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為什麼那兩個TEDx演講最好寫成科幻小說?

Gene Ng_96
・2014/07/18 ・5523字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

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我針對王大師幾篇文章 〈TED死都不想讓你看的兩個演講!〉〈大演化(生物篇)–《Rupert Sheldrake之型態場域論》〉〈 大演化(意識篇)〉的兩篇文章〈TED死都不該讓你看的兩個演講?〉〈為何倡導偽科學是犯賤?〉,在泛科學得到一個很棒的文章〈TED 到底該不該讓你/妳看那兩個演講?〉的回應。先廢言幾句,我個性內向害羞不好戰,可是寫文章加入論戰,最令人欣喜莫過於有人加入把理性的討論提供更高層次的深度。

感謝〈TED 到底該不該讓你/妳看那兩個演講?〉一文釐清了一些我那篇〈TED死都不該讓你看的兩個演講?〉沒說清楚的事,並且也提供了新的思考方向。關於文中提到的「不可共量性」(incommensurability),是孔恩典範說最重要的部分之一,但也是 最具爭議性的。我會說那句「相對論與量子力學的出現,是因為當時已經無法用牛頓力學解釋的現象愈來愈多了,於是就出現了相對論和量子力學」,是因為並非把 孔恩的學說照單全收,那時沒說清楚,就趁現在釐清一下。事實上,我對孔恩的「不可共量性」的概念是抱持一定的保留態度。

先就孔恩的學說來討論,孔恩(Thomas S. Kuhn,1922-1996)在其經典著作《科學革命的結構》The Structure of Scientific Revolutions) 提出的這個「不可共量性」觀念,推展出來的觀點之一就是,科學理論無法由客觀的方法來評斷真正的好壞優劣,因為各競爭的理論之間沒有共通的專有名詞、定義 和標準等等,簡單來說就是各說各話、毫無交集啦。「不可共量性」並非孔恩學說專有的,另一位著名科學哲學家費若本(Paul Feyerabend, 1924–1994)也早在《科學革命的結構》之前提出這個概念,不過費若本的「Anything goes!」在此先不討論。

這個「不可共量性」的概念,意味著科學理論有其建構的成份,由其在後現代主義的「建構論」下,科學甚至不能說「發現」了什麼,因為「發現」意味著有事物真 實存在,對後現代主義學者而言,科學僅是「建構」了描述自然的系統,而非「發現」了什麼「真相」,一直衍伸下去,就沒有所謂的「偽科學」 (psuedoscience)這回事了!依照孔恩的學說,科學也無所謂的進步,這個科學界當然無法接受,於是科學哲學家拉卡托斯(Imre Lakatos,1922–1974)就提出的「科學研究綱領方法論」(Research programmes),主張能夠解釋較多事實、能夠預測新的事實就是較好的理論,也就會在競爭中保留下來,在拉卡托斯的學說下,科學是能夠有所謂的進步 的。

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我們再回到孔恩的學說,孔恩本身有區別「科學」和「非科學」的差異嗎?答案其實是有,孔恩用天文學和占星學來說明,孔恩以常態科學之進行與否來判斷科學與 非科學,他認為天文學是科學,因為天文學家有從事在典範的指導下進行「解謎」(solving puzzles)活動,可是占星術並沒有在進行解謎的活動,因為當預測失準了,沒有占星家會在占星術的指導下,依建設性的方法來修正占星術的傳統,所以占 星術並非係科學 [1]。如果用孔恩的標準來說,那兩個演講中的理論,是無法被當作當態科學,因為他們並沒有指引出科學社群,哪怕是少數科學家,能夠進行的解謎活動,因為 沒有大家共同可以接受的研究方法,「意識頻寬」、「形態共振」、「形態發生場」、「型態場域」、「場域記憶」如何利用客觀的方法測量?

我有看到一些網友指出,好吧,這些理論不是常態科學,那麼還是可以算是「另類典範」啊,現在的常態科學無法進行研究,不代表未來不會有儀器或方法可以研 究。好的,「另類典範」只是主流科學因為不可共量性無法接受的「典範」,還是這些「另類典範」根本不算是「典範」?什麼是「典範」?孔恩在《科學革命的結構》一 書第一版中,並沒有清楚地說明「典範」是什麼,也沒有對「典範」下一個清楚明確的定義,有學者仔細分析發現「典範」的定義前後變動了不下十次,頗令人詬 病。在後來的版本,他才將典範明確定義為範例(exemplar)和「訓練要素」(disciplinary matrix)(即「科學家在訓練過和中必須學習的構成要素」),前者是教科書明白設計的「實驗範例」,後者是共通的符號通式、形上觀念、價值、方法規 則。由此定義來看,頗難把那兩個演講的理論當作典範來看,因此沒有實驗範例,更難說有所謂的訓練要素。

也有人批評說,主流科學容忍異己的能力有夠差,怎麼因為人家無法檢驗就把他們踢出科學界。通常這麼說的人,大致不是受科學訓練的,或者關注科學的。其實, 在科學界暫時無法驗證的理論,多如牛毛,例如弦論(String Theory)就還無法驗證啊,在生命科學和地球科學等領域,暫時還無法驗證的,或者驗證還不完全的理論更多了。為何我們不把它們視為偽科學呢?道理也不 難,就是因為那些理論在提出時,有考慮到當時所有發現,也定義了適用範圍,而且也指引了驗證的方法,只是等待更先進的儀器出現或量產,或者等待更多的資 料。常態科學其實並沒有局外人想像的那麼封閉。美國化學學會(American Chemical Society)甚至還有「孔恩典範轉移獎」(Thomas Kuhn Paradigm Shift Award)頒給敢於挑戰主流科學的原創點子。

孔恩原本是物理學家,他有次跑錯會場進到經濟學的研討會,發現經濟學家居然還為基本問題吵架,就改行去研究為何自然科學家不會為基本問題吵架。孔恩在《科學革命的結構》提 出的學說,其中一個開創性是孔恩拋棄了維也納學圈(Vienna Circle)和波普(Karl Popper,1902–1994)重視的「邏輯性」,轉而重視「歷史性」的研究。也就是說,孔恩的科學歷史主義研究方法著重科學家實際上是如何進行研究 和看待科學理論的,而非以邏輯指導科學應該是什麼。孔恩的「不可共量性」解釋了一部分科學革命的問題,但也留下了另一些問題。

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在孔恩的學說下,牛頓力學和相對論及量子力學是不可共量的,如果接受相對論,就要摒棄牛頓力學。我用這點去問過了許多念物理的朋友,基本上還沒有找到有人 認同。原因很簡單,因為牛頓力學和相對論還有量子力學在物理學教科書也都有教啊,對許多物理學家而言,它們的差異是在尺度上,是都「正確」的理論。孔恩學說的解釋是,牛頓力學在物理學教科書中仍被教授,不是因為它是「正確」的,而是因為它在數學上比較簡單,對絕大部分我們生活中遇得到的現象,都能取得很好的近似值,不是因為它們是「正確」的,只是因為好用。不過,這問題也來了,大部分物理學家都同時接受牛頓力學、相對論和量子力學啊,只有在古典力學那末期有所謂的「改宗」(coversion),可是革命後牛頓力學仍沒有出現與時間推移有關的淘汰過程。物理學家同時接受「不可共量」的典範,似乎還是和孔恩 所提的有所不同吧?

孔恩的典範說,另一個問題是,孔恩在《科學革命的結構》提出大部分案例,都是物理和化學的,生物學的極少。有學者認為用孔恩的學說來解釋生命科學是有侷限的,因為生命科學是常態科學沒有問題,可是又有點像孔恩說的「革命科學」(revolutionary science),因為理論的更迭在生命科學領域頗為頻繁,教科書常常是幾年一整章一整章地改寫。甚至整本大部分章節在改版時整個改寫的,在一些進展神速 的生命科學領域是家常便飯,導致常常有二手教科書賣不出去的狀況Orz 可是有學者提出,生命科學裡也沒有出現如同《科學革命的結構》的那樣的科學革命 [2],而且生命科學裡頭還有很多等發現了新現象,再來找理論的狀況,如這十幾年快速興起的基因體學、轉錄體學、蛋白質體學、代謝體學等等的「體學」 (-omics)就是先不管理論先狂收資料(data),再來看看有誰能想得出該怎麼找出現象的。所以生命科學要怎麼用孔恩的學說解釋,恐怕要費不少心力。因為不同學科的性質差異不小,有學者認為生命科學恐怕難以完全用孔恩的學說來解釋 [2,3]。

而且生命科學裡頭,尤其是我身處的演化生物學,對一個現象,多個典範並存的狀況也不勝枚舉。當我還是個鮮嫩的大學生時,我們抱著一本本厚如磚頭的教科書去 上課時,有學長就問我們說,怎麼知道一個領域進展比較快呢?就去看那個領域教科書改版時變薄的程度。我們疑惑不是該反過來嗎?進展快的領域因為更多發現, 所以教科書該變厚啊。學長就回我們說,當一個領域有大幅進展後,很多相競爭的理論,就會有其中少數幾個因為有更強的預測力和解釋力而勝出,而落敗的理論就不必在教科書裡詳細解釋了XD

我不敢保證狀況一定如此,可是對同一現象,許多典範共存共榮的情況真的還不少,例如在我的專業裡要解釋為何鳥類有特別漂亮的羽毛,就可以用性擇中挑好幾個 理論來討論,很多理論都有討論的價值因為都有支持的證據,我甚至認為它們只是角度不同,搞不好都有可能是對的。

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有人會以共同發現或再發現來試圖反駁孔恩新理論其實沒有贏的理點,因為如果新理論不是更好,那怎麼會有人能夠不約而同地得出同樣的發現和理論呢?科學史 上,最著名的「共同發現」例子,就有牛頓(Sir Isaac Newton,1643-1727)和萊布尼茲(Gottfried W. Leibniz,1646-1716)共同獨立確立微積分體系(Calculus),還有達爾文(Charles R. Darwin,1809-1882)和華萊士(Alfred Russel Wallace,1823-1913)共同發現物競天擇的演化論;「再發現」最有名的例子是孟德爾(Gregor J. Mendel,1822-1884)的遺傳學在首次於1865年發表後,就被埋沒直到1900年,荷蘭的雨果·德·弗里斯(Hugo de Vries,1848–1935)、德國的卡爾·柯靈斯(Carl Correns,1864–1933)和奧地利的契馬克(Erich von Tschermak,1871–1962)各自獨立研究,再次發現了孟德爾定律。

孔恩學說對共同發現和再發現的解釋是,共同發現和再發現,仍然和科學的進步無關,是因為當科學社群整個「問題意識」都轉換成對哪些現象需要被解釋、哪些事 情值得預測有共識時,因為也進入了一個共同的框架,就會出現英雄所見略同的現象。就以我較熟悉的演化論例子來說,當時博物學家(naturalists) 有共同的目標來解釋物種起源現象以及一堆自然史現象,加上讀了科學社群共同的重要期刊書籍時,他們就會作共同的觀察,導致得出相近的結論等等。

然而,孔恩的學說對孟德爾的「發現」,可以解釋它為何被埋沒,因為當時還未出現科學社群共同要解決的遺傳學問題,可是卻無法解釋孟德爾為何吃飽沒事去做那 些實驗,因為孟德爾的數據並非純觀察而來的,而是精心設計出來的,可是卻和並沒有科學社群共同重視的問題毫無相關,沒有人知道孟德爾真正要解決的問題是 啥,可是他的實驗得出的定律後來卻能被一而再、再而三地反覆驗證。迄今孟德爾為何要進行那些實驗仍是個謎,雖然教科書可能會拗出一兩個。我念遺傳學博士班 時,哲學家和歷史學家也來我們系上參一腳來解釋,可是卻眾說紛紜,沒有一個大家都能接受的解釋。

〈TED 到底該不該讓你/妳看那兩個演講?〉文中指出 「如果我們真的嚴刑峻法地排除任何不符合當前常態科學的觀點,那麼我們很可能因此屏棄具有價值的學說(最好的例子是『中醫』)」,那我先來以中醫為例好 了,中醫和西醫基本上是不可共量的典範,兩者之間幾乎沒有共同的語言可言,用西醫的方法研究中醫,似乎頂多是拿中藥來萃取有效成份測試,或者統計針炙的有 效性等等,對於中醫提到的氣、經絡、穴道等等,迄今仍沒有令人滿意的科學解釋。而中醫以孔恩學說來看,算是常態科學嗎?我想答案應該為否!因為中醫並沒有 進行常態科學的解謎活動,中醫學界根據的就是老祖宗留下的知識體系,千年歷史以上的古書仍可當作教材。可是西醫卻有在進行解謎活動,努力尋找疾病的致病原 因以及研發新的療法。就算大學的中醫系有在做研究,也是利用西方科學的方法,不是用中醫的理論在解謎。

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那中醫到底有存在的價值嗎?我自己的答案是「有」,因為中醫在一定的範圍內,仍有一定的解釋力和預測力,而這樣的解釋力和預測力的確是使用者最在乎的。我 自己小時候體弱多病,尋遍西醫都找不出原因,只好求助中醫,吃了幾個月中藥,身體健康狀況有顯著的大幅改善。因此,我不會說中醫是科學的,可是我認為中醫 是有價值的,不必強行用西醫的那套來包裝,就是為何中醫是迄今少數存活下來的傳統醫學。雖然我不完全贊同,但還是提一下納西姆.尼可拉斯.塔雷伯 (Nassim Nicholas Taleb,نسيم نيقولا نجيب طالب‎)在《反脆弱:脆弱的反義詞不是堅強,是反脆弱》Antifragile: Things That Gain from Disorder)這本書中,就提出應用性的科技,主要是建立在「試誤」(Try & Error)上的,和科學理論可以無關,沒有牛頓力學的年代,仍然能蓋出巴黎聖母院(Cathédrale Notre-Dame de Paris)啊(請參見〈脆弱的反面不是強固,是反脆弱(Antifragile)〉)。

最後,來探討一下,如果「我們永遠無法知道我們是否絕對正確,也不知道當前的典範可以走得多久多遠,很可能今日的常態科學到了下一個十年、二十年已經不再 常態」,我們需要擔心「如果我們真的嚴刑峻法地排除任何不符合當前常態科學的觀點,那麼我們很可能因此屏棄具有價值的學說」嗎?我想,從孔恩學說的出發點 而言,我們更不需要擔心這點,因為假設十年、廿年、卅年、卌年後,「問題意識」真的都轉換成漢氏和謝氏理論裡的現象需要被解釋、事情值得預測了,那麼漢氏 和謝氏的理論就會被「再發現」,他們該有的功勞也會有。連孟德爾那個資訊不發達的年代,孟德爾定律都能復出了,在這個資訊年代需要擔心什麼?在言論自由和資訊發達的社會裡,他們仍有自己發聲的管道,我們根本完全不需要擔心他們該不該被常態科學摒棄的問題。倒是寫成科幻小說搞不好也是一個保留和傳播他們理論 的好方法呢!

引用文獻:

  1. Kuhn, Thomas S., 1974. “Logic of Discovery or Psychology of Research?”, pp. 798–819 in P.A. Schilpp, The Philosophy of Karl Popper, The Library of Living Philosophers, vol xiv, book ii. La Salle: Open Court.
  2. Wilkins, A.S. 1996. “Are there Kuhnian revolutions in biology?”. BioEssays 18: 695–696.
  3. Mayr, E., 2004. “9 – Do Thomas Kuhn’s scientific revolutions take place?” pp. 159-170 on E. Mayr, What Makes Biology Unique?: Considerations on the Autonomy of a Scientific Discipline. Cambridge University Press.

本文原刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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被諾貝爾獎遺忘的那個人——赫爾穆特・魯斯卡如何讓病毒第一次被「看見」
顯微觀點_96
・2026/04/10 ・3113字 ・閱讀時間約 6 分鐘

電子顯微鏡下的病毒顆粒

1986年的諾貝爾物理學獎頒給了恩斯特‧魯斯卡(Ernst Ruska),以表彰他設計出第一台電子顯微鏡。雖然人們大多關注其理論和技術層面為顯微技術帶來長足的進步,但電子顯微鏡的應用層面,尤其是醫學與生物學的影響,更是為電子顯微鏡實現功能性和商業價值發揮關鍵作用;恩斯特的弟弟赫爾穆特‧魯斯卡(Helmut Ruska)在其中扮演著重要的角色——儘管他並未獲得諾貝爾獎項。

赫爾穆特.魯斯卡(Helmut Ruska,約 1969 年)
赫爾穆特.魯斯卡(Helmut Ruska,約 1969 年)由艾德曼.魯斯卡(Erdman A Ruska)提供。圖片來源:〈Helmut Ruska and the visualisation of viruses〉

人類對微觀世界的探索,最早可以追溯到17世紀。當時,英國博物學家羅伯特‧虎克(Robert Hooke)利用自製顯微鏡觀察軟木塞,觀察到了植物細胞壁,並稱其為「細胞」(cell)。荷蘭的雷文霍克(Antonie van Leeuwenhoek)以精湛的磨鏡技術,進一步製造出放大倍率更高的顯微鏡,在清澈的水中發現了肉眼見不到的「生物」,成為第一個發現細菌、紅血球和精子的人。

隨後的兩百年間,光學顯微鏡雖然不斷進化成為微生物研究的利器,但始終跨不過繞射極限的門檻,受限於光波長的限制,解析度停留在200奈米。任何比這更小的物體,只能呈現出一個模糊的點。因此儘管人們透過過濾、疾病源頭推論等方法,認為有比細菌更小的「病毒」(Virus)存在,卻無法一睹其真面目。直到電子顯微鏡的出現。

兄弟登山「一起探索未知」

恩斯特和赫爾穆特出生於德國知識份子家庭,他們的父親尤利烏斯.魯斯卡(Julius Ruska)是一位學者,專長是東方語言與文化研究,曾在大學任教。恩斯特生於1906年12月25日,是在家中七個孩子裡排行老五;赫爾穆特則於1908年6月7日出生在海德堡,排行第六。

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從小兩兄弟關係就特別親密,也對光學儀器留下了深刻的印象。他們的天文學家馬克斯.沃爾夫(Max Wolf)叔叔便曾多次帶他們參觀他管理的王座山(Königstuhl)天文台的望遠鏡。而他們家裡書房裡,則放著父親的大型蔡司顯微鏡。雖然尤利烏斯有時會展示有趣的事物給孩子們看,但他擔心孩子們笨拙地操作會損壞物鏡或標本,因此嚴令他們禁止觸摸。

隨著恩斯特對於工程學的興趣赴慕尼黑工業大學和柏林工業大學學習電子學;赫爾穆特則於1927年開始學習醫學,先後在柏林、茵斯布魯克(Innsbruck)及海德堡大學就讀。在海德堡,赫爾穆特的學術重心集中在臨床醫學與生物化學,直到1932年完成醫學學位、開始臨床醫學專業生涯。

對新技術的可能性深具信心

如果這些目標得以實現,那麼疾病成因研究的進展對醫生來說將具有直接的實際意義,這一點幾乎無需贅述。它將深刻影響到日益重要的臨床疾病實際問題,進一步對公共衛生產生重大影響。

理查.西貝克

1929年,恩斯特在研究論文中證明,使用短線圈可以獲得電子束照射孔徑的清晰放大影像,並在1931年4月獲得確鑿的證據,證明電子束可以像光學顯微鏡一樣經由二次放大成像。儘管該裝置的總放大倍率非常有限,但如今仍被公認為第一台電子顯微鏡。

但當時恩斯特提出的顯微技術並沒有被認真看待,大多數專家認為這只是癡人說夢。但已快完成醫學學業的赫爾穆特堅信,一旦恩斯特提出的顯微技術成功,臨床醫學、生物這些學科將有長足的進步。因此他鼓勵哥哥繼續克服困難,包括樣品被電子束燒毀的問題。

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他們仍然花了三年時間才透過赫爾穆特的前臨床老師、柏林夏里特醫院第一內科主任理查.西貝克(Richard Siebeck)教授的專業評估及推薦,成功獲得資助。這些專業的建議讓柏林的西門子和耶拿的卡爾.蔡司留下深刻的印象,他們都準備進一步發展工業電子顯微鏡。

由穆勒使用電子顯微鏡拍攝的家蠅翅膀表面
由穆勒使用電子顯微鏡(U = 60 kV,Me1 = 2200)拍攝的家蠅翅膀表面。圖片來源:恩斯特演講全文
1938年在西門子實驗室研發的電子顯微鏡
1938年在西門子實驗室研發的電子顯微鏡。圖片來源:〈Helmut Ruska and the visualisation of viruses〉

病毒,終於被看見

1937年西門子在柏林斯潘道(Spandau)成立了超微科學實驗室,魯斯卡兄弟與馮.博里斯共同開發原型儀器。赫爾穆特憑藉醫學專長專注於電子顯微鏡的生物學應用,並在1938年完成了兩台原型機,最大放大倍率為30000倍。1940年,西門子更設立了一個由赫爾穆特領導的客座實驗室,配備了四台電子顯微鏡,供來訪科學家使用;赫爾穆特同年也首次展示了噬菌體的影像。

1940年代初,赫爾穆特已發表了約20篇關於細菌、寄生蟲和不同病毒超顯微結構的報告,這些出版物標誌著首次利用電子顯微鏡對病毒進行視覺化。包括1939年他與考舍(Gustav A. Kausche)和普凡庫赫(Edgar Pfankuch)合著的《超顯微鏡下植物病毒的影像》,展示了菸草花葉病毒的桿狀結構,首次揭示病毒的亞微觀顆粒。

赫爾穆特使用電子顯微鏡拍攝的嗜菌體
赫爾穆特使用電子顯微鏡拍攝的嗜菌體。圖片來源:恩斯特演講全文

赫爾穆特也研發了電子顯微鏡的樣品製備技術,利用鋨燻蒸法,將乾燥樣本暴露於鋨蒸氣中,選擇性地使細胞染黑,且不會過度改變標本以增強對比度。1943年他發表論文〈病毒類型分類的嘗試〉,基於電子顯微鏡的觀察提出病毒形態分類,例如依形狀(球形、桿狀)及大小分類,影響後來的病毒分類系統。

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被戰爭淹沒的科學貢獻

1965年美國CDC實驗室人員坐在新型透射電子顯微鏡前
電子顯微鏡成為疾病判斷和公衛防治的利器。圖為1965年美國疾病管制與預防中心(CDC)的實驗室人員坐在當時一台新型透射電子顯微鏡(TEM)前。圖片來源:Public Health Image Library (PHIL)

赫爾穆特的研究並不局限於病毒,他還參與了糖原結構和血液凝固過程的研究,甚至昆蟲肌肉的精細結構、蚯蚓的虹彩皮膚以及植物葉綠素也都是他曾經研究的主題。

二戰後,赫爾穆特成為柏林大學(後更名為洪堡大學)的教授,並擔任柏林-布赫德國科學院微觀形態學部門的負責人。1952年至1958年,他至美國擔任紐約州衛生部微觀形態學部門負責人,之後出任德國杜賽道夫大學生物物理與電子顯微鏡研究所長。

可惜的是,儘管赫爾穆特在電子顯微鏡的生物應用領域具有開創性貢獻,但他在科學史上的地位卻被嚴重低估。由於赫爾穆特論文大多發表在德國期刊上,加上納粹和二戰時期德國處於孤立狀態,他的研究成果並未廣為人知。赫爾穆特1973年8月30日在杜賽道夫去世,也因此錯失了與哥哥恩斯特·魯斯卡共同分享諾貝爾獎的機會,後者在1986年才獲得遲來的認可。

但赫爾穆特無疑是推動電子顯微鏡跨出實驗室成為商用顯微鏡,並進入生物醫學研究應用的關鍵人物。而他也培養無數後代研究人員,奠定了電子顯微鏡在生物醫學研究中的重要角色。

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參考資料:

  • Kruger, D. H., Schneck, P., & Gelderblom, H. R. (2000). Helmut Ruska and the visualisation of viruses. Lancet, 355(9216), 1713–1717.
  • Ruska, E. (1986, December 8). The development of the electron microscope and of electron microscopy [Nobel Lecture]. Nobel Foundation.
  • Helmut Ruska
  • Grokipedia: Helmut Ruska

延伸閱讀:

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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。