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明明都是人工生殖,「人工授精」跟「試管嬰兒」到底差在哪?

威廉氏後人-李毅評醫師_96
・2021/01/09 ・3379字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 460 ・五年級
  • 文/鍵盤婦產科——威廉氏後人

新朋友中有許多備孕新手,對於人工生殖的這幾個作法常常傻傻分不清楚。其實也不只是患者們搞不清楚,常常其他科的醫師會診時,也搞不清楚。

今天,就讓我一次完整說明這幾個類似的名詞吧!

你說的「人工」不等於他說的「人工」——人工生殖技術 (ART)

所有現代西醫科技介入的方法,都可以列入人工生殖的範圍,這是一個統稱。

主要就分兩大類:1. 人工授精 (IUI) 2. 試管嬰兒 (IVF)

不過呢,大部分的人常常說:我做過幾次「人工」,或者說:我這胎是「植入」懷孕的。往往患者自己也搞不清楚自己是做了什麼。這時候其實醫生們在意的是,到底是做過幾次「人工授精」、幾次「試管嬰兒」、「植入」的究竟是什麼?

這兩種做法、效果、成功率、都完全不同,做過三次人工授精失敗跟做過三次試管嬰兒失敗,對我們醫生來說是完全不同的概念。

所以慢慢的,這些名詞不斷地被大部分人所誤用,你說的「人工」不等於他說的「人工」的情形反覆出現,也才會出現連其他科醫師都搞不清楚的情況發生。再重複一次,人工生殖 (ART):也就是所有西醫科技介入的方法都算,主要分為「人工授精」和「試管嬰兒」兩種。

人工授精與試管嬰兒都屬於人工生殖。圖/Benjamin Chan

「精」銳部隊產地直送進子宮及輸卵管內——人工授精 (IUI) aka. 人工受孕

所謂的人工授精,也有許多人稱作人工受孕,這是一個從古代幫種馬配種時代就存在的一個古老技術。這個作法是把處理過的「精子」,直接注射進子宮腔及輸卵管內。

所以人工授精植入的是「精子」!!!

精子的取出很容易嘛,我相信大部分的男生女生都懂怎麼回事。從青春期時代,很多人可能就看過很多外國語言的影片做示範,這這裡就不多贅述。

然後呢,把自行取出來的精子經過處理,取其精銳部隊,產地直送,送進女方的子宮及輸卵管內守著,等卵子從卵巢排出的那一刻。

也就是說人工授精,只有「先生取精」、「精子處理」、以及 「植入精子」三個步驟,沒有取卵、沒有胚胎培養、沒有胚胎切片、也沒有什麼卵子冷凍的問題。

當然啦,為了增加成功率,在做人工授精之前通常會給女方吃排卵藥或打排卵針等等,讓這一次的週期卵多一點,可以有效地增加人工授精的成功率。先生自己取精的部分就多說了,當然也可以請太太幫忙取。總之醫院是不會有人幫你先生取精的,請不要再從取精室打電話到生殖中心來詢問怎麼還沒人來幫你取精,不會有人過去的,麻煩您自己努力吧。

為增加成功率,在做人工授精之前通常會給女方吃排卵藥或打排卵針。圖/Unsplash

精子處理的部分道理很簡單,就是利用不同的溶劑與離心,篩選出活動力好的精子,不好的就讓它隨著雜質一同沉沒吧。

最後,醫生會拿一個又細又長的管子,直接把處理過的「精兵」,直接送進子宮和輸卵管。這樣的好處在於省去精子千里長征的過程,女生的子宮頸到輸卵管雖然只有 10 公分,但對一隻精子來說如果按身高等比例放大來算,就好像一個成人要游泳七站捷運這麼遠。

讓精銳的精子,省去舟車勞頓,直接在輸卵管裡等卵子排出。但問題是這樣的方法還是不能保證精子鑽得進去卵殼裡面,也就是「卵子是否受精」這個問題,無法得知。

另外,要做人工受精至少要有一條可以通的輸卵管,以及至少要有還算足夠的精蟲可以經過洗滌後才能植入,所以兩條輸卵管都有問題,或者精蟲少到無法經過洗滌,就只能做試管嬰兒了。

再重複一次,人工授精 (IUI) = 人工受孕:就是將篩選過的「精子」,直接注入子宮。

沒有取出卵子,沒有進行體外受精,沒有進行胚胎培養,因此相對單純,費用也較低 (加上藥費通常在 2 萬元左右) 。

人工授精因為單純、簡單、對精子處理環境要求不高,所以衛福部並沒有特別設立太多的規範去管控,所以很多不是人工生殖機構的醫院或診所也都可以進行人工授精。

快狠準地抓起一隻動的激烈的精蟲,直直的刺進卵子之中——試管嬰兒 (IVF)

試管嬰兒大部分人比較不會講錯,反正簡稱「試管」的也就一個意思。

試管嬰兒的作法是女生經過排卵刺激、吃藥、打針、微刺激、全刺激、標準刺激、自然週期⋯⋯各種刺激方法都有。反正就是讓女生這一個週期內,長出越多、品質越好、成熟度越好、懷孕率越高的卵子就對了,這些藥物用下去之後,接著會進行「取卵手術」。

取卵手術是用一隻長長的針,藉由超音波瞄準經過肚皮或陰道,刺進卵巢裡把每一顆卵吸出來。這些取出來的卵子呢,再透過現在的科技放在試管裡和精子混在一起,讓它們自然發生受精,但因為這次受精在體外、在試管裡並不在身體裡,所以叫做體外受精 (IVF) 也稱試管嬰兒。

完成受精的卵子變成胚胎,也就是一個試管寶寶、人生的第一天,我們會在實驗室的培養皿裡面養到第二天、第三天、第五天,然後再放回去子宮裡。當然也可以先冷凍起來,下一次解凍後,再放進子宮裡。這些取出的卵、體外受精的過程可以自然發生,也可以人為強迫發生。

試管嬰兒因為受精在體外、在試管裡並不在身體裡,所以叫做體外受精 (IVF)。圖/Pixabay

胚胎師快狠準地抓起一隻動的激烈的精蟲,直直的刺進卵子之中,強迫天雷勾動地火就是俗稱的單一精蟲顯微注射。形成胚胎以後,可以新鮮的胚胎就直接放回子宮,也可以經過冷凍、再解凍的過程後,再放回子宮;也可以給這個胚胎進行切片,確定切片結果後,再放回子宮,這幾種方法都很常用。

由於試管嬰兒療程極其複雜,包括排卵刺激階段、取卵階段、受精階段、胚胎培養階段、和胚胎植入階段,過程嚴格且耗材眾多,畢竟這是要培養的是「人的胚胎」。所有的培養環境,包括培養液、培養氣體、光度、溫度、濕度、全部都受到嚴格管控,所以收費較高,通常在 15 萬左右。衛福部也有專門的規範,每年嚴格的審查這些生殖機構,目前全台合格的人工生殖機構共 85 家,國健署網站上都有可供查詢。

排卵後從女性生殖器官中收集卵子,將卵子與精子融合在一起,然後將受精的卵子放回子宮。
圖/Wikimedia common

所以「試管嬰兒」跟「人工授精」雖然都屬於「人工生殖」的範圍,但試管嬰兒植入的是「胚胎」,人工授精植入的是「精子」,所以是完全不同的兩個過程。俗稱的「人工」,通常是指人工授精,而俗稱的「試管」,也就是指試管嬰兒。

至於說會不會痛,需不需要麻醉的問題?

通常人工授精一定不需要麻醉,只是把一個細長管子放入子宮腔內並不會痛,所以不需要麻醉。至於試管嬰兒,取卵的過程可以麻醉也可以不麻醉。要看卵子的數目、患者的身體狀況而定。卵子少的通常不需要麻醉也沒關係,大概就像抽血、打針那樣刺一兩針就沒事了。

而試管嬰兒的胚胎植入部分就如同人工授精一樣,也是使用一根細長的管子放入子宮腔內,只是這次植入的是胚胎過程幾乎完全一樣,所以也一樣不會疼痛並不需要麻醉。

這些,大概就是人工生殖的一個概論,希望經過了這一篇文章的說明,對於備孕新手的妳來說可以清楚了解到大家常說的人工、試管究竟是怎麼回事。也比較不會對它的過程因為未知而感到恐懼。

以上,一點淺見提供參考。

我特別喜歡幫我自己做成功的患者接生,每次看到這些小孩,就會想起他們還在精子跟卵子的階段,我就在照顧他們了。

參考資料:

  1. Jaideep Malhotra (2015). Practical Tips for Infertility Management: The Rainbow Protocols. New Delhi: Jaypee Brothers Medical Publishers Private Limited.
  2. 衛生福利部國民健康署 – 人工生殖機構許可通過名單

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威廉氏後人-李毅評醫師_96
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我是威廉氏後人-李毅評醫師,畢業於台灣大學醫學系,現職為新光醫院婦產科主治醫師,專長為不孕症。喜歡寫文章、喜歡分享、也喜歡用幽默有趣的方式為大家解說難懂的醫學知識。我是位專業的醫師,也是ptt上的標準鄉民,歡迎大家閱讀我的文章,更歡迎跟我一起參與討論!


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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook