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與死神搏鬥的鐵與血之歌

Gene Ng_96
・2014/10/26 ・1615字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 499 ・六年級
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蘇上豪醫師的寫作功力,真的是令我佩服得五體投地。在出版了精彩的《開膛史》才短短一年多(請參見〈借刀醫人的開膛史〉),蘇上豪醫師不僅再出版了部令人廢寢忘食的小說《DNA的惡力》(請參見〈DNA的惡力之迷〉),還再接再厲出了一本更精彩的外科史《鐵與血之歌:一場場與死神搏鬥的醫學變革》。怎麼辦到的?心臟外科醫師是不必睡覺的嗎?還是他有一位不為人所知的雙胞胎兄弟?

《鐵與血之歌》不僅和《開膛史》一樣有許許多多精彩的故事,寫作功力也更上層樓,比《開膛史》更深入淺出了,也更多了些人文關懷。《鐵與血之歌》在深度和廣度也有很大的進步,蘇上豪醫師不僅探討各種外科手術或器材的由來,也討論了它們對當時社會的影響,以及社會對外科手術等等的觀感等等,內容不僅包含了不限外科的醫療問題,而且還有對歷史事件的影響,簡直就是科普文章的優良典範。

其內容之廣泛,除了近來時事常聽聞的葉太太,還有電刀、人工瓣膜,甚至探討了假死與巫毒藥、疫苗戰爭、毒品和種族歧視、維他命、正露丸、保險套、醫療圖騰、灌腸等等的有趣歷史。即使是專業的外科醫師,讀了《開膛史》《鐵與血之歌》,在轟趴時也多了許多話題來打嘴砲了吧。

《開膛史》也好,《鐵與血之歌》也好,裡面不僅是一篇篇文筆流暢、生動有趣的科普文章而已,更值得讚揚的,是蘇上豪醫師的好奇心,以及他對知識探尋的態度!醫學系原本就是第三類組首選,我當初沒選擇去唸醫科,被許多親朋戚友罵到狗血淋頭。可是,要毀掉一個人真正的興趣,就是強迫他只依分數而選科系啊,這搞得許許多多學生只是把大學所學當作混 口飯吃的工具,心中對知識一點也不屑。

這甚至導致許多大學生不僅上了大學就不再讀課外書了,等到畢業後在工作外更對知識不屑一顧。台灣在高等教育上的普及性,在世界上名列前茅,可是社會整體而言卻還有反智的氛圍,媒體更是利用這點大肆唯恐天下不亂,我想就是因為教育體制把許多受高等教育的人的對探求知識的興趣給摧毀了吧。

有醫師朋友告訴我,外科醫生承受的壓力極大,尤其是心臟外科醫師,可是無論壓力有多大,從蘇上豪醫師的好書中,都可以看出他真的是樂在工作中!他忙裡偷閒著考查各種外科史的趣事,並且還費心思地寫作一篇篇好文章和大家分享。搞了科普寫作十幾年,雖然和蘇上豪醫師相提不僅是小巫見大巫,還是班門弄斧,可是為了滿足好奇心而讀書,並且努力寫文章和大家分享,雖然看來有點傻呼呼的,可是箇中得到的樂趣和愉悅,卻是千金也不換的!

蘇上豪醫師的寫作熱情和功力,就算我們可能不及,可是燃燒自己旺盛的求知慾,為了滿足自己的好奇心,每天花一兩個小時讀讀書,看看維基百科的文章有多難呢?出了校園還繼續積極地求知才是最幸福的,因為不必再考試和趕報告了唄!求知,就只是為了滿足自己了啊!

書摘:

慈悲的殺戮 —《鐵與血之歌》

葉太太的由來 —《鐵與血之歌》

本文原刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 24 位粉絲
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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強核力與弱核力理論核心:非阿貝爾理論——《撞出上帝的粒子》
貓頭鷹出版社_96
・2023/01/28 ・1733字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

非阿貝爾理論

量子色動力學與弱核力理論有個更為奇特的性質,兩者都是「非阿貝爾理論」 (non-Abeliantheories)。非阿貝爾的意思是強核力與弱核力理論核心(參見【科學解釋 6】)的對稱群代數是不可交換的。簡單來說就是「A 乘 B」不等於「B 乘 A」。

一般人的常識會告訴你,如果隨便拿兩個數字 A 和 B,用 A 乘 B 的結果永遠會和用 B 乘 A 一樣,你用計算機怎麼試答案都不變。一個袋子裝三塊錢、兩個袋子總共是六塊錢;一個袋子裝兩塊錢,三個袋子總共還是六塊錢。

如果隨便拿兩個數字 A 和 B,用 A 乘 B 的結果永遠會和用 B 乘 A 一樣。圖/pixabay

這件事對數字永遠都成立,是千真萬確的事實。然而,我們有個很好的方法能定義出一套數學架構,其中的 AB 不等於 BA。實際上,數學家已經鑽研這個領域很多年了。

條條大路通數學

或許更驚人的是,物理學家竟然也在許多地方應用這套數學,因為某些和物理學相關的事物也是 AB 不等於 BA。矩陣就是我們表示這些東西的一種方式。現在我在倫敦大學學院為新生上的數學方法課就有介紹矩陣力學。以前我的學校制定了一套「新數學」的課綱,所以我在年僅十五歲的時候就多少認識一點矩陣了。

數學的一個矩陣是一群按照行列排列整齊的數字。把兩個矩陣 A 和 B 相乘,會得到另一個矩陣 C,方法是把對應的列和行上面的數字依序相乘。

這種矩陣聽起來可能不像某部電影裡面那掌控一切、創造虛擬實境的超級電腦一樣迷人,卻有用的多。這部電影的角色身穿黑色皮衣,還有出現著名的慢動作躲子彈鏡頭

慢動作躲子彈鏡頭。圖/giphy

我來舉個例子。

你可以用一個矩陣來描述你移動某個物體的結果。相乘的順序(AB 或 BA)在這個例子有明顯的區別。物體先在原地轉九十度再向前直直走十公尺,和先走十公尺再轉九十度,兩種移動方式最後的終點顯然不會相同。假設矩陣B代表旋轉,矩陣 A 代表直行,那麼合在一起的「旋轉後直行」就是矩陣(C = AB);這和「直行後旋轉」的矩陣(D = BA)必定不會相同。C 不等於 D,所以 AB 不等於 BA。要是 AB 和 BA 永遠相同,我們就沒辦法用矩陣來描述這類的移動過程了。正是因為矩陣的乘法不可交換―非阿貝爾,這個工具才會如此有用。

數學和真實世界密不可分

在狄拉克試圖要找出能描述高速電子的量子力學方程式時,矩陣被證實是他所需要的工具。實際上,電子有某項特性讓狄拉克不得不使用矩陣來表示它,這項特性與他描述電子自旋的語言同出一轍;所有原子的行為和元素周期表的規律,都與自旋有深刻的關聯。除此之外,這個性質也啟發狄拉克去預測有反物質的存在。

數學和真實世界之間似乎有緊密的關係,這讓我讚嘆不已。優秀的研究要能解決問題、也要能提出好的問題。而問題永遠比解答還要多,為了研究我們要付出許多的時間和金錢,因此大家得做出抉擇。數學是威力極大的工具,能幫助科學家檢查實驗數據、並從結果當中尋找最有趣的新實驗方向。就算有些方法和結論,好比矩陣及反物質,看起來可是相當古怪的。

秉持著這份精神,我要在繼續討論希格斯粒子搜索實驗之前,先繞個路來講微中子,最後這回要介紹的是一個很重要的真實結果。2012 年 3 月 7 日,中國的大亞灣核反應爐微中子實驗(DayaBay Reactor Neutrino Experiment)發表了最新的研究成果。

One of the Daya Bay detectors.圖/wikipedia

他們的實驗結果不但對標準模型影響重大,也會決定粒子物理學未來的研究走向。如果你只想要繼續讀希格斯粒子的故事,大可跳過這一段沒關係,下一節再見。但是微中子的粉絲可千萬別錯過精彩好戲了!

——本文摘自《撞出上帝的粒子:深入史上最大實驗現場》,2022 年 12 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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微擾理論:我們有沒有可能遮蔽了新的物理?——《撞出上帝的粒子》
貓頭鷹出版社_96
・2023/01/27 ・2632字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

對撞機能夠給出什麼答案?

物理學家想用大型強子對撞機來解答的重要問題,可以總結如下:在大型強子對撞機的能量級下,粒子物理的標準模型是否有效?「對撞機能量級」是個大大的躍進,因為其能量大小超越了電弱對稱破缺尺度;在這個尺度之上,兩種基本作用力相互統一,而 W 和 Z 玻色子、甚至所有其他基本粒子的質量,也許都是起源於此。

從空中鳥瞰大型強子對撞機的地理環境。圖/wikipedia

如果標準模型可以成功描述新能量範疇的現象,希格斯粒子應該就會存在,但看來不會有什麼其他的新發現;反之,如果標準模型失效,也許就沒有希格斯粒子了,不過背後一定會藏著稀奇古怪的事物。其實有個不易察覺的問題會左右這件事:我們究竟有多了解標準模型在此能量級下預測的現象?這並不容易回答。

一般而言我們並沒有能耐百分之百準確地解出標準模型。所有人都是用近似法。而絕大多數的近似方法之所以可行,是因為基本作用力的「耦合」,也就是強度,沒有很大。「耦合」就是在物理過程對應的費曼圖中,每個作用頂點帶有的值。(參見【科學解釋 8】)

微擾理論的應用

作用力的強度可以用一個數值來表示。如果說這個數值是 0.1,那麼兩個粒子交互作用的機率就會和 0.1 乘上 0.1,也就是 0.01 成正比。要是有三個粒子,機率就變成 0.1 的三次方,0.001,四個粒子的話就是 0.0001,如此這般。由此可知,如果耦合值很小,你就可以忽略比方說四個粒子以上的粒子交互作用―超過這個臨界值的項對於主要結果都只是極小的微擾罷了,因為前面至少會乘上 0.1 的五次方,也就是 0.00001。

可見更多粒子的反應項只會些微改變原本的結果而已。這就是「微擾理論」的例子,微擾理論廣泛運用於解決物理界和化學界中許多的問題。只要耦合值很小、也就是作用力很弱,這個理論就十分準確。

然而,這種近似法並不是永遠有效。微擾理論失效的地方大多涉及強核力、也就是量子色動力學。這就是為何大家要把這種作用力稱為強核力。我們不是故意要混淆視聽的,強核力的確和它的名字一樣難以應付。

舉例來說,在我們對撞質子,想一探其內部夸克及膠子的種類分布時,某些方面的資訊其實無法從先前所提的原則計算得到(參見 4.5 節)。除此之外,我們也無法算出夸克和膠子最後是如何結合成新的強子的。雖然大家手上有量子色動力學的限制條件,也有一些基本的能量守恆、及動量守恆定律,以及不少從其他地方得到的數據,卻無法用微擾理論。

由二個上夸克及一個下夸克所構成的質子。圖/wikipedia

原因在於強核力的耦合值非常接近一,不論幾次方都還是一。因此,不管你計算的對象是幾個粒子,得到的結果都不會收斂到某個可信的值。最終我們只好依據自己的經驗來猜測結果、或建立模型。而這樣的結論一直都有調整空間。

因此我們要嚴肅看待一個問題:大家在調整模型的時候,實際上可能會遮蔽了令人興奮的新物理。要避免這個問題,你得拿自己熟悉、以微擾理論計算的結果,連結上自己還不太明白、有調整空間的模型。我想像出一個比較毛骨悚然的情景來譬喻這件事――一具以精準預測架構的骨架,嵌在以最佳猜想組成的濕軟肉體內。

肉體的形狀可以改變。你可以重搥它的肚子,或捏它的臉頰(相對來說比較不痛);但是它有兩隻手兩隻腳,如果你打斷了某根骨頭,自己一定會知道。

用既有的知識探索未知

無論如何,大家利用電腦程式來把可塑的模型、與不易動搖的微擾理論整合在一起,而且絕大部分的工作都已經完成了;這種程式就是蒙地卡羅事件產生器(Monte Carlo event generator)。程式不但能編譯大部分我們擁有的粒子對撞現象的相關知識,同時也是個珍貴的工具,能協助物理學家設計新的實驗,並釐清既有的實驗對不同模擬數據會如何反應與解讀。「蒙地卡羅」這個名字有其典故,因為就和俄羅斯輪盤賭注一樣,這種事件產生器用上了很多隨機的數字。

這一切其實都牽涉到一點有趣的科學社會學。身為一位理論學家,有時你會因為投入某類蒙地卡羅事件產生器相關的研究而吃虧。你的一篇論文可能已經被引用了數千次,大家還是會說:「不過是電腦軟體罷了。」或是「這只是蒙地卡羅那類的玩意兒。」反之,要是你是發表一篇弦論的論文,又被引用這麼多次的話,你就能像個巨人般橫行全世界了。但說到底,弦論努力想預測的現象距離實證還是很遙遠,蒙地卡羅事件產生器卻可以實際解釋數據。

蒙地卡羅事件產生器雖然不是唯一的辦法,大致上仍是物理學家在理解標準模型的意義、與儘量試著利用模型精確預測現象時,所付出的一份心血。

粒子物理標準模型。圖/wikipedia

雖然和大型強子對撞機的學界相比,蒙地卡羅事件產生器的研究社群規模較小,但相對來說,這個領域的成員盡的心力甚至不會比大家建造對撞機的付出還要少。美國物理學會也許是考量到了這一點,將 2011 年的櫻井獎(J.J. Sakurai Prize)頒給在這個領域工作的三位理論學家,分別是韋伯(Bryan Webber)、阿塔瑞利(Guido Altarelli)、斯舍斯特蘭(Torbjörn Sjöstrand)。頒獎典禮的引言如下:

因為三位物理學家的洞見,我們得以縝密驗證粒子物理的標準模型,實現高能物理實驗的目標、並從中學習量子色動力學、電弱交互作用、與可能的新物理的確切知識。

我很開心他們獲獎,因為其中兩位是我很親近的朋友,也更是因為三人所寫的計算方法及程式對大型強子對撞機幾乎所有的研究都十分重要,像是確保大家不會在不知情的情況下遮蔽任何新的物理。當前,我們正在嘗試確認希格斯粒子搜尋實驗的不定變數大小,並縮減其數量;人人都在尋找關鍵的三標準差證據、甚至是五標準差的大發現。為了這個目標,許多人夜以繼日持續比對新的數據和蒙地卡羅事件產生器的結果。

——本文摘自《撞出上帝的粒子:深入史上最大實驗現場》,2022 年 12 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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精神個案系列:不可愛的兔子症候群
胡中行_96
・2023/01/26 ・1914字 ・閱讀時間約 3 分鐘

修長的雙耳、無辜的眼神、強勁的後肢、柔順的絨毛、蓬鬆的短尾,以及鼓起的腮幫子…他都沒有。但是止不住的口部運動,仍使他像極了嚼草的兔子。[1]他不可愛,應該說現在可愛不起來。這不全然基於中年大叔的外型,更因為那藥物副作用所帶來的無奈。

兔子進食示意圖。圖/Barry Hall on Flickr(CC BY-ND 2.0)

雙極性疾患

還是個 20 歲青春少年兄的時候,他有陣子心情緊張,睡眠需求銳減,出現視聽幻覺以及關係妄想(referential delusions)。[1]深信一些隨機遇上的事物,跟自己有特定關係。[2]當時的醫師診斷他處於雙極性疾患(舊稱「躁鬱症」;bipolar disorder)的躁期(manic episode)。從此他屢次住院,接受各式治療。二十年來,總共經歷 8 次躁期;與 2 次狀況相反,情緒低落的鬱期(depressive episodes),更在墜至谷底時試圖自殺。[1]

40 歲那年,他又陷入躁期:具攻擊性、亢奮少睡、躁動不寧、被害妄想,並且無法控制心中怒火。住進土耳其科尼亞研究暨訓練醫院(Konya Research and Training Hospital)前,他理應每日服用情緒穩定劑lamotrigine和valproic acid,以及抗精神病藥物risperidone。然而最末項,卻被他自行停藥。醫師決定保留前二者,再加上口服的抗精神病藥物aripiprazole,稍後又將其改為同成份的長效型肌肉注射。[1]

土耳其科尼亞市景。圖/Perencal on Wikimedia Commons(CC BY-SA 3.0)

Aripiprazole

Aripiprazole(阿立哌唑;商品名:Abilify、安立復)是第二代抗精神病藥物,主要用於思覺失調症(schizophrenia)與雙極性疾患;也能治療泛自閉症障礙(autistic spectrum disorder)、重度憂鬱症(major depressive disorder)以及妥瑞症(Tourette syndrome)。[3, 4]療效來自對多巴胺和血清素受器的作用,能降低精神科住院機率。比起第一代以及其他第二代的抗精神病藥物,aripiprazole比較不會在運動和代謝方面,造成副作用;[4]也不容易因為阻斷多巴胺受器,而導致肢體不受控制的錐體外症狀(extrapyramidal symptoms,簡稱EPS)。[4, 5]

在採用肌肉注射前,必須先口服同成份的藥物,建立耐受性(tolerability)。[4]確保病患於可容忍的副作用範圍內,安全地獲得療效。這對將來長期使用此藥的成功與否至關重要。[6]從口服轉換至注射的頭14天,仍得持續使用口服藥物。在施打第一劑aripiprazole後,約 5 至 7 日左右,藥物會達到最高血漿濃度。 [4]

兔子症候群

打完那劑aripiprazole的一個月後,男子的嘴巴不由自主,又開又閉,速度之快,猶如忙碌進食的兔子。[1]

兔子症候群(rabbit syndrome)首見於 1972 年,是一種罕見的錐體外症狀。[1, 7]通常是第一代抗精神病藥物所致;不過偶有第二代的案例出現。[1, 8]整體來說,影響約 1.5 至 4.4% 的抗精神病藥物使用者。[9]病患嘴巴的肌肉會以每秒 4 到 6 次,也就是平均 5 赫茲(Hz)的頻率,規律地垂直運動,神似兔子咀嚼。[1, 7, 9, 10]嘴唇開闔時,多少會發出「啵、啵」聲。[10]此症不涉及舌頭,[8, 10]亦不妨礙口語溝通,甚至在講話時會暫時消失。(請見下方影片。)[9]

非本案的兔子症候群病患,照著醫師指令動作和講話。影/參考資料9(CC BY 4.0)

治療雙極性疾患固然重要,也不能放任惱人的副作用不管。醫師逐漸減少男子 aripiprazole 的劑量,直到完全停用。[1]同時,開立對付動作障礙疾病的抗膽鹼藥物 biperiden,以及能鎮靜神經的苯二氮平類藥物 diazepam,讓他每日服用。[1, 11, 12]花了二個月的時間,兔子症候群的症狀才完全消失。

  

參考資料

  1. 11th International Congress on Psychopharmacology & 7th International Symposium on Child and Adolescent Psychopharmacology’. (2019) Psychiatry and Clinical Psychopharmacology, 29:sup1, 129-263.
  2. Startup M, Startup S. (2005) ‘On two kinds of delusion of reference’. Psychiatry Research, 15;137(1-2):87-92.
  3. Aripiprazole’. (15 JAN 2022) MedlinePlus.
  4. Gettu N, Saadabadi A. (21 MAY 2022) ‘Aripiprazole’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  5. D’Souza RS, Hooten WM. (01 AUG 2022) ‘Extrapyramidal Symptoms’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  6. Stanulović V, Hodolic M, Mitsikostas DD, et al. (2022) ‘Drug tolerability: How much ambiguity can be tolerated? A systematic review of the assessment of tolerability in clinical studies’. British Journal of Clinical Pharmacology, 88(2):551-565.
  7. Rissardo JP, Caprara ALF. (2020) ‘Cinnarizine- and flunarizine-associated movement disorder: a literature review’. The Egyptian Journal of Neurology, Psychiatry and Neurosurgery, 56, 61.
  8. Gundogmus I, Tekin S, Tasdelen Kul A, et al. (2022). ‘Amisulpride-induced late-onset rabbit syndrome: Case report and literature review’. European Psychiatry, 65(S1), S712-S712.
  9. Aniello MS, Altomare S, Difazio P, et al. (2021) ‘Functional Rabbit Syndrome: A Case Report’. Tremor and Other Hyperkinetic Movements, 11(1):56.
  10. Catena Dell’Osso M, Fagiolini A, Ducci F, et al. (2007) ‘Newer antipsychotics and the rabbit syndrome’. Clinical Practice and Epidemiology in Mental Health, 3, 6.
  11. U.S. National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases. (20 JUL 2017) ‘Biperiden’. LiverTox: Clinical and Research Information on Drug-Induced Liver Injury.
  12. Dhaliwal JS, Rosani A, Saadabadi A. (03 SEP 2022) ‘Diazepam’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
胡中行_96
81 篇文章 ・ 29 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。