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用App Inventor直接控制樂高EV3機器人

馥林文化_96
・2014/11/18 ・2549字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 534 ・七年級
相關標籤: App (14)

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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文/CAVEDU教育團隊

本期專題是教你如何根據樂高官方的文件來直接控制樂高EV3機器人。目前App Inventor中的LEGO MINDSTORMS元件區只支援NXT機器人,但是我們還是能自行編寫程式,做到直接控制的效果,機器人端則不用編寫程式。有接觸過App Inventor的師長朋友們,歡迎從App Inventor中文學習網下載原始碼回去,加入更多有趣的功能。

什麼是Direct Command?為什麼需要它?

Direct Command(註1)是樂高公司所提供的一種通訊格式。在機器人端不需要任何程式的情況下,只要建立通訊(USB、藍牙與 Wi-Fi)後對EV3主機發送位元陣列,就能達到諸多控制效果。因此不限於智慧型手機,只要是能夠與樂高機器人進行無線通訊(藍牙或Wi-Fi)的裝置,都能以此架構來通訊。不過請注意:NXT的無線通訊方式只有藍牙。

有了Direct command,只要與EV3藍牙配對,不需要任何程式就可以經由手機遙控機器人端,這樣的好處在於你不需要維護兩份程式碼。另外,手機端與機器人端的程式應該都是不同的程式語言,這樣也會增加開發上的難度。你可以使用將本程式的架構修改成姿態控制(orientation sensor)、觸碰點控制、語音控制等,讓你的機器人更豐富。根據樂高官方文件, 你可以使用Direct Command做到的重要功能有:

• 啟動/停止主機上指定檔名的程式。
• 控制馬達啟動、停止、轉向、電力與角度上限。
• 取得感測器值與狀態

開始玩機器人

本範例的機器人與2012年3月號的「按鈕控制」是一樣的,機器人不需使用任何感測器,只要用兩個馬達製作出雙輪機器人即可。本範例中是將馬達接在EV3主機的輸入端B與C。請確認EV3主機的藍牙已啟動,接著將EV3主機與Android手機進行藍牙配對(註2),完成之後就可以把機器人放到一邊了。啟動藍牙之後,你可以從EV3主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能:

STEP1 登入畫面:

首次進入程式的畫面如圖1a, 這時只有「連線」按鈕可以按,其他所有按鈕都無法操作。點選「EV3裝置/ 連線」按鈕後進入藍牙裝置清單(圖1b),請找到剛剛配對完成的EV3 主機名稱(本範例為abc),點選之後就會由Android裝置對EV3主機發起藍牙連線。順利連線成功的話,「連線」按鈕會變成不可按的狀態,其他按鈕則都可按(圖1c)。

page
圖1a 程式首次執行的畫面。 圖1b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。 圖1c 連線成功後的畫面。

STEP2 程式初始化:

在點選連線清單之前(ListPickerConnect的BeforePicking事件),需先將清單內容指定為Android裝置上的藍牙配對清單(圖2a),其中connected這個布林變數是用來指示現在手機是否已和機器人成功連線。點選之後,會先測試連線是否成功,成功則將「連線」設為不可點選,「斷線」等按鈕設為可點選(圖2b)。

圖3a
圖2a 指定藍牙配對裝置清單。
圖3b
圖2b 連線成功後啟動相關元件。

STEP3 直接控制副程式start與stop:

直接控制的奧妙之處在於直接對EV3發送位元陣列,只要按照樂高官方文件(註1)的說明,以正確的格式來發送資料即可。以start副程式來說,它可接受兩個參數:port/speed。你可以看到每次呼叫它時,都會初始化一個名為data的空清單,以本範例來說,每一個清單元素代表一個位元組長度的內容,格式為:(13, 0, 0, 0, 128, 0, 0, 165, 0,port,129,speed , 166 ,0,port),如圖3a。這當然需要你去查找官方文件中各個欄位所代表的意義。在此我們是將port與speed用變數來控制,透過speed變數就可以控制馬達的轉速與方向。最後透過BluetoothClient元件,將整個data清單經由藍牙發送給EV3機器人即可。

到了stop副程式,資料格式當然也有所改變。我們還用一個if判斷式去檢查stop參數是否為true,如果是則在data清單最後加入1,反之則加入0。這樣發送出去之後就能控制機器人是否要停止動作(圖3b)。藉由這樣的架構,當你要改用姿態控制、觸碰點控制、語音控制時,整體架構是不變的,差別只在於如何修改speed變數值而已。

圖4a
圖3a start 副程式
圖4b
圖3b stop 副程式。

STEP4 前進按鈕:

畫面上的各個按鈕,原則上差異只在於馬達是否轉動與轉動速度。以前進按鈕來說,點選之後會先檢查conntected變數是否為true,代表已連線。滿足條件的話就呼叫stop副程式,並傳入(3, false)這組參數,代表機器人不停止。接著呼叫start副程式並傳入(3, Slider.ThumbPosition)這組參數,代表根據滑桿位置來決定機器人速度,滑桿位置愈右邊機器人就跑愈快,如圖4a。

如果是後退的話,只要把滑桿位置值乘上-1就可以讓馬達反向轉動,這樣機器人就得以後退(圖4b)。

圖5a
圖4a 前進按鈕。
圖5b
圖4b 後退按鈕。

STEP5 左轉與右轉按鈕:

左轉與右轉按鈕也是相同的概念,你可以拉動滑桿來決定機器人的轉彎速度。請注意左轉與右轉所傳入的port參數值是不同的,這樣可以控制要轉動機器人左側(2)或右側(1)的馬達,以達到轉彎的效果(圖5)。

圖6
圖5 左轉與右轉按鈕。

STEP6 停止按鈕:

按下停止按鈕,就會呼叫stop副程式並傳入(3, true)這組參數,代表停止機器人動作,如圖6。

圖7
圖6 停止按鈕。

STEP7 斷線:

按下「斷線」按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使畫面上的各個元件恢復到程式一開始時的狀態(圖7)。

圖8
圖7 按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

操作

實際執行的時候,請先確認EV3已經開機且藍牙也啟動了。接著在你的Android裝置上點選畫面中的「EV3裝置/連線」按鈕,會進到如圖1b的藍牙清單畫面,點選你所要的EV3主機名稱並連線成功後,即可按鈕控制機器人。在App Inventor官方推出EV3的元件之前,你也可以用這樣的方法來直接控制樂高EV3機器人喔!

註:

本程式已上架Google play,請到Google Play搜尋「CAVEDU教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app 了。歡迎大家到App Inventor 中文學習網的檔案庫下載本程式的aia原始檔與apk安裝檔。

註1: 樂高EV3直接控制指令的相關文件請參閱此網頁
註2: 想學如何開發App Inventor程式嗎? 請到AppInventor 中文學習網與我們一同學習。
註3: 與EV3連線後如果出現「Error 402」之錯誤訊息請不必理會,程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2014/11月號

文章難易度
馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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數據塑造生活與社會,讓人既放心但又不安?——《 AI 世代與我們的未來》
聯經出版_96
・2022/12/28 ・2760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。

數位世界已經改變了我們日常生活的體驗,一個人從早到晚都會接受到大量數據,受益於大量數據,也貢獻大量數據。這些數據龐大的程度,和消化資訊的方式已經太過繁多,人類心智根本無法處理。

與數位科技建立夥伴關係

所以人會本能地或潛意識地倚賴軟體來處理、組織、篩選出必要或有用的資訊,也就是根據用戶過去的偏好或目前的流行,來挑選要瀏覽的新項目、要看的電影、要播放的音樂。自動策劃的體驗很輕鬆容易,又能讓人滿足,人們只會在沒有自動化服務,例如閱讀別人臉書塗鴉牆上的貼文,或是用別人的網飛帳號看電影時,才會注意到這服務的存在。

有人工智慧協助的網路平臺加速整合,並加深了個人與數位科技間的連結。人工智慧經過設計和訓練,能直覺地解決人類的問題、掌握人類的目標,原本只有人類心智才能管理的各種選擇,現在能由網路平臺來引導、詮釋和記錄(儘管效率比較差)。

日常生活中很少察覺到對自動策劃的依賴。圖/Pexels

網路平臺收集資訊和體驗來完成這些任務,任何一個人的大腦在壽命期限內都不可能容納如此大量的資訊和體驗,所以網路平臺能產出看起來非常恰當的答案和建議。例如,採購員不管再怎麼投入工作,在挑選冬季長靴的時候,也不可能從全國成千上萬的類似商品、近期天氣預測、季節因素、回顧過去的搜尋記錄、調查物流模式之後,才決定最佳的採購項目,但人工智慧可以完整評估上述所有因素。

因此,由人工智慧驅動的網路平臺經常和我們每個人互動,但我們在歷史上從未和其他產品、服務或機器這樣互動過。當我們個人在和人工智慧互動的時候,人工智慧會適應個人用戶的偏好(網際網路瀏覽記錄、搜尋記錄、旅遊史、收入水準、社交連結),開始形成一種隱形的夥伴關係。

個人用戶逐漸依賴這樣的平臺來完成一串功能,但這些功能過去可能由郵政、百貨公司,或是接待禮賓、懺悔自白的人和朋友,或是企業、政府或其他人類一起來完成。

網路平臺和用戶之間是既親密又遠距的聯繫。圖/Envato Elements

個人、網路平臺和平臺用戶之間的關係,是一種親密關係與遠距聯繫的新穎組合。人工智慧網路平臺審查大量的用戶數據,其中大部分是個人數據(如位置、聯絡資訊、朋友圈、同事圈、金融與健康資訊);網路會把人工智慧當成嚮導,或讓人工智慧來安排個人化體驗。

人工智慧如此精準、正確,是因為人工智慧有能力可以根據數億段類似的關係,以及上兆次空間(用戶群的地理範圍)與時間(集合了過去的使用)的互動來回顧和反應。網路平臺用戶與人工智慧形成了緊密的互動,並互相學習。

網路平臺的人工智慧使用邏輯,在很多方面對人類來說都難以理解。例如,運用人工智慧的網路平臺在評估圖片、貼文或搜尋時,人類可能無法明確地理解人工智慧會在特定情境下如何運作。谷歌的工程師知道他們的搜尋功能若有人工智慧,就會有清楚的搜尋結果;若沒有人工智慧,搜尋結果就不會那麼清楚,但工程師沒辦法解釋為什麼某些結果的排序比較高。

要評鑑人工智慧的優劣,看的是結果實用不實用,不是看過程。這代表我們的輕重緩急已經和早期不一樣了,以前每個機械的步驟或思考的過程都會由人類來體驗(想法、對話、管理流程),或讓人類可以暫停、檢查、重複。

人工智慧陪伴現代人的生活

例如,在許多工業化地區,旅行的過程已經不需要「找方向」了。以前這過程需要人力,要先打電話給我們要拜訪的對象,查看紙本地圖,然後常常在加油站或便利商店停下來,確認我們的方向對不對。現在,透過手機應用程式,旅行的過程可以更有效率。

透過導航,為旅途帶來不少便利。圖/Pexels

這些應用程式不但可以根據他們「所知」的交通記錄來評估可能的路線與每條路線所花費的時間,還可以考量到當天的交通事故、可能造成延誤的特殊狀況(駕駛過程中的延誤)和其他跡象(其他用戶的搜尋),來避免和別人走同一條路。

從看地圖到線上導航,這轉變如此方便,很少人會停下來想想這種變化有多大的革命性意義,又會帶來什麼後果。個人用戶、社會與網路平臺和營運商建立了新關係,並信任網路平臺與演算法可以產生準確的結果,獲得了便利,成為數據集的一部分,而這數據集又在持續進化(至少會在大家使用應用程式的時候追蹤個人的位置)。

在某種意義上,使用這種服務的人並不是獨自駕駛,而是系統的一部分。在系統內,人類和機器智慧一起協作,引導一群人透過各自的路線聚集在一起。

持續陪伴型的人工智慧會愈來愈普及,醫療保健、物流、零售、金融、通訊、媒體、運輸和娛樂等產業持續發展,我們的日常生活體驗透過網路平臺一直在變化。

網路平台協助我們完成各種事項。圖/Pexels

當用戶找人工智慧網路平臺來協助他們完成任務的時候,因為網路平臺可以收集、提煉資訊,所以用戶得到了益處,上個世代完全沒有這種經驗。這種平臺追求新穎模式的規模、力量、功能,讓個人用戶獲得前所未有的便利和能力;同時,這些用戶進入一種前所未有的人機對話中。

運用人工智慧的網路平臺有能力可以用我們無法清楚理解,甚至無法明確定義或表示的方式來形塑人類的活動,這裡有一個很重要的問題:這種人工智慧的目標功能是什麼?由誰設計?在哪些監管參數範圍裡?

類似問題的答案會繼續塑造未來的生活與未來的社會:誰在操作?誰在定義這些流程的限制?這些人對於社會規範和制度會有什麼影響?有人可以存取人工智慧的感知嗎?有的話,這人是誰?

如果沒有人類可以完全理解或查看數據,或檢視每個步驟,也就是說假設人類的角色只負責設計、監控和設定人工智慧的參數,那麼對人工智慧的限制應該要讓我們放心?還是讓我們不安?還是既放心又不安?

——本文摘自《 AI 世代與我們的未來:人工智慧如何改變生活,甚至是世界?》,2022 年 12 月,聯經出版公司,未經同意請勿轉載。

聯經出版_96
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聯經出版公司創立於1974年5月4日,是一個綜合性的出版公司,為聯合報系關係企業之一。 三十多年來已經累積了近六千餘種圖書, 範圍包括人文、社會科學、科技以及小說、藝術、傳記、商業、工具書、保健、旅遊、兒童讀物等。

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要穿越只需打開一個APP:《歷史地圖散步》帶你走進百年老照片現場
研之有物│中央研究院_96
・2019/08/28 ・4641字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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

採訪編輯|王怡蓁、美術編輯|張語辰

《歷史地圖散步》團隊專訪

「很多讀者拿到書和 APP 的第一步,會先找自己家在哪裡,然後發現自己的家一百年前可能是墓仔埔、或在河道裡面。」中研院的「歷史地圖散步」系列製作團隊,結合耐人尋味的老照片、臺灣百年歷史地圖、與現今的 Google 地圖街景,將整個城市變成故事展覽館。

做這個專案的職業病是,古今地名混用。有時候會在電話中跟別人說:「我下禮拜要去榮町…」

《臺北歷史地圖散步》專案企劃黃冠華,打趣地說。榮町在哪?其實是日治時期臺北最繁榮的區域,古時又稱「臺北銀座」,範圍在現今臺北車站附近的衡陽路、博愛路、寶慶路一帶。

臺北館前路、衡陽路的老照片、與現今 Google 地圖街景對照。
圖片來源│臺北歷史地圖 APP

而場景來到臺中,可看見《臺中歷史地圖散步》主編賴萱珮奔波的身影。「我請家人開車載我到各個老照片地點,搶在不會逆光的時間,拍下一張張當今地景對照、收入書中。」

有了古今照片之後,就換編輯賴國峰等成員大顯身手,將老照片美美地套入 Google 地圖定位。「但有時候 Google 街景就是會跑掉…」這個 bug 成為團隊的頭痛來源。

要怎麼知道這張老照片的地點是在現今 Google 地圖哪個位址呢?有賴中研院人社中心地理資訊科學研究專題中心執行「地圖與遙測影像數位典藏計畫」,累積了各城市大量不同時期的地圖,研究副技師廖泫銘說明。

這群團隊為什麼要那麼大工程,製作「歷史地圖散步」系列圖書與 APP 呢?

地圖尬故事,迸出新滋味

地圖只是媒介,APP 也只是載體,為的是讓這些故事從檔案館走到你身邊。

廖泫銘笑著說:「許多人看不懂地圖,但是搭配手機的 GPS ,手機會告訴使用者你在哪裡、該怎麼走,眼前這個地景曾經發生什麼事。」

「歷史地圖散步」系列的元素分為兩部份:第一部份為中研院數位典藏的臺灣百年歷史地圖,第二部份才是延伸地圖史料、加上故事,做成「歷史地圖散步」系列 APP 與圖書。中研院人社中心的地理資訊科學研究專題中心,在臺灣百年歷史地圖的數位化過程,就花費了十多年功夫。

廖泫銘透露,地理資訊科學研究專題中心典藏了 40 萬餘張歷史地圖。「歷史地圖散步」系列收錄的地圖數量,只是冰山一角,但就已經有說不完的故事。
攝影│張語辰

中研院收藏的歷史地圖,可在地圖數位典藏整合查詢系統供大眾瀏覽,繪製時間從 19 世紀末到現在,地理版圖橫跨東亞,其中以中國大陸及臺灣數量最為豐富。

更難得的是,這 40 萬餘張地圖都是現代化的測繪地圖,用於軍事、工程、地籍等紀錄,有經緯度、講究精準,因此可與現今的 Google 地圖進行古今套疊,了解該區域不同時期的樣貌,不同於傳統類似山水畫、非科學性的古代輿圖。

臺灣百年歷史地圖,包含臺北、臺中、臺南、高雄、基隆、淡水、新北、彰化、嘉義、花蓮、桃園等地的現代化測繪古地圖。
圖片來源│臺灣百年歷史地圖網站

黃冠華表示,他們觀察到許多古地圖與老照片,這兩者的共通點是「地理位置」,因此想把它們結合起來,開發成生活中會使用到的手機 APP,進入大家的生活中,例如國外有 Historypin 網站,透過老照片連結社群和當地歷史 。

這一張張的老照片、地圖就像食材一樣,把它們炒在一起,成為一道道香噴噴的料理。

但團隊在「炒菜」過程發現,若老照片和地圖缺乏解說,使用者會無法理解背後的故事,因此有了出版《臺北歷史地圖散步》、《臺中歷史地圖散步》系列書籍的構想,像是「導覽手冊」,為讀者導覽 APP 裡古今地圖的故事脈絡。

《臺中歷史地圖散步》封面暗藏玄機,翻開書衣會看見女學生穿越回到日治時期的臺中,凸顯古今地圖對照的特色。
圖片來源│中研院數位文化中心

從臺北到臺中的變化

從 2016 年 9 月初《臺北歷史地圖散步》出版,到 2018 年 1 月初發行的《臺中歷史地圖散步》,時間相隔了一年多。

黃冠華表示,兩本書的明顯差異在於文字量變少。他手指掐著《臺北歷史地圖散步》的書背笑說:「我們原本只想做這本三分之一 的厚度,殊不知每位作者提供的文字量都超出預期地豐富!」

至於書籍內容是如何規劃,賴萱珮說明,團隊是先企劃主題,設定方向後再與作者談合作,明確告知撰稿角度為歷史普及,並希望在 2,500 字內完成。「有些長期學術寫作的老師甚至會擔心:從來沒有寫過這麼短的稿子!會不會被覺得不專業……」

《臺北歷史地圖散步》的主題從食衣住行著手,並加入重大事件;而《臺中歷史地圖散步》除了排除與臺北相似的主題,團隊也投入更多臺中在地的歷史研究。

相對於發展歷史悠久的臺北、臺南,臺中較缺乏老照片、古地圖等素材,因為臺中是日治時期依都市計畫建立的現代化城市,發展並不是很久。因而《臺中歷史地圖散步》多將焦點放在戰後時期,戰後的故事比例與《臺北歷史地圖散步》相較起來高出許多,例如美軍基地、特種行業等等。

上方為 1970 年代臺中市街觀光圖,可看到當時美軍常去的酒吧。下方為今日地圖對照。
圖片來源│《臺中歷史地圖散步》

賴國峰補充,臺中歷史地圖 APP 中,約有一半的老照片為戰後時期,但臺南歷史地圖 APP 就有較多戰前的照片,且年代可追溯更早以前。廖泫銘也說明,如果城市發展沒有太大變化,當時的出版社或政府就不需要重新繪製地圖,因此古地圖的張數也反映了城市變化的速度。

在製作《臺中歷史地圖散步》書籍的酒家主題時,團隊意外取得許多「酒家」的照片,其中余立先生提供了他父親余如季當時所攝的許多老照片,意外尋出一條當年父親拜訪拍攝過的酒家路線……

1963 年開業、當年叱吒臺中的白雪大舞廳,至今仍在營業中。
圖片來源│《臺中歷史地圖散步》 原始出處│昔:余如季攝影、余立提供;今:李品寬攝影

團隊蒐集史料的過程也會發現「群聚經濟」的現象,例如某一條街都是百貨、某一區域都是公家單位。「像臺中的中區就很可惜,在 1990 年代商圈移轉後便沒落了,製作書籍的過程也會覺得有點感慨~」賴萱珮回憶起這些地方往日的輝煌。

雖然臺南歷史地圖 APP 已發行,但目前書籍尚未誕生。聽到「臺南」這個地名,團隊直呼:「戒慎恐懼!研究臺南歷史的神人太多了,光是糕餅、蜜餞,可能就有人寫過一本書。」團隊尚在苦惱蒐集選題,準備齊全後,再前進臺南歷史界這個高手齊聚的武林。

缺素材、授權不易、Google 街景難掌控

問及製作過程遇到的考驗,團隊的心路歷程,宛若淘淘江水。
攝影│張語辰

賴國峰說,《臺北歷史地圖散步》原本想將南機場的老照片與故事放進書中,但因素材不足而放棄。賴萱珮也分享她的遺珠之憾:身為臺中人的她,認為豐原區的糕餅業值得書寫,但蒐集資料過程發現,能找到的老照片很少。另外,臺中舊市區(今自由路一帶)的百貨業也十分值得一提,在盛況時期多達十幾間百貨,然而百貨業是私人產業,資料難以尋得,如今也已沒落,在缺乏老照片、研究文獻的困難下只好放棄這個題材。

除了缺乏素材,臺灣公部門資料的授權狀況更是大難題。

「歷史地圖散步」團隊在談素材授權時,會經由兩種途徑:一為私人,另一個是公部門。私人授權會有既定的價錢與流程,處理起來較快速;但公部門的文獻、圖片等資料,散落在不同的博物館與研究機構,除了公文跑流程十分緩慢,廖泫銘也提到,甚至有一個尷尬的狀況是,有些圖或照片根本找不到最原始的版權擁有者。

賴國峰以「歷史地圖散步」團隊與日本合作取材的經驗建議,日本機構會定期檢視所有物的版權,而超過百年的書籍便有機會開放版權給大眾使用,這才讓檔案重新有了靈魂,而不只是冷冰冰地躺在資料櫃。例如,團隊向日本國會圖書館申請許多臺灣日治時期的照片素材,無需到日本,只要透過線上申請即可。

製作「歷史地圖散步」 系列 APP 也有一些困境待解決,由於 APP 使用 Google 街景作為背景,讓古地圖與老照片在上面套疊,以便讀者理解古今的對照。然而,賴國峰冒汗說,Google 街景定位不是每公尺都拍攝,導致有些老照片無法精準地放於現今的建物上。另外,Google 街景版本的改變、更新的速度、還有手機版型的差異,都會導致 APP 的體驗品質有所落差。

現在的臺中歷史地圖 APP 是先放入 150 張老照片地點,賴國峰提到,未來還可以持續加入新的素材,就像 Pokémon GO 遊戲更新,一直把新的怪獸放進地圖中,讓「歷史地圖散步」系列 APP 持續充滿生命力。

但通常使用者打開「歷史地圖散步」系列 APP ,第一件做的事情是什麼?

尋找一百年前自己的家

很多讀者拿到書和 APP 的第一步,會先找自己家在哪裡,然後發現自己的家一百年前可能是墓仔埔、或在河道裡面。

黃冠華提到,由於下載「歷史地圖散步」系列 APP 不需要付費,有些社區大學導覽課程的老師會請學生下載 APP 來進行教學。賴國峰也補充,過往在書展展示的經驗,有些長輩下載了 APP 後很開心,因為裡面的老照片、歷史地圖,都是他們的回憶。

談到書的銷量,團隊謙虛地表示,《臺北歷史地圖散步》進入第四刷,應該算是賣得不錯。由於「歷史地圖散步」系列的前置工程浩大,目的不可能是獲利,獲利僅是達到「推廣歷史故事」這個目標的方式。

我們的目標是推動文史工作,讓產業界看見圖文書發展的可能性。

由於東販出版的書籍多為漫畫、輕小說,在刻板印象中,東販這類書籍不太出現在中研院的學術館藏中,而《歷史地圖散步》系列書籍是中研院與東販出版的開創性合作。借助東販的出版專業,經營中研院不擅長的鋪貨銷售,讓中研院的地圖典藏、文史檔案,得以透過圖文書的形式,現身在全臺書店及線上販售,這是公部門在推廣與營銷上的改變。

「算是走出象牙塔,做出更接地氣的嘗試,」團隊說明,「我們將歷史洪流中典藏在檔案館、博物館、圖書館的圖像資料,放回現代人的生活中,並且標上時間、空間(GPS 位置)與故事,讓整個城市都是歷史文化的展覽館!」

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為一百年前你家的模樣?臺北、臺中歷史地圖散步,泛科學為宣傳推廣執行單位

研之有物│中央研究院_96
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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

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是什麼導致阿茲海默症?和遺傳有關嗎?——《當大腦開始崩壞》
八旗文化_96
・2019/04/25 ・3581字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

阿茲海默症可能來自遺傳嗎?

這個激進的想法,在一九八一年十月明尼蘇達州的倫納德.赫斯頓(Leonard Heston)醫師刊登一些令人震驚的觀察後,開始引起人們的注意。

圖/wikipedia

他使用明尼蘇達州立醫院超過兩千具屍體解剖取得的大腦樣本,發現中年或「 早發型」阿茲海默症患者的親屬,在他們到了中年時也很可能患上此病。即使那些自認對遺傳學一無所知的人,也知道這具有遺傳上的意義;確實,赫斯頓並非第一位提出這項連結的人。一九五○年代,瑞典和瑞士醫師在查看具有失智症病史的家族就醫紀錄時,即發現了這個趨勢。但在那時,基因只被視為是提供人類生物學基本層面的實體,像是身高、體型與眼睛顏色,他們萬萬沒想到這會與錯綜複雜、變幻莫測的大腦有多少(如果有的話)關係。不論何種情況,那時基因仍是無法取得的分子,因此醫師們對此疾病的化學基礎更感興趣。

但是到了一九八○年代,DNA 雙螺旋來了又走,基因定序技術正順利進行。美國國家老齡研究所分子病理學家喬治.格倫納(George Glenner),決定好好利用赫斯頓的研究結果。

β 類澱粉蛋白是什麼?

格倫納外表看起來安靜保守、正式又疏離,帶有一頭波浪的銀色頭髮以及謙遜的凝視。當他在一九八三年開始研究阿茲海默症時,對大腦的瞭解並不多。許多神經科學家都視他為局外人。他於約翰霍普金斯大學接受訓練後,很快就對此疾病如何在細胞層面上發展十分著迷,因此選擇專攻病理學。格倫納對於類澱粉蛋白特別感到疑惑──他稱它為「 一個討人厭的物質」──並很快就不顧一切地想弄清楚它到底是什麼。

圖/tandfonline

格倫納的使命感展現了鎖定蛋白斑乃是醫學界最佳機會的典型想法。沒有人真的確定是否它們造成疾病,或者它們是在神經元開始死亡之前或之後形成。也沒人知道它們比神經元內部的纖維纏結更該受到譴責或更無辜。然而,它們的存在需要答案:

證明它們不重要已變得跟證明它們很重要一樣迫切。

格倫納進入裝滿捐贈者大腦的冷凍室(最初的阿茲海默症「 大腦銀行」之一)著手開始工作,他機械化地切片並清理每一份樣本,連根拔起血管,挑撿出連結的組織,以化學方式壓碎所有剩餘物直到只剩下類澱粉蛋白為止。一年之後他終於萃取出形成蛋白斑核心的蛋白質,並稱它為 β 類澱粉蛋白,一個在日後三十年流傳於神經科學家之間的名詞。

格倫納接著又完成一項重大突破。在赫斯頓的研究中,注意到許多阿茲海默症病患的親屬家族中發生唐氏症的機率很高。此外,醫生們也發現:

幾乎每個患有唐氏症的人年屆中年時,皆死於與阿茲海默症驚人相似的失智症。

這些狀況明顯有某種連結,但那是什麼?

解碼 β 類澱粉蛋白和失智的關聯性

唐氏症乃是在第二十一對染色體上出現不正常額外複製的基因狀況,當格倫納開始檢查唐氏症病患的類澱粉蛋白時,他意識到其組成與阿茲海默症病患腦中發現的蛋白質是同樣的。這表示存在著某種完全未預料到的狀況。或許對某些人來說,身上即存在阿茲海默症的基因——而它就潛伏在第二十一號染色體的某處。

因此,當格倫納的結果一發表,科學家們便開始收集顯現了繼承阿茲海默症跡象的家族 DNA 樣本,並稱之為「 家族性」阿茲海默症。其中一個樣本來自一個龐大的英國裔加拿大家族,他們的祖先於一八三七年移民至加拿大;僅僅十八代便出現高達五十四例阿茲海默症案例。另有一個德國家庭六代中有二十個病例。一個俄羅斯家庭在六代中顯示出二十三個病例。一個義大利大家族,其家族成員廣布法國與美國,在八代中有四十八個病例。

比較正常(左)和阿茲海默症(右)患者的腦部。圖/wikipedia

家族性阿茲海默症看起來與更普遍的非遺傳性版本完全相同;唯一值得注意的差異在於發作的年齡:

其症狀更早顯現,通常在五十幾歲、四十幾歲或甚至三十多歲末期。

家族性阿茲海默症之所以為革命性的發現,不只因為它證明阿茲海默症可能來自遺傳,還因為其基因起源對占多數的晚發型病症的顯現上,為科學家提供了一個真實的線索。科學家利用基因作為出發點,便能調查與它互動的其他分子,因而能開始拼湊出生化因果關係網。這就類似偵探在畫板上釘了一張黑手黨照片,用來對照出整個犯罪集團一樣。

到了一九八六年,接續格倫納的發現,數個美國團隊成功地解碼 β 類澱粉蛋白的 DNA 序列。他們將此基因命名為 APP(前類澱粉蛋白質,取自 amyloid precursor protein 的縮寫)。這讓科學家偵探們有了頭號嫌犯。但只有 APP 仍不足夠,他們需要查出它是否是從正常狀態被永久改變,才知道是否該將此基因定罪。要這麼做,他們需要找出突變。

和遺傳有關的家族性阿茲海默症

黑髮高挑、有著麻雀般面容以及細長眼睛帶著探究神情的卡蘿.詹寧斯,是位一眼便能看出問題的認真女性。她的父親沃爾特出身於勞動階級新教徒家庭,是十五名子女當中的長子。這位在戰時於海軍服役的送乳員,是個以勤奮工作來照顧其掌上明珠卡蘿的一絲不苟男人。他以健談、活潑性情以及管理家庭財務的細膩方式著稱,他經常會寫下事情,並從諾丁漢合作社追討每月帳款。

圖/pixabay

然而到了他五十八歲生日時,沃爾特變成「 不一樣的人」——安靜、不與人打交道,並很奇怪地無法整理他的帳本。有時候他似乎對最例行的任務也顯得迷迷糊糊:購物時常會拿起錯誤物品,然後放入別人的推車裡。家人帶他去看醫生後,被告知他得了失智症,很可能是阿茲海默症。至於成因或他不甚恰當的年紀,則沒有多加說明。

但沃爾特並不是唯一的一位:四位比他更年輕的弟弟妹妹在接近六十歲時,也開始出現一些症狀。諷刺的是,因為家族中有許多人這麼早就罹患了阿茲海默症,他們有許多人反而覺得這相當正常。但卡蘿不這麼想,她的信件不久後送達聖瑪麗醫院。在那裡,正於實驗室中工作的是二十八歲的分子遺傳學家艾莉森.高特(Alison Goate)。

圖/eurekalert

高特是搜尋阿茲海默症突變的龐大團隊之一員。「 每個人都知道存在一些帶有遺傳性阿茲海默症的家族,」她以抑揚頓挫的腔調,從紐約透過電話告訴我。她現在就職於那裡的西奈山阿茲海默症研究中心(Mount Sinai Alzheimer’s Research Center)。「 但這些家族十分稀少,所以當時人們無法真正談論阿茲海默症的基因。」

卡蘿的故事振奮了他們,聖瑪麗醫院立即回應他們想知道更多,並且會安排醫生詢問問題並收集血液樣本。因此卡蘿連絡整個家族,要求他們全到她家提供樣本並告訴醫生所有知道的事。「 卡蘿讓我印象深刻,」高特說。「 她說服家族成員參與的方式,就像個啦啦隊隊長。」那麼多的姑姑與叔叔,還有表親、姪子姪女們,真的塞滿了整個房子。

尋找導致失智的突變 DNA 片段

場景回到倫敦,對基因突變的追捕已然展開。而這有賴於利用遺傳學的關鍵原則:染色體上彼此靠在一起的基因有一起繼承的傾向——即具有基因連結。這表示,如果在帶有失智症病史的家族中總可以看到某些 DNA 片段,我們便可推斷在那一區域的 DNA 某處藏有突變。如果這俗稱的 DNA 搜尋引擎發揮效用,將可迎向個人化的醫學新時代。針對某項遺傳缺陷的治療方式,將有可能修好問題的根本成因,徹底戰勝塔克寧這類藥物。「 乙醯膽鹼藥物之所以被核准,是因為沒有別的藥物,」高特說。「 對某些人來說,有總比沒有好,但它們只是治療症狀而非病因。而你的基因傾向,可以建議你該服用哪種藥物。」

雖然 DNA 只是由四組重複化學群組構成的簡單分子,但要找到其中的拼字錯誤也並不簡單。圖/wikimedia

即使如此,找出突變並不容易。雖然 DNA 只是由四組重複化學群組構成的簡單分子──腺嘌呤(Adenine,簡稱 A)、胸腺嘧啶(Thymine,簡稱 T)、胞嘧啶(Cytosine,簡稱 C)以及鳥糞嘌呤(Guanine,簡稱 G)──其編碼相當於人類三十億個字母長。若寫出來,將等同於兩百本一千頁的書冊,一個打字員若每天工作八小時,則需要半個世紀才能完成。如何寄望誰可以找出其中的拼字錯誤?幸好,與唐氏症的連結以及 APP 基因位於何處,讓高特有一個好的出發點:第二十一對染色體。

僅僅四年後,在一九九一年二月,高特便發現了突變之處。它是 DNA 編碼的單一字母──原本應該是 C 卻成了 T。三十億的字母只需一個突變便足以瓦解卡蘿的家人。如果有任何領域可讓身處於混沌未明世界的我們真心感激的,肯定是遺傳學。

 

 

 

 

 

——本文摘自《當大腦開始崩壞:科學 X 人性 X 歷史,人類對阿茲海默症的奮戰》,2018 年 6 月,八旗文化

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