0

0
0

文字

分享

0
0
0

讓機器人的「耳朵」更聰明

科學人_96
・2013/10/30 ・753字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

新科技教導智慧型機器人聽懂語言之外的聲音。

撰文/蒙恩(Gregory Mone)
譯/周坤毅

lending-robots-an-ear_1
Image: Thomas Fuchs

在Siri這類語音辨識軟體幫助下,機器人已能分辨並回應人類語言,但即使是最聰明的機器人也難以理解語言之外的聲音。美國波士頓再思機器人公司的機器人專家羅瑪諾(Joseph Romano)表示:「這個問題看起來沒那麼難,但目前針對環境噪音的研究並不多,更遑論整合進入機器人的控制迴路中。」

現在羅瑪諾要讓機器人聆聽人類語言之外的其他聲音。他與賓州大學的同事合作開發一款名為「開源聽覺辨識機器人作業系統」(ROAR)的軟體,能讓研究人員訓練機器人對更廣泛的聲音做出反應。發表在《自動機器人》的論文指出,系統的主要硬體需求只有麥克風。

訓練開始前,機器人的麥克風得先錄下環境中的聲音,ROAR會將靜電噪音抹除,接著操作員重複單一動作(例如關門或讓智慧型手機的鬧鈴響起),以教導ROAR辨識並標記這個獨特的聲紋,最後程式再根據一系列的訓練聲紋,產生每個動作的聲音模型。

研究人員利用一具單臂機器人測試ROAR能否改善機器人執行特定工作的能力。在一項測試中,機器人得嘗試自動抓起並啟動電鑽。在缺乏聽覺回饋的狀況下,機器人在20次嘗試中只成功了9次,但藉由ROAR輔助後,成功機率提高了兩倍。如果機器人抓起電鑽後沒有聽到電動馬達的轉動聲,它便調整握法再嘗試一次。

下一步是設法讓這套系統在嘈雜環境中也能運作。將聽覺整合進入機器人的控制迴路中,配合視覺與觸覺反饋,未來能幫助機器人護士快速回應病患的呼救,或讓工廠機器人聽見設備故障並做出反應。儘管這項科技還在萌芽階段,羅瑪諾相信它的應用潛力無窮,他說:「我們甚至還未開始探索它的威力。」

SA原文:New Software Gives Robots the Gift of Hearing

刊載於《科學人》2013年第139期9月號

文章難易度
科學人_96
39 篇文章 ・ 3 位粉絲
《科學人》雜誌-遠流出版公司於2002年3月發行Scientific American中文版,除了翻譯原有文章更致力於本土科學發展與關懷。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
寵物過敏原有很多種,避免飲食過敏困擾,可選擇單一/特殊肉種寵物飼料
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/06/06 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 新萃 Nutri Source 委託,泛科學企劃執行。

你有發現家裡的狗狗經常舔自己四肢,或是身上出現不明紅疹?當心這可能是過敏反應。寵物和人類一樣,也會有過敏反應,過敏可依照「來源」分為三種:吸入性過敏、接觸性過敏和食物性過敏。

寵物的過敏源有哪些?

不管是哪一種過敏反應,在人的身上都比較容易發現和排除。但狗狗的過敏卻很難處理,如果是接觸性或吸入性過敏,即使你把家裡打掃得很乾淨,還是無法排除帶狗出去散步時可能接觸到的環境過敏原。因此,對飼主來說,最容易控制的是食物性過敏。

食物性過敏是怎麼發生的呢?其實,「食物過敏」這個詞並不太準確。正確的臨床醫學用詞是「食物不良反應」(Adverse Food Reaction, 簡稱AFR)(Jackson, H. , 2009),指的是吃下食物後身體產生各種不良反應。並進一步分為食物過敏(Food Allergy)和食物不耐受(Food Intolerances)兩種。

如果你看過動漫作品《工作細胞》,你就會知道過敏其實只是免疫系統對特定成分產生的過度反應,因此全名為「過分敏感」;而食物不耐受則並非免疫性反應,而是消化系統無法代謝或對該生物體有毒,例如狗不能吃洋蔥或巧克力,否則會致死等等。

由於寵物沒有選擇權,只能吃飼主提供的食物,如果飼料中恰好有會造成牠 AFR 的成分,就可能產生各種症狀。除了腸胃發炎和拉肚子外,最明顯的外在症狀就是皮膚問題,包括搔癢、脫毛和紅疹等。後者容易被誤判為皮膚性疾病,讓許多飼主狂跑獸醫院的同時,獸醫也難以對症下藥。

雖然曾有研究透過讓醫師用血液或唾液是否檢測出 IgE 抗體來判斷狗是否過敏(Ermel, R et al.,1997),但最新的研究卻發現,無論使用無論血清的 IgE 抗原或是唾液裡的 IgM 或 IgA 抗原都無法有效檢測出狗狗的過敏來源(Udraite Vovk Let al., 2019 & Lam ATH et al., 2019),甚至會造成偽陽性誤判。因此,目前學界公認唯一能識別食物過敏原的方法就是「食物排除法」(Food Elimination Method)。

以食物排除法,找出毛孩的食物過敏原!

食物排除法的原理相當簡單粗暴,類似我們過去在學校做的實驗一樣,抓出「控制組與對照組」。首先,將狗狗的食物換成牠沒吃過、單一來源且易消化的高蛋白質或水解蛋白質;同時嚴格限制牠對其他食物接觸,包括其他人餵食或路上亂吃等可能性都要注意,此為「對照組」,如此持續 8~12 週,觀察皮膚是否有改善。如果確實有改善,那就證明了確實是 AFR 而非皮膚病。

下一步我們可以進行「食物挑戰」,在每餐食物中逐一嘗試可能的過敏原(例如常見的牛肉、雞蛋等),有如「控制組」,等到症狀又出現,就可以確認哪種食物成分是過敏原,未來就可以在飼料中排除,讓狗狗健康快樂地成長。

這個方法需要飼主的大力配合和耐心紀錄,不僅要在漫長的試驗期,更需要在控制期一一排除所有不可能之後,才能找到答案。而其中最困難的部分,也是實驗的基礎可能是第一步:「提供狗狗牠從未吃過,且肉品單一的蛋白質」,這點對多數飼主來說幾乎是不可能的任務,因為大部分的寵物飼料成分都很複雜。不要說狗狗了,搞不好你連自己沒吃過什麼恐怕都不知道。

飼料成分多而雜,可選單一肉種飼料降低過敏。

那該怎麼進行食物排除法呢?別擔心,沒有找不到的肉品,只有勇敢的狗狗。市面上已經有了針對過敏狗狗的低敏飼料,新萃推出了一系列低敏肉,包含單一肉種的袋鼠肉、鹿肉以及野豬等相比牛豬羊等較不容易取得的肉類,是進行食物排除法第一步測試的首選。

此外,新萃牌無論哪種飼料都有美國專利 Good 4 Life® 奧特奇專利保健元素,能促進飼料中的營養都被狗狗完整吸收。不僅過敏的狗狗能吃,有消化不良症的狗狗也適用。

新萃商品選擇的是單一/特殊肉種的成分,低敏感肉品讓寵物吃了更安心。

參考資料

  1. Thus for the purpose of this discussion, although the term food allergy is used throughout, it should be recognized that this term is a presumptive clinical diagnosis and adverse food reaction is a more accurate term for these canine cases. – Consensus
  2. Jackson, H. (2009). Food allergy in dogs – clinical signs and diagnosis.. Companion Animal Practice.
  3. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease – PubMed (nih.gov)
  4. Lam ATH, Johnson LN, Heinze CR. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease. J Am Vet Med Assoc. 2019 Oct 1;255(7):812-816. doi: 10.2460/javma.255.7.812. PMID: 31517577.
  5. Direct mucosal challenge with food extracts confirmed the clinical and immunologic evidence of food allergy in these immunized dogs and suggests the usefulness of the atopic dog as a model for food allergy. – Consensus
  6. Ermel, R., Kock, M., Griffey, S., Reinhart, G., & Frick, O. (1997). The atopic dog: a model for food allergy.. Laboratory animal science.
  7. https://www.moreson.com.tw/moreson/blog-detail/furkid-knowledge/pet-knowledge/dog-food-allergen-TOP10/
  8. 狗狗因為食物過敏而搔癢不舒服,為什麼做「過敏原檢測」沒什麼用?
  9. 【獸醫診間小教室】狗狗皮膚搔癢難改善?小心食物過敏! – 汪喵星球 (dogcatstar.com)
  10. 寵物知識+/毛孩對什麼食物過敏?獸醫:驗血完全不準!診斷法只有一個 | 動物星球 | 生活 | 聯合新聞網 (udn.com)
  11. Is there a gold-standard test for adverse food reactions? – Veterinary Practice News
文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
172 篇文章 ・ 276 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

1

3
0

文字

分享

1
3
0
語言只是溝通的工具?漢字在 20 世紀的轉型
研之有物│中央研究院_96
・2023/05/27 ・6356字 ・閱讀時間約 13 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

穿越時空回到 20 世紀初:漢字轉型的起點

什麼是語言?常聽到的答案有:語言是一種溝通工具,承載並傳遞人們的想法。但是語言如果真的只是單純的工具,為什麼我們常有「你怎麼不懂我」的挫折感?曖昧模糊的語言一直存在生活當中,但曾幾何時,我們漸漸忘卻語言的多元樣貌,開始追求定義明確的表達方式?

中央研究院 112 年「知識饗宴—錢思亮院長科普講座」邀請院內中國文哲研究所合聘研究員、臺大中國文學系講座教授鄭毓瑜院士,以「多義性與如何現代—二十世紀初漢字轉型的思考」為題,帶我們回到 20 世紀初現代漢字轉型之際,探討語言轉型的背後發生哪些值得省思的故事。

圖|研之有物
漢字轉型的起點。圖/研之有物。

如果語言可以溝通,為什麼你始終不懂我?

我們每天都在使用語言與他人交談,可能是打在 LINE 上一句給遠方親友的問候,或是腦力激盪會議上引發眾人驚呼的妙點子。究竟什麼是語言?常聽到的答案有:語言是一種溝通工具,承載並傳遞人們的想法。但是語言如果真的只是單純的工具,為什麼我們常有「你怎麼不懂我」的挫折感?

日劇《First Love 初戀》有一段經典的告白場面,語言的溝通功能卻一時失靈。男主角並木晴道躲在學校屋頂抽菸,目睹了女主角野口也英正被男同學告白。只見男同學緊張的問:「妳……最喜歡吃什麼?」還等不及也英回答,男同學就害羞地跑走了,這時也英注意到躲在屋頂偷窺的晴道。

也英:他問我最喜歡吃什麼?

晴道:我覺得如果問別人最喜歡吃什麼,就代表喜歡這個人對吧?

也英:那並木同學呢?你最喜歡吃什麼?

晴道:拿坡里義大利麵。

旁觀者一聽便知,也英在跟晴道告白,但晴道卻當局者迷,一句「你最喜歡吃什麼?」藏著字句之外更多的言外之意。

這樣曖昧模糊的語言一直存在生活當中,但曾幾何時,我們漸漸忘卻語言的多元樣貌,開始追求定義明確的表達方式?

中研院中國文哲研究所合聘研究員、臺大中國文學系講座教授鄭毓瑜院士,將現代漢語的轉型回溯到 20 世紀清末民初的社會,在東西方文化相互碰撞之下,語言型態與思維模式發生什麼樣的轉變呢?

鄭毓瑜院士與其著作《姿與言:詩國革命新論》 圖|研之有物
鄭毓瑜院士與其著作《姿與言:詩國革命新論》。圖/研之有物

賽先生(科學)推動的白話文運動

上過歷史課的你一定聽過陳獨秀於 1919 年新文化運動期間提出的「德先生」(民主)與「賽先生」(科學)。在飽受西方列強侵襲、社會百廢待舉的亂世下,民國初期的知識份子期望藉由引進民主制度與科學思潮,達到立新破舊、救國圖強的目標。

其中,科學思潮也間接導致漢字轉型,鄭毓瑜點出轉型的關鍵:「如果追本溯源,漢字轉型跟某一種技術體系的科技文明有關,是以科學、機器為主的價值框架。」

舉例來說,美國科學哲學家 Lewis Mumford 在 1934 年出版的《技術與文明》(Technics and Civilization)談到科技文明掛帥的世界,人們用分、秒、時、日、天、年等時間單位劃分出一個可以計算、獨立出來的世界。

以前我們會以「那天傍晚彩霞滿天的時候」來表述事件發生的時空背景,但現在我們需要知道「當時是幾點幾分」才有明確掌握事件細節的完整感。

這樣追求精準與規則的價值觀充斥在當代社會,鄭毓瑜進一步舉例:「每次坐飛機的時候,我最喜歡看航線圖,從地圖上的經緯度可以知道,原來我們現在這裡、等一下要到那裡。」

換句話說,人們透過這些格子、線條構成的精密尺度與圖表,征服或重新發現了宇宙;反過來說,人們從此接受這些方格與線條的安排與擺布。

鄭毓瑜舉坐飛機時觀看航線圖的經驗,說明科技文明如何改變我們的時空感知,並間接導致漢字轉型。 圖|研之有物
鄭毓瑜舉坐飛機時觀看航線圖的經驗,說明科技文明如何改變我們的時空感知,並間接導致漢字轉型。圖/研之有物

回到漢語在民國初期的轉型,受科技文明影響而產生的「文法」與「標點符號」改革,成為形塑當今語言的方格與線條,尤其以胡適為首的「白話文運動」最具影響力。

胡適在美國教外國學生古典文學時發現,漢語在寫作時要留意平仄押韻,讀書時還要以「句讀」斷句以辨明經文意旨,且充斥許多傳情表態的「虛字」。例如翻開《莊子‧齊物論》會看到一串文字寫道:

不知周之夢為胡蝶與胡蝶之夢為周與

此處的「與」就是眾多虛字之一,在朗誦時需以悠緩的長音表達疑惑的情緒,也暗示此處要用句讀來斷句。種種複雜、模糊又多變的規則不利一般大眾學習,這引發胡適投入漢語改革的決心。

於是,胡適在《馬氏文通》啟發下,試圖以西方文法分析古文並開創白話新文。在 1915 年於《科學》雜誌發表的〈論句讀及文字符號〉中,胡適刻意不談虛字,認為應改用「問號」代替古文常見的哉、乎、耶;「詫號」(驚嘆號)代替也、吁、噫等虛字。

《馬氏文通》1898 至 1900 年出版,晚清著名外交家馬建忠所著,為第一部談中國漢語語法的系統性著作。胡適非常喜歡《馬氏文通》,十幾歲就讀了,到美國留學時還特別寫信,要母親把該書寄去。 圖|Wikimedia
《馬氏文通》1898 至 1900 年出版,晚清著名外交家馬建忠所著,為第一部談中國漢語語法的系統性著作。胡適非常喜歡《馬氏文通》,十幾歲就讀了,到美國留學時還特別寫信,要母親把該書寄去。圖/Wikimedia

此外,胡適嚮往一種自由的、像說話的白話,捨棄古文著重的音節頓挫,既打破兩個字為一節的節奏慣例,也打破聲調上韻偶和平仄的要求。胡適舉例「祝福你掃雪的人」,這句話的前六個字都是仄聲,在古文的標準裡不算好句子,卻符合胡適強調的不規則但不受拘束的新聲音。

白話文運動連同崇尚實用主義的科學思潮,也深深影響了民國初期的教育政策。胡適與周作人、錢玄同、劉復等人一起提議的「請頒行新式標點符號議案」,終在 1920 年獲教育部公布施行。同年,《教育部令第七號》通令全國國民小學一、二年級改國文為語體文,並廢除古文。

翻開當時第一批小學白話文課本,如《新小學教科書國語讀本》、《新中華國語讀本》等,根據學者郭澤寬、陳祥丹的研究,課文包含許多白話童謠、兒歌,但更多的是生活中的實用性書寫,有書信、日記、便條、電報、會議紀錄等,甚至還教學生設計價目表、開立發票、撰寫廣告等商用文書。

新式的國語教育讓漢語擺脫古文的束縛,有系統的文法與標點符號,源自日常生活的教學內容,讓讀書識字變得親民且務實許多,卻也讓古典文學淪為一種尷尬的存在。

「多義性」的語言:字句與意涵間的關係

直至今日,我們依然在辯論教科書中文言文的比例多寡。究竟我們該怎麼看待文言文在今日的存在意義?

鄭毓瑜從時間觀切入討論:「我們現在好像覺得,如果你不能適應當代,就要被淘汰。這是科學啟蒙以來進步觀念影響的『線性時間觀』,總是面向未來。然而,文字這個媒介之所以源遠流長,是因為它不隨著時間而消失,其影響力可以靠不同世代的人共同完成。」

從古至今,隱藏在語言中的「多義性」打開了科學思潮之外,另一種觀看字句與意義之間複雜關係的可能性。

事實上,無論是文言文或白話文、東方或西方語言都存在「多義性」,聲同義近、一音多義或一字多義的情況屢見不鮮,我們很難以文法規範語言的表現形式。

語言學家張世祿曾以「止」字為例,該字的原意是「腳趾」,卻讓人聯想到「舉止」、「靜止」、「終止」、「阻止」、「禁止」等字詞,不僅賦予「止」字不同意義,也可作為名詞或動詞使用,必須細讀文本、從上下文反覆推敲才能辨認。

此外,有些字詞還會穿越古今,在不同時空下傳達各自的感觸。例如飽受亡國之苦的南唐後主李煜、在北京王府井大街上遊蕩的廢名,都在詩句中用了「寂寞」二字:

圖|研之有物
相見歡與街頭。圖/研之有物

李煜與廢名的「寂寞」同字、同音,卻有不同意義。亡國之君李煜獨自步上西樓,只見梧桐樹孤立院中,幽深的庭院籠罩在淒涼的秋色之中,不禁觸景傷情,想到自己如同那深院裡孤立無援的梧桐樹,產生物我交感的寂寞之情。

至於廢名則是身處在現代都市之中,感受到物我之間的疏離感,你越客觀我卻越主觀,看似熱鬧的街頭卻充斥著寂寞的靈魂。

上述案例看似在討論「文法」問題,其實真正該關注的是「修辭」,首先我們必須回到有血有肉的人本身來做思考,釐清人們使用語言可能有哪些目的?

心理學家唐鉞,也是胡適推動白話文運動的好夥伴,在 1923 年出版的《修辭格》中提出「變革的語法」。他指出使用語言文字不只要求符合文法準則,以便達成可以理解、溝通的「認知」作用,更重要的是透過修辭引發「情緒」上的作用。

隨後,1929 至 1931 年,新批評始祖 I. A. Richards 至清華大學講學,對於文法規範的反省、以「思想」為依據的新研究方法,將 1920 年代以來討論漢語文法的風潮,轉向以意義、感情為主導的表意方式,也提示漢語的發展還有另一種新視域。

Richards 在《科學與詩》(Science and Poetry, 1926)一書中提出兩種語言型態,一種是「科學的語言」(Scientific language)不受個人情感影響,也不需考慮藉由符號所指的客體能否復原閱聽者的感官知覺狀態。

另一種是如詩詞般的「召喚性語言」(Evocative language),可透過節奏、押韻、過往韻律經驗,以及在情境回憶中因聯想而生的情感,在讀者身上召喚出情緒、渴望、感覺與態度。

漢語體系在建構過程中,意識到宇宙萬物、人的身體並非只是一個個按次序活動就可發揮效用的零件,一名「感知複雜的人」才是理解與表現的關鍵,不是只為了便利、快速、簡單的指認與溝通。

21 世紀後:與 AI 共處的跨領域時代

「跨域共感」是鄭毓瑜近年新的研究主題,來自不同領域者可站在什麼基礎上溝通?除了人類以外,與 AI 等「非人」的新關係也是值得關注的議題。 圖|研之有物
「跨域共感」是鄭毓瑜近年新的研究主題,來自不同領域者可站在什麼基礎上溝通?除了人類以外,與 AI 等「非人」的新關係也是值得關注的議題。圖/研之有物

如果說 20 世紀初漢字的轉型是「精確」與「多義性」之間的拉鋸,那麼 21 世紀的再轉型則面臨不同領域之間如何「跨域共感」的問題。

在著重專業化分工的科學思潮下,我們已細分出不同學科領域,每個學科有各自的學術典範與思維模式,導致學科之間溝通合作的障礙。「做科學實驗的人不會找文科的人討論;覺得你不理解文學的人也不會跟你談文學,相互理解成為我們最大的難題。」

因此,鄭毓瑜認為,在跨領域之前必須尋找最根本的共感,從人類怎麼認識萬物萬事來思考跨領域的可能途徑。

在跨域共感的過程中,「感動」與「表現」非常重要!每個人都有過感動的時刻,也有想要說或寫出來的表現慾望,這是一切認識活動必經的兩個基本層面。

內心的「感動」通常源自站在他者的角度理解箇中奧妙,接著我們將理解後的資訊咀嚼消化後,捫心自問內心深處的感受是什麼,最後我們把經過轉化的感受「表現」出來。

鄭毓瑜分享跨域合作中,周泰立教授提及關於醫生問診的敘事能力。醫生看診時常會問病人有多痛,但很多病人無法明確說出到底幾分痛,這就考驗醫生是否有敘事能力。

這種敘事能力正是「感動」與「表現」的發揮,你必須先理解病人可能是什麼狀態,再用病人能理解且有感的方式表達出來,例如是吃不下飯的痛,或是睡不著覺的痛。如果醫生能有效引導病人表達痛的感受,將有助醫病關係的改善,進而做出適當的診斷。

雖然醫學上有訂定疼痛量測表,但實際研究後發現,醫病之間經由講述生命故事的溝通效果,遠勝過純粹的點選客觀量表。 圖|Unsplash
雖然醫學上有訂定疼痛量測表,但實際研究後發現,醫病之間經由講述生命故事的溝通效果,遠勝過純粹的點選客觀量表。圖/Unsplash

此外,關於跨域共感的溝通對象,除了不同專長領域的人類以外,鄭毓瑜更提醒現在已進入一個包含「非人」的混合時代,我們無法只用人的視角看待事物,還必須關注 AI 的視角。

近期熱門的 ChatGPT、 Bing Chat 等聊天機器人能以邏輯通順、資訊豐富且深具耐心的文字回覆人類提問,顛覆了只有人類能擅用語言的既定認知,AI 將取代人類的恐懼甚囂塵上。

我們試著詢問 ChatGPT「什麼是跨域共感」,AI 將所有網站上搜尋到的資訊逐條列出,希望我們三選一,提出想要的答案。 圖|Microsoft Bing
我們試著詢問 Bing Chat「什麼是跨域共感」,AI 將所有網站上搜尋到的資訊逐條列出,希望我們三選一,提出想要的答案。圖/Microsoft Bing

然而,就鄭毓瑜的觀察,ChatGPT 或 Bing Chat 多是提供定義式的短語,回覆的內容主要是「已知」的有限資訊,難以「多義性」的語言表現感知複雜的人類思維。這是因為 AI 的訓練出自設計者目前的偏好或定見,如果想讓 AI 更貼近人類需求,就必須仰賴人類持續更新且多樣化的經驗。

這麼做的結果將促使我們發現:人的思想、情感與表現是這麼難以捉摸,有時我們會在不經意間說出意料之外的新奇論點,發覺人類擁有開拓「未知」領域的無窮潛力。

「我們現在很關注 AI 的發展,同時不要忘了,人也在不斷超越自己,這樣雙方面合作起來就比較不會令人擔憂,從跨域的觀點來看,AI 其實是我們很好的輔助。」鄭毓瑜以正向的心態看待人類與 AI 的相處。

語言不斷轉型中,是不同文化多重交接與反省的過程,是古今、中西彼此借取、互相建設、交接跨界的文明成果。

從 20 世紀初中西文化相互建構的漢字轉型,到當代不同學科之間的跨域共感、關懷「非人」的未來世界。鄭毓瑜帶領我們看見,語言不只是語言,背後藏有一個感知複雜的人,其多元的樣貌是我們共同形塑的成果。

延伸閱讀

  • 中研院文哲所鄭毓瑜院士個人網頁
  • 112 年知識饗宴—錢思亮院長科普講座「多義性與如何現代—二十世紀初漢字轉型的思考」
  • 潘怡帆、鄭毓瑜、李育霖、周泰立、簡旭伸(2022)。〈「生之動」的跨域共感:時空意識、認識體系與描述的關鍵性〉。《中國文學學報》第 12 期,頁 1-16。
  • 鄭毓瑜(2017)。《姿與言:詩國革命新論》。臺北:麥田出版。
  • 鄭毓瑜(2016)。〈文法、修辭與意義—1920 至 1940 年代關於漢字「多義性」的討論〉。《人文中國學報》第 22 期,頁 97-124。
  • 郭澤寬、陳祥丹(2013)。〈民國初年小學國語課本的實用主義傾向—以黎錦暉編寫版本為主要分析對象〉。《教科書研究》第 6 卷第 3 期,頁 59-94。
所有討論 1
研之有物│中央研究院_96
273 篇文章 ・ 2672 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

0

5
1

文字

分享

0
5
1
植物口渴就喊:「啵、啵、啵~」
胡中行_96
・2023/04/06 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

久旱不雨,植物悲鳴,[1, 2]類似教育部《臺灣閩南語常用詞辭典》所謂「因飢餓而吵鬧」的「哭枵」(khàu-iau)。[3]別問為何沒聽過,也不怪天地寡情,人類無義,從來漠不關心。植物叫那種超音波,傳至咱們耳裡就只剩寧靜。幸好靠著以色列科學家幫忙,轉換到常人的聽覺範圍,並分享於 2023 年 3 月底的《細胞》(Cell)期刊,才廣為周知。[1]

轉換到人類聽力範圍的番茄「叫聲」。音/參考資料 1,Audio S1(CC BY 4.0)

傾聽植物的聲音

面臨乾旱或草食動物的威脅,植物會做出多種反應,例如:改變外貌,或是以揮發性有機化合物影響鄰居等。[1]過去的文獻指出,缺水引發空蝕現象(cavitation),使植物負責輸送水份的木質部,因氣泡形成、擴張和破裂而震動。[1, 4]現在科學家想知道,這是否也會產生在特定距離內,能被其他物種聽見的聲音。[1]

受試的對象是番茄菸草,分別拆成乾旱、修剪和對照 3 組。對照組又有常態生長的一般對照、有土卻無植物的盆器,以及每株植物實驗前的自體對照 3 種。實驗大致有幾個階段:首先,在隔音箱裡,距離每個受試對象 10 公分處,各立 2 支麥克風收音。將聲音的紀錄分類後,拿去進行機器學習。接著移駕溫室,讓訓練好的模型,分辨雜音和不同情況下植物的聲音。再來,觀察乾旱程度與植物發聲的關係。最後,也測試其他的植物和狀態。[1]

麥克風對著乾旱、修剪和對照組的植物收音。圖/參考資料 1,Graphical Abstract局部(CC BY 4.0)

植物錄音與機器學習

隔音箱裡常態生長的植物,每小時平均發聲少於一次;而沒植物的盆器當然完全無聲。相對地,遭受乾旱或修剪壓力的實驗組植物,反應則十分劇烈:[1]

 平均值(單位)番茄菸草
乾旱發聲頻率(次/小時)35.4 ± 6.111.0 ± 1.4
 音量(聲壓分貝;dBSPL)61.6 ± 0.165.6 ± 0.4
 聲波頻率(千赫茲;kHz)49.6 ± 0.454.8 ± 1.1
修剪發聲頻率(次/小時)25.2 ± 3.215.2 ± 2.6
 音量(聲壓分貝;dBSPL)65.6 ± 0.263.3 ± 0.2
 聲波頻率(千赫茲;kHz)57.3 ± 0.757.8 ± 0.7

隔音箱中實驗組的錄音,被依照植物品種以及所受的待遇,歸納為 4 個組別,各組別再彼此配對比較,例如:乾旱的番茄對修剪的番茄等。以此資料訓練出來的機器學習模型,判別配對中各組別的準確率為 70%。第二階段在溫室中進行,自然較隔音箱嘈雜。科學家拿空蕩溫室的環境錄音,來教模型分辨並過濾雜訊。訓練後,令其區別乾旱與對照組番茄的聲音,結果 84% 正確。[1]既然能聽得出基本的差別,下一步就是了解水量對番茄發聲的影響。

體積含水量

為了操縱體積含水量(volumetric water content,縮寫VWC),即水份與泥土體積的比值或百分比,[1, 5]科學家狠下心,連續幾天都不給溫室裡的番茄植栽喝水。一邊觀察 VWC 的變化;一邊錄下它們的聲音。起先水份充足,番茄不太吵鬧;4、5 天下來,發聲的次數逐漸增加至高峰;然後應該是快渴死了,有氣無力,所以次數又開始減少。此外,番茄通常都在早上 8 點(圖表較像 7 點)到中午 12 點,以及下午 4 點至晚上 7 點,這兩個時段出聲。[1]科學家覺得這般作息,可能與規律的氣孔導度(stomatal conductance),也就是跟光合作用的換氣以及蒸散作用的水份蒸發,兩個透過氣孔進行的動作有關。[1, 6]

大部份的聲音都是在 VWC < 0.05 時出現;當 VWC > 0.1,水份還足夠,就幾乎無聲。科學家將比較的條件進一步分成 VWC < 0.01 與 VWC > 0.05、VWC < 0.05 跟 VWC > 0.05,以及 VWC < 0.01、VWC > 0.05 和淨空溫室的聲音。機器學習模型分辨起來,都有七、八成的準確率。[1]

縱軸為每日發聲次數;橫軸為缺乏灌溉的天數。圖/參考資料 1,Figure 3A(CC BY 4.0)
乾旱狀態下,番茄發聲的時段。縱軸為每小時發聲次數;橫軸為 24 小時制的時間。圖/參考資料 1,Figure 3B(CC BY 4.0)

植物發聲的原理

實驗觀察所得,都將植物發聲的機制,指向木質部導管中氣體的運動,也就是科學家先前預期的空蝕現象[1]下面為支持這項推論的理由:

  1. 木質部導管的口徑,與植物被錄到的聲波頻率相關:寬的低;而窄的高。[1]
  2. 乾旱與修剪所造成的聲音不同:在木質部導管中,前者氣泡形成緩慢,發聲時數較長;而後者則相當迅速,時數較短。[1]
  3. 聲音是由植物的莖,向四面八方傳播。[1]
  4. 空蝕現象造成的震動,跟記錄到的超音波,部份頻率重疊;而沒有重疊的,其實已經超出其他物種的聽力以及麥克風收音的範圍。[1]
葡萄、菸草和番茄木質部導管的水平橫截面。圖/參考資料 1,Figure S4B(CC BY 4.0)
葡萄(綠色)、菸草(灰色)和番茄(橙色)的差異:縱軸為聲波頻率;橫軸是木質部導管的平均口徑。圖/參考資料 1,Figure S4A(CC BY 4.0)

問誰未發聲

觀察完番茄和菸草之後,科學家不禁好奇,別的植物是否也會為自己的處境發聲?還是它們都默默受苦,無聲地承擔?研究團隊拿小麥玉米卡本內蘇維濃葡萄(Cabernet Sauvignon grapevine)、奇隆丸仙人掌(Mammillaria spinosissima)與寶蓋草(henbit)來測試,發現它們果然有聲音。不過,像杏仁樹之類的木本植物,還有木質化的葡萄藤就沒有了。另外,科學家又監聽感染菸草嵌紋病毒(tobacco mosaic virus)的番茄,並錄到它們的病中呻吟。[1]

你敢有聽著咱的歌

之前有研究指出,海邊月見草(Oenothera drummondii)暴露於蜜蜂的聲音時,會產出較甜的花蜜。[2]若將角色對調過來:植物在乾旱、修剪或感染等壓力下釋出的超音波,頻率約在 20 至 100 kHz 之間,理論上 3 到 5 公尺內的某些哺乳動物或昆蟲,例如:蝙蝠、老鼠和飛蛾,應該聽得到。[1, 2]以色列科學家認為幼蟲會寄住在番茄或菸草上的飛蛾,或許能辨識植物的聲波,並做出某些反應。同理,人類可以用機器學習模型,分辨農作物的聲音,再給予相應的照顧。如此不僅節省水源,精準培育,還能預防氣候變遷所導致的糧食危機。[1]

  

備註

本文最後兩個子標題,借用音樂劇《Les Misérables》歌曲〈Do You Hear the People Sing?〉的粵語和臺語版曲名。[7]

參考資料

  1. Khait I, Lewin-Epstein O, Sharon R. (2023) ‘Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative’. Cell, 106(7): 1328-1336.
  2. Marris E. (30 MAR 2023) ‘Stressed plants ‘cry’ — and some animals can probably hear them’. Nature.
  3. 教育部「哭枵」臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 01 APR 2023)
  4. McElrone A J, Choat B, Gambetta GA, et al. (2013) ‘Water Uptake and Transport in Vascular Plants’. Nature Education Knowledge, 4(5):6.
  5. Datta S, Taghvaeian S, Stivers J. (AUG 2018) ‘Understanding Soil Water Content and Thresholds for Irrigation Management’. OSU Extension of Oklahoma State University.
  6. Murray M, Soh WK, Yiotis C, et al. (2020) ‘Consistent Relationship between Field-Measured Stomatal Conductance and Theoretical Maximum Stomatal Conductance in C3 Woody Angiosperms in Four Major Biomes’. International Journal of Plant Sciences, 181, 1.
  7. FireRock Music.(16 JUN 2019)「【問誰未發聲】歌詞 Mix全民超長版 粵+國+台+英 口琴+小童+學生+市民 Do you hear the people sing?」YouTube.
胡中行_96
119 篇文章 ・ 41 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。