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腳掌摸起來硬硬的,難道狗狗也懂健身?小心,可能是副腫瘤症候群!

安之_96
・2021/02/13 ・3281字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

毛小孩的身體健康需要你我的細心照護!當毛小孩苦於病痛時,由於無法口出人言,難以清楚表達牠的身體哪裡出現不舒服,若又遇上粗心大意的主人,等到疾病發現後,往往為時已晚,來不及挽回毛小孩的健康。

不幸的是,許多慢性疾病並不會出現明顯的症狀,非常容易被我們忽略,其中腫瘤就是相當經典的例子。

舉例來說,如果你發現愛狗的腳腳變得腫大、變硬且有溫熱感,以及出現跛行、不太願意走路等症狀,你就必須要警覺:狗狗身上可能有腫瘤!

如果發現狗狗腳腫大、不太喜歡走路,就需要開始警覺!圖/Burst

喔不,難道我摸到的是腫瘤?

大家必須注意的是,狗狗身上又硬、又腫的腳並不是腫瘤本身,這些腫脹的腳,來自於體內腫瘤引發的副腫瘤症候群 (paraneoplastic syndrome, PNS)。

腫瘤總是讓人聞之色變,然而,除了腫瘤本身會帶來健康危機,腫瘤的「產物」也會間接造成全身性的影響,引起所謂的副腫瘤症候群,而副腫瘤症候群甚至比腫瘤本身更容易造成動物死亡。唯一值得慶幸的是,並不是所有腫瘤都會出現副腫瘤症候群。

為什麼會出現副腫瘤症候群呢?

一般而言,腫瘤根據不同細胞來源,會有不同的基本功能,例如腺癌是來自於腺體,而會有旺盛的分泌功能。

不過,腫瘤也會分泌出「非」來源細胞的物質,例如賀爾蒙或細胞激素(cytokines),使得遠端組織、器官的形態與功能出問題,或造成內分泌不平衡與異常的免疫反應,而可能影響到神經、消化道、造血、骨關節、腎臟、皮膚等部位[2],引起一連串的症狀,對此,我們稱之為症候群 (syndrome) ,而這種由腫瘤間接引起的症候群,即為副腫瘤症候群。

腫瘤根據來源細胞不同,會有不同功能。圖/Wikimedia common

洋洋灑灑地,副腫瘤症候群可能會出現惡病質 (cachexia) 、惡性高血鈣 (hypercalcemia of malignancy) 、低血糖 (hypoglycemia) 、貧血 (anemia) 與瀰漫性血管內凝血 (disseminated intravascular coagulation) [2]以及這篇文章特別關注的——肥大性肺骨病 (hypertrophic pulmonary osteopathy)。

讓腳掌變腫的「肥大性肺骨病」

肥大性肺骨病會有哪些症狀呢?

就如同前文所說的,由於肢端的掌 (metacarpal bone) 與蹠骨 (metatarsal bone) 出現明顯的瀰漫性骨膜反應 (periosteal reaction) ,新生的骨頭會刺激軟組織,讓患犬感到疼痛,並因此跛行或不願意移動。

肥大性肺骨病患犬的 X 光圖  (Headley et al., 2005),可看出掌蹠骨處有雙側性瀰漫性不規則柵狀 (palisade-like appearance) 骨膜反應。圖/Research Gate

再者,由於骨肥大,肢端會摸起來堅實、溫熱,甚至變大,而在摸到肢端時,會有腫且硬的感覺。

至於一般原發性肺腫瘤的患犬,因為肺臟內的腫塊會造成異物感,而出現持續數月的乾咳,同時,由於氣體交換功能降低,而可能表現呼吸急促或運動不耐。

最後,當然少不了許多慢性病共有的精神、食慾衰退和體重減輕等非特異症狀。

通常一種病的名稱越多,代表我們越不了解這個病症,肥大性肺骨病也不例外。

肥大性肺骨病的名稱不只有一種,它又可稱為:肥大性骨病 (hypertrophic osteopathy, HO) 或是繼發性肺骨病 (secondary hypertrophic osteopathy) 。

同理雖然我們知道肥大性肺骨病是副腫瘤症候群之一,但目前肥大性肺骨病確切的致病機制不明,只有許多理論性的假設,例如刺激神經使四肢血液流量增加、促進骨膜反應 (periosteal reaction) 的進行,進而持續生成新骨,最終造成骨肥大。

小心!重點還是在肺臟!

既然被稱為肥大性「肺」骨病,那麼它跟「肺」到底有什麼關係呢?事實上,肥大性肺骨病大多是由「肺腫瘤」造成的病徵。

在狗狗身上,不論是腫瘤最早發生在肺臟(原發性肺腫瘤),或是腫瘤從骨頭轉移到肺臟(原發性骨腫瘤但肺轉移),胸腔內通常都會出現團塊,而可能繼發註1肥大性肺骨病。

因此,如果想要處理肥大性肺骨病,僅僅進行截肢手術,根本無法解決問題,也就是說,我們必須找出腫瘤的原發位置,才能從源頭截斷病灶的緣由。

若我們可以正確地診斷並切除肺腫瘤,骨頭上的病痛通常可在數個月內消退,同時搭配止痛,就可以能達到較好的生活品質。

若是原發性「肺」腫瘤,卻進行了截肢手術,根本無法解決問題。圖/Tima Miroshnichenko

但須注意的是,即使消退也不等於痊癒,因為一旦狗狗出現肥大性肺骨病,通常代表了已經發生肺轉移 (metastasis) ,而腫瘤出現轉移,基本上就代表腫瘤已經瀕臨失控的狀態

醫學 + 個體 = 不一定!

上述的內容是「常見的狀況」,然而,有規則就有例外,醫學通常都不是 100%,而是有一連串的不確定。

雖然大部分的肥大性肺骨病均與肺臟有關,但除了肺腫瘤之外,如腎、腎上腺以及膀胱等腫瘤,甚至是全身性感染也可能發生肥大性肺骨病 [5]。此外,骨肥大也有可能不會出現在肢體末端,反而發生在長骨,如橈骨與尺骨,相當於前臂的位置。

一般原發性肺腫瘤的患犬,可能會因為異物感而出現持續數月的乾咳,也由於氣體交換功能降低,而可能表現呼吸急促或運動不耐,同時也會出現非特異的精神、食慾衰退和體重減輕。

既然肥大性肺骨病的原因是肺腫瘤,照理來說,應該也會發生呼吸道症狀才對吧?

但事實上,罹患肥大性肺骨病的犬隻不一定會有呼吸症狀,甚至有文獻指出,有三成狗狗在診斷時沒有任何症狀[2]

因此,看到這裡的你,除了更懂得細心照護毛小孩的健康、學會注意腳掌是否出現肥大之外,也千萬不要將文章的致病機制當作聖經,一發現狗狗腳掌腫脹就晴天霹靂、狗狗不咳嗽就安心不已。

早期發現早期治療,主人!靠你了!

臺灣養寵物的人越來越多,根據 108 年行政院農業委員會動保處的統計資料,全國共有 153 萬隻家犬以及 76 萬隻家貓[1]

隨著飼主意識越來越提升,獸醫專業越來越進步,毛小孩們的壽命也逐漸延長。然而,隨著年紀增長,身體機能的衰退與暴露各種風險因子的機率也增加,而罹癌的可能性也就跟著上升。

在飼主意識越來越提升,且獸醫專業越來越進步的情形下,毛小孩們的壽命也逐漸延長。
圖/Tima Miroshnichenko

腫瘤的最高指導原則是「早期發現、早期治療」,若能早期接受適當的治療,通常對治療的反應較佳。

除了基本的定期健康檢查之外,大家也可以時常摸摸毛孩,看看有沒有不明腫塊、長期不癒合的傷口、不明原因的體重減輕,或是各種不明原因的出血,像是如血尿或鼻血。

當然,有這些症狀不見得等於腫瘤,而是飼主應該警覺有所異狀,並帶去給獸醫做進一步的檢查,取得正確的診斷,並討論合適的治療方法,讓毛孩能健康快樂地長長久久活下去。

註解

  1. 病因分成原發 (primary) 或繼發 (secondary) ,原發在此指最初腫瘤發展的位置,而因為原發性疾病而發生的問題則稱為繼發 (secondary)。通常原發性無明確病因,而繼發性有明確病因。

參考資料

  1. https://animal.coa.gov.tw/Frontend/Know/Detail/LT00000559?parentID=Tab0000004
  2. Bergman, P.J., 2007. Paraneoplastic syndromes. WITHROW, SJ; VAIL, DM Withrow & MacEwen’s small animal clinical oncology. Philadelphia: WB Saunders Company, 77-94.
  3. de Castro Guizelini, C., Mattei, D.R., Pupin, R.C., Martins, T.B., Gomes, D.C., 2019. Hypertrophic Osteopathy in a Cat. Acta Scientiae Veterinariae 47.
  4. Headley, S.A., Ribeiro, E.A., Santos, G.J.V.G.d., Bettini, C.M., Mattos Júnior, E., 2005. Canine hypertrophic osteopathy associated with extra-thoracic lesions. Ciência Rural 35, 941-944.
  5. Ettinger, S.J., Feldman, E.C., Cote, E., 2017. Textbook of Veterinary Internal Medicine-eBook. Elsevier health sciences. 5096, 5167, 5172.

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安之_96
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既來之則安之,目前在念獸醫系。


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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│中央研究院_96
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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