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演進中的科學研究方法(1/4) – 心理科學的研究樣態

活躍星系核_96
・2014/04/23 ・2555字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 542 ・八年級
credit: CC by FlickrJunkie@flickr
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文/ 陳紹慶(慈濟大學人類發展學系專任助理教授)

心理科學知識的普及讓大眾認識許多有趣的最新研究,看到心理學家如何設計精巧的實驗揭發人類心智奇妙之處。現代心理學實驗獲得的資料——包括能在許多計算機平台執行的反應測試,到掃描參與者進行反應測試的神經活動紀錄儀器——都是經過統計分析確認效果達到一定程度才會獲得公開的機會。不過科學知識的產生也有結論錯誤的風險,如同曾介紹過的再現 13 項實驗結果的開放式研究。這次我想透過四篇文章,討論為何經過統計分析確認的研究結果不能直接成為可靠知識的原因?現代的心理學家有何辦法增進心理科學研究結果的可靠性?

這一篇我要討論心理科學研究的問題樣態。首先引用 Francis (2012b)開頭舉例的兩種研究題材,請讀者根據描述先猜猜看,那一種題材是心理學教科書會收錄的教材案例?題材 A 有 10 筆已發表的實驗結果,其中有 9 筆通過統計顯著性考驗;題材 B 有 19 筆已發表的實驗結果,其中有 10 筆通過統計顯著性考驗。你認為 A 或 B 何者較會受教科書作者青睞,做為教育學生的材料?

 

(防雷,猜好了再往下看)

以上描寫的題材 A 是 Bem(2011)設計 9 套實驗,探討一般人具有預知未來的「超感能力」(psi),每個實驗都有至少 100 位大學生參與,並且統計分析都達到顯著。題材B是閱讀社會心理學必定得知的旁觀者效應(bystander effect),描述中的研究筆數摘要自 Fischer 等人(2011)的整合性分析回顧(meta-analysis)。有興趣的讀者想了解兩個題材的研究細節,可以自行去閱讀這兩篇論文。我要回到之前問讀者的問題:現在你知道題材 A 與題材 B 的真面目,你認為那一個題材是值得寫入教科書的材料?

(旁觀者效應:出自 1964 年發生於美國紐約市皇后區的一起兇殺案件,當時媒體報導一名女子在暗巷被歹徒追殺,周圍住戶有 38 人目擊過程,但無人出面救援或報警。這個案例的細節在 2007 年有學者提出質疑(Manning, Levine, & Collins, 2007), 2009 年德國慕尼黑的一座車站發生 Dominik Brunner 為了保護一群學童而被兩名青少年當眾攻擊至死的案件,案發當時在場的旅客為何沒有主動介入,再次使心理學家好奇到底有什麼原因讓人在他人需要幫助的時刻,願意挺身而出或故作沈默?)

如果你已經上完大學一年級或二年級的基礎統計,但是對一開始的問題舉棋不定,直到真面目揭曉覺得應該是旁觀者效應才有資格放入教科書,那麼你的思惟過程中已經有不要完全相信統計結果的念頭在轉動,只是為什麼顯著結果比例較多的題材,多數心理學家會抱持懷疑態度?這與透過期刊審查機制產生新知識的學科,會因為許多人為因素造成不顯著的實驗結果不易出版的「不見天日」偏誤(file drawer bias)。同一年 Francis 的另一篇論文(Francis, 2012a),運用模擬分析發現真實實驗結果原本不易顯著的研究,因為實際實驗結果卻顯著的研究比較容易發表,但是結果不顯著的研究較常被退稿,造成已出版的系列研究都是顯著結果的比例偏高,使得這系列研究成果帶來的知識打了折扣。如果你不是依靠直覺,而是因為認識「不見天日」偏誤的原因,判斷旁觀者效應是比「超感能力」更有資格增進心理科學發展的題材,那可以接著談談為何兩種題材的根本差異。

1956 年,今天常用的推論統計方法——區間估計與假設檢定——開始為心理科學研究者接受與學習的時刻,荷蘭心理學家也是著名西洋棋手的 Adrianus, de Groot 以母語發表如何在心理科學研究謹慎運用推論統計方法的文章,這篇文章今年由幾位荷蘭學者翻譯為英文,重新刊登於專業心理學期刊 Acta Psychologica(de Groot, 1956)。當時他已指出多數實驗結果達到統計顯著,並不代表這些結果能成為經得起檢驗的知識。能讓實驗結果轉換為具體的知識,是從研究問題被確立的那一刻開始。

de Groot 判斷心理科學的研究能分為假設探索型(hypothesis exploratory)與假設檢驗型(hypothesis testing)兩種。以下圖為例說明,設定某種研究題材的獨變項(X)與依變項(Y)可能產生10,000種實驗結果,分佈以灰點表示。若你知道迴歸分析,會了解不論挑選那一個獨變項數值做為實驗條件,最有可能發現的結果會接近依變項的迴歸平均數,例如以獨變項的平均值 10 進行實驗,最有可能的依變項數值是 15,代表這個研究題材要找到的最終目標。如果這個題材是剛開始有人進行研究,資料還不夠推測最有可能的迴歸關係,進行假設探索型的研究的目標就是儘可能嘗試多種獨變項條件,測量最有可能的結果是什麼?就像下圖的紅色實心點是模擬對 11 種獨變項條件進行實驗,得到的 11 種結果。如果這個題材的資料已經很充分,有理論或假設讓研究者能推測針對某種獨變項條件進行實驗,評估最有可能的結果,進行假設檢驗型的研究就是確認這套假設的預測是不是可靠。如同下圖的藍色空心點,都是獨變項為 10 的結果。這個比較可以看出假設檢驗型研究的結論,最接近這個系列的最終目標:獨變項與依變項的總平均。(註:所謂「迴歸至平均」是也。)

螢幕快照 2014-04-21 上午9.44.44若你有時間有意願閱讀 Bem(2011)的論文,會發現這篇論文報導的 9 套實驗,都是針對不同的「預知未來」定義與操作條件進行實驗;Fischer 等人(2011)回顧的旁觀者效應研究文獻,是聚焦在有控制或操作「責任分散程度」的研究。顯然前者偏向假設探索型,後者偏向假設檢驗型,心理科學常見的爭議脈絡,大多是現在己知的資料讓這個領域的研究處於假設探索型,還是假設檢驗型的狀態。在後續三篇文章,我要談談區間估計與假設檢定兩種推論統計方法,如何在清楚的問題意識下運用?以及介紹現代心理科學超越兩種研究型態的嘗試方向。

讀完這一篇文章,你有沒有想要統計己經發佈在 PanSci 與果殼網的心理科學報導,是不是假設檢驗型的研究佔大宗呢?

 

參考文獻:

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活躍星系核_96
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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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觀賞蝦身上長蟲?俗稱蝦蛭、也不盡然是寄生蟲的蛭蚓

YTLai_96
・2020/12/29 ・3250字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

近年來觀賞蝦養殖興起,連帶的也讓許多人注意到心愛的蝦子身上有時會出現細長的條狀物。對飼主而言,這些像水蛭一樣用前後吸盤交錯黏附移動的不速之客,通常都稱之為「蝦蛭」,而且看那副噁心的長條模樣,勢必就是寄生在蝦子身上造成病狀的禍首,非除之而後快不可。

不過,這些坊間流傳的資訊裡頭其實有些誤會,且讓我們一一道來。

黏在淡水蝦頭上的兩隻蛭蚓。圖/作者提供

那些很像蛭類的小東西

首先,雖然這些細長條狀的蟲像水蛭一樣,用前後吸盤交錯黏附移動,但是牠們其實並不真的屬於蛭類,而是蛭類的親戚,叫做蛭蚓(Branchiobdellidan)。

蛭蚓,顧名思義,就是長相上介於蚯蚓和蛭類的動物。一般而言,蛭蚓的體型微小,身體圓柱狀,僅有數公釐至一公分出頭。雖然蛭蚓和蛭類一樣都是以頭尾交替吸附的方式移動,但蛭類擁有口吸盤和尾吸盤,蛭蚓卻只有尾吸盤而沒有口吸盤。此外,比起擁有 27 節軀幹體節的蛭類,蛭蚓的軀幹體節數僅有 11 節,加上癒合為頭部的 4 節體節也才 15 節。整體而言,似乎像是簡單版的蛭類,因此 21 世紀之前,蛭蚓被視為是較原始的蛭類。

然而,藉著分子親緣技術與工具的進步,本世紀初的研究發現蛭蚓是與蛭類有共祖的姊妹群,而不是原始的蛭類。因此,蛭蚓身上這些看似簡單版的蛭類特徵,應該只是共祖的後代在適應環境的過程中演化的結果。

蛭蚓在解剖顯微鏡下的模樣,左邊為游離搖擺的頭部,右邊則是吸附於表面的尾吸盤。圖/作者提供

蛭蚓或許礙眼,但並不一定是寄生蟲

和蛭類相比,蛭蚓的生活史實在是更不獨立了點。蛭類當中僅有一部份種類不時得附著在其他動物身上吸血營生,但目前已知的所有蛭蚓終其一生都必須附著在其他動物身上,而且絕大多數是以淡水蝦如螯蝦、米蝦為附著的優先選擇,但也有附著於淡水等足目或其他淡水蝦蟹的記錄,因此蛭蚓對於附著的淡水甲殼類種類並沒有強烈的專一性。

話說回來,蛭蚓雖然整個生活史都要依附在淡水蝦身上,但並不表示牠一定就是對淡水蝦有傷害的寄生蟲。如果蛭蚓的依附讓淡水蝦的生活變得更辛苦,那麼蛭蚓就是對淡水蝦宿主有負面影響的寄生蟲;但如果蛭蚓的依附生活史對淡水蝦不痛不癢,那麼蛭蚓和淡水蝦宿主就是片利共生的關係;而若是蛭蚓的存在讓淡水蝦生活得更好,那麼兩者就是互利共生的關係了。

因此,雖然坊間對蛭蚓在觀賞蝦身上的危害言之鑿鑿,但過去的研究顯示,蛭蚓的食性其實多半是其他更小的無脊椎動物或浮游生物,也會啃食宿主外骨骼上附著的單細胞藻類和其他有機碎屑,況且牠們由兩片硬化的顎構成的口器,實在也不適合啃食宿主的組織或吸食宿主的體液。先前的多數研究也發現,北美洲的蛭蚓待在螯蝦宿主身上,大部分時候既不會提高螯蝦的死亡率,也沒有其他明顯的負面影響,因此蛭蚓和淡水蝦的關係,應該是以對蛭蚓有利、對淡水蝦宿主無害的片利共生為主。

北美螯蝦螯上的蛭蚓。圖/Wikipedia

更進一步而言,蛭蚓依附在淡水蝦身上啃蝕宿主外骨骼黏附的藻類和碎屑,其實可能對宿主是有利的。在一些先前的研究中發現,當蛭蚓在螯蝦宿主身上達到相當密度,則可能因為清理了淡水蝦宿主身上和鰓上沾附的碎屑和藻類,讓宿主變得更身輕如燕而健康,因此蛭蚓和淡水蝦宿主就像是清潔蝦與海鰻一樣,形成了互利共生的雙贏局面。

清潔蝦與海鰻的互利共生關係。圖/Wikipedia

然而,要說蛭蚓在淡水蝦身上一點壞處都不會有,倒也不盡然。近年來的研究發現,當蛭蚓在淡水蝦身上的密度過高,可能就會在吃光了宿主外骨骼上附著的碎屑和藻類之後轉而啃食宿主的鰓組織,因此對宿主造成了負面影響。過高的蛭蚓密度也會限制淡水蝦宿主的移動能力,讓宿主無法正常進食,並且更容易成為捕食者的目標。蛭蚓的胃內含物分析也發現,蛭蚓幼體的消化道中的確有宿主的鰓組織,但蛭蚓成體卻沒有,而且只有棲息在宿主鰓部的蛭蚓,消化道中才會出現宿主的組織。因此,在蛭蚓的生活史中,或許只有早期生活史的幼體階段,而且只有在蛭蚓正好棲息於淡水蝦鰓部的時候,才可能轉以寄生的形式造成宿主負面影響。

台灣的蛭蚓目前僅一種,而且所知不多

話說回來,上述的研究都是以北美的蛭蚓和螯蝦宿主為研究的對象。在台灣,目前已知的蛭蚓只有平頭霍氏蛭蚓(Holtodrilus truncatus一種,這種蛭蚓廣泛分佈在台灣、日本、韓國與中國,而且多半是在俗稱黑殼蝦的擬多齒米蝦(Caridina pseudodenticulata)、台灣米蝦(Caridina formosae)、白斑米蝦(Caridina leucosticta)、多齒米蝦(Caridina multidentata)、甚至玫瑰蝦(Neocaridina davidi)等的小型淡水蝦身上發現。根據研究,目前僅知分佈於日本本州中部紀伊半島的平頭霍氏蛭蚓的確存在著某些宿主偏好,當兩種不同的淡水蝦同時存在時,會選擇特定一種做為宿主,而且對宿主的選擇偏好也符合在野外觀察到的感染盛行率。至於牠們對宿主的影響是否相似於北美的蛭蚓和螯蝦宿主,也還不得而知,或許因為宿主的相對體型更小,使得台灣的蛭蚓和淡水蝦之間更可能趨近於寄生關係也說不定。

尷尬的是,由於近年來台灣在觀賞淡水蝦市場上輸出了不少淡水蝦個體,連帶的也讓平頭霍氏蛭蚓輸出到世界各國,成了異國水族缸裡的新成員。2020 年的波蘭研究發現,120 隻從台北運到華沙的水族賞玩用的台灣米蝦當中,總共找出了 122 隻附在蝦子身上的平頭霍氏蛭蚓,整體來說這些米蝦感染蛭蚓的比例達 23.3%,感染蛭蚓的米蝦身上平均有 4.4 隻蛭蚓。區分米蝦的性別來看,雄蝦感染蛭蚓的比例似乎稍高,但雌蝦感染的蛭蚓平均數量比較多。平頭霍氏蛭蚓感染的位置也有所偏好,有 44.3% 的感染落在胸足區域,22.1% 的感染在額角附近,其次是 21.3% 的感染在腹足與腹部區域,最後才是 12.3% 的鰓部感染。此外,雖然雌雄米蝦同樣在胸足區域有最多的感染,但雄蝦被蛭蚓感染的位置更常發生在腹足與腹部區域(43.3%),卻不曾出現在額角;反觀雌蝦被蛭蚓感染額角區域有29.3%,在腹足與腹部區域則僅有14.1%。

如何去除平頭霍氏蛭蚓

讓淡水蝦玩家皺眉的消息是,在 2020 年這一篇研究中,雌性台灣米蝦的鰓部、腹足和腹部區域的確可見些許損傷,雖然也可能有其他的原因,但這有可能就是因為平頭霍氏蛭蚓活動造成的。所以,即使蛭蚓可能無害,但對淡水蝦玩家來說,或許是看了討厭、或者是為求保險,總之也許還是希望將蛭蚓除之而後快。那麼,到底該怎麼做才好呢?

其實,去除蛭蚓最簡單的方式,就是將水體鹽度升高到 0.5% 以上。根據 2016 年的日本研究,平頭霍氏蛭蚓在水體鹽度達1%時,三小時內就會死光光,不過這個實驗是把蛭蚓從宿主身上取下來以後才進行的,所以各位淡水蝦玩家們哪天要是想依法炮制,千萬務必先確定手上的淡水蝦能夠忍受鹽度 1% 超過三小時,否則為了去除蛭蚓結果也讓心愛的蝦子魂歸西天,宿主因為附生的無害小蟲而玉石俱焚豈不得不償失,你說是不是哪?

參考文獻:

Brown BL, Creed RP, Dobson WE (2002) Branchiobdellid annelids and their crayfish hosts: are they engaged in a cleaning symbiosis? Oecologia 132: 250–255

Brown BL, Creed RP, Skelton J, Rollins MA, Farrell KJ (2012) The fine line between mutualism and parasitism: complex effects in a cleaning symbiosis demonstrated by multiple field experiments. Oecologia 170: 199–207

Farrell KJ, Creed RP, Brown BL (2014) Preventing overexploitation in a mutualism: partner regulation in the crayfish–branchiobdellid symbiosis. Oecologia 174: 501–510

Maciaszek R, Jabłońska A, Prati S, Swiderek W (2020) First report of freshwater atyid shrimp, Caridina formosae (Decapoda: Caridea) as a host of ectosymbiotic branchiobdellidan, Holtodrilus truncatus (Annelida, Citellata). Knowledge & Management of Aquatic Ecosystems 421: 33–40

Niwa N, Archdale MV, Matsuoka T, Kawamoto A, Nishiyama H (2014) Microhabitat distribution and behaviour of Branchiobdellidan Holtodrilus truncatus found on the freshwater shrimp Neocaridina spp. from the Sugo River, Japan. Central European Journal of Biology 9: 80–185

Tanaka K, Wada K, Hamasaki K (2016) Distribution of Holtodrilus truncatus, a Branchiobdellidan Ectosymbiotic on Atyid Shrimps in the Kii Peninsula, Western Japan, with Reference to Salinity Tolerance and Host Preference. Zoological Science, 33: 154–161

大高明史,陳榮宗(2010)台灣內水域新紀錄一種蛭蚓類及四種貧毛類。台灣生物多樣性研究 12: 97–110

大高明史,格爾德,大和茂之,陳榮宗,西野麻知子(2015)台灣匙指蝦類體表兩種外共生蛭蚓目及切頭類之共棲。台灣生物多樣性研究 17: 253–262

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YTLai_96
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也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著
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