2

8
2

文字

分享

2
8
2

長期感染新冠肺炎,一個人體內的病毒演化生死鬥

寒波_96
・2021/04/22 ・4943字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎)全球廣傳一年下來,已經有很多億人得疫。多數人感染不久之後,便順利消滅入侵的 SARS二世冠狀病毒(SARS-CoV-2),少數人拖比較久,甚至持續數個月。

一位長期感染的英國病人,提供病毒演化的寶貴線索。圖/Alamy

免疫力低落,長期感染的患者

追蹤病毒如何演化,兼具學術與應用價值。一位長期感染的患者,體內病毒衍生出豐富的遺傳多樣性,彼此競爭激烈,還受到抗體療法影響。此一罕見病例,讓我們見識到病毒演化與適應的可能性。

這位住在英國的先生,2012 年診斷出淋巴瘤,經歷化療,有缺乏 B細胞、T細胞等免疫缺陷的狀況,瘟疫肆虐下可謂高風險人士。2020 年夏天他感染 SARS二世冠狀病毒,由於多重器官衰竭在第 102 天去世。[1]

他一開始感染的病毒應該只有一個來源,除了相當常見,S蛋白質(spike protein)上的 D614G 突變之外(Spike(D614G)),沒有特別值得一提的特徵。

  • 遺傳變異的表示法為:蛋白質名稱(原本的氨基酸、突變位置、改變後的氨基酸)。如 Spike(D614G) 意思是 Spike 蛋白質上,第 614 個氨基酸,從天門冬胺酸(aspartic acid,D)變成甘胺酸(glycine,G)。

他在不同日期的 Ct值介於 16 到 34,一直到去世時體內仍有病毒。比較 23 個時間點,採檢口鼻獲得樣本的遺傳定序,讓我們有機會追蹤同一個人長期感染下,病毒演化的寶貴資訊。

不同遺傳特徵的病毒們,在不同日期的比例變化。起伏相當劇烈。圖/[參考資料1]

今天完全執政,十幾天後一席不剩

第一個明顯的遺傳變異,是出現在 ORF7a 蛋白質上的 T39I 突變(ORF7a(T39I))。它占樣本中所有病毒的比例逐漸增加,第 37 天突破 60%,隨後降低到 40%,第 45 天又衝上 79% 的巔峰,接著逐漸減少,第 55 天跌落到 30%,第 66 天趨近於零。

患者從第 41 天、第 54 天起,兩度連續 10 天接受瑞德西韋治療,是影響病毒演化的一項因素;但是病毒的演化,不見得都和瑞德西韋有關。

第一次使用瑞德西韋之前幾天,已經有幾個突變出現,接著不同變異有升有降。最大幅度的變化是位於 NSP2 蛋白質的 I513T(NSP2(I513T))及 RdRp 蛋白質的 V157L(RdRp(V157L)),它們在第 54 天時幾乎不存在,接下來電梯向上,第 66 天時直逼 100%,徹底取代之前的 ORF7a(T39I)。

這幾天發生的一個插曲是,位於 S蛋白質上的 N501Y,也在這位患者體內誕生。它在世界各地屢屢獨立出現,包括知名的英國、南非、巴西新型病毒皆有配備。紀錄如此輝煌的它,第 55 天時存在感還有 33%,但是不敵 NSP2(I513T) 和 RdRp(V157L) 的組合,10 天後慘遭完全淘汰

然而,NSP2(I513T) 和 RdRp(V157L) 組合也無法長期執政,第 66 天攀上 100% 的頂點後,第 82 天又跌到幾近不存。這群病毒間的競爭實在激烈!之所以如此,應該和血漿抗體療法有關。

病毒 S蛋白質上的不同遺傳變異,在不同日期的比例變化。在血漿抗體療法過後,位於 S蛋白質上的各種遺傳變異,突變數量和佔整體比例都迅速增加。圖/[參考資料1]

改變局勢的外來抗體

人感染病毒後,會產生對抗病毒的抗體;這些抗體不只一種款式,針對病毒的不同目標攻擊,被稱為多株抗體。康復後一段時間,多株抗體仍然存在血漿中;將這些抗體抽血取出,給予正在感染的患者,可能有治療的作用。

這位英國先生在第 63 和 65 天,各進行過一次血漿抗體療法,結果劇烈地影響病毒生態。NSP2(I513T) 與 RdRp(V157L) 組合不敵外來抗體攻擊,存在感扶搖直下,取而代之的新貴,是 S蛋白質上兩處突變的新組合。

S蛋白質可分為 S1、S2 兩部分,新組合為 S1 的缺失 ΔH69/ΔV70(Spike(Δ69/Δ70))以及 S2 的 D796H(Spike(D796H))。血漿療法過後,這組搭擋的存在感持續攀升,第 82 天時達到 80%,隨後卻迅速下跌,第 93 天跌到未滿 1%。

患者感染超過 90 天後,愈來愈多不同型號的病毒衍生而出,起落相當劇烈而迅速。久病未癒之下,患者在第 93 天接受第三次瑞德西韋,第 95 天第三次血漿療法;在此之後,原本瀕臨淘汰的 spike(D796H, Δ69/Δ70) 再次偉大

不論病毒生死鬥曾經多麼激烈,都在宿主於第 102 天死亡後愕然而止。表面上看是一位患者的身體,被病毒盤據一百多天;但是連日取樣告訴我們:

病毒同類間的競爭極為劇烈,可能今天完全執政,十幾天後就一席不剩。

這起實例表示,一款病毒在同一個人體內發展一百天,可以衍生出十分多樣的變化,也有機會累積很多突變。不同遺傳變異的起起伏伏,也許取決於運氣,也可能競爭力確實有別。

患者體內的病毒,各款衍生型號間的親戚關係。圖/[參考資料1]

專門適應抗體的突變組合

最可能有影響的,是 S蛋白質上 D796H 及 ΔH69/ΔV70 兩處變異。第 63 和 95 天兩波血漿抗體療法後,這對組合 spike(D796H, Δ69/Δ70) 的存在感皆迅速上升,令人懷疑它們更能應付抗體。

兩個突變造成什麼影響呢?體外測試發現,只有 D796H 會使感染力下降,ΔH69/ΔV70 單獨存在則能讓感染力提高 2 倍;兩者同時存在的話,感染力維持原狀。因此這款病毒的感染力可謂一增一減,整體並無增強

以血漿中的多株抗體測試抵抗力,結果一如預期。兩者一起,或是只有 D796H 存在,都能明顯增進對付抗體的能力。僅有 ΔH69/ΔV70 時,抵抗力卻缺乏影響。

探討分子演化時必需具備的基本觀念是,遺傳改變的結果,往往不是直接的進化或退化,而是不同遺傳變異的組合,在特定情境下導致有利或有害的影響。

這兒看來就是這樣。當抗體來襲時,只有 D796H 的病毒有抵抗力,但是感染力不佳;僅有 ΔH69/ΔV70 的病毒強化感染力,卻會被抗體屠殺。兩者必需一起作用,才能在抗體造成的逆境之下,創造對同類的相對優勢,成為贏家。

然而,沒有抗體的時候,spike(D796H, Δ69/Δ70) 組合似乎毫無優勢,甚至成為被淘汰的魯蛇,原因不明。不過它面對抗體的優勢或許相當明顯,才能在跌落至未滿 1% 的苟延殘喘下,再度強勢崛起。

冰島在疫情初期,多款遺傳不同的病毒分別入侵,比例隨之高低起伏。英國先生只有一個人,體內病毒卻衍生出遺傳有別的許多型號,可謂一人一世界。圖/Spread of SARS-CoV-2 in the Icelandic Population

類似模式,重複出現

由於感染人數眾多,多款遺傳有別的病毒,可能同時在同一地區流傳,彼此間有競爭關係,追蹤不同時間的取樣,可以見到不同遺傳型號的波動起伏。

上述狀況,卻具體而微地發生在一位英國病人的體內;這和他原本免疫力低落,無法自製抗體,壓制病毒有關。

除了這位先生,至今還觀察到其他 4 位免疫力低落的長期感染者(平均 115 天)。這些長期感染的罕見病例,帶來認識病毒演化的珍貴線索[2]

英國先生之外,另一位感染 74 天後去世的免疫缺失病患,感染期間病毒也陸續出現新的遺傳變異;表示同一個人體內發展出共存的多款病毒,並非個案。[3]

每一處出現突變的機率,通常沒有太大差異;是否能夠留下,發展如何,則受到天擇影響。

突變單獨出現,和組合存在的效果有時候不一樣,S蛋白質上的 D796H 與 ΔH69/ΔV70 就是如此。另外多次重複誕生,有助於對付抗體的突變 E484K,似乎也需要 N501Y 同時存在,才能維持感染力。根據這些觀察推論:

某些突變之間有關聯性,當一個突變誕生後,另一個特定突變出現而留存的機率將會大增

世界各地不同病毒,S蛋白質關鍵區域出現的突變們。有數個突變,在不同地區獨立出現過。B.1.1.7 首先在英國偵測到、B.1.351 在南非、P.1 在巴西、A.23.1 在烏干達、B.1.525 在奈及利亞、B.1.429 在加州、B.1.526 在紐約。圖/[參考資料2]

實際見到讓病毒加速改變的「總加速師」?

瘟疫蔓延一年後,觀察得到一項發現:許多獨自演化的病毒們,S蛋白質產生類似的變化。類似改變重複出現,揭示病毒適應的可能性,與侷限性。

存在感在 2020 年底迅速增加,而引起注意的三款新型病毒:英國首度發現的 B.1.1.7、南非的 B.1.351、巴西的 P.1,出現時間都在前述 5 位長期感染的患者之後,和他們沒有關係。

三款新型病毒的 S蛋白質也出現多處突變,基因組其餘位置累積的突變數則更多,如 B.1.1.7 和近親相比,便有 17 處新突變。過去一年多來,SARS二世冠狀病毒平均一個月約累積 2 個突變,突然冒出那麼多突變,很不尋常。

三款新型病毒的來歷不明,有人推測,它們是在免疫力低落者的體內,長期感染後,累積許多突變而成。

英國先生體內衍生的眾多型號中,第 93 天時突變數目最多的病毒,累積數量和 B.1.1.7 類似,S蛋白質上也配備 2 處突變(W64G、P330S)。此一觀察,支持新型病毒源自於總加速師的論點。

對這位拓展知識疆域,卻失去生命的英國先生,我們懷念他 QQ

堅強防線中最弱的一環,容易成為對手的突破點,必需特別保護。圖/Wikimedia Commons

保護群體最弱的人,才能保護整體

認識病毒的演化過程,以及潛在的適應方向,有助於藥物、抗體和疫苗的研發。治療和疫苗,人為創造出病毒的逆境,也無可避免地會篩選出抵抗力更強的品系;所幸有些策略,能夠反制抵抗力。

相對地,不必要的拖延或不當措施,例如錯誤使用不佳的疫苗,也會增加病毒適應的機率,必需避免。

長期感染,令病毒有更多機會累積突變,適應各種逆境。因此必需減少長期感染的人數,尤其要盡量避免免疫力低落者感染,想辦法保護他們;萬一感染,也要特別謹慎治療,以免有變強的新型號病毒竄出

防線即使堅強,最弱的環節卻容易先被突破。保護群體中最弱的人,才能保護整個群體。

延伸閱讀

參考資料

  1. Kemp, S. A., Collier, D. A., Datir, R. P., Ferreira, I. A., Gayed, S., Jahun, A., … & Gupta, R. K. (2021). SARS-CoV-2 evolution during treatment of chronic infection. Nature, 1-10.
  2. The emerging plasticity of SARS-CoV-2
  3. Hensley, M. K., Bain, W. G., Jacobs, J., Nambulli, S., Parikh, U., Cillo, A., … & Haidar, G. (2021). Intractable Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) and Prolonged Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Replication in a Chimeric Antigen Receptor-Modified T-Cell Therapy Recipient: A Case Study. Clinical Infectious Diseases: An Official Publication of the Infectious Diseases Society of America.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁


數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
所有討論 2
寒波_96
164 篇文章 ・ 518 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。


2

6
3

文字

分享

2
6
3

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》

數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
所有討論 2
研之有物│中央研究院_96
8 篇文章 ・ 16 位粉絲
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