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藥到,病除!─淺談藥物輸送型態與新開發

活躍星系核_96
・2013/06/04 ・4568字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

文 / 王躍達 (台北科技大學生物資訊系)

圖片摘自http://www.meb.uni-bonn.de/Cancernet/CDR0000258035.html

沒有人喜歡打針,這是無庸置疑的;為什麼討厭打針?因為會產生疼痛。

纖細而長的針刺穿皮膚的表皮、真皮與皮下組織到達血管進一步執行注射的過程中,針頭將經過真皮區域的神經,壓迫的力量會使神經受器獲得刺激,痛覺由此產生。姑且不論大腦對於這個痛覺的評價是如何-繼續分析下去將會持續離題,痛覺本身就是保護生命體的一環;因此,痛覺有可能會觸發反射神經,肌肉收縮而顫動。而在皮下的針頭則會受到外力的擠壓而偏移無法定位導致受傷面積增大,想當然爾,產生的自然是難看的傷痕……別忘了,還有更多,你所不會想要的疼痛。

既然會疼痛,那麼侵入式注射有甚麼好處?我知道你還有很多問題想問,然而,先擱下那令人恐懼的「感覺」,在繼續談論侵入式注射的功過以前,我們有必要先認識一下藥物傳輸的種類。

常見的巨觀藥物傳輸途徑可藉由進入的方式約化為服用侵入非侵入三項。

顧名思義,服用是將藥物吞入消化系統,藉由吸收的方式攝取藥物分子;侵入,則是透過器材將藥物直接輸入人體內部;非侵入則反,既不是透過服用,也非使用器材侵入來達成藥物的投遞。藉由這些手段配合恰當而合適的藥物,醫師可以將治療送抵患部,同時更為理想的,能控制藥物傳輸所需要的時間、過程與其負面影響。

是的,想想看毫無阻礙、直接地將絕大部分的藥物以不會受到腸胃道蛋白質、pH值破壞,以最純粹的方式直接輸入血液造成藥效,你就覺得橫豎挨上一針的確不意外了。單純的貼片也需要花時間擴散,但藥物等不了那麼久或者是沒必要等待的時刻,兩害相權取其輕,挨上那一針換得速效與藥物保護,注射,自然而然成了不二選,聽起來就沒那麼令人恐懼了。

然而藥學家們仍然認為,這些方式仍然未竟成功。

想像一下:藥物滲入身體之中,不論注射的針筒的體積或者點滴的體積是有限的。注射的瞬間,全部的注射物濃度全部集中於侵入點,直到血流沖散到全身為止;擴散原理下,要等到一段時間之後,整體內濃度才會重新達成水平。藥物最高的濃度永遠會在注射侵入的點處最高,若標靶點處距離注射位置越遠,則注射後產生藥效的時間則空窗越久;有限的體積對於侵入點來說濃度過高,而對整體而言體積有可能尚嫌不足。

即便是採取點滴式的注入,也只不過是把針筒的容積變大由毫升計算成了公升計算罷了。況且打針與點滴並不是病患能夠簡易親自操作的技術,必須受過一點訓練的。考量到藥物注射後最快抵達患部的距離,有時候必須搭配更多專用的體內植入物與配套手術,如可重複使用的皮下注射連接器來提升藥物注射的品質。不想使用這些高分子加工固體輔助器材?好吧,你可能少挨一刀,少損失那麼一點血量;但你得每次都被扎不同地方一針。重複同一點注射,或者注射口持續在該處停留會導致體內組織-免疫也好,新生組織也罷-嘗試堵塞、抗拒與排斥,注射的穿刺所需的力道要更大,而注射口可用的時間也會越短。

最後,注射對你就不怎麼管用了。為了讓注射這類大量、迅速的藥物輸送方式保持一定的效力,無論如何,你都必須保持你自己的生理結構一定程度上的「新鮮可用」。

聽起來像是待宰的雞鴨牛羊哀傷而不快,基於治療的原則,你又必須不得在必要之刻執行必要之惡。於是你問起了貼片這產物。

藥劑貼片的結構相當單純-覆蓋黏性聚合物的彈性聚體或織物成為基底,留下沾黏皮膚的部分後將攜帶藥物的材料覆蓋於一個區域後組合而成。毫無特色的結構所造就的正是簡單而純粹的物理特性;運用濃度差造成的滲透力,促使藥物穿越皮膚的障礙進入血液,透過循環系統到達理想的患部。聽到此想必你又有問題了:貼片完全迴避掉人體的抗拒性與排斥力,結構簡單而易於量產,這樣美好的東西,為什麼不多用呢?

藥物傳遞可不是武俠小說:重劍無鋒,大巧不工?沒有人會想用玄鐵劍削蘋果的;而玄鐵劍之所以無雙,除了楊過的功夫外,還得依賴他巨大的質量與動量才能造成超絕的破壞力呢。如果已無鋒的刀刃來做為比喻,那麼在一罐一公升的點滴面前,真正像是「水果刀」等級的,恐怕就是貼片了。有限的面積、有限的藥物溶解度和吸收力、有限的承載藥物分子量等等,全是制衡它成為殺手級應用的問題。況且要穿透皮膚的角質等直達血液,要讓藥物濃度達到有效的時間太過漫長,面對迫在眉睫的藥效終點戰來說,那已經是「未來」的「未來」了。

好吧。

聳了聳肩,然後必然帶有那麼點御都和主義的嘆氣。你覺得是時候該放棄了。越是分析越多缺點,都給你這專業的損完一圈,那藥物還有別的方式來拯救人類嗎?自暴自棄的,你做出了那樣的質詢。

答案是:當然有。如果就這樣放棄尚嫌太早,從激進一路下推到溫和,介入於貼片與注射之間這塊模糊的區域,正是科學家所瞄準的灰色地帶-既然注射是打入皮下組織的血管,貼片僅只在於表皮層的角質之上,有沒有能夠侵入一定深度真皮層卻不會觸動感覺神經而造成痛覺的解法?你得到他了,他的名字是「微創」技術。這次,再也不會有更多令人失望的發展,我們終於在痛苦之後,打開了另外的一條嶄新通往桃花源的可能性道路。

我們終於在漫長的分析與前言之後,跟著轉折進入了主題的領域:微創設備。

顧名思義,為低創傷程度-不會有痛覺的反應,不需要麻醉的前置,不留下任何顯而易見的永久痕跡-的器材設施。依循其基本設計構思,微針陣列高度多半限制於50~900μm之間,密度多落於100針/每平方公分(針頭頂點計算)為常見的設計。有了這樣的輪廓,為了建構實體的微針陣列,我們必須參照生物相容性與毒性測試來做針身材質的選擇;透過訪問FDA的資料庫,研究者們將可以獲得想要的答覆。不想要這麼抽象而不切實際的選擇方案嗎?那麼換個說法:只要你能吃下他而無副作用,可被分解不囤積不造成負擔的,都會成為FDA認可,而被實際應用於鑄造的材料。縮小點範圍;這些用以輸送藥物的微針成品的體積的大半部分以上的成分,其實就出沒於我們的生活之中。諸如減肥用的海藻糖,用來包裹藥物的糊精(澱粉分解成小分子前的中間物,分子量稍小),更甚至是單純的澱粉,以及一些特定的假牙黏著劑等,都是被選的材料─沒錯,它們無所不在,妙用無窮。

那麼,有鑄造針的配方了,模具呢?既然FDA認可,可以進入人體的材料可以簡約成「可以吃的」,那麼不須進入人體的範疇就自然放寬了點,變成了「可以盛裝一定溫度來用的」。陶瓷,如紫砂;金屬,如黃金、鋁、不鏽鋼;矽晶圓;還有一些其他的光可塑性環氧高分子(SU-8)與有機矽化合高分子(PDMS)。這些材料除了前述的特點外,往往也兼顧耐用與便宜,可長期保存等特性。而製作模具的過程,依照鑄造設定的步驟,可以由化學向性蝕刻、離子反應蝕刻、注塑、表面/體微機械加工、微成型與光─電鑄複製等方法產出陣列。

複雜而無趣的鑄造步驟與其改良足以長篇大論成為國際論文;而在眾人即將再次闔上雙眼睡著之前,我們換個話題─微針如何攜帶藥物?侵入皮膚但不深入的流程簡單易懂,要怎麼攜帶藥物使藥物進入人體?

微針,顧名思義即是微小的針形。不論有無機與有機,基本上均遵守「針」的外觀為主要核心。
微針,顧名思義即是微小的針形。不論有無機與有機,基本上均遵守「針」的外觀為主要核心。

藥物是靠著溶解或壓力差擠壓而離開針身,然後藉由皮膚表面的微孔道流入並滲透執行擴散的。藥物攜帶的形式眾多,塗佈法運用表面覆蓋另一層藥物的雙層結構,將針的機構與功能分層;微孔洞氣壓法則是讓藥物受氣壓關閉於針體內的管道內,應用壓力差受力而使之離開。這兩種多常見於金屬微針陣列,有部分研究也嘗試實作高分子類的產品。至於廣泛見於高分子為針的技術,則為以疊三明治般的讓可溶解高分子─藥物─高分子重疊的夾層式、以及直接將藥品混入針身材料一體成形等技術。運用這些設計與技術所產出的微針,其最大的特點在於比貼片擁有更好的藥物傳輸效率,並且比傳統注射強化了給藥的時間與維持藥物穩定。

不免俗地走到此,醜媳婦總得見個婆娘較量一番。理想中的微針陣列在藥物分子大小上的選擇比起注射小,但仍貼片大。而給藥時間的長短與釋放速度控制上,相對貼片差但比注射有效。中庸的目的就此達成,目前常見用於證明可透過此一方式運輸藥物為茶鹼、氨基酮戊酸、炭疽疫苗、β-半乳糖苷酶、鈣黃綠素、牛血清白蛋白、Desmospressin (DDAVP,去氨加壓素),促紅細胞生成素、Meso-tetra (N-methyl-4-pyridyl)porphine tetra tosylate、卵清蛋白、胰島素和質體DNA。

該是讓這漫長的故事迎接終點了嗎?不,還沒結束。即使是沒有稿費,也還沒到末路。

在這轉折之前,我是將所有種類的微針通通當作一個類別進行闡述─而明眼與高學歷閱覽百卷的你想必已經知道會在此唐突的出現這段話的用意為何。如果還有什麼細節我還沒說著的話,那大概是微針的本身的分類與各自的優缺。

是的,在論文種類的界定上,微針陣列本身仍有各自的分類。使用無機物與有機物構成的陣列彼此獨具一格,也各有其長短之處。無機微針陣列下,儘管製作在鑄造面上相對簡單明快,足以大量生產,但物理抗性再強也有極限。使用貼片後肌肉的收縮仍有微針破碎斷裂的風險,那些比較寬鬆的材料選擇是否長期下來會造成不良的副作用,一直留有爭議。

此外,由於是兩種截然不同的材料彼此接合,只依賴弱作用力有限而攜帶藥物的藥物種類變得狹隘、質量也有所降低至約於1毫克甚至更差;同時,塗布藥物的黏度必須極高,不利於一些特定藥物的配置;藥物於陣列表面無法在常溫與環境空氣中持續保存等等問題,使陣列一度走到瓶頸。另一個殺手級的問題則出現在使用的難度之上─只有醫療人員能負擔繁雜的前處理,並且擁有足夠的藥理與病理知識可以避免微針孔多半在兩小時內會堵塞,用以維持連續不間斷給藥的效果。

為了突破瓶頸而產生的有機微針就是為了改善上述的缺點而誕生的產物。但這樣的改變卻反而造成了其他方向的問題─依賴水溶的高分子只能與水溶性藥物相容,而微針的形狀保持能力隨環境濕度影響而不穩定,繁雜的鑄造過程不能保證品質的絕對性等等,層出不窮、意想不到、花樣百出的問題,時至今日仍舊困惑著科學家們,成為最終理想鄉的大敵。

你問我們會不會放棄?答案顯而易見的:不。

所謂逆境,就是要給人突破才被稱為逆境。科學就是因為不曾放棄的趨近於完美、沉溺於對於完美的追求、終極邊疆的渴望而茁壯的。一路粗淺的介紹與討論就到此畫下句點。

新的藥物運輸系統在這開發環境下已逐日趨近完整;儘管前方仍有眾多未明的實驗陷阱與技術障礙,但身為學術者的一員,我們將繼續勇往直前,直到終點不肯罷休。人類與疾病的抗戰是沒有終點的─眼前的結束只不過又是下一場戰鬥的開端,科學家們將永不停歇的前進,燃燒著生命與魂魄,高舉著幸福美滿的夢想大旗!

看得出這張OCT有機高分子微針有什麼缺點與隱憂嗎?
看得出這張OCT有機高分子微針有什麼缺點與隱憂嗎?

文獻參照:

  • 我正在撰寫的某篇國科會計畫論文,我自己,尚未發表
  • Multidrug release based on microneedle arrays filled with pH-responsive PLGA hollow microspheres, Cherng-Jyh Ke, Yi-Jou Lin, Yi-Chen Hua, Wei-Lun Chiang, Ko-Jie Chen, Wen-Cheng Yang, Hao-Li Liu, Chien-Chung Fu, Hsing-Wen Sung, 2012
  • A low-invasive and effective transcutaneous immunization system using a novel dissolving microneedle array for soluble and particulate antigens, Kazuhiko Matsuo, Yayoi Yokota, You Zhai, Ying-Shu Quan, Fumio Kamiyama, Yohei Mukai, Naoki Okada, Shinsaku Nakagawa, 2011,UNCORRECTED PROOF
  • Nano-Layered Microneedles for Transcutaneous Delivery of Polymer Nanoparticles and Plasmid DNA, Peter C. DeMuth , Xingfang Su , Raymond E. Samuel , Paula T. Hammond , and Darrell J. Irvine, 2012
  • Carboxymethylcellulose–Chitosan-Coated Microneedles with Modulated Hydration Properties, Alexander Marin, Alexander K. Andrianov, 2010
  • Hollow Out-of-Plane Polymer Microneedles Made by Solvent Casting for Transdermal Drug Delivery, Iman Mansoor, Urs O. Häfeli, and Boris Stoeber, 2012
  • 其他論文不及備載。

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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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,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