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「血液病理診斷」導入 AI 應用,輔助醫師快速精準判讀、減輕負荷量

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/01/17 ・2491字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣諾華 協助刊登,審定編號 TW2201057472。

  • 作者/許君咏

我們想讓你知道:

被喻為困難診斷疾病的骨髓增生性腫瘤,難在哪裡?由於「病理切片判讀」很難找出「兇手」,因此,林口長庚醫院與台灣諾華及雲象科技合作,將 AI 運用於血液病理診斷,有望幫助醫生進行快狠準的判讀,可以減少經驗多寡限制,以及減輕醫生的判讀的負荷量,更重要的是,為病患做出正確的診斷,幫助及早進行治療。

在血液癌症的診斷中,病理切片是必要條件之一,例如骨髓增生性腫瘤(myeloproliferative neoplasm,簡稱 MPN),因為種類繁多,臨床症狀、病理變化及突變特徵重疊性高,過去需仰賴經驗豐富的臨床血液科及血液病理科醫師人工鑑定,然而對抗血液腫瘤就如同與時間賽跑,若無法立即提供判讀結果,延誤了治療時機,將影響病患存活率。

「骨髓增生性腫瘤」到底是什麼?

骨髓增生性腫瘤(MPN),以前稱為骨髓增生性疾病,是一組以一個或多個血細胞(白細胞,紅細胞,血小板和/或纖維細胞)過量產生為特徵的疾病。

首先,骨髓是人類的造血器官,它的重要功能就是產生造血幹細胞,之後這些造血幹細胞透過分化再生成不同的血細胞,例如紅血球、血小板、顆粒球、單核球等。而骨髓增生性腫瘤是一組罕見的血液癌症,會導致骨髓中產生過多的紅血球、白血球、血小板,根據 2016 世界衛生組織的分類,這組疾病中較常見有四類,各有不同的預後及治療方式,包括原發性血小板增多症(ET)、真性紅血球增多症(PV)、原發性骨髓纖維化(PMF),原發性骨髓纖維化又有兩種亞型:早期骨髓纖維化(pre PMF)及顯著骨髓纖維化(overt PMF)。

骨髓增生性腫瘤種類

至於確切的罹病原因目前並不清楚,科學家尚在研究中。林口長庚醫院血液科郭明宗醫師說:「骨髓增生性腫瘤臨床上常見有 3 種基因突變,分別是 JAK2V617,CALR,MPL。不論是後天的基因變異,或是環境因素等皆為可能致病因子,目前在臨床上面臨的最大挑戰不僅是治療,其實從診斷程序挑戰就已經開始。」

難如登天的「病理切片判讀」,究竟要如何找出「兇手」呢?

被喻為困難診斷疾病的骨髓性增生腫瘤,難在哪裡?

郭明宗醫師進一步說明,因骨髓性增生腫瘤屬於血液增生性疾病,和其他實體腫瘤不同的是,病患沒有明顯可觸及的腫塊,通常是因為出血、中風、脾腫大等併發症而求診,無法直接看出病因是什麼。這時醫生就像偵探一樣,必須從其他類似的症狀、血液檢查數值等尋找線索,列出可能的疾病名單,而最關鍵的證據除了基因變異之外就是「病理切片判讀」。因此, 2016 年世界衛生組織也將「骨髓切片」列為骨髓增生性腫瘤診斷的必要條件之一。

但最難的部分就在於「病理切片判讀」,林口長庚紀念醫院解剖病理部莊文郁副主任說:「骨髓切片主要是由血液病理次專科醫師進行判讀,而骨髓增生性腫瘤判讀的複雜度遠超乎一般人所能想像,病理醫師必須仔細評估各種造血細胞在顯微鏡下的數量及形態,特別是巨核細胞的形態特徵、數量及空間分布,才能得到精準的診斷。」

莊文郁主任實施病理切片判讀

也就是說,傳統的病理切片裡的血球型態與其他疾病極為相似,需由經驗豐富的醫生判讀,並進行診斷,然而人工判讀的缺點在於,難以取得客觀量化的數據,並且可能會有人為誤差。如前段提及骨髓增生性腫瘤有不同種類,預後和病程進展有極大差異,需要不同的治療策略。郭明宗醫師分享:「早期世界衛生組織尚未明確分類時為例,曾有 20% 的患者原先被診斷為原發性血小板增多症(ET),後續分類後重新診斷為早期骨髓纖維化(pre PMF)。」說明病理切片判讀在診斷上有一定的困難及複雜性。

病理切片耗人又講求經驗怎麼辦?AI 來幫忙!

莊文郁副主任說:「林口長庚每月有近萬個案例、高達上萬筆的病理玻片需要判讀,病理團隊每日皆須面臨龐大且急迫的病例,為了能及早且精準幫助病患確診,已全面將病理玻片數位化,為全台少數完成跨院區病理科數位化的醫療院所,可大大提升判讀方便性。」

這次合作跨界三方,結合不同優勢,林口長庚龐大的病理資料庫,雲象科技的 AI 技術,加上台灣諾華長期投入血液腫瘤研發治療的經驗,共同提升台灣血液腫瘤篩檢量能,幫助病患在進入急性期或惡化前獲得及時診斷及擬定適合的治療策略,延續病患生命並提升生活品質。

血液疾病的診斷與治療相當困難,然而因病患數不如其他器官癌症,故新技術如 AI 較不會第一時間應用在血液疾病上;不過,對血液疾病來說,以形態學為基礎的病理診斷扮演關鍵角色,而型形態辨識正是 AI 在醫療上能有最大發揮空間的面向。

這個概念就像是平常大家將合照上傳社群軟體,平台會透過自動人臉辨識系統,標記照片裡的朋友人名。運用 AI 進行深度學習,辨識骨髓玻片裡的細胞型態、特徵和空間分佈的情形,能夠提供量化且客觀的數據。

莊文郁副主任打趣地說,隨著時代與醫療的進步,AI 技術不僅可以認臉,也可以辨別極度困難與複雜的細胞了!

雲象科技骨髓切片判讀

而台灣諾華在癌症治療領域耕耘已久,諾華腫瘤(台灣)總經理陳喬松說:「身為全球製藥領導者,從第一代標靶治療到目前最新的細基因療法,建立了許多治療創新里程碑。」目前除了利用資料科學發展新興藥品外,諾華爲重新改善患者生活品質,並延長其存活期,亦發展大數據分析及 AI 技術,希冀幫助更多血液腫瘤病患及早診斷、治療,讓血液腫瘤的早期診斷向前邁出一大步。在 AI 的加持下,未來血液病理的發展,或許能夠和近年備受重視的分子和基因診斷攜手合作,更進一步加強疾病診斷與治療品質。

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「生物相似藥」不只能治病,也讓更多人受惠——長庚醫院血液科主任張鴻醫師專訪
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/06 ・3407字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 台灣諾華 協助刊登。

  • 作者/許君咏

生物相似藥以較低的價格,提供與原廠生物製劑相仿的治療能力。像癌症需要長期使用生物製劑,來治療或控制病情的慢性病,如果使用生物相似藥的話,不僅能減輕病患的負擔,健保也才能走得長久。

「可是,生物相似藥不是原廠生產的。」這是許多人最後不選擇生物相似藥的原因,認為原廠生物製劑,一定比生物相似藥來得好,但事實真是如此嗎?

針對這個問題,長庚醫院血液科主任張鴻醫師說:「難道原廠的,就一定比副廠好嗎?」他表示修車時,如果師傅問你要換「原廠」還是「副廠」零件,你會怎麼回答?相信價格與性能交織的 CP 值,會是你很在意的點。

究竟,非原廠出產的生物相似藥,真的比原廠的生物製劑來得差嗎?還是說這其實是「原廠迷思」呢?在回答這個問題前,我們必須先了解怎麼會有「非原廠藥」出現?

圖/Pexels

在藥品專利過期之後?原廠藥與學名藥、生物製劑與生物相似藥

藥物的研發歷程很長,需要經過漫長研發以及臨床試驗,從實驗室到動物實驗、人體實驗等,才能和各國家主管機構申請藥證,這樣擁有專利的「原廠藥」,在其專利有效的期間,其他廠商不得生產、仿製。而非原廠藥、或是我們有時會聽到的「學名藥」,是指在原廠藥專利到期後,其他有能力製造的廠商便可以生產,到醫療市場銷售以及提供醫師作為處方。

張醫師舉例,在一百多年前便已存在的阿斯匹靈,過去是由德國的拜耳藥廠生產,但時間拉到現在,到處都可以看到阿斯匹靈,不會有人在意它是不是原廠藥,因為成分、內容都是一樣的。事實上,許多藥在專利到期後,便會有其他藥廠製造。

在解釋完原廠藥與學名藥後,張醫師也特別說明「原廠藥」並非是指「來自原廠的藥物」。在藥品分類中,「原廠藥」特指「在專利內,可經由化學方法合成的藥品」,例如阿斯匹靈的成份為乙醯柳酸,是能透過化學方法合成的化合物。而這些「原廠藥」在專利到期後,就會成為「學名藥」,開放給其他藥廠製造。

不過,並不是所有藥品都能透過化學方法合成出來。某些疾病是由特定的「發炎因子」所導致,要阻止發炎因子作祟,必須透過生物科技研發出的抗體來中和發炎因子,這種藥品則稱為「生物製劑」,必須透過相對複雜的生物技術才能製造。

舉例來說,我們近期常聽到的「標靶治療」,顧名思義便是找到標的進行治療,例如B細胞淋巴瘤,B細胞會表現一個叫「CD20」的抗原,因此研發對抗 CD20 的抗體,便是一種標靶治療,而抗體是一種蛋白質,因此我們便可以利用生物製劑進行治療。張醫師說明:「許多癌症都有特定抗原或是蛋白表現,而我們針對此種表現研發生物製劑與其對抗,當此種生物製劑專利到期後,其他藥廠所製造的產品便稱為標靶治療的『生物相似藥』。」

另一方面,生物製劑也常被用來治療「免疫性疾病」,因這類型的疾病經常引起發炎反應,會表現出細胞酵素,且經常為一個反應觸發另一個反應,使發炎反應越來越嚴重,因此我們可以利用生物製劑之中的蛋白質阻斷細胞酵素,在其中一個訊號端阻絕一連串的反應。

因此,生物製劑及生物相似藥大多用於「癌症治療」以及「免疫性疾病」,以及一部分「癌症輔助治療」與蛋白質有關的治療等。

為何要選擇「生物相似藥」?它可靠嗎?

無論藥品是否來自原廠,大家最重視的不外乎是安全性與治療效果。原廠藥與生物製劑是經過嚴格的臨床試驗才取得專利與使用許可,那生物相似藥在上市之前有經過臨床試驗嗎?到底要多相似才能稱為「生物相似藥」呢?

在上市之前,生物相似藥與生物製劑審核方式不同的地方在於,生物製劑已經在市場上有二十年之久,因此生物相似藥的審核著重在結構與原本生物製劑的相似度,以及對同一症狀的療效如何。

首先,必須比對生物相似藥的蛋白質序列及結構,必須和原本的生物製劑完全一樣。此外,蛋白質有不同層級的結構,例如次級結構的折疊方式也要完全相同,以及附著在蛋白質上的醣基會影響功能,也必須在不同層級的結構上達到一定程度相似,才能被稱為「生物相似藥」。

張醫師說:「生物相似藥研發時,有極大的成本是投資在實驗室端的合成分析,因為必須確認成品一級結構、二級結構、三級結構等,和參考品的相似程度達到標準。」此外,生物相似藥仍須經過短期的臨床試驗,確認安全性以及療效,才能夠核准上市。

張醫師解釋,目前生物相似藥在臺灣只是一個開端,它的發展其實並不久遠,以「B細胞淋巴瘤」為例,它的生物製劑研發大約是二十多年前,待第一波的蛋白質生物製劑專利到期,才會有所謂的「生物相似藥」出現。

而近幾年許多第一波生物製劑的專利才漸漸到期,目前臺灣核可表列的生物相似藥,雖然看似不多,「但是我們可以預期,在未來三到五年內,會有越來越多生物相似藥出現。因為原本的生物製劑已經在專利期間獨霸二十年了,證明它是有需求的,目前大小藥廠皆有在生產生物相似藥,因此生物相似藥的興起是指日可待的。」張醫師說明。

歐洲目前至少有一半的市場是生物相似藥所佔據,這幾年也越來越多人在討論藥物價格太高,然而價格高最主要的成本都是來自新藥。

張醫師說:「因此如果沒有生物相似藥,未來的藥價只會越來越高,所以在歐美國家是非常鼓勵生物相似藥的。」

世界衛生組織也曾提出「任何治療,必須要讓病人負擔得起。」生物相似藥的問世,若能夠在與原廠藥相同療效的前提下,同時減輕病患與其家屬的負擔,對於醫療平等來說會是一大進步。

世界衛生組織曾提出「任何治療,必須要讓病人負擔得起。」圖/Pixabay

但「生物相似藥」的推廣在醫療現場也常遇到難關。

張醫師坦言,最大的障礙其實是民眾的信任度,即使是在結構、成份一樣的學名藥及原廠藥之間選擇時,大多數民眾還是會選擇原廠藥,一部分原因和健保給付有關,民眾不論選擇何者,自費負擔是差不多的。但是有些疾病療程健保並非全部給付,如同前面提到的「B 細胞淋巴瘤」,在一個療程中,使用原廠藥大約需自費五至六萬元,使用生物相似藥則只需三萬五千元,幾個療程加總之下,原廠藥與生物相似藥的總花費差異可以大至十幾萬元左右。

醫病溝通——與病人共同做決定

在醫師與民眾知識的資訊不對等之下,醫師該如何和病患進行溝通呢?

張醫師強調,現在醫療重視的事情是「與病患共同做決定」,因此醫生的責任也包含讓病人知道有哪些選擇,重要的是「公正」與「溝通」,應該客觀地和病人說明,再與他共同做決定。醫生根據學術論文、主關機關的資料等科學根據,將治療與藥物的療效提供給患者與家屬參考。

張醫師說:「醫療訴諸於人性,溝通的重點是站在對方的立場看事情。很多時候病人無法在當下接受如此大量的資訊,因此我會給病人一些時間做決定,讓病患有空間來了解疾病、了解他的選擇,也能夠提高病人對治療的信任感。」

在執業多年後,張醫師表示,他年輕時總會意氣風發地想成為「英雄」,想給病人最好的治療,然而什麼是「最好的治療」呢?現在的他,最珍視的是如何「幫助」病人,設身處地的思考病人的需求,讓病人尋求醫療資源治療疾病的同時,能夠沒有後顧之憂,因此提供更多安心的治療選擇,才能真正「與病人共同做決定」。

在幫助病人的過程中,生物相似藥便成為其中重要的角色。

Sandoz 自 2006 年起,陸續取得歐盟 EMA、美國 FDA、臺灣 TFDA 的第一個生物相似性藥品核准, 十五年來持續深耕臨床,作為生物相似性藥品的領導品牌,期盼未來能幫助更多的患者。


更多生物相似藥的精采內容,請聽:藥品大補帖來啦!一次解析生物相似藥品!ft. 長庚醫院血液科主任張鴻【科科聊聊EP51】

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女性注意!腸胃不適、小腹凸可能是卵巢癌症狀,定期婦科檢查,及早發現治療
careonline_96
・2023/11/22 ・2074字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「看起來就是一般中年婦女,小腹很大,有點脹氣,但她表示沒有特別不舒服,年屆四十工作忙碌要照顧家庭小孩,只覺得自己就是這三四年一直變胖,也不以為意。很久後才看婦科,沒想到一內診,不僅腹部有狀況、腫瘤蔓延到陰道,並且已經轉移到了肺部,是晚期卵巢癌。」

臺中榮民總醫院婦女醫學部主任許世典醫師指出,卵巢癌在早期沒有明顯的症狀,且無特異性,故有高達約 50% 至 75% 的卵巢癌患者,確診時已是第三或第四期遠端轉移[1]。 

根據國健署公布 109 年國人癌症發生資料統計報告,台灣新診斷卵巢癌個案共有 1,824 人,較 108 年新增 8.77%,名列台灣女性好發癌症第七位[2]。許世典醫師說明,卵巢癌的種類相當多,最常見是上皮性卵巢癌,另外非上皮性卵巢癌包括性索基質癌、生殖細胞癌等。

除了生殖細胞瘤一般發生在 30 歲前,平均發生年齡 16 至 20 歲,其餘類別大概好發在 5、60 歲,但是每個年齡層都有可能發生,除了有明確的家族病史建議定期追蹤,不然由於卵巢癌早期症狀不明確,女性朋友需要特別留心身體異常症狀,若發現近一年,每個月有超過 12 次的下列症狀:

骨盆腔或腹部疼痛、腹部變大或腹脹、無法正常攝食或很快就有飽足感。

除了想到腸胃科,也需做婦科檢查,才有辦法早期發現、及早治療。

許世典醫師以臨床經驗分享,卵巢癌患者確診時的症狀大概分成兩類,大部分患者隨著腫瘤變大,有腸胃不適,或肚脹、腹部變胖,但求助腸胃科檢查後,卻無消化道異常,可能就不以為意因此耽誤黃金治療時間;另一類是急性腹痛到急診就醫,此時卵巢腫瘤常有扭轉或破裂,但因為有症狀,反而能在早期診斷。在此提醒女性朋友,腹部不適或變大,也要考慮到婦產科進一步檢查,以確認婦科狀況。

「很多女性朋友認為自己單身、或沒有性經驗,就不願意進一步檢查。另外很多人雖有接受子宮頸抹片,但是篩檢僅聚焦於子宮頸病變,而非卵巢癌。若有懷疑卵巢問題,當然抽血可以驗卵巢癌指數,但準確度較差。透過陰道或肛門內診、腹部或陰道超音波(但陰道超音波影像比較清楚,更為推薦),更能確認卵巢的狀況!」

許世典醫師指出,特別針對有子宮內膜異位症的女性,得到卵巢癌的風險相較正常人高兩倍以上[3],即便是沒有腹脹、腹痛等的腸胃道症狀,亦應定期做卵巢的追蹤檢查,以確保若有卵巢病變能及早被發現。

其他腫瘤通常會先切片化驗以確認是否是惡性細胞才行開刀,但目前卵巢癌診斷不建議用超音波或電腦斷層下做細針抽取,由於要避免若腫瘤破裂,一般建議直接開刀手術,完整移除腫瘤。若最初無法確定惡性與否,也可在發現腫瘤後追蹤一、兩個月後,再次確認這個腫瘤有無變化,才進行開刀。

早期卵巢癌,在可完整移除卵巢腫瘤不弄破腫瘤的前提下,可考慮微創手術,降低疤痕,但若腫瘤太大,有破裂風險,或已有腹內轉移,建議以開腹手術為主。年輕的女性,若病灶局限於單邊卵巢,可討論保有生育功能的手術方式。

許世典醫師說明,卵巢癌雖然因為早期症狀不明顯,許多患者確診時已經晚期,但只要積極治療並與醫師互信,即便是晚期也有機會延續存活期。上文中年婦女案例,手術後化學治療,雖中間有復發但開刀拿掉剩餘腫瘤後,透過癌症精準治療基因檢測,選定適用的標靶藥物後,自確診經過三四年的時間,不僅回歸工作、日常生活,並且腫瘤全部都不見了。

許世典醫師指出,中榮有非常好的手術團隊及先進醫療,因此患者存活率比歐美的平均值更高,並且中榮進行多項卵巢癌臨床試驗,輔以衛教師追蹤患者療程進度需求,再加上病友支持團體,提供患者全人照護。

參考資料

  1. 認識卵巢癌:台灣癌症基金會
  2. 衛福部國民健康署。2022,Dec 29。中華民國109年癌症登記報告
  3. Chang, W. et al. (2014, April). Endometriosis and the Subsequent Risk of Epithelial Ovarian Cancer.
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跨物種溝通即將成真!若有動物的「翻譯蒟蒻」你想擁有嗎?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/11/13 ・4484字 ・閱讀時間約 9 分鐘

人與動物之間的溝通一直是科學界和哲學界十分引人關注的一個議題。傳統觀點認為,人類和其他動物之間的溝通受到生物學和語言能力的限制,因此很難實現真正的互相理解。然而,近年來,科學家們對這個問題的看法已經開始轉變,並且有一些跡象表明跨物種溝通有望成為現實。

為什麼科學家認為跨物種溝通即將成真?從海豚到水豚、從蜘蛛到山豬,人工智慧能成為所有生物的萬能「翻譯蒟蒻」嗎?當人類真的破解了另一物種的溝通方式,未來會發生什麼事呢?

跨物種溝通即將成真?圖/giphy

為什麼動物溝通,備「獸」關注?

從古代神話、經典傳說,到熱門動漫影視,都有不少能說人話、化為人形的動物,像是美猴王孫悟空、馴鹿喬巴、還有火箭浣熊,這些擬人化的角色雖然外表參雜獸的特質,卻往往更有人性,故事也著重呈現人與獸人如何從誤解到包容,讓我們為之動容。

在當代台灣的漫畫作品中,許多優秀的新一代漫畫家探討了擬人化動物和人類之間的隔閡、衝突以及理解,呈現了多元化的故事情節。其中,有一些引人入勝的作品,例如《瀕臨絕種團》,故事描述了被路殺後轉生成人類的石虎、黑熊和水獺,當上 YouTuber 還成為高中女生的故事。這個作品提供了獨特的視角,探討了不同物種之間的互動和冒險。

另一部作品是《海巫事務所》,它將魔法元素融入生物學,講述了一個迷茫的廢業青年與擬人化海洋動物相遇並相互療癒的故事。還有一個短篇漫畫《IVE》,通過科幻的方式,描述了某種深海雌鮟鱇的繁殖和誘導機制,卻將目標對象設定為人類男性的謎般生物,及她和科學家之間的異色關係。

短篇漫畫《IVE》描述了有著雌鮟鱇的繁殖和誘導機制,卻將目標對象設定為人類男性的謎般生物,及她和科學家之間的異色關係。圖/CCC 追漫台

這些作品在畫風和故事情節方面都各有特色,無論你是一位一般漫畫愛好者還是偏愛條漫,你都可以在 CCC 追漫台找到它們,享受不同的視覺和情感體驗。

而這幾部作品的共通核心問題就是:如果動物能用人類的語言跟我們溝通,會怎樣?即使牠們能跟我們說話了,我們就能理解彼此嗎?要取得那唯一的真相,除了請出《不可知論偵探》海麟子(也是 CCC 追漫台 上的熱門作品),科學家還有一個辦法:就讓動物自己說話吧!今年 7 月 Science 期刊上發表了一篇觀點文章,標題為《用機器學習解碼動物溝通》表示新方法有望帶來全新的洞見,也有助於保育。不過在打電話給露洽露洽之前,我們得先了解什麼是動物溝通?

什麼是動物溝通?

首先要有一個清楚的認知,那就是人類跟所有其他的動物,都各自受限於自己的感官,活在不同的「環境界」(Umwelt),這個德文的意思是說每一種生物都活在獨有的感官泡泡裡,所見、所聞、所聽、所嚐、所觸都跟其他生物截然不同。你想想,連人與人之間都會因為家庭背景、生活環境、媒體教育而對同一件事物有天差地遠的詮釋了,對跨物種來說,不同的感官體驗讓彼此如同身處完全不同的世界。

例如,海龜和許多鳥類能感知地球的磁場,藉此進行長距離遷徙;而響尾蛇具有紅外線感覺器官,能夠在黑暗中感知幾公尺外的獵物體溫。蝙蝠則使用回音定位來捕捉飛蛾等獵物,每秒發射兩百次超音波脈衝,並根據百萬分之一秒的時間差距來精準定位目標。斑海豹則依賴其特殊的鬍鬚來察覺魚游過的流體動力,猶如水中留下的軌跡。角蟬使用震動通信,能夠透過植物表面傳遞信息給其他角蟬,即使對人類來說是聽不見的。至於我們的忠實夥伴狗,它們的世界主要由氣味構成,能夠分辨地下埋藏的松露、潛藏的地雷、古蹟、毒品甚至主人身體內的腫瘤等各種氣味。

狗狗的世界主要由氣味構成。圖/giphy

那麼,海龜要如何跟我們這些沒有磁場感應的人類解釋牠們的感覺呢?蜂鳥又要怎樣才能描述它看到的一億種顏色呢?這真的是雞同鴨講,甚至比牛頭更不對馬嘴!

但有越來越多科學家認為,隨著人工智慧(AI)的快速進步,破譯動物的溝通方式不再是不可能的事情。AI 能幫上什麼忙呢?首先,機器不具備人類的偏見,因此能幫助研究者更理解動物溝通系統的結構和功能,同時辨識我們和動物之間的差異。

其次,機器學習技術能夠辨識那些對於人類難以想像或無法感知的動物感官訊號,這些包括聲音、振動、光線、化學物質等。機器可以幫助分析這些訊號,並幫助我們理解動物想要傳遞的訊息。

最後,AI 還可以基於動物訊號,開發出預測動物行為的模型。例如預測動物的交配行為或遷徙模式,或何時可能需要尋找庇護避免捕食者。

此刻的我們對於深度學習能完美辨識圖像語音,以及 GPT-4 或 PaLM 2 等大型語言模型能生成語言,甚至跟我們交談,完全不覺得奇怪,但可能僅僅 10 年前,這都還像是天方夜譚。那麼將這份能力運用在動物身上,也將變得理所當然……嗎?

現在科學家已經做到什麼程度?破解了哪些動物語言呢?

科學家正在使用人工智慧來解讀各種物種的動物溝通方式。

例如烏鴉:英國聖安德魯斯大學的科學家 Christian Rutz 長期研究南太平洋的新喀里多尼亞烏鴉( New Caledonian Crow ),牠們是少數能夠製造工具的鳥類,會把樹枝的葉子拔掉,做成鉤子來釣蟲,不同群體的作法也有差異。他發現島上不同烏鴉群體有不同的叫聲,可能是文化得以傳播的關鍵。身為烏鴉專家的他加入了 ESP 地球物種計畫,研究二十年前已經野外滅絕,現在只剩圈養個體的夏威夷烏鴉,他們用機器學習來比較圈養跟野生烏鴉的錄音,了解圈養是否改變了烏鴉的詞彙,例如注意威脅、求偶等重要的叫聲,是否已經在圈養環境中失去了,如果我們破譯這些叫聲,可能可以幫助這些烏鴉重新野化。

或許我們可以預測鯨魚會說什麼,反過來和牠們對話?圖/giphy

哺乳類的另一個成員鯨魚更是重點研究對象,2020年成立的 CETI,由 40 多名科學家、跨15 個機構組成,是最受關注的鯨語破譯團隊。他們除了駕船出海用水下麥克風偷聽鯨魚對話,也使用無人機從上方監看,更計畫在加勒比海海底安裝三個監聽站,從遠處捕捉離海岸 12 英里處抹香鯨聊天的喀噠咔嗒聲。以前啊,抹香鯨的聲音被比擬為單純的二進位代碼,但其實更為複雜,而機器學習可以重新辨識這些聲音。圖靈獎得主,加州大學柏克萊分校西蒙斯計算理論研究所所長莎菲·戈德瓦塞爾( Shafi Goldwasser )受訪時就說, CETI 的目標就是要像 ChatGPT 一樣,能預測鯨魚會說什麼,甚至反過來和鯨魚對話。

這些只是 AI 解讀的眾多物種中的一部分,其他還有不少鳥類、靈長類、海豚、蜘蛛、螞蟻、蜂類,或與人親近的貓、狗、豬等,也都是目前被科學家認為有機會破譯其「語言」的生物。

如果我們成功解讀出了動物的語言,我們又該從什麼角度與動物溝通?我們所「理解的語言」真的一樣嗎?

就算解讀動物溝通,能避免擬人化的陷阱嗎?

儘管機器學習在許多情況下表現出令人印象深刻的準確性,但動物的聲音、姿態和其他訊號往往具有多義性,也就是同一個訊號可能有多個意思,很難正確解釋它們的含義。此外,機器學習再強,目前也存在限制,特別是我們尚未完全理解的感知機制,如電感、磁感和費洛蒙等。

在漫畫《瀕臨絕種團》跟《海巫事務所》中,動物跟人類除了偶爾吵架之外,基本上相處得極為融洽,這也是我們人類想像中希望的情境,就是能與動物友善地、無惡意地溝通。而在《 IVE 》這部異色科幻作品中,則提出更現實的問題。汪幼海博士認為 IVE 為了與人接觸,如鮟鱇魚一般的餌球竟然為了吸引人類而變成人形,甚至可以與人溝通。雖然令人驚喜,但這也意味 IVE 的目的就是要讓人類成為其血肉的一份子,獲取其基因,因此也使用類似費洛蒙的物質吸引人類男性。對鮟鱇魚或 IVE 來說,這是很自然、毫無惡意的,但對人類來說,就是一種恐懼的殺戮。大自然中本來就有許多「愛」是以殺為結局,包括蜘蛛、螳螂等。人類又要如何在對事物理解前提完全不同的情況下,與動物更深度溝通呢?

圖/pexels

在科學研究上,我們情不自禁地把動物擬人化更是個麻煩且不容易解決的問題,要是過於擬人化地認為動物跟人類共享一樣的情感,可能導致研究者在實驗設計和解釋結果時受到情感干擾,使研究不客觀。此外,擬人化也會使研究者更容易面臨到底是該保護動物權益,還是進行實驗研究之間的衝突,陷入倫理的困境。

但若反過來,要是有科學家認為動物跟人類完全不同,因此缺乏同情心,不尊重動物權益,倫理問題只會更嚴重。現在大家對動物福祉很關注,尤其是在涉及動物實驗和野生動物保護的時候,研究人員對動物無感情的態度反而可能導致研究受到質疑。更重要的是,這會讓科學家缺乏共鳴和洞察力,忘記我們也是動物。因此啊,如何拿捏分寸,在過分擬人跟缺乏同情的兩端之間找到適當的位置,也是動物溝通研究者的重要問題。

人類會將破譯動物溝通的能力拿來善用嗎?怎樣算是善用呢?

在石虎、黑熊跟水獺轉生變高中女生、IVE 開始對人類有興趣之前,機器學習的確可幫助我們監控和保護瀕臨絕種的野生物種,透過解讀其溝通方式,更了解牠們的需求和行為,制定更有效的保育策略。也能夠幫助我們理解圈養動物的情感和需求,從而改進在人類照顧下的生活品質。

然而,當播放動物聲音以吸引它們或干擾它們時,會不會對它們的行為產生不可預測的影響?甚至不可逆地改變群體的文化,從而威脅它們的生存和生態系統的平衡?假訊息在人類世界已經夠麻煩的了,想像一下,若連動物世界也都被假訊息入侵時,會發生什麼事呢?

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