Coronavirus. US CDC. 2020/01/24
  10. 2019-Novel Coronavirus (2019-nCoV) Real-time rRT-PCR Panel Primers and Probes. US CDC. 2020/01/24
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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
文章難易度

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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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找回擁有食物的主導權?從零開始「菇類採集」!——《真菌大未來》
積木文化
・2024/02/25 ・4266字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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菇類採集

在新冠肺炎(COVID-19)大流行後,馬斯洛「需求層次理論」裡的食品與安全在眾目睽睽下被抽離出來,變成後疫情時代最重要的兩個元素。對食物的焦慮點燃人們大腦中所有生存意志,於是大家開始恐慌性地購買,讓原本就已經脆弱、易受攻擊的現代糧食系統更岌岌可危。

值得慶幸的是,我們的祖先以前就經歷過這一切,留下來的經驗值得借鏡。菇類採集的興趣在艱難時期達到顛峰,這反映了人類本能上對未來產生的恐懼。1 無論是否有意,我們意識到需要找回擁有食物的主導權,循著古老能力的引導來找尋、準備我們自己的食物,如此才能應付食物短缺所產生的焦慮。

在新冠肺炎大流行後,馬斯洛「需求層次理論」裡的食品與安全在眾目睽睽下被抽離出來,變成後疫情時代最重要的兩個元素。圖/pexels

我們看見越來越多人以城市採集者的身分對野生菇類有了新的品味,進而找到安全感並與大自然建立起連結。這並不是說菇類採集將成為主要的生存方式,而是找回重新獲得自給自足能力的安全感。此外,菇類採集的快感就足以讓任何人不斷回歸嘗試。

在這個數位時代,菇類採集是讓我們能與自然重新連結的獨特活動。我們早已遺忘,身體和本能,就是遺傳自世世代代與自然和諧相處的菇類採集者。走出現代牢籠、進入大自然從而獲得的心理和心靈滋養不容小不容小覷。森林和其他自然空間提醒著我們,這裡還存在另一個宇宙,且和那些由金錢、商業、政治與媒體統治的宇宙同樣重要(或更重要)。

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在這個數位時代,菇類採集是讓我們能與自然重新連結的獨特活動。圖/unsplash

只有願意撥開遮蓋的落葉並專注尋找,才能體認到菇類的多樣性和廣泛分布。一趟森林之旅能讓人與廣大的生態系統重新建立連結,另一方面也提醒我們,自己永遠屬於生命之網的一部分,從未被排除在外。

腐爛的樹幹不再讓人看了難受,而是一個充滿機遇的地方:多孔菌(Bracket Fungi)──這個外觀看起來像貨架的木材分解者,就在腐爛的樹幹上茁壯成長,規模雖小卻很常見。此外,枯葉中、倒下的樹上、草地裡或牛糞上,也都是菇類生長的地方。

菇類採集是一種社會的「反學習」(遺忘先前所學)。你不是被動地吸收資訊,而是主動且專注地在森林的每個角落尋找真菌。不過度採集、只拿自身所需,把剩下的留給別人。你不再感覺遲鈍,而是磨練出注意的技巧,只注意菇類、泥土的香氣,以及醒目的形狀、質地和顏色。

只有願意撥開遮蓋的落葉並專注尋找,才能體認到菇類的多樣性和廣泛分布。圖/unsplash

菇類採集喚醒身體的感官感受,讓心靈與身體重新建立連結。這是一種可以從中瞭解自然世界的感人冥想,每次的發現都振奮人心,運氣好的話還可以帶一些免費、美味又營養的食物回家。祝您採集愉快。

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計畫

菇類採集就像在生活中摸索一樣,很難照既定計畫執行,而且以前的經歷完全派不上用場。最好的方法就是放棄「非採集到什麼不可」的念頭,持開放心態走出戶外執行這項工作。菇類採集不僅是享受找到菇的滿足感,更重要的是體驗走過鬆脆的樹葉、聞著森林潮濕的有機氣味,並與手持手杖和柳條筐的友善採菇人相遇的過程。

菇類採集很難照既定計畫執行,最好的方法就是放棄「非採集到什麼不可」的念頭。採集過程幾乎就像玩捉迷藏,只不過你根本不確定自己在找什麼,甚至根本不知道要找的東西是否存在。圖/unsplash

你很快就會明白為什麼真菌會有「神秘的生物界」的稱號。真菌無所不在但又難以捉摸,採集過程幾乎就像玩捉迷藏,只不過你根本不確定自己在找什麼,甚至根本不知道要找的東西是否存在。但還是要有信心,只要循著樹木走、翻動一下原木、看看有落葉的地方,這個過程就會為你指路。一點點的計畫,將大大增加你獲得健康收益的機會。所以,讓我們開始吧。

去哪裡找?

林地和草原,是你將開始探索的兩個主要所在。林地底層提供真菌所需的有機物質,也為樹木提供菌根關係。橡樹、松樹、山毛櫸和白樺樹都是長期的菌根夥伴,所以循著樹種,就離找到目標菇類更近了。

林地底層提供真菌所需的有機物質,也為樹木提供菌根關係。圖/pexels

草原上也會有大量菇類,但由於這裡的樹木多樣性和環境條件不足,所以菇類種類會比林地少許多。如果這些地點選項對你來說都太遠了,那麼可以試著在自家花園或在地公園綠地當中尋找看看。這些也都是尋菇的好地方。

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澳洲新南威爾斯州奧伯倫

澳洲可以說是真菌天堂。與其他大陸隔絕的歷史、不斷變化的氣候以及營養豐富的森林,讓澳洲真菌擁有廣大的多樣性。澳洲新南威爾斯州(New South Wales)的奧伯倫(Oberon)就有一座超過四萬公頃的松樹林,是採集菇類的最佳地點之一。

在那裡,有廣受歡迎的可食用菌松乳菇(又稱紅松菌),據說這種真菌的菌絲體附著在一棵歐洲進口樹的根部,而意外被引進澳洲。 1821 年,英國真菌學家塞繆爾・弗里德里克・格雷(Samuel Frederick Gray)將這種胡蘿蔔色的菇命名為美味乳菇(Lactarius deliciosus),這的確名符其實,因為「Deliciosus」在拉丁語中意為「美味」。如果想要在奧伯倫找到這些菇類,秋天時就要開始計劃,在隔年二月下旬至五月的產季到訪。

位於澳洲新南威爾斯州的奧伯倫就有一座超過四萬公頃的松樹林,是採集菇類的絕佳地點。圖/unsplash

英國漢普郡新森林國家公園

在英國,漢普郡的新森林國家公園(Hampshire’s New Forest)距離倫敦有九十分鐘的火車車程。它由林地和草原組成,當中有種類繁多的植物群、動物群和真菌可供遊客觀賞,甚至還有野生馬匹在園區裡四處遊蕩。

這片森林擁有兩千五百多種真菌,其中包括會散發惡臭的臭角菌(Phallus impudicus),它的外觀和結構就如圖鑑中描述般,與男性生殖器相似且不常見。還有喜好生長於橡樹上,外觀像架子一樣層層堆疊的硫色絢孔菌(Laetiporus sulphureus ,又稱林中雞)。該國家公園不允許遊客採收這裡的菇,所以請把時間花在搜尋、鑑別與欣賞真菌上。如果幸運的話,該地區可能會有採集團體可以加入,但能做的也僅限於採集圖像鑑別菇類,而非採集食用。

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在英國,漢普郡的新森林國家公園由林地和草原組成,當中有種類繁多的植物群、動物群和真菌可供遊客觀賞。該國家公園不允許遊客採收這裡的菇,所以請把時間花在搜尋、鑑別與欣賞真菌上。圖/unsplash

美國紐約市中央公園

甚至紐約市的中央公園也有採集菇類的可能性。雖然在 1850 年代公園建造之時並未刻意引進菇類物種,但這個占地八百四十英畝的公園現已登錄了四百多種菇類,足以證明真菌孢子的影響之深遠。

加里・林科夫(Gary Lincoff)是一位自學成才、被稱作「菇類吹笛人」2 的真菌學家,他住在中央公園附近,並以紐約真菌學會的名義會定期舉辦菇類採集活動。林科夫是該學會的早期成員之一,該學會於 1962 年由前衛作曲家約翰・凱吉(John Cage)重新恢復運作。凱吉也是一位自學成才的業餘真菌學家,並靠自己的能力成為專家。

甚至紐約市的中央公園也有採集菇類的可能性。雖然在 1850 年代公園建造之時並未刻意引進菇類物種,但這個占地八百四十英畝的公園現已登錄了四百多種菇類。圖/wikipedia

進行菇類採集時,找瞭解特定物種及其棲息地的在地專家結伴同行,總是有幫助的。如果你需要一個採集嚮導,求助於所在地的真菌學會會是一個正確方向。

何時去找?

在適當的環境條件下(例如溫度、光照、濕度和二氧化碳濃度),菌絲體全年皆可生長。某些物種對環境條件較敏感,但平均理想溫度介於 15~24 ℃ 之間,通常是正要進入冬季或冬季剛過期間,因此秋季和春季會是為採集菇類作計畫的好季節。

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秋季和春季是為採集菇類作計畫的好季節,但因為菇類受溫度變化模式和降雨量的影響很大,所以每年採菇的旺季時間會略有不同。圖/unsplash

當菌絲體從周圍吸收水分時,會產生一股破裂性的力量,讓細胞充滿水分並開始出菇。這就是菇類通常會出現在雨後和一年中最潮濕月份的原因。牢記這些條件,就可以引導你找到寶藏。但也要記得,因為菇類受溫度變化模式和降雨量的影響很大,所以每年採菇的旺季時間會略有不同。

註解

  1. Sonya Sachdeva, Marla R Emery and Patrick T Hurley, ‘Depiction of wild food foraging practices in the media: Impact of the great recession’, Society & Natural Resources, vol. 31, issue 8, 2018, <doi.org/10.1080/08941920.2 018.1450914>. ↩︎
  2. 譯注:民間傳說人物。吹笛人消除了哈梅林鎮的所有老鼠,但鎮上官員拒絕給予承諾的報酬,於是他就吹奏著美麗的音樂,把所有孩子帶出哈梅林鎮。 ↩︎

——本文摘自《真菌大未來:不斷改變世界樣貌的全能生物,從食品、醫藥、建築、環保到迷幻》,2023 年 12 月,積木文化出版,未經同意請勿轉載。

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2020 年公民科學事件簿:#長新冠(#Long Covid)
A.H._96
・2023/10/20 ・5564字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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通過患者主導的研究和患者主導的行動主義,
患者似乎正在編寫第一本關於長新冠的教科書

(Amali Lokugamage, 2020 而後被世衛總幹事引用1

時空回到 2020 年 5 月下旬,台灣的新冠疫情頭條新聞是國內新冠肺炎疫情趨緩,連續超過一個月沒有本土確診病例,然而全球確診數卻已衝破 500 萬大關 2。那是台灣全民和網路社群每日為 +0 歡欣鼓舞的日子,清零台灣很難想像其他國家在疫情狂飆下的生活樣貌。

全球大部分國家在封城與疫情無法控制的脈絡下,原本防疫科學辭典裡沒有的名詞,在 2020 年春季歐美英語使用者的網路社群中漸漸流傳開來。由於網路社群媒體允許患者在封鎖與身體狀態不佳的限制下,在網路社群中相互尋找和資訊交流,產生共鳴與共識進而發展出一個共通術語,也就是我們現在熟知的「長新冠(Long COVID)」或國內較不熟悉的另一個相似詞「長途運輸者(Long-hauler)/長途運輸的新冠 (long-haul COVID) 3」。

我們現在知道的「長新冠」已不是網路世界中的虛擬事件,而是科學家和國際組織認定的「科學物件 (scientific object)」。世界衛生組織正式定義:新冠後症狀(Post COVID-19 condition ),簡稱長新冠(Long COVID) 是指在初次感染新冠病毒三個月後繼續或出現新症狀,症狀持續至少兩個月,無法用其他診斷來解釋的病症 4。長新冠患者的發病率也從早期研究的 10%,20% 至近期《自然》期刊《科學報告》5 所敘述的 30-60% 。此篇論文主要提出感染新冠兩年後仍對免疫系統造成不良影響,再次令人不僅感嘆新冠的長尾還真是長,不過我們關注的焦點是論文中的這段敘述:

“有趣的是「長新冠」一詞是由倫敦大學考古學家艾爾莎・佩雷戈(Elsa Perego)在推特上推廣來自患者創造的術語而興起的。”

圖一:網路社群廣用的主題標籤來描述或分享長新冠資訊。圖/作者提供

這個來自 2020 年春天「患者創造的術語」, 2021 年 10 月 6 日世衛公布長新冠的正式定義,雖然使用的是「新冠後症狀(post COVID-19 condition)」,但長新冠仍是最通用的術語。在今年(2023)的 7 月 31 日美國衛生與公眾服務部(Health and Human Service, HHS)宣布正式成立「長新冠研究與實務辦公室 (the Office of Long COVID Research and Practice)」,同時也啟動了長新冠的臨床試驗 6。這場網路社群的公眾參與科學論述理念,由下而上的草根運動,進而引起廣泛群眾社會良知並驅動科學家研究,最後促成相關政策組織的成立過程,即是社會學家所稱的「公民科學(citizen science)」7

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那麼我們不禁好奇,這一切是如何開始的?

現在若按照世衛的「長新冠」定義,感染三個月後持續二個月症狀合計至少五個月的病程,那麼文獻上 2020 年 5 月這個時間點,反應了歐美國家初期大規模感染後,累積一定數量患者在確診後「理論上康復」但卻持續有各種症狀困擾的情形。當時各國的衛生當局和醫療機構尚未認識到新冠感染造成長期後遺症的可能性,而世衛最初資訊亦表示新冠輕症感染者的病程平均持續兩周。

佩雷戈在 2020 年 5 月 20 日(英國時間)是目前文獻上記載最早的長新冠推文,後續網路社群媒體陸續出現如圖一所標示與長新冠有關的主題標籤。佩雷戈與其他科學家 2020 年 9 月發表了一封公開信,標題是「為什麼我們需要患者所提出的『長新冠』術語」,說明長新冠一詞強調了當時輕症卻持續超過二周以上的多種後遺症,這個術語有助於認識新冠發病機制本身具有特異性,而術語本身的簡單性和力量則有助於在全球範圍內爭取公平認可,並確保公眾在接觸新冠風險時,瞭解感染的潛在長期影響 8

圖二:2020 年自 5 月起長新冠公民科學形成的過程。圖/作者提供
註:長新冠公民科學的發展並非完全線性的發展,其中多種面相是重疊的。
(點圖放大)

圖二摘要描述 2020 年自 5 月起長新冠公民科學形成的過程,主要依據佩雷戈與英國格拉斯哥大學人文地理學教授菲麗西蒂・卡拉德(Felicity Callard)、英國劍橋、牛津等大學研究學者梅洛迪・特納(Melody Turner)等人記錄這場 2020 年公民科學發展過程的三篇論文 9, 10, 11

以 2020 年自 5 月的第一條推文,推特社群與其他網路媒體(如臉書、 Slack 和 WhatsApp 社群)快速構建,並在此過程中引入了長新冠作為一種社會條件,導致在短短的三個月內被世衛確認長新冠為一種醫療狀況:世衛國際疾病分類(International Classification of Diseases 11th Revision, ICD-11)正式定義長新冠為新冠後症狀,圖二最後以《自然》期刊編輯於該年 10 月發表的公開呼籲做結:「長新冠:讓患者協助定義長新冠症狀」副標題:長新冠症狀的術語以及康復的定義必須納入患者的觀點。

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「從一條相當不起眼的推文(引入了一個新的主題標籤,最初只被『點讚』一次),在短短三個月內轉變為世衛使用的詞」佩雷戈回憶說明, #longcovid 的使用呈指數級增長。一週內從社群媒體轉向印刷媒體,短短一個月醫學期刊從討論、呼籲、科學家開始下定義、到「長新冠」的引號在主流媒體與科學期刊內容消失,直接使用長新冠一詞,三個月後 2020 年 8 月 21 日在世衛新冠技術負責人瑪麗亞・范克爾霍夫 (Maria Van Kerkhove)聯繫英國的長新冠 SOS 組織(LongCovidSOS)了解宣導者要求後,世衛組織總幹事在線上會議與長新冠宣導者討論這一個疾病。

患者症狀故事:新冠不只影響肺部

佩雷戈與卡拉德指出,長新冠患者在網路社群的公民運動中通過與其他經歷長期後遺症患者集體分享而出現,提供了後來科學的新知,其貢獻包括:口頭、書面、視覺敘述、證詞和論點以及宣傳和政策干預,對傳統科學提出了挑戰,例如在大流行初期的新冠公眾資訊傳遞過程中僅限對肺部影響的討論,長新冠網路社群則協助擴大範圍。

2020 年 4 月一篇廣為流傳的推文,而後經由報紙專欄強調這位患者的後遺症「純粹是胃部症狀」而不是肺部系統,其他患者的多重器官後遺症則陸續在各種平台上,各自分享自身的醫學檢查,要求醫療單位進行更深入調查並向傳統研究團體致電等。現在這些「症狀故事」已在許多科學期刊的出版物中得到驗證,換言之,這些患者不僅提供了早期複雜的症狀,更有助於修正新冠損害的範圍,強調了需要關注所有潛在的面相,並提供有關疾病的機制和治療方法的假設。

新冠不只影響肺部,有位患者的後遺症純粹是胃部症狀。
圖/pexels

特納等人 2023 年發表的研究,在論文中提到是特納本人經歷長新冠症狀後與其他研究人員著手展開的。她反思自己的經歷如何影響她的研究,並質疑患者如何以及為何能在各種醫療機構前識別出長新冠,進而質疑傳統實證醫學的過程。他們蒐集整理 3 萬多筆帶有 #longcovid 和 #longhauler 標籤推文,進一步語意分析 974 條推文內容中的關鍵字後歸納指出:推特使用者最初將長新冠描述為一種無情、多器官、致殘的疾病,卻也因當時公眾和醫療機構缺乏認知,這些推特使用者面臨著恥辱和歧視的不公平待遇。但這些長新冠的早期推特使用者,後來被研究記錄為長新冠最初經歷的科學實證者,藉由此次的集體社會運動 (collective social movement)對長新冠患者的醫療保健需求建立共識。

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同時另一個推特標籤 #researchrehabrecognition (#研究康復認知)也引起了世衛總幹事譚德賽的注意,最後承認長新冠問題並力促解決,特納等人解釋,長新冠患者賦予疾病經歷的含義在很大程度上被理解為有價值的知識形式,可以更全面地認識和治療病情及其影響,這些公民知識通過塑造臨床醫生與患者討論診斷的方式來直接影響臨床實踐,提高了就治療方案和任何建議的生活方式改變達成共識的能力。

長新冠公民運動:衛生服務部門的具體回應

佩雷戈與卡拉德提到的另一個網路社群運動也使得英國政府不得不採取具體行動。 2020 年 7 月,患有長新冠的英國南安普敦大學公共衛生教授尼斯林・阿爾萬(Nisreen Alwan)發起了社群媒體活動「#計算長新冠(#CountLongCovid)」,強調迫切需要正確的康復病例定義、收集數據的標準化方法以及大量基於人群的樣本資料,呼籲政府全面收集監測長新冠。

9 月,網友結合「六個月前」脈絡在推特上集合紛紛留下個人長新冠前後的對比故事。現在我們可藉由應用程式 Thread Reader App 將此推文串合併,一窺當時網路社群如何串連長新冠的個人經歷 12。 2020 年底英國國家統計局公布,「長新冠」監測數據,證實了真實患病率可能比以前認為的要高得多、患者症狀持續三個月或更長時間 13

另外針對兒童和青少年的長新冠症狀, 2020 年的 #兒童長新冠(#LongCovidKids)運動亦促成了英國國會跨黨派國會新冠小組(All-Party Parliamentary Group on Coronavirus in the UK)在 2021 年 1 月舉行的兒童長新冠公聽會,今(2023)年 2 月 16 日世衛也公布了兒童和青少年版長新冠的正式定義 14

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世界衛生組織也公布了兒童和青少年版長新冠的正式定義。
圖/unsplash

特納等人綜合歸納 #longcovid 推文標籤的六個主題:

  1. 個人長期恢復
  2. 看不見的疾病,例如考慮最初對長新冠缺乏認識可能是一種孤立和無形的體驗
  3. 意外族群,如參與者對觀察結果表示驚訝和擔憂,許多長新冠患者很年輕而且以前「身體健康」
  4. 通過量化進行驗證,如對疫情統計資料和醫療系統有限投入的憂慮,強調最初兩週的定義的不足,要求通過監測計算患者發病率來了解病情
  5. 支持和研究的需要,如推特使用者擔心由於知識的缺乏,醫療機構可能無法充分提供醫療保健服務或投資長新冠的研究,因此使用 #researchrehabrecognition,最後獲得世衛的重視
  6. 衛生服務部門的認可

如推文中參與者評論醫療機構如何逐漸意識到長新冠與受到官方醫療保健的認同,如當時的美國首席醫療顧問安東尼・福奇以及世衛譚德塞,從而創造了衛生服務部門的具體行動以及為社會和科學新的認識契機。

網路社群媒體的開放性

網路社群在 2020 年經歷了所謂的醫療煤氣燈(medical gaslighting)效應,當他們處於科學對長新冠不確定性的大環境時,經常覺得被敷衍或誤診,就像是 1944 年經典電影《煤氣燈下》(Gaslight)明明房間裡煤氣燈忽明忽暗,但影片中的老公卻堅持一切正常,這些求助無門的人們,經歷許多令人沮喪的醫療保健挫折,藉由網路群眾的長新冠公民運動,將確診後揮之不去的各種後遺症和醫療狀況與具有相同經歷的人們聯繫起來,以尋求資訊、支持和認可,最終獲得了疾病的驗證和社會的支援 15

當他們處於科學對長新冠不確定性的大環境時,經常覺得被敷衍或誤診。
圖/pexels

特納等人分析推特如何促進集體社會運動的形成社會共識,通過社群媒體的公開和開放的系統,推特的社交網絡使得以前互不相干的使用者能夠分享這些情緒、資訊與交換知識,從普通公民、醫生、科學家到世衛總幹事等知名人士。推特與其他社交網站(如臉書和 Slack )使用方法不同,後者的長新冠社群多是封閉群組,限制公開分享;推特則在長新冠的推文中具有「去中心化」的特性:如沒有單一的意見領袖、使用者間訊息自由流動等。

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例如推特使用者廣泛分享了 #research 、 #rehabilitation 和 #recognition 等單獨術語。 最終,使用者將這三個術語合併成 #researchrehabrecognition ,此標籤的演變展示了集體決策的過程,旨在挑戰長新冠患者由最初缺乏醫療認可和醫療保健規定而面臨的公民知識需求和認可狀態。

長新冠患者的知識因民眾直接地發起參與研究自己或社區、社群的環境和健康危害,提高學界醫界對新冠的新認識,知識從患者通過媒體傳播到正規的臨床和衛生政策管道,就像特納等人的分析,長新冠從一種看不見的疾病轉變為一種公認的疾病。

這些網路社群推文積極的行動,達成的集體共識足以令人信服地向包括世衛在內的醫療機構證明,儘管缺乏傳統的實證醫學,但長新冠是一種真實的疾病。一群網路公民在 2020 年集體編寫了第一本關於長新冠的教科書,此刻我們見證了網路社群的群眾力量,不僅促成了現實世界的真實變化,確保對醫療保健供應的認可,也揭開了科學研究的新序幕。

參考資料

  1. Lokugamage A, Rayner C, Simpson F, Carayon L. We have heard your message about long covid and we will act, says WHO. The BMJ. Published September 3, 2020. ↩︎
  2. Yahoo News:國際新冠肺炎疫情還在燒 全球確診數破 500 萬大關 ↩︎
  3. 目前已知「長途運輸者」在佩雷戈論文中引用來自 2020 年 6 月的推文:「長途運輸新冠戰士」的患者召集人艾咪・沃森(Amy Watson) ,她從她接受測試時戴的卡車司機帽子中衍生出來:https://twitter.com/katemeredithp/status/1277316840453267456 ↩︎
  4. WHO:https://www.who.int/europe/news-room/fact-sheets/item/post-covid-19-condition ↩︎
  5. López-Hernández, Y., Monárrez-Espino, J., López, D.A.G. et al. The plasma metabolome of long COVID patients two years after infection. Sci Rep 13, 12420 (2023) ↩︎
  6. HHS News: https://www.hhs.gov/about/news/2023/07/31/hhs-announces-formation-office-long-covid-research-practice-launch-long-covid-clinical-trials-through-recover-initiative.html ↩︎
  7. 泛科學、左岸文化 (2018/05/17),什麼是公民科學?誰是公民科學家? ↩︎
  8. Perego, Elisa, et al. “Why the patient-made term ‘long covid’ is needed.” Wellcome Open Research 5.224 (2020): 224. ↩︎
  9. Callard, Felicity, and Elisa Perego. “How and why patients made Long Covid.” Social science & medicine 268 (2021): 113426 ↩︎
  10. Perego, Elisa, and Felicity Callard. “Patient-made Long Covid changed COVID-19 (and the production of science, too).” (Feb. 2021) ↩︎
  11. Turner, Melody, et al. “The# longcovid revolution: A reflexive thematic analysis.” Social Science & Medicine (2023): 116130. ↩︎
  12. Thread Reader App#計算長新冠(#CountLongCovid)與“六個月前”結合的網頁: https://threadreaderapp.com/convos/1308678318821199872 ↩︎
  13. 英國獨立報 The Independent (16 December 2020) ,https://www.independent.co.uk/news/health/coronavirus-long-covid-ons-data-b1774821.html ↩︎
  14. WHO:A clinical case definition for post COVID-19 condition in children and adolescents by expert consensus, 16 February 2023 ↩︎
  15. Russell, David, et al. “Support amid uncertainty: Long COVID illness experiences and the role of online communities.” SSM-Qualitative Research in Health 2 (2022): 100177 ↩︎
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