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心理學界的再現性危機,研究數據指出別輕易相信你所看到的「研究數據指出」

Te-Yi Hsieh_96
・2021/06/25 ・5224字 ・閱讀時間約 10 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

「培養媒體識讀能力」已是這個資訊爆炸時代,人人都須具備的基本素養。閱讀報章雜誌時檢查資料出處、收到危言聳聽的訊息時先查明是否為假消息,這些幾乎都己經是基本常識。然而,撇除一些惡意扭曲事實的報導、刻意造假的研究結果不算,那些發表在國際科學期刊、經過嚴謹審查機制的研究報告,我們就真能全盤相信嗎?首先,讓我們從 2015 年心理學界的再現性危機1(reproducibility crisis,或作replication crisis)案例說起……

在資訊爆炸的時代,我們生活可能充斥著各種假消息。圖/Giphy

2015 年,有鑒於學界出版偏誤2(publication bias,註一)、選擇性分析資料、選擇性報告結果等問題,一大群世界各地的心理學家集結一起,合作進行了 100 個複製性研究 (replication studies),要看看如果以同樣的研究方法、實驗配置,能否成功重現一些刊登於三個心理學領域重要期刊(註二)的研究結果。畢竟,若一現象為真,研究人員能再次發現相同結果的機率應是相當高。心理學家們先是利用準隨機抽樣 (quasi-random sampling) 方式選擇要進行重複驗證的研究題目,分工合作、嚴謹複製原實驗的研究設計、程序與工具,過程也經過原作者的認證,並以相當高的統計考驗力(average replication power = 0.92)去檢定原實驗效果。原本,在他們參照的 100 個已發表研究結果中,高達97%的結果是有統計顯著性的,簡單來說,幾乎所有的原始研究都成功驗證某假說,或者發現某個顯著的現象、關聯。

然而令人驚訝且失望的是,重複驗證的結果中僅有 36% 是有統計顯著性的,即使是那些達到統計顯著的結果,新發現的平均效果值(mean effect size = 0.197)也小於原本發表於期刊上的效果值(mean effect size = 0.403)。這樣的結果給心理學界丟下了一個巨大的震撼彈!畢竟,可重複性(或作再現性,reproducibility)是科學的重要特徵之一,在眾多條件都控制的情況下,仍有如此高比例的研究結果無法被再現,不禁使人懷疑,是否多數心理學發現僅是曇花一現?在某個陰錯陽差的機緣下「幸運」達到的統計顯著性?再者,如果一項科學發現可以有時候是對的、很多時候是錯的,那這項科學發現的價值何在?

心理學期刊充斥著「有統計顯著性」的結果,但其中有多少是真實存在、能被重複驗證的現象?圖/Giphy

2018 年,另一批超過 200 位心理學家參與的大型研究計畫(Many Lab 2)3, 4中,他們針對 28 個常見的心理學現象進行重複驗證。類似於前述 2015 年的例子1,28 個重複驗證的研究中只有約一半(15 個)結果是支持原發現的,並有高達 75%(21 個)研究的效果值是低於原期刊中報告的效果值。另外,Many Lab 2 這項大型研究計畫廣納 36 個國家的 15305 位受試者,以確認心理學研究結果是否會受到族群間異質性等背景因素影響,他們的結果顯示,只有 39%(11 個)的研究結果呈現群體異質性(heterogeneity),而這 11 個研究大多是那些成功被重複驗證、效果值很大的研究題目。

換句話說,要以受試者、情境的不同來解釋那些無法被重複驗證的結果,似乎是不成立的,因為反而是那些能成功重複驗證的研究題目會受到群體異質性影響4。複製性研究的成敗,更多取決於研究的現象本身1, 4。真實存在的現象、貼近事實的理論與假設,通常都能在不同環境、對象、時空背景下被重複驗證;相對的,僅因為偽陽性 (false positive) 機率或其他因素而發現的顯著結果,即使完美重現原研究場域、工具、對象,能再次有相同發現的機率也不高。

更令人吃驚的是,在近年無法被重複驗證的案例中,甚至不乏一些對心理系學生來說耳熟能詳、出現於教科書的經典心理學現象,例如,「臉部回饋假說」(facial-feedback hypothesis,註三)4-6、促發效應(priming effect,註四)4和自我耗損(Ego Depletion,註五)7, 8

在這波重複驗證風潮中最諷刺的莫過於,最經得住考驗的發現居然是「大約只有一半的心理學研究結果能被重複驗證」9

複製性研究的結果,令人大失所望!圖/Giphy

讀到這,先別急著把心理學教科書、期刊丟進垃圾桶!也先別急著下定論說:「果然心理學、社會科學都是主觀的!是不可信的!」當然不是。事實上,再現性不高的現象,在生物學、工程學、物理學、甚至醫學,都不算罕見10, 11。在質疑批判之前,或許我們更該思考:是什麼造成目前的現狀?以及,作為知識的產出者、使用者、讀者,我們能做些什麼?

為何無法重複驗證?

假設研究員 A 和研究員 B 使用同樣研究設計、實驗方法,但得出的結果卻不一致,例如 A 發現的東西 B 沒發現,我們可以懷疑的解釋有:

  1. A、B 所研究的對象與環境不同,情境與個體差異的因素造成結果不同
  2. A 或 B 在研究時不小心出了錯,以至於 A 與 B 的實驗事實上不完全一樣
  3. 結果不同僅是由於抽樣誤差(sampling error)、機率的關係,A 的結果可能是偽陽性(false positive),或者 B 的結果是偽陰性(false negative)。此點的深入探討可參考「p 值的陷阱:p 值是什麼?又不是什麼?」12一文。
心理學的再現性危機,是由於實驗情境誤差?機率?抑或是其他因素?圖/Giphy

像是在 2015 年1與 2018 年4的大型複製性研究中,無法重複驗證的原因較不可能是實驗方法誤差或個體差異等混淆變項。原因是,可能影響結果、但無關於研究主題的混淆因素,都已被研究人員納入考量並透過統計方法排除,例如,樣本數、個體差異、文化差異等。並且,研究團隊在進行重複驗證時都與經過原作者審核、同儕審查,以確認實驗程序成功複製原始實驗。也就是說,現實條件下能控制的都控制了,但仍有如此高比例的研究結果與原始發現不同,究竟是哪裡出了問題?

Open Science Collaboration 團隊認為1,多數研究無法重複驗證的結果,指出了目前心理學領域出現的出版偏誤與選擇性報告等問題。一直以來,期刊出版者重視原創性研究多於複製性研究,加上過去期刊多半傾向發表有統計顯著性的結果,少數研究者甚至為了能成功在期刊發表,選擇性的報告結果,甚至修改原先假設、操弄資料以達到成功驗證假說的假象。而重複驗證危機正是顯現了這樣不當的風氣、行為造成的後果,並彰顯施行複製性研究的重要性與必要性。

當然,針對個別研究,單一一次重複驗證的失敗,不代表我們應該全盤否認原始發現,而應是蒐集更多、更透明、更全面的證據,以後設分析 (meta-analysis) 等統計方式,得出真正有可信度的結論1, 4

研究人員可以如何應對?面對這樣系統性的問題,矯正方法當然也需要系統性的合作與改變。出版決策者在判斷是否發表一篇研究報告的標準,不該單靠結果的顯著與否,而是主題重要性、研究方法正確性、嚴謹性等,並給予支持性與不支持性的證據同等重視;研究資金贊助者,可以更鼓勵這類複製型研究、而非僅是創新研究;此外,目前學者也建議研究人員在開始進行實驗前進行預先註冊(Preregistration)13,或選擇進行註冊研究(registered report)14

例如,在 OSF (Open Science Framework)15此平台上,研究人員可以在實驗、收資料之前,先將實驗設計、實驗假設、受試者的排除標準(Exclusion Criteria)等,先在網頁上進行註冊16,如此一來便能保證研究的透明性、可信性,並避免有心懷不軌的研究人員在蒐集資料後,才事後操弄假設、扭曲數據13

此外,也越來越多心理學期刊提供「註冊研究」(registered report)17。此投稿方式,有別於以往只在完整撰寫完一篇研究報告後才投稿,進行註冊研究時,會在研究緒論、方法撰寫好時(實驗開始前),就先投稿到期刊接受第一階段審查(Stage 1 peer review),待該領域專家認可其研究價值、方法正確性之後,再開始實際進行實驗、收受試者的步驟。此舉也確保了,不管之後的研究結果是支持或不支持原先假設,其結果的報告都會在第二階段審查(Stage 2 peer review)之後刊登在該期刊上,藉此,多少有辦法校正目前文獻中支持性和不支持性證據失衡、研究發現過於正向的狀況14

同時,Open Science Collaboration 團隊也強調1,再現性危機不代表心理學家們應該志在讓所有初始研究都能在未來被重複驗證,因為這樣反而是變相地鼓勵研究者只去探討那些「明顯會成功」的研究題目,限制了該領域的創新性與探索性。也許我們該做的,單純就是回歸科學、理性的本質,真正聚焦在一研究主題的價值、方法嚴謹度、結果解釋的正確性等。而非單純因為某一研究題目有多「吸睛」或是某一研究「感覺」會不會成功,來決定研究以及領域的走向。

身為讀者、知識使用者,我們可以如何看待再現性危機?

科學成果的品質很大程度取決於研究者,但同時,任何研究人員都不是完人、每個研究都可能因資源限制、現實考量而有其限制。另一方面,我們也不太可能要求社會上所有人都熟悉統計、數據分析的判讀,但身為讀者、知識使用者,我們可以做到的是,用正確、理性的態度面對所接受到的資訊。尤其是針對新穎、單一、小規模、樣本數少的研究證據,不要馬上視之為「真理」,並在之後有相斥、反駁的證據出現時,保持開放的心態,才不會落入確認偏見 (confirmation bias) 的陷阱中18

科學是一種問題解決、探究世界的方式,而非一種盲目的「信仰」。更重要的是,科學是依循序漸進的過程,也許我們很多時候會以為,科學發現的過程像是卡通、故事中的那樣,研究者經過幾年埋頭苦幹,在某個天時地利人和的當下,對天大喊「Aha!我找到了(某現象、某理論、某關聯)!」然後留下改變世代的研究成果與發現。

偉大的科學發現都是如石破天驚般、一舉成名?圖/Giphy

當然,這種故事可能在少數案例是真的,但大多時候,科學是一個集眾人之力、不斷自我修正、相互辯論,最後達到一個「趨近」真理的過程,過程中,可能會走岔路、會誤判虛實、會自相矛對,這不代表我們必須對科學失望,相反地,我們應該為「發現錯誤與不足」感到欣喜,因為唯有診斷出現有的病灶,我們才能真正對症下藥,從而將知識探索推向一個更正確的方向。

備註

註一:出版偏誤(publication bias)意指,科學期刊傾向於發表有顯著結果、成功驗證假設的研究結果,而非無顯著性、不支持假說的其他證據,造成學界充斥著過於正向的支持性證據,使學者難以權衡正負向證據、達成客觀觀點。

註二:Open Science Collaboration(2015)進行複製性研究的主題選自2008年刊登於Psychological Science (PSCI)、Journal of Personality and Social Psychology (JPSP)、以及 Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition (JEP: LMC)的共100個研究

註三:「臉部回饋假說」(facial-feedback hypothesis)由美國心理學家William James提出,其假說認為臉部表情、肌肉的變化能導致心裡情緒反應上的變化,例如,咬一支筆時,做出嘴角上揚的表情能讓人心情感到快樂。

註四:促發效應(priming effect)指,藉由激發人們心中的某個概念,相關、類似的態度、信念、行為也會一同被激發。如,激發「熱」的概念,會強化人們對溫室效應的信念。

註五:自我耗損(Ego Depletion)理論認為,人的意志力(willpower)為有限資源,因此進行任何需要消耗心理能源的事之後,如自我控制、決策等,再從事其他作業的效能就會降低。例如,壓抑自己想吃零食的欲望後,專心於解數學難題的毅力就會降低。

參考資料

  1. Open Science Collaboration. (2015). Estimating the reproducibility of psychological science. Science, 349(6251).
  2. Van Aert, R. C., Wicherts, J. M., & Van Assen, M. A. (2019). Publication bias examined in meta-analyses from psychology and medicine: A meta-meta-analysis. PloS one, 14(4), e0215052.
  3. https://osf.io/8cd4r/ 
  4. Klein, R. A., Vianello, M., Hasselman, F., Adams, B. G., Adams Jr, R. B., Alper, S., … & Sowden, W. (2018). Many Labs 2: Investigating variation in replicability across samples and settings. Advances in Methods and Practices in Psychological Science, 1(4), 443-490.
  5. https://digest.bps.org.uk/2016/09/01/no-reason-to-smile-another-modern-psychology-classic-has-failed-to-replicate/ 
  6. https://pansci.asia/archives/170845#:~:text=%E3%80%8C%E8%87%89%E9%83%A8%E5%9B%9E%E9%A5%8B%E5%81%87%E8%AA%AA%E3%80%8D%E6%B8%AC%E8%A9%A6,%E6%94%AF%E7%AD%86%EF%BC%8C%E4%B8%80%E9%83%A8%E7%89%87&text=%E7%84%B6%E8%80%8C%EF%BC%8C%E6%9C%89%E4%BA%BA%E8%AA%8D%E7%82%BA%E5%8F%8D%E9%81%8E%E4%BE%86,%E4%BA%86%E5%8F%88%E6%9C%83%E6%9B%B4%E5%BF%AB%E6%A8%82%EF%BC%81
  7. http://www.slate.com/articles/health_and_science/cover_story/2016/03/ego_depletion_an_influential_theory_in_psychology_may_have_just_been_debunked.html?via=gdpr-consent
  8. Hagger, M. S., Chatzisarantis, N. L., Alberts, H., Anggono, C. O., Batailler, C., Birt, A. R., … & Zwienenberg, M. (2016). A multilab preregistered replication of the ego-depletion effect. Perspectives on Psychological Science, 11(4), 546-573.
  9. https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/11/psychologys-replication-crisis-real/576223/ 
  10. Baker, M. (2016). Reproducibility crisis. Nature, 533(26), 353-66.
  11. http://www.angle.com.tw/ahlr/discovery/post.aspx?ipost=2658#:~:text=%E6%A0%B9%E6%93%9AKNAW%E5%A0%B1%E5%91%8A%E4%B8%AD%E7%9A%84,%E7%9A%84%E7%9B%B8%E5%90%8C%E7%9A%84%E7%B5%90%E8%AB%96%EF%BC%8C%E5%8D%B3
  12. https://pansci.asia/archives/110923 
  13. Lakens, D. (2019). The value of preregistration for psychological science: A conceptual analysis. Japanese Psychological Review, 62(3), 221-230.
  14. Nosek, B. A., & Lakens, D. (2014). Registered Reports. Social Psychology, 45(3), 137–141. https://doi.org/10.1027/1864-9335/a000192 
  15. https://osf.io 
  16. https://www.cos.io/initiatives/prereg?_ga=2.70913104.1585635274.1623426782-1610779414.1622469013
  17. https://www.cos.io/initiatives/registered-reports
  18. https://pansci.asia/archives/185705
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Te-Yi Hsieh_96
6 篇文章 ・ 8 位粉絲
於University of Glasgow取得博士,主修Neuroscience and Psychology、Social Robotics。寫心理、寫機器人,寫趣的、新奇的、跟人相關的 。 覺得要把一件事講的簡單比講得複雜要難得多。 學術、科普發表詳見 👉 https://hsadeline.wixsite.com/teyihsieh (Twitter: @TeYiHsieh)

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「我需要再打疫苗嗎?」,讓血液來告訴你!
台灣科技媒體中心_96
・2022/06/22 ・2535字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

最近,國際期刊《自然生物科技》(Nature Biotechnology)發表研究,發現透過血液的 PCR 定量技術,加以分析與「T細胞免疫」反應有關的細胞因子「CXCL10」在血液中的濃度,可以有效反映出T細胞對新冠病毒(SARS-CoV-2)的免疫反應程度和持續時間,未來將有助於評估疫苗追加接種的優先策略。

透過血液的 PCR 定量技術,可以有效反映出T細胞對新冠病毒的免疫反應程度和持續時間。 圖/envato

體液免疫力 vs 細胞免疫力

台灣大學醫學院醫學檢驗暨生物技術學系副教授 蘇剛毅 說明:這篇發表在 Nature 子期刊:《自然生物科技》的研究,建立一套量化的「趨化激素」(chemokine):CXCL10 訊息核糖核酸(mRNA)的快速檢測技術,來判定個體對於新冠病毒感染保護性的細胞免疫能力(cellular immunity),進而預測是否可能發生再感染的風險。

CXCL10 是一個受到新冠病毒感染後,抗原特異性T細胞釋放「伽瑪干擾素」(IFN-g)去刺激單核細胞(monocyte)產生的一種趨化激素,可評估個體在保護性的細胞免疫能力。

國立陽明交通大學臨床醫學研究所副教授 陳斯婷 表示:自新冠肺炎疫情延燒至今,對於免疫力的理解大多數屬於「體液免疫力」,亦及抗體產生及其中和性的效價。然而適應性的免疫力,包含細胞免疫力以及體液免疫力,兩者協力方可徹底清除病原菌感染,以及提供完整的記憶型免疫力。

由於體液型免疫力的分析方式較為單純,且所耗費的經費以及分析的技術門檻較低,僅使用血清及蛋白質抗原便可完成分析,因此是研究之初各單位爭相開發的分析模式。相反的,細胞型免疫力因為牽涉複雜的T細胞作用機制、預測蛋白質抗源的專一性,以及分析儀器的高度研究門檻,眾多原因使得相關的研究進展較為緩慢。

蘇剛毅副教授 認為,本研究重要性在於,有別以往是偵測病毒相關抗原、抗體、核酸,更進一步了解個體本身對抗病毒的免疫能力,除了有助了解本身抗病毒能力與感染風險外,亦可幫助疫苗施打策略以及評估追加劑的必要性。而隨著病毒變異株陸續產生,這也有助我們了解,感染後康復或接種疫苗者,對這些變異株是否仍具抵抗力

這項新技術未來將有助於評估疫苗追加接種的優先策略。圖/envato

研究過程是什麼?

先前 2020 年 11 月,南非的研究團隊率先發表研究,以 SARS-CoV2 相關蛋白質刺激受試病患的血液樣本,再以高階的細胞分析儀器(高階多色流式細胞分析儀),找出血液中針對新冠病毒的T細胞活化的標幟,並以新冠病毒檢測陽性之病患與健康的人交叉比對,確認可成功分析有 SARS-CoV2 專一性的活化型T細胞群[1]

2022 年 6 月,紐約西奈山伊坎醫學院團隊的發表文獻,主要是採用上述團隊利用血液樣本的方式分析特定T細胞活化的標幟,但是分析T細胞活化的方式改用行之有年的一種快速的定量 PCR 方法,合併分析共同存在血液中的另一種免疫細胞(單核球)的特定基因表現(CXCL-10),此特定基因表現量會受到T細胞活化後產生的訊息(第二型干擾素)所調節,因此當共同存在血液中的免疫細胞接收到T細胞活化釋放出的訊息後,會讓此特定基因表達增加。因此團隊先透過分析各組別中血液的基因相關檔案,挑出這基因做為T細胞活化的替代標幟。

這個基因標幟在免疫學中並不陌生,但是團隊從各種 COVID19 病人及疫苗注射後的健康族群採樣,以上述方式分析後,得到這個具有統計意義的交集。團隊有鑒於此方法可能在專一性及敏感度稍嫌不足,因此也將測試結果與其他傳統的分析方式進行比較。

結果顯示,快速測試特定的標幟基因,與傳統方法分析T細胞的敏感度及專一性相當接近。

這種檢測方法有風險嗎?

陳斯婷副教授認為:

  • (1) 本研究雖然使用血液檢體,但仍必須經過傳統的T細胞活化流程後,包含後續的定量 PCR 分析,耗時大約兩個工作天。
  • (2) 用極少量的血液(2 uL)且不抽取 DNA,直接定量分析,在台灣的檢驗量能及學術單位並不普遍,若想開發仍必須熟練此技術的操作。
  • (3) 利用其中一種免疫細胞的基因表現,間接做為T細胞活化的替代性指標,若遇到T細胞活化的反應不明顯時,可能會呈現誤差,不如單純分析T細胞來得精準。
  • (4) 每一種蛋白質抗原由特定分子較小的胜肽所組成,會引起特定的T細胞反應,但這些胜肽片段都是經由電腦模型模擬預測並經過實際驗證後才能得知,才有助分析專一性T細胞的免疫力,而不是直接從現有資料庫就可以得到。

蘇剛毅副教授則表示,這篇研究結果確實可以輔助醫師、感染者甚至衛生主管單位在治療與防疫上的策略。但我們也必須要了解幾件事:

  • 人體免疫系統受到任何內在、外在的刺激時,本來就會產生許多分子去因應,雖本研究是利用新冠病毒的「特異性抗原」誘發免疫系統,但研究中觀察T細胞是出的細胞因子「伽瑪干擾素」與單核細胞細胞因子「CXCL10」並非只受到新冠病毒刺激才產生,本研究並沒有評估新冠病毒以外的感染源或其他生理病徵影響。因此在臨床應用上,需要考量受測者的背景因素甚至疫情發展。
  • 免疫反應伴隨的「細胞激素」或「趨化激素」,在數量上都需要受到適當調控,過多或過少都會造成身體的傷害,如果本研究在數量上面可以進一步探討決策閾值的問題,將更有應用性
  • 本研究應用主要仍在輔助性評估,對於防疫與治療而言,還是需要遵照常規病毒檢測、生活防疫、疫苗接種等措施。

研究原文

參考文獻

台灣科技媒體中心_96
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台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。

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斷食有用嗎?關鍵是「何時吃」——早點吃、更健康
miss9_96
・2022/04/04 ・3579字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

「為了健康,少吃一點」

似乎為了更健康,就得閹割自己的欲望、執行嚴苛的節食。如果能找到一種「不放棄美食」且可行性高的健康飲食法,該有多好~

圖/GIPHY

食慾和健康,永恆的對抗

透過間歇式進食(或稱斷食法),進而降低糖尿病、心血管疾病的風險(或減重),是許多人的願望。

而坊間的斷食法很多,如:極度嚴苛的隔日斷食法(一日正常飲食、隔日禁食)、5:2 斷食法(一週裡 5 天正常飲食,另 2 天只能攝取極低熱量)、較人性化的 168 斷食法(一日裡,僅 8 小時能用餐)等。其目的是增加、拉長每日裡的飢餓時段,使身體有較長的時間處在低血糖濃度的狀態;進而強迫身體減少對葡萄糖的依賴和代謝,轉向消耗脂肪

而斷食法好像真有健康上的好處。在動物模型裡,此法可增加心臟健康、降低癌症機率,甚至延長動物的壽命 [1]。而在人類試驗裡,雖然試驗仍不夠多,但似乎可提高人體對胰島素的敏感度、減輕體重、改善血壓,甚至抑制食慾等優點 [1]

然而,美國科學家針對斷食法進一步研究後認為,關鍵似乎不是「少吃一點」,而是「在正確的時間吃」

現代人,幾乎醒著的時間裡,都在吃

人類和其他動物一樣,都有固定的生理時鐘、生活作息,通常是日出而活躍、日落而漸寂。體內各種內分泌,如:胰島素的濃度,也依循晝夜規律而起伏循環。因此,若能讓進食時間配合內分泌系統活躍時段,也許可最大幅度地提高身體處理食物的效率 [2]

然而,現代人類已處在衣食無缺的世代,我們幾乎無時無刻都在吃。2014 年的報告發現,多數美國人一天裡的用餐時間超過 12 小時 [1],換言之,身體有極長的時間裡都處在「進食中」的狀態(我覺得台灣人應該也差不多,台灣人在吃東西層面裡,無敵方便)。

圖/GIPHY

因此,為了探究斷食法+晝夜作息的好處,美國科學家依循人類正常生理時鐘、規劃了新的斷食法,希望一探新斷食法的好處。

「日出就吃、日落就不吃」—— 8 個男人、超過四個月的試驗

美國阿拉巴馬大學研究團隊,認為「隨著人類天生的作息吃飯」是健康的關鍵。為了排除「因斷食而吃較少」對結果的影響,因此他們希望在「攝取總熱量不變」的前提下,「只改變『什麼時候吃飯?』」、來研究調整用餐時間所帶來的好處。

圖/Pexels

團隊所規劃的新斷食法——eTRF(early Time-Restricted Feeding),是早上 7 點用早餐、9 點用中餐,和下午 1 點用晚餐;換言之,一日維持三餐、但僅 6 小時進食,且嚴格限制在早晨起床後的 6 小時內

團隊設計了臨床試驗,受試者必須接受長達 5 週的 eTRF 斷食法,然後讓身體休息 7 週,再接受 5 週的普通飲食法(早上 7 點用早餐、下午 1 點用中餐,和下午 7 點用晚餐;換言之,一日維持三餐、用餐時間恢復為 12 小時,其他條件不變)。實驗期間須嚴格遵守飲食(不能亂吃、偷吃),每餐都由實驗室提供 [註1]、必須在實驗室人員監視下完全吃完。並且睡眠時間、運動都受到嚴格控制。

招募之初有九百多人應徵,最終僅 8 人完成實驗。結果於 2018 年刊在《細胞代謝/Cell Metabolism》科學期刊上 [3]

(圖1)eTRF 斷食法之試驗規劃。/參考文獻 3

受試者樣貌

共有8名成年男性完成試驗 [註2],其他資訊如下:

因此可以發現,本次實驗的受試者,也是慢性病高風險者、糖尿病前期之肥胖患者。換言之,若 eTRF 斷食法對他們的健康有幫助,就有機會幫助許多處在疾病前期的人,扭轉病情、恢復健康(在台灣,約四分之一的成人是糖尿病前期患者)。

結果 —— eTRF 斷食法,提高人體的胰島素敏感性

糖尿病的病徵,是人體失去控制血糖的能力,而其病因之一是胰島素敏感過低、人體需要更高的胰島素,才能喚醒細胞吸收糖分子、降低血液裡的糖濃度。

在試驗結果中發現,eTRF 斷食法不影響血糖值、變化趨勢,但降低了體內胰島素濃度(提高胰島素敏感性)。如圖 2A、B,在口服葡萄糖耐受試驗(Oral Glucose. Tolerance Test,OGTT[註3]結果發現,血糖變化並無差別;換言之,eTRF 斷食法沒有影響血糖變化。但在胰島素濃度層面,有了極佳的發現。相較於普通飲食,eTRF 斷食法期間,空腹、及 OGTT 試驗的第 60、90 分鐘,其胰島素濃度更低(圖 2C、D)。換言之,eTRF 斷食法,使人體能用更低的胰島素、控制體內的血糖,提升人體的胰島素敏感性 [註4]

(圖 2)在口服葡萄糖耐受試驗裡,eTRF 斷食法和普通飲食期間,受試者的血糖、胰島素變化。/參考文獻 3

結果 —— eTRF 斷食法,大幅降低血壓

而在心血管疾病的風險層面,eTRF 斷食法顯示了紓緩高血壓疾病的潛力。如圖 3,受試者的早晨收縮血壓和舒張血壓,在 eTRF 斷食法期間分別降低 11±4 mmHg (p=0.03)和 10±4 mmHg(p=0.03)。這是極為驚人的降幅,其效果和服用高血壓藥物差不多。目前不清楚血壓降低的原理,可能是胰島素降低的後續效應,也可能是採行了更正常的作息後,排泄系統有更多能力調解體內滲透壓 [註5]

(圖 3)eTRF 斷食法和普通飲食期間,受試者的血壓變化。/參考文獻 3

結果 —— eTRF 斷食法,反而更不餓!

節食最大的敵人就是食慾!在自我評量裡(圖 4) [註6],相較於普通進食,受試者在 eTRF 斷食法期間,夜晚的食慾更低、飢餓感更少、飽足感更高。換言之,eTRF 斷食法不僅可行,更可能降低深夜的食慾、進而遏止邪惡消夜的欲望

(圖 4)eTRF 斷食法和普通飲食期間,受試者的血壓變化。/參考文獻 3

小結論和研究限制

斷食有用嗎?研究結果指出,關鍵是「何時吃」!依循正常的生理時鐘,設計的新斷食法(eTRF),告訴我們——「早點吃、更健康[註7]

也有其他研究做出相異的結果。2022/04 於 NEJM 刊出的研究,以類似的進食方式在肥胖病人上進行研究。結果發現,限制進食時間不會展現更好的減肥效果。顯示此類議題仍相當複雜,有待科學界再釐清。

註解

  • 註 1:每餐皆為 50% 的碳水化合物,35% 的脂肪,15% 的蛋白質。
  • 註 2:干預進食對身體產生的變化,不同性別有相異的影響(如:女性通常比較難瘦下來)。故相關試驗多半會限制特定性別。
  • 註 3:將 75g 無水葡萄糖溶於 300ml 水,並在 5 分鐘內喝完。喝之前、喝完後各個時間裡,抽血驗血糖,以判斷身體控制血糖的能力。異常:140~200 mg/dL糖尿病:200 mg/dL以上
  • 註 4:在 eTRF 斷食法和普通飲食的期間,受試者體重變化相似,顯示 eTRF 斷食雖然提高胰島素靈敏度,但不會影響體重。
  • 註 5:但試驗也發現,eTRF 斷食法期間,三酸甘油酯、總膽固醇較高,研究團隊認為是體內提升分解、代謝脂肪後的現象,也認為需要更長時間、更多證據進行討論。
  • 註 6:完成長達 5 週的飲食法,隔日立即進行自我評量。
  • 註 7:此試驗僅針對糖尿病前期的成年男性(且人數甚少),其結論尚無法擴及女性或其他群體。在激烈地改變飲食習慣前,請先和醫護/營養團隊討論。

參考文獻

  1. Humaira Jamshed, Robbie A. Beyl, Deborah L. Della Manna, Eddy S. Yang, Eric Ravussin and Courtney M. Peterson. (2019) Early Time-Restricted Feeding Improves 24-Hour Glucose Levels and Affects Markers of the Circadian Clock, Aging, and Autophagy in Humans. Nutrients. https://doi.org/10.3390/nu11061234
  2. Kelli L.Vaughan, Julie A.Mattison (2018) Watch the Clock, Not the Scale. Cell Metabolism. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.05.016
  3. Elizabeth F. Sutton, Robbie Beyl, Kate S. Early, William T. Cefalu, Eric Ravussin, Courtney M. Peterson (2018) Early Time-Restricted Feeding Improves Insulin Sensitivity, Blood Pressure, and Oxidative Stress Even without Weight Loss in Men with Prediabetes. Cell Metabolism. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.04.010
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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你在看我嗎!?鳥類研究新視野:猛禽棲架
自然保育季刊_96
・2022/01/15 ・4235字 ・閱讀時間約 8 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!
  • 本文轉載自特有生物研究保育中心,《自然保育季刊》第 116 期
  • 作者/洪孝宇|國立屏東科技大學野生動物保育研究所博士後研究員、林惠珊|國立屏東科技大學農學院生物資源博士班、黃子倫|國立屏東科技大學野生動物保育研究所碩士生、蔡穎詩|國立屏東科技大學野生動物保育研究所碩士生、王婉儀|國立屏東科技大學野生動物保育研究所研究助理、孫元勳|國立屏東科技大學野生動物保育研究所教授

近年來一張張近距離拍攝的精采鳥類照片和影片,記錄下黑翅鳶 (Elanus caeruleus)、領角鴞(Otus lettia)和其他多種鳥類的各種行為,甚至連所捕捉的獵物也都清晰可見,黑翅鳶搞笑的表情還被做成各種梗圖,這樣的照片究竟是怎麼拍到的?又有什麼應用價值呢?

因為相機歪掉而拍到各種黑翅鳶的搞笑姿態,還因此爆紅。圖/洪孝宇 提供

邀請野生猛禽防治農田鼠害

故事要從黑鳶(Milvus migrans)開始說起。2012 年,國立屏東科技大學野生動物保育研究所鳥類生態研究室首次發現黑鳶因為農藥「加保扶」中毒,隔年又再證實黑鳶老鼠藥中毒,逐步揭露過往臺灣農業上因為毒鳥滅鼠所引發的生態危機。此研究先是促使政府將劇毒的農藥「加保扶」列入禁用名單,後續進一步發現臺灣多種猛禽體內廣泛驗出老鼠藥,又讓政府決定停辦已有 40 年歷史的全國農地滅鼠週,不再免費發放老鼠藥給農民使用,並開始尋找對環境較友善的鼠害防治法。

猛禽生物防治法其實在國外已行之有年,最普遍的做法就是在田間或穀倉架設巢箱,吸引倉鴞 (Tyto alba) 這種可愛的白色貓頭鷹入住,牠們就會在田間協助捕鼠。由於倉鴞在全球的分布範圍很廣又很適應農田環境,據統計有關猛禽防治鼠害的論文中,有 86% 是以倉鴞為研究對象。然而可惜的是,臺灣並不在倉鴞的天然分布區內,雖然有另一種外形類似的貓頭鷹叫做草鴞 (Tyto longimembris),但數量稀少而且是在地面營巢,無法用巢箱吸引。

其實臺灣有一種平地常見、且會住巢箱的貓頭鷹叫做領角鴞,但一般認為是偏森林性的貓頭鷹,且以往認為老鼠不是其主要獵物,因此並不適用於防治農田鼠害。

猛禽棲架的測試

國外還有另一種吸引猛禽的方式,是在空曠的田區設立人工棲架,利用多數猛禽喜歡站在制高點的習性,吸引猛禽進入農田來捕鼠。不過這種作法較不普及,一方面是因為環境的限制,通常會認為猛禽棲架只適用於北美或澳洲那種一望無際的廣闊田野,另一方面是棲架設立後不是隨時都有猛禽站在上面,吸引猛禽的效果就不如有鳥在繁殖的巢箱明顯。

不過既然巢箱在臺灣不太可行,那就來測試猛禽棲架吧!2017 年在行政院農業委員會動植物防疫檢疫局的支持下,臺灣首次的猛禽棲架試驗就在屏東縣內埔鄉的鳳梨田開始,當時設計的竹製棲架高度 9m,設立後由人員定時在遠處進行觀察。兩周後發現,有黑翅鳶站上去了!黑翅鳶是一種平原田野常見的小型猛禽,黑白相間加上有如昨晚熬夜的血紅雙眼極具特色,不過臺灣以往並沒有黑翅鳶,首次正式繁殖紀錄是 2001 年在嘉義鰲鼓,之後族群迅速成長擴散,在短短數十年間已成為全臺平原地區的常見猛禽。

目前普遍認為黑翅鳶是在自然狀況下進入臺灣,就如同近年來在歐洲和中亞,黑翅鳶的分布都呈現擴張的趨勢,原因未明。由於黑翅鳶主食鼠類又有停棲制高點的習性,牠的出現正好符合猛禽棲架的設置目的。

黑翅鳶經常將獵物帶到棲架上,其中鼠類約占 8 成,鳥類和爬蟲類 (石龍子) 各 1 成。圖/洪孝宇 提供

把自動相機裝到棲架上

不過靠人眼觀察實在太花時間,於是我們就靈機一動,何不把調查野生動物常用的感應式自動相機裝到棲架上呢?只要棲架上有鳥出現,就可以自動觸發相機進行拍照和錄影,還可以 24 小時工作,連夜間活動的鳥類都能夠記錄。不過這個點子馬上就遇到幾個問題,首先是棲架上鳥跟相機的距離太短,小於相機可對焦的最近距離,所以拍到的鳥都是模糊的。所幸跟野外研究器材的專業公司討論之後,透過客製化調整相機焦距,解決了目標物過近的問題。接下來又經過一連串的測試,包括對焦距離應該設定多遠、角度如何調整才不會切到鳥的頭或腳、相機如何穩固的安裝在光滑的竹竿上,以及如何避免鳥直接站在相機上等等。

初期測試的照片總是不太成功,有一次在把棲架立起後相機角度歪掉,變成只能拍到黑翅鳶的上半身,還特寫了各種表情。我們既好氣又好笑地將照片貼上社群粉絲頁並徵求旁白,沒想到這組照片卻意外爆紅,破紀錄獲得上萬次分享,網友們還發揮創意各種改圖,連國外知名梗圖網站也要求授權轉貼,完全打破生態圈的同溫層。

棲架上為了避免鳥離相機太近或是站在相機上面,用束帶來做阻隔。圖/黃筠傑 攝

後續經過不斷的調整測試,連相機的防水性、電池的續航力等問題都陸續克服,總算能夠穩定且清晰的拍攝棲架上出現的鳥類,就連小型食蟲鳥嘴上叼的昆蟲都能清楚辨認。在測試的過程中,同時也查詢國外文獻,想瞭解關於猛禽棲架的最新研究進展,結果發現國外也有一些研究者利用自動相機在做棲架監測,但多數是將相機設在地面對著棲架仰角拍攝,拍到的鳥類不僅距離遠、獵物也不容易辨識,這時才意識到,原來將自動相機裝在棲架上的作法,其實是棲架研究的一大突破呢!

猛禽棲架的創新應用

隨著全臺各地陸續有棲架設立,黑翅鳶都是棲架上最常出現的猛禽,儼然成為猛禽鼠害防治的代言人。不過後來在偶然的情況下,有些棲架設立高度較低,卻意外發現領角鴞開始頻繁出現,會不會是領角鴞不喜歡站太高呢?於是我們在 2019 年設計了 8m 高的雙層棲架,在 4m 和 8m 高度各有一根橫桿,來測試各種鳥類偏好的停棲高度。結果顯示黑翅鳶還是喜歡站在 8m 上層,不過領角鴞和大部分的食蟲鳥偏好停棲在 4m 的下層,這可能跟不同鳥種的覓食習性有關,所以棲架分層還可以增加鳥種的多樣性。而以往認為領角鴞是森林性的猛禽,在降低棲架高度後,這才發現原來領角鴞在夜間也會頻繁進入空曠的農田來覓食,且其獵物中鼠類占了將近 8 成,同樣有很高的鼠害防治潛力。

既然棲架在農田環境能夠成功吸引猛禽停棲, 於是我們又想到,是不是也可以用來調查在自然野地的猛禽呢?這個想法獲得行政院農業委員會林務局屏東林區管理處的支持,於是在 2020 年初,開始在農田以外的多樣化環境進行棲架測試,果然記錄到更多樣的鳥種。統計目前已拍到 11 種猛禽, 日行性的有黑翅鳶、紅隼 (Falco tinnunculus )、 鳳頭蒼鷹 (Accipiter trivirgatus)、大冠鷲 (Spilornis cheela)、魚鷹 (Pandion haliaetus)、臺灣松雀鷹 (A. virgatus)和赤腹鷹 (A. soloensis),夜行性有領角鴞、褐鷹鴞 (Ninox japonica )、草鴞和長耳鴞 (Asio otus),此外還有 44 種以上的非猛禽鳥類,因此猛禽棲架也可以是一種鳥類監測法,在不同的地點和環境就會有相對應的鳥種出現。對於某些經常利用棲架的鳥種,透過腳環還可以做個體辨識,例如在 2020 年底所繫放的草鴞幼鳥,幾個月後就在距離巢區 7‒12km 外的棲架上出現,這樣的個體動態和存活資料在族群監測上非常重要。

領角鴞偏好高度較低的棲架,且獵物中將近 8 成是鼠類,也有鼠害防治潛力。圖/洪孝宇 提供

一個物種的食性是生態學中很基礎的資訊,然而要在野外直接觀察鳥類覓食並不容易,通常只能透過食繭或排遺分析之類的間接方法、因此目前連很多常見鳥類的食性資料都很缺乏。然而在把自動相機放到棲架上之後,發現許多猛禽和食蟲鳥都會頻繁地帶著獵物回到棲架上,且有不少獵物能夠清楚辨認,成為一個調查鳥類食性非常有效率的方式。目前黑翅鳶和領角鴞都已累積數百筆的獵物資料,食蟲鳥的資料則更多,未來要評估鳥類在農田的生態服務,棲架會是個相當有潛力的工具。不過也有某些鳥類,像是夜鷹 (Caprimulgus affinis)、藍磯鶇 (Monticola solitarius)和草鴞等,雖然也經常在棲架上出現,但卻很少拍到獵物,有可能牠們是在空中或地面就把獵物解決,不會帶回棲架上。

猛禽棲架的限制和展望

我們進行猛禽棲架研究至今約 5 年時間,證實這個古早的生物防治法可以有許多創新的應用,除了可增加鳥類在農田捕鼠捉蟲的生態服務,透過自動相機還能夠記錄出現鳥種、捕捉獵物、鳴唱叫聲和各種行為,可以作為一種鳥類自動監測工具,而夜行鳥類的拍攝,更是打破以往夜間觀察的侷限。我們將這個猛禽棲架結合自動相機的監測方法寫成論文投稿,已在 2021 年被國際猛禽研究期刊 (Journal of Raptor Research) 所接受,且獲得 3 位審稿者的高度肯定,一致認為方法新穎且有廣泛的應用價值。

不過猛禽棲架也有一些缺點和限制,雖然證實了即使是臺灣這種集約鑲嵌式的農田環境,仍有猛禽會頻繁的利用棲架,不過最好還是跟周邊大樹或電線杆有 50m 以上的距離,猛禽造訪率較高。其次是檢查相機的流程較複雜,必須先將棲架放倒再立起,設計上仍有改進空間,未來若能結合太陽能充電和無線傳輸技術,監測上將會更有效率。其三是棲架相當顯眼,被破壞或偷走的風險很高,所以設置地點的安全性需多加考慮。最後,因為棲架有時會記錄到稀有鳥種,在資訊發布上需要小心謹慎,以避免可能的干擾或捕捉壓力。

紅尾伯勞也是棲架常客,只要提供一根鐵絲,牠們就會把獵物插在上面做成「串燒」。圖/洪孝宇 提供

猛禽棲架除了開啟鳥類研究的新視野,在友善農業的推廣上也是非常好的工具。雖然利用猛禽防治鼠害,效果比不上用老鼠藥毒殺,因為猛禽並不會把田間老鼠完全消滅,不過當農友們知道自己田裡有猛禽出現,通常會更願意採行友善的耕作方式,而棲架上拍攝的照片非常吸睛,也可藉此讓社會大眾支持生態友善的農產品。2018 年我們在臺中霧峰進行棲架教學後,獲得農友的認同與支持,連帶促進當地友善及有機耕作的發展,農會更因此推出「黑翅鳶米」的品牌,顯示友善農業具有潛在商機。未來希望能有更多鳥類與農業共生的案例,讓農田可以是野生動物的安全棲地,這是我們進行棲架研究的初衷。

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自然保育季刊_96
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