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人類的下個階段,從「神獸」開發潛能到「神人」?——《再.創世》專題

再・創世 Cybernetic_96
・2021/12/08 ・6079字 ・閱讀時間約 12 分鐘

  • 作者/寒波

如果你收到寫作主題「從醫學技術到生命藝術-後人類與後物種」,你會怎麼理解這個題目?嗯,這題一定有人寫過,萬事問 Google,演算法讓一篇 2006 年的論文名列前茅,就從它開始好了。

藝術家的身體改造

這篇已顯過時的文章〈醫學干預—視覺藝術遇見醫學技術(Medical interventions—visual art meets medical technology)〉,提到幾位藝術家及他們的創作,第一位叫作奧蘭(Orlan)。這位法國藝術家最出名的事蹟,是在 1990 年代經歷多次整形手術,將自己身體的某部分改造成蒙娜麗莎、維納斯的外觀。

法國當代藝術家奧蘭(Orlan)。圖/WIKIPEDIA

自己整形昭告天下,來反思別人的整形,奧蘭以自體為素材的創作轟動一時。她較新的新聞是 2013 年時,控告女神卡卡 2011 年的〈天生完美〉音樂錄影帶,抄襲她 1996 年的概念,並且索賠 3170 萬美金。最後奧蘭敗訴,還要賠償 1.8 萬美金。她應該是沒有演出行為藝術的意思。

整形手術自古有之,隨著醫學技術不斷進步,如今「醫美」成效可謂鬼斧神工,身體改造程度遠超過奧蘭的人也為數不少。然而,現實世界中最激進的肉體改造實踐,在科幻想像中只能算是幼幼班。

科幻很豐滿,現實很骨感

許多科幻作品中,運用自如的義肢和指甲彩繪同等級,大腦如電腦可以連結數據庫,人造人、改造人是常態角色,觀眾時常爭議某個角色到底是人或不算人,算生化人、仿生人,還是賽伯格。

這篇文章的高端讀者們,若看到舉例是《攻殼機動隊》、《魔鬼終結者》或《銀翼殺手》,肯定認為作者只會跟風。那就舉些冷門又沒那麼冷門的例子:《阿伊朵(IDORU)》、《海伯利昂(Hyperion)》、《小黑盒子(The Little Black Box)》。

ill be back arnold schwarzenegger GIF
《魔鬼終結者》 原本不被製作公司看好,卻意外賣座,也開啟「改造人」的相關討論。圖/GIPHY

隨著生物科技發展,科幻的眼鏡鍵盤俠,也讓出不少空間給試管白袍人。可惜科幻與科學往往是兩回事,《曼谷的發條女孩》藝術成就頗為可觀,對遺傳學的描述卻一塌糊塗,水準堪比《星海爭霸》。

然而,人造人講起來那麼順口,如今的科學技術不要說造人,即使只是最簡單的生命體,想要無中生有也非常困難。1818 年問世《科學怪人》描述的人造生命,至今依然是無法突破的障礙。

現實中的進度到哪兒呢?病毒不算,最小的生物僅有 525 個基因,叫作生殖道黴漿菌(Mycoplasma genitalium)。假如只求維生,有些基因是不需要的,於是科學家去除其一個一個基因,以此為基礎創造出名喚「JCVI-syn3.0」的人造生命,只有 473 個基因……好了,這種題材要是寫成科幻小說,不加入大量的屍體、裸體,應該是賣不出去。

來改造基因吧

人類不會無中生有新生命,改造既有的生物倒是在行。自古以來人類便透過人為挑選,造就一種又一種馴化的動物、植物,而且持續育種。在了解 DNA、蛋白質的法則,又研發出分子生物學的工具以後,每個人只要有裝備與材料,都可以改變遺傳訊息。

說起來簡單,其實也沒有那麼容易。單純「改變遺傳訊息」非常簡單,只要用 X 光、紫外線等輻射直擊細胞,就可以破壞性的改變 DNA 序列,但是一般人想像的好像不是這種。若是希望比較精確的修改,則需要借用生命的產物:各種酵素。

圖/Pixabay

DNA 遺傳訊息由許多 ATCG 排列組成,有些酵素可以切割特定組合的 DNA 位置,例如見到 AATGCC 這種序列,便切斷成 AATG 和 CC。此一技術在 1970 年代開始使用後,協助人類邁入生物科技的時代。

基因改造的另一常用技術來自「跳躍的基因」,和轉座子、轉位子等中文名詞,皆指稱英文的 transposable element。生物所有的遺傳訊息合稱基因組,「玉米田裡的先知」麥克林托克率先發現,有些遺傳片段會在基因組的不同位置跳躍。後來有人想到可以利用轉座子的特質,去改變遺傳訊息為人所用。

這些方法使用上算是不難,卻沒那麼精準。每一個 DNA 位置都有 ATCG 四種可能性,讓 6 個位置隨機組合,有 4096 分之 1 的機率會出現 AATGCC 這樣的片段。乍看機率不高,可是人的基因組總共有 30 億個位置,一乘起來……而轉座子實用上也有不少限制。

基因剪刀:幾個改寫生命密碼的工具

切割 DNA 的酵素及其辨識序列,搭配起來類似密碼。排列組合一致的機率愈低,密碼愈難靠亂槍打鳥的試誤破解;DNA 序列符合辨識的機率愈低,操作也能愈精準,不容易影響其餘不想改變的位置。

那麼有沒有習慣辨識十幾二十個位置的酵素呢?要是能隨心所欲控制酵素在基因組上作用的位置,像控球大師麥達克斯(Greg Maddux)那般想投哪就投哪,將有多大的實用價值?

基因改造看似潛力無窮,但科學家一直找不到適當的技術。圖/Pixabay

不少專家經歷多年奮鬥,研發出兩款尖端科技的結晶:鋅手指(Zinc finger)、類轉錄活化因子核酸酶(transcription activator-like effector nucleases,簡稱 TALEN)。名字是聽起來很科幻,可惜它們都不太好用,這也使得另一款技術一推出便大受好評:CRISPR。

如今還沒下檔就乏人討論的科幻電影,都已經出現 CRISPR 之名,說明它的成功。CRISPR 原本是細菌的免疫系統,被人變成基因改造的工具,它的全名 clustered regularly interspaced short palindromic repeats 其實也很科幻。

和之前的技術相比,CRISPR 尊絕不凡,不能屈就基因改造這舊名詞,要配上「基因編輯」才高端(其實本質上還是同一回事)。由於操作簡單又迅速,相關技術被廣泛應用,發明人也已經獲得諾貝爾獎。

佛蘭金仙的想像與實踐

受到諾貝爾獎肯定,被普遍使用的尖端生物科技,不時要來上幾條醜聞。影響不下 CRISPR 的幹細胞,曾經有小保方晴子的造假事件。濫用 CRISPR 最知名的案例,無疑是 2018 年底賀建奎的基因改造嬰兒:他用 CRISPR 技術移除一個基因,隨後兩位基因改造人誕生。

我們身體的細胞分為兩種:體細胞和生殖細胞,體細胞不會遺傳給下一代,生殖細胞會。目前各界普遍接受的底線是,針對人類的基因改造研究,不可以遺傳到下一代,所以禁止對人類胚胎幹細胞的操作。賀建奎不但打破底線,還真的搞出活生生的寶寶,真可謂當代的「佛蘭金仙」,實現梁啟超、嚴復一百多年前的野望。

佛蘭金仙 Frankenstein,內容關於人工智慧生命,被視為第一本科幻小說的。圖/WIKIPEDIA

一百多年前的中國在內憂外患下,不少知識份子抱持讓國家民族強大的夢想。造就「科學怪人」的英國以及西方文化,普遍將其視為負面形象的怪物,但是嚴復 1898 年介紹科學怪人時,採取非常正面的態度,他甚至覺得一個人成為別人眼中的科學怪人,也是歷史進步的方式。隔年梁啟超在文章〈動物談〉中更是讚頌「佛蘭金仙」,也就是 Frankenstein 為「沉睡中的獅子」、「先睡後醒的巨物」。

賀建奎應該聽過梁啟超、嚴復,大概不知道佛蘭金仙。不過不要緊,作為中國先賢的繼承人,賀建奎成為這個時代的佛蘭金仙,創造出別人眼中的科學怪人——沈睡的獅子醒了,中國人民站起來了!

邁入未來前,先回首智人這個物種的過去

好消息是,站起來的中國人又坐了回去。賀建奎和科學怪人一樣消聲匿跡,至少暫時如此。短時間內,中國人並不至於自我改造為全新的物種,進入「後人類」的階段。

如今的「人類」都屬於同一個「物種」,並沒有明顯分化,預備形成新物種的跡象。如上所述,僅管科學技術持續進步,和科幻想像相比,當下能做的仍很有限。

科技、文化快速發展的我們什麼時候會邁向後人類呢?思考這個問題,不妨反過來思量已經發生過的歷史:如何從「前人類」與「前物種」演變為當今的人類物種。

File:Human evolution.svg
圖/WIKIPEDIA

物種是分類的概念,方式很多。人類這類兩性生殖的動物,可以用「生物物種(biological species)」定義,也就是「個體間可以生下後代,沒有生殖隔離發生,後代彼此間也能再生下後代」。一些遺傳學研究指出,如今分家最久的人類族群可能超過 30 萬年,卻依然不存在生殖隔離,仍可歸類為同一物種。

生殖隔離有程度之別,原本屬於同一物種的生物,若是開始生殖隔離,累積到一個程度而不再能產下共同的後代,便能視作有新物種誕生。簡單說來,我們所屬的物種稱為智人(Homo sapiens),和平行發展的近親尼安德塔人、丹尼索瓦人,擁有共同的祖先海德堡人(Homo heidelbergensis),因此海德堡人(或其他定義下,算是我們直系祖先的那種人)可以算是智人的「前物種」。

智人的基因組中存在少量尼安德塔人、丹尼索瓦人的 DNA 特徵,源自幾萬年前的情慾交流。既然可以生下後代,能算是同一個物種嗎?答案因智人而異。考慮到三者遺傳上分家超過 55 萬年,又已經存在相當的生殖隔離,否則也分不出彼此的遺傳差異,我想區分成不同物種比較合適。

在美國俄克拉荷馬州人骨學博物館展示的人科動物化石。圖/WIKIPEDIA

身心俱全,成為完全體的現代人類

但是人類不只由 DNA 定義,尤其是我們智人。與近親在遺傳上分家後,智人走上愈來愈獨特的道路,漫長的過程並非一步到位,至少可以分為身心兩個方面。

近來學術文獻描述智人時,流行一個名詞:「解剖學意義上的現代人(anatomically modern human)」,這兒的「現代」不是看年份,而是和海德堡人、直立人(Homo erectus)等古早人(archaic hominin)對照。具備智人形態特徵的化石,最早距今 30 多萬年;所以有 30 多萬年前的現代人,也有 11 萬年前的古早人。

身體形態比較容易辨識,頭腦心智、行為表現卻難的多。兩位外觀相似的人,心靈和行為可能截然不同。光看化石的形態特徵,能分辨誰長的像智人,卻無法判斷是否為「行為學意義上的現代人(behaviorally modern human)」。採用此一概念,尚未發展出類似我們心智、行為的智人,或許可以算是「前人類」的階段。

前人類是怎樣過渡到人類的?這是人類演化學爭論不休,近來成果可觀的一大問題。最直接的設想是,假如古代人展現出抽象、象徵思維、藝術創作等特徵,便足以視為「跟我們一樣的人類」。

儘管證據稀少而零碎,逐漸累積的考古學證據指出,距離遙遠的東南亞與歐洲兩地,智人距今 4 萬年前就會在壁畫、雕刻中展現明確的象徵思維;可見當時的智人,肯定擁有和我們一樣複雜的心靈。貝殼珠之類缺乏實用價值的物品,具有價值交換、情感互動、身份認同等用途,在非洲、中東的使用歷史有 10 多萬年。

智人距今數萬年前就能在壁畫中展現明確的象徵思維。圖/Pixabay

更早以前不清楚,但是十萬多年前的智人,現代價值應已足夠,足以貼上「人類」的標籤。也就是說,心智和我們平起平坐的同類,已經有超過十萬年的歷史。

人類的下一階段,從神獸到神人?

目前的人類如何演變而來?按照上述脈絡,先是智人與近親在遺傳上分家,累積生殖隔離(超過距今 50 萬年),接著產生特定的形態特徵,形成新的身體(超過距今 30 萬年),從「前物種」轉型為智人物種;接著又出現行為、思維、文化上的轉變(超過距今 10 萬年),從「前人類」過渡到心靈複雜的人類。

即使長期缺乏接觸,智人間要產生生殖隔離也不容易,實際看來幾萬年都不夠。未來人們只要持續情慾交流,幾乎不可能讓生殖隔離累積到形成新的「後物種」。但是「人類不只由 DNA 定義」的道理一如過往,倘若人為影響導致非常巨大的文化差異,衍生自現代人的「後人類」便有機會誕生。

哈拉瑞的暢銷書「人類三部曲」,前兩本的中文副標題分別叫作「從野獸到扮演上帝」和「從智人到神人」,可謂以劇烈變化的觀點看待人類演化的路徑。我想也可以反過來,採取連續演進的解讀:智人其實早有成為神人的潛力,即使早在野獸的階段,也已經是配備神性的野獸;從神獸到智人,再到神人的發展,是發揮潛能而實踐的過程。

人類持續演化下,假如過程中沒有滅亡,或是受到其他智慧生命干預,神獸有機會徹底開發潛能而成為神人。未來將如何發生?到時候帶來轉變的,會是不斷在已知疆域之外探索的藝術家、科學家、思想家、政治家,或是其他角色,像是哈里.謝頓(Hari Seldon)、保羅.亞崔迪(Paul Atreides)之類的人物?

保羅.亞崔迪《沙丘》中的虛構人物,被視為人類的救世主 。圖/WIKIPEDIA

如果人類真的邁入下一階段,我猜不會是任何特定角色或人物,而是心智的集體成果。過程中會涉及極少數幾位天選之人,如精通科學的思想家、具備藝術感的科學家、洞觀事物本相的藝術家、某件事以外什麼都不懂的專業精英(為避免誤會,本文提及的所有真實人名皆不屬於上述行列),甚至是覺醒的人工智慧。

不過想像力再強大,發揮出的超能力,還是要擺在人類集體的框架中落實。我們不論願不願意,或許都牽涉其中。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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有圖沒真相!?GAN 人工智慧系統的發展與未來——《AI 製造商沒說的祕密》
時報出版_96
・2023/01/31 ・4731字 ・閱讀時間約 9 分鐘

醉後成為 GAN 之父

2013年秋天,伊恩.古德費洛(Ian Goodfellow)與大學實驗室夥伴在酒吧舉行歡送派對。大家就座,開始猛灌精釀啤酒。酒過三巡,古德費洛已有些微醺,這群研究員開始爭論什麼才是製造能夠自我創造相片寫實影像的機器之最佳途徑。

他們知道可以訓練一套神經網路來辨識影像,然後逆向操作,使其產生影像。但它只能產生一些精細、有如相片的影像,這樣的結果實在難以令人信服。

不過古德費洛的夥伴們有一個主意。他們可以對神經網路產生的影像進行統計分析──辨識特定像素的頻率、亮度,以及與其他像素間的關係。

然後將這些分析結果與真正的相片進行比對,這樣就可以顯示神經網路哪裡出錯了。問題是他們不知道該如何將這些資料編碼輸入他們的系統之中──這可能需要數十億的統計次數。

古德費洛提出一個完全不同的解決之道。他解釋,他們應該做的是建立一套能夠向另一套神經網路學習的神經網路。第一套神經網路製造影像,企圖欺騙第二套神經網路認為這是真的。第二套會指出第一套的錯誤,第一套於是繼續嘗試欺騙,就這樣周而復始。他表示,如果這兩套相互對抗的神經網路對峙得夠久,他們就能製作出寫實的影像。

但是古德費洛的夥伴們並不認同。他們說這主意甚至比他們的還爛。同時,若非他已有些醉了,古德費洛可能也有同感。

「要訓練一套神經網路已經夠難了,」清醒時的古德費洛可能會這麼說,「你不可能在正在學習演算法的神經網路中訓練另一套神經網路。」不過他在當時完全相信可以做到。

當天晚上他返回公寓,他摸黑坐在床邊的桌前,仍然有些微醺,筆記型電腦螢幕的光反射在他臉上。「我的朋友是錯的!」他不斷告訴自己,同時用其他計畫的舊編碼來拼湊他所說的兩套對抗的神經網路,並且開始以數百張相片來訓練這套新裝置。

幾個小時後,它開始顯現他所預期的效能。生成的影像很小,和一片指甲一樣,而且還有一些模糊。不過它們看來就和相片一樣。他後來表示,他完全是運氣來了。

「如果它不成功,我可能就會放棄了。」他後來在發表此一概念的論文中將它稱作「生成對抗網路」(generative adversarial networks,GANs)。自此之後,他成為全球人工智慧研究圈口中的「GAN之父」。

生成對抗網路的蓬勃發展

2014年夏天,他正式加入谷歌,當時他已在積極推廣GAN,強調這有助於加速人工智慧的研發。他在說明概念時,往往會以理查.費曼為例。費曼曾在教室黑板上寫道:「我創造不出來的東西,我就不了解。」

古德費洛相信費曼此一名言除了人類之外,也可以適用於機器:人工智慧創造不出來的東西,它就不了解。他們指出,創造,能夠幫助機器了解周遭的世界。

GAN使人工智慧互相訓練與學習。圖/envatoelements

「如果人工智慧可以用逼真的細節去想像世界──能夠學習如何想像逼真的影像與逼真的聲音──這樣可以鼓勵人工智慧學習現實存在的世界結構,」古德費洛說道,「它能幫助人工智慧了解所看到的影像與所聽到的聲音。」如同語音、影像辨識與機器翻譯,GAN代表深度學習又向前邁進一大步。或者,至少深度學習的研究人員是這麼認為。

臉書人工智慧研究中心主任楊立昆(Yann LeCun)在2016年盛讚GAN「是深度學習近二十年來最酷的概念」。古德費洛的成就激發出許多圍繞其概念的計畫,有的是加以改進,有的是據此進一步發展,有的則是發起挑戰。

懷俄明大學的研究人員建造一套系統,能夠產生細小但是完美的影像,包括昆蟲、教堂、火山、餐廳、峽谷與宴會廳。輝達(NVIDIA)的一個研究團隊則是建造一套神經網路,可以將一幅顯示炎炎夏日的相片影像轉變成死氣沉沉的冬日。

加州大學柏克萊分校的研究小組則設計出一套系統,能夠將馬匹的影像轉變成斑馬,把莫內的畫變成梵谷的畫。這些都是科技界與學界最受人矚目與最有趣味的研發計畫。

可是,就在這時,世界發生劇變。2016年11月,唐納.川普贏得美國總統大選。美國生活與國際政局隨之出現天翻地覆的變化,人工智慧也難以倖免。幾乎是立即出現的衝擊,政府開始打壓移民引發人才流動的憂慮。

美國排外政策造成 AI 產業衝擊

在美國就讀的國際學生已在減少之中,如今更是大幅銳減,對外國人才依賴甚重的美國科學與數學界也因此開始受創。「我們是開槍打自己的腦袋,」西雅圖著名的艾倫人工智慧研究所(Allen Institute for Artificial Intelligence)的執行長說,「我們不是打在腳上,是腦袋。」

一些大企業已在擴張他們的海外研發作業。臉書分別在蒙特婁與楊立昆的家鄉巴黎設立實驗室。川普政府移民政策所帶來的威脅在2017年4月就已顯現,距離他上任不過三個月。

與此同時,「深度學習運動之父」傑弗瑞.辛頓(Geoffrey Hinton)幫助成立向量人工智慧研究所(Vector Institute for Artificial Intelligence)。這是多倫多的一所研發育成機構,設立資金達一億三千萬美元,其中包括美國科技巨擘如谷歌與輝達的挹注。

此外,加拿大總理賈斯汀.杜魯道(Justin Trudeau)也承諾以九千三百萬美元來扶持在多倫多、蒙特婁與愛德蒙頓的人工智慧研發中心。年輕的研究員莎拉.薩波爾(Sara Sabour)是辛頓一位關鍵性的合作夥伴,她的事業歷程足以說明人工智慧圈內的國際色彩是多麼容易受到政治影響。

2013年,在伊朗的謝里夫理工大學(Sharif University of Technology)完成電腦科學的學業之後,薩波爾申請到華盛頓大學深造,攻讀電腦視覺與其他方面的人工智慧,校方接受了她的申請。但是美國政府卻拒絕給予簽證,顯然是因為她在伊朗長大與就學的關係,而且她所要攻讀的領域,電腦視覺,也是潛在的軍事與安全科技。第二年,她成功進入多倫多大學,之後追隨辛頓加入谷歌。

在此同時,川普政府持續阻擋移民進入美國。「現在看來是美國企業獲益,」亞當.席格(Adam Segal)說道,他是美國外交關係協會(Council on Foreign Relations)有關新興科技與國家安全的專家,「但是就長期來看,科技與就業機會都不會在美國實現。」

2016年川普當選美國總統,開始打壓外國移民。圖,/wikipedia

人工智慧等技術讓製造假訊息變得更容易

但是人才的遷移還不是川普入主白宮所造成的最大變化。自選舉一結束,國內媒體就開始質疑網上假訊息對選舉結果的影響,引發社會大眾對「假新聞」的憂慮。

起初祖克柏試圖消除這樣的關切,他在選舉的幾天後於矽谷的一個公開場合,輕描淡寫地表示,選民受假新聞左右是一個「相當瘋狂的想法」。但是許多記者、立法者、名嘴與公民都不予苟同。

事實上此一問題在選舉期間十分猖獗,尤其在臉書的社交網路,有數以萬計,甚至可能是百萬計的網民,分享一些虛假編造的故事,這些故事的標題例如「涉嫌希拉蕊電郵洩密案的聯邦調查局人員被發現死亡,顯為謀殺後自殺」或是「教宗方濟各支持川普競選總統震驚世界」。

臉書後來揭露有一家與克里姆林宮關係甚密的俄羅斯公司,花了超過十萬美元向470個假帳戶與頁面買網路廣告,散播有關種族、槍枝管制、同性戀權利與移民等方面的假訊息,此一事件使得公眾更感關切。

與此同時,社會大眾的憂慮也投射到GAN與其他相關的科技上,使它們以完全不同於過去的面貌成為世人焦點:這些科技看來是產生假新聞的管道。

人工智慧讓假新聞更容易。圖/envatoelements

然而人工智慧科學家當時的研究卻完全是在助長這種看法。華盛頓大學的一支團隊,利用神經網路製作出一段冒用歐巴馬說話的影片。中國一家新創企業的工程師則利用相同的科技讓川普說中文。

其實偽造的影像並不是新玩意兒。自照相術發明以來,人們就開始利用技術來偽造相片。不過由於新式的深度學習可以自我學習這些工作──或者至少部分的工作──它們使得這樣的編輯變得更容易。

政治人物與活動、民族國家、社會運動人士、不滿分子往後不需要僱用大批人手來製造與散播假圖片和假影片,他們只要建造一套神經網路就能自動完成這些工作。

在美國總統大選期間,人工智慧的圖像操作潛能距離完全發揮仍有幾個月的時間。當時GAN只能產生如指甲大小的圖像,而要將字句置入政治人物的口中仍需要罕有的專業技能,更別說其他一些費力的工作了。

不過,在川普勝選一週年時,輝達在芬蘭實驗室的一支團隊開發出新款GAN,稱作「漸進式GAN」,可以利用對抗式的神經網路製造出實際尺寸的圖像,包括植物、馬匹、巴士與自行車,而且幾可亂真。

圖像不再能代表證據

不過這項科技最受矚目的是它能夠製造人臉。在分析數千張名人照片後,輝達這套系統可以製造出看來像是某位名人,但其實並不是的人臉圖像──一張看來像是珍妮佛.安妮斯頓(Jennifer Aniston)或席琳娜.戈梅茲(Selena Gomez)的臉孔,而實際上並非真人。這些被製造出來的臉孔看來都像真人,有他們自己的皺紋、毛孔、暗影,甚至個性。

「這項科技的進步速度太快,」菲利浦.艾索拉(Phillip Isola)說道,他是幫助開發此類科技的麻省理工學院教授,「剛開始時是這樣的,『好吧,這是一項有趣的學術性問題,你不可能用來製造假新聞,它只能產生一些略顯模糊的東西。』結果卻演變成『噢,你真的可以製作出像照片一樣逼真的臉孔。』」

在輝達宣布此一新科技的幾天後,古德費洛在波士頓一間小會議室發表演說,演說的幾分鐘前,一位記者問他該科技的意義何在。他指出他知道其實任何人都早已可以用 Photoshop 來製造假圖像,不過他也強調,重點是使得這項工作更為容易。「我們是促使已經具有可能性的事情加速實現。」他說道。

他解釋,隨著這些方法的改進,「有圖有真相」的時代也將結束。

「從歷史來看,這其實有些僥倖,我們能夠依賴影片作為事情曾經發生過的證據,」他說道,「我們過去常常是根據誰說的、誰有動機這麼說、誰有可信度、誰又沒有可信度,來看一件事情。現在看來我們又要回到那個時代。」

可是中間會有一段很艱難的過渡期。「遺憾的是現今世人不太會批判性思考。同時大家對於誰有可信度與誰沒有可信度都比較傾向於從族群意識去思考。」這也代表至少會有一段調整期。

「人工智慧為我們打開了許多我們不曾打開的門。我們都不知道在門的另一邊會有什麼東西,」他說道,「然而在此一科技方面,卻更像是人工智慧關閉了我們這一代人已經習慣打開的門。」

人們若不具有批判性思考的能力,就會容易被假圖像欺騙。圖/envatoelements

調整期幾乎是立即展開,某人自稱為「深度偽造」(Deepfakes),開始將一些名人的頭像剪接至色情影片中,然後再上傳至網路。這個匿名的惡作劇者後來把能搞出這些花樣的應用程式公開,這類影片立刻大量出現在討論板、社交網路與如 YouTube 的影音網站。

如 Pornhub、Reddit 與推特等平台趕忙禁止這種行為,但是此一操作與相關概念已滲透進入主流媒體。「深度偽造」也變成一個專有名詞,意指任何以人工智慧偽造,並在線上散播的影片。

——本文摘自《AI製造商沒說的祕密: 企業巨頭的搶才大戰如何改寫我們的世界?》,2022 年 8 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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環境 DNA 猛獁象現蹤,化石消失幾千年後才真正滅團?
寒波_96
・2023/01/13 ・3572字 ・閱讀時間約 7 分鐘

一萬多年前冰河時期結束後,許多地方的生態系明顯改變,例如歐亞大陸和美洲的猛獁象都滅絕了,僅有少少倖存者,殘存於北冰洋的小島一直到 4000 年前。

上述認知來自對化石遺骸的判斷,可是最近由環境沉積物中取樣古代 DNA 分析,卻指出猛獁象等幾種生物,在亞洲和美洲大陸其實又延續了好幾千年。這些證據可靠嗎,猛獁象到底什麼時候滅絕?

距今 200 萬前的格陵蘭,生態想像圖。圖/Beth Zaikenjpg

古時候的環境 DNA,創下 200 萬年紀錄

DNA 原本位於生物的細胞之內,生態系中有很多生物,時時刻刻留下各自的 DNA,從土壤、水域等來源取樣分析所謂的「環境 DNA」(environmental DNA,可簡稱為 eDNA),能得知環境中包含哪些生物。

如果環境樣本能保存成千上萬年,那麼定序其中的 DNA 片段,再加上化石、花粉等不同線索,便有希望窺見古時候的生態系。

威勒斯勒夫(Eske Willerslev)率領的一項研究,藉由此法重現來自格陵蘭沉積層,距今 200 萬年之久的 DNA 片段,2022 年底發表時成為年代最古早的 DNA 紀錄,也得知當年存在格陵蘭的眾多植物與動物。[參考資料 5]

最出乎意料的莫過於乳齒象(mastodon),由於缺乏化石,古生物學家一直認為那時候的乳齒象,並未棲息於這麼北的地帶,此一發現充分展示出古代環境 DNA 的價值。然而 DNA 的探索範圍也明顯有侷限,例如該地區出土超過 200 個物種的昆蟲化石,DNA 卻只能偵測到 2 種。

猛獁象化石無存後幾千年,依然有留下 DNA

當時間尺度是百萬年時,實際是 200 萬 3300 年或是 199 萬 8700 年,也就是 200.33 或 199.87 萬,幾千年的誤差範圍無關緊要。但是當探討對象是最近一萬年,猛獁象的 DNA 究竟存在於 9000 或 6000 年前,意義就差別很大。

這兒的「猛獁象」都是指真猛獁象(woolly mammoth,學名 Mammuthus primigenius)。由另一位古代 DNA 名家波因納(Hendrik Poinar)和威勒斯勒夫各自率隊,同在 2021 年底發表的論文獲得類似結論:猛獁象化石消失的幾千年後,沉積物中仍然能見到 DNA,可見還有個體又存續幾千年。[參考資料 1, 2]

威勒斯勒夫主導論文的取材地點。以北極為中心,視角和台灣人習慣的地圖很不一樣。圖/參考資料 2

波因納率領的研究探討白令東部,也就是如今加拿大的育空地區,距今 4000 到 3 萬年前的沉積層;結論是原本認為早已消失的美洲馬、猛獁象,一直延續到 5700 年前。威勒斯勒夫戰隊取材的地理範圍廣得多,包括西伯利亞西北部、中部、東北部、北美洲、北大西洋,判斷猛獁象生存到 3900 年前。

更詳細看,威勒斯勒夫主導的論文指出,猛獁象在西伯利亞東北部最後現蹤於 7300 年前,西伯利亞中北部的泰梅爾半島(Taimyr Peninsula)為 3900 年前,此一年代和北冰洋的外島:弗蘭格爾島(Wrangel)之化石紀錄相去不遠。而北美洲則是 8600 年前,比波因納戰隊的 5700 年更早。

如果兩隊人馬的判斷都正確,意思是猛獁象(與某些大型動物)在北美洲延續到 5700 年前,在亞洲大陸與外島到 3900 年;比起當地出土最晚化石的時間,皆更晚數千年。

只有 DNA 不見化石,會不會是死掉好幾千年仍一直外流 DNA?

根據化石紀錄,冰河時期結束後,仍有少少生還的猛獁象在弗蘭格爾島一直延續到 4000 年前。由此想來,當大多數同類已經滅團時,某些地點還有孤立的小團體延續,並不意外。只是我們不見得能見到化石。

然而,威勒斯勒夫主導的論文受到挑戰。質疑者提出,猛獁象這類動物住在寒冷的環境,去世後遺體如果被冷凍保存,又持續緩慢解凍,在接下來的幾千年便有可能不斷釋出新鮮的 DNA,讓我們誤以為仍有活體。[參考資料 3]

舉個極端狀況。假如 2 萬年前死亡的猛獁象,去世後一直冷凍在冰層中,現在被我們取出解凍,也許其中仍保有不少生猛 DNA,可是實際上牠已經去世很久了。

上述質疑,應該是這類研究手法共通的潛在問題。發生在一百萬年前無關緊要,一萬年內卻會導致不小的誤判。

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪

距今 1 萬多年前的育空,生態想像圖。圖/Julius Csotonyi

化石消失的時刻,往往比生物滅團更早

威勒斯勒夫戰隊則回應表示:論文結論沒有問題,沈積層中取得的古代 DNA 確實來自那時在世的動物。我覺得不論觀點是否正確,回應的思路都值得瞧瞧。[參考資料 4]

為什麼動物依然存在時,見不到當時的化石紀錄?主因是動物去世後,只有極低比例的個體會變成化石。一種動物在滅團以前,通常個體數目持續降低,少到一個程度後,還能留下化石的機率已逼近 0 。所以化石紀錄最後的時間點,早於動物實際消失的年代。

和化石相比,動物遺留 DNA 的機率遠高於化石。活生生的動物就會持續排放 DNA,死亡身體分解後又會釋出不少; DNA 未必會留在原本生活的地點,不過如今的偵測技術足夠敏銳,即使只有幾段也有機會抓到。

猛獁象,活的!

是否有可能,猛獁象去世幾千年仍持續釋出 DNA 片段?的確無法排除可能性。不過這項研究中有 4 個方向,支持沉積層之 DNA 源於族群規模大減,卻依然活跳跳的猛獁象。

不同時間,各地猛獁象的粒線體 DNA 型號。可以看出趨勢是,猛獁象分佈的範圍愈來愈窄,遺傳型號也愈來愈少。圖/參考資料 2

第一,如果環境中的 DNA 來自死亡多時的動物,那麼各地區應該都會見到類似現象。實際上只在少部分取樣地點偵測到。

第二,假如猛獁象遺骸緩慢分解,DNA 持續進入沉積層,同一地點的不同取樣應該都能見到。可是同一處地點,只有少數樣本能抓到猛獁象 DNA。

第三,不同沉積層取得的環境樣本,包含當時生態系中很多生物的 DNA。存在猛獁象 DNA 的樣本,也能見到適合猛獁象生態系的其他植物;表示猛獁象的命運,很可能與適合牠們生活的環境同進退。

第四,倘若較晚沉積層的猛獁象 DNA,直接源自較早去世的個體,遺傳多樣性應該不會變化。然而較晚出現的粒線體型號明顯變少,後來只剩下一款。

實際狀況沒人可以肯定。我覺得前三點,都涉及樣本保存的潛在問題,干擾因素較多。第四點大概是最有力的證據,支持環境沉積物中留下的 DNA 並非源於死象遺骸,而是活體猛獁象。

研究日新月異,腦袋也要趕上

科學研究日新月異,不少人見到論文寫什麼就信以為真,卻不了解做研究其實有很多限制,即使是結論「正確」的論文,也會處處碰到解釋的侷限。

持續搜集證據,反覆思考才能進步。腦袋要靈活運用,但是也不要胡亂腦補!

延伸閱讀

參考資料

  1. Murchie, T. J., Monteath, A. J., Mahony, M. E., Long, G. S., Cocker, S., Sadoway, T., … & Poinar, H. N. (2021). Collapse of the mammoth-steppe in central Yukon as revealed by ancient environmental DNA. Nature Communications, 12(1), 1-18.
  2. Wang, Y., Pedersen, M. W., Alsos, I. G., De Sanctis, B., Racimo, F., Prohaska, A., … & Willerslev, E. (2021). Late Quaternary dynamics of Arctic biota from ancient environmental genomics. Nature, 600(7887), 86-92.
  3. When did mammoths go extinct?
  4. Reply to: When did mammoths go extinct?
  5. Kjær, K. H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B., De Cahsan, B., Korneliussen, T. S., Michelsen, C. S., … & Willerslev, E. (2022). A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature, 612(7939), 283-291.

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

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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》。