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除了沖冷水,交叉手指也能減緩疼痛感!

mvpisi3
・2015/04/08 ・1029字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 427 ・四年級

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Credit- © lisa_L : Fotolia
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心不在焉的你拿起身旁的水杯,忘了剛剛才去盛滿接近沸騰的熱水,瞬間手指頭像是被一萬根細針給猛刺,接著一陣腫脹的灼燒感讓你生不如死,即使沖冷水做了處理,這疼痛感卻依然像個鬼魂糾纏著……

今年(2015)三月發表於《當代生物學》(Current Biology)的一項研究,英國倫敦大學卡莫(Marjolein Kammers)教授與研究團隊,利用能製造出灼燒疼痛感的溫烤架錯覺(thermal grill illusion),發現我們手指所擺的位置會影響疼痛感知的程度。

溫烤架錯覺(thermal grill illusion)在1896年由瑞典醫生Torsten Thunberg初次提出,透由將食指與無名指放在約40度的溫水,中指放在約20度的冷水,三指呈現出於溫-冷-溫狀態;中指竟然會出現燒灼的錯覺,即使它明明就浸泡在20度的冷水中。

目前這種技術被用於疼痛相關研究,因為它能夠製造出痛感卻不會真的傷害到身體組織。錯覺的產生是腦中負責溫、冷及痛覺三條神經的交互作用所引起,大腦中食指及無名指所感到的溫熱感,會阻擋因中指冷冰感所引起的反應。

其中一位共同作者費雷博士(Dr. Elisa Ferrè)進一步說明:「冰冷感通常會抑制疼痛,所以只要我們讓冰冷感無法被輸入,就能使得疼痛增加,就好比負負得正的概念。」在實驗中發現,手指呈現的位置不同所感知的疼痛也會有差(見下圖)。當手指呈現溫-冷-溫時會有燒灼疼痛感,不過只要將冷刺激的位置向外移讓食指與中指交叉,呈現出冷-冷-溫時灼燒感便降低。

螢幕快照 2015-03-30 下午4.29.00

我們身邊有許多人正經歷著慢性疼痛,他們所回報的疼痛高於其受傷組織應有的程度,承受著比預期還高的疼痛不適;而此研究結果替疼痛減緩領出了一個方向—或許可藉由改變身體與疼痛刺激原的分佈(譬如手指交叉)來影響大腦中的痛覺神經運作。

除了位置分佈會影響痛覺感知外,先前2010年卡莫教授的另一個研究也發現,若我們用另一隻手去觸碰因錯覺引起燒灼的手時,會有效降低64%的燒灼不適感;這或許是我們在手被燙到時,會趕緊用自己的另外一隻手去撫摸的緣故,因為那真的能有效降低疼痛感。看到這裡,雖然以上兩種方法都有效幫助我們降低疼痛感,但若真遇到皮膚燙傷紅腫起水泡時,還是記得要先遵守「沖、脫、泡、蓋、送」救命五步驟呀!

參考資料:

  1. Crossing fingers can reduce feelings of pain Science Daily [March 26, 2015]

  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_grill_illusion

  3. Kammers, M. P., De Vignemont, F., & Haggard, P. (2010). Cooling the thermal grill illusion through self-touch. Current Biology, 20(20), 1819-1822.

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mvpisi3
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實習生。 接觸心理學後,看到她其中蘊含能讓人過得更好的力量;開始想著要如何用文字幫心理學走出象牙塔,讓每個人在徬徨時都能想起「哦原來方法早就存在我心中了」。聯絡我:mvpisi3@gmail.com

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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貓的痛,AI懂?——貓臉疼痛辨識技術
胡中行_96
・2022/07/18 ・3111字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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人類必恭必敬稱家貓為「主子」,並自貶為「奴才」。陛下身體微恙,一團絨毛癱軟,表情內斂,叫貓奴如何揣測上意?懷疑牠受苦,便心急如焚。幾乎上演《還珠格格》裡,人家紫薇說沒事,爾康卻捨不得的虐心互動。貓咪說不定覺得:「……有這麼多人關心我,我已經不痛了……」人類仍在一邊:「可是,我好痛!」[1]

給人類用的「視覺類比量表」(上)和「臉譜疼痛量表」(下)。圖/Yale University

在治療人類時,醫護人員會用視覺類比量表(Visual Analogue Scale)、臉譜疼痛量表(Wong-Baker faces pain scale)或 FLACC 量表[註] 等工具,來評估患者疼痛的狀況。前二者靠病人自我評估,以數字或表情,象徵由舒適無恙,漸進到痛徹心扉的程度差異。 FLACC 則是醫護觀察嬰幼兒或無法言語溝通者,就其身體不適產生的行為變化來計分。[2] 儘管每個人敏感的程度不同,至少單一病患前後的得分,能相互對照出疼痛是否得到緩解,或者更加惡化。因此,這些量表均可視為有效測量疼痛的方法。

問題是有口難言,又行徑鬼祟的貓咪怎麼辦?人貓猜心的瓊瑤戲碼,自古不斷重演,沒完沒了。

直到有天,獸醫們看不下去了…

  

「貓咪苦臉量表」介紹影片。來源:Research Square on YouTube

  

貓咪苦臉量表

2017 年的時候,加拿大蒙特婁大學 Paulo Steagall 副教授以及他的團隊,招募了一票被送急診的病貓。在得到飼主同意後,他們比較疼痛的病貓、服用止痛藥的病貓,還有健康貓咪的表情舉止,研發出「貓咪苦臉量表」(Feline Grimace Scale),並將結果發表於 2019 年的《科學報告》(Scientific Reports)。[3, 4] 其中列出幾個徵兆,可依級別給分,就此將貓咪的疼痛量化:

耳朵姿態(ear position):貓耳的尖角向外分開,並略為朝後旋轉。[3, 5]

圖/參考資料 5

瞇眼程度(orbital tightening):上下眼瞼之間的空隙,小於眼睛的寬度,或是完全緊閉。[3, 5]

圖/參考資料 5

口鼻緊繃(muzzle tension):口鼻(即臺語所謂「喙管」的部位)由圓轉扁,而呈橢圓形。[3, 5]

圖/參考資料 5

觸鬚變化(whiskers change):觸鬚從平常放鬆的圓弧,撐直且稍微向前。[3, 5]

圖/參考資料 5

頭部位置(head position):原本處於全身最高處的貓頭,降至低於肩膀,並往下垂。[3, 5]

圖/參考資料 5

  

貓臉疼痛辨識技術

目前受惠於物種專屬苦臉量表的,除了貓,還有鼠、兔、馬、羊、豬和貂等動物。受過訓練的獸醫,能精準判讀牠們的表情,用這些工具,來評估牠們的疼痛指數。隨著科技的進步,到了 2022 年《科學報告》期刊再次關懷貓咪的痛楚時,另一群科學家拿出「貓臉辨識技術」,試圖取代專業的肉眼觀察。[6]

  

臉部辨識技術:照片>以眼睛為基準,進行臉部校正>調整尺寸。
圖/Serhan YH, HAKAN Ç, and RİFAT E. (2016) ’A comprehensive comparison of features and embedding methods for face recognition.’ Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences, 24, 1, 24.

  

臉部校正

臉部校正是建立辨識系統的要務。先調整貓臉的特徵(landmarks,即照片上標有號碼的黑點),讓它們在空間中對齊,減少幾何上的變異,方便接下來的步驟進行。原則上,校正後的貓臉必須:[6]

  1. 在畫面正中央;
  2. 旋轉直到雙眼的連線呈水平;
  3. 尺寸都約略相同。

圖/參考資料 6 ,figure 1

  

模型1:特徵基準(landmark-based)

在找到貓臉的特徵後,依據「貓咪苦臉量表」的觀察部位,將貓臉特徵(黑點)分為:左眼右眼額頭與耳朵,以及口鼻和觸鬚,四個區塊向量。然後,多加一些貓鼻子的照片,進行「資料擴增」(data augmentation),[6] 彌補原始資料的不足,以強化機器學習。[7] 不過,團隊事後發現,這次的資料擴增,成效不彰。[6]

圖/參考資料 6 ,figure 3

處理這些照片的計算模型,是一種叫做「多層感知器」(Multi-Layer Perceptron)的人工神經網路(artificial neural network)。[6] 就像人的神經系統,有好多神經元相互連結,將輸入的資料從上一層送到下一層,經過多層運算後再輸出。[8, 9]

  

模型2:深度學習(deep learning)

研究團隊把大量沒有標註特徵的貓照,在校正角度和尺寸後,餵給 ResNet50[6] 這是一種有五十層的深度學習模型,早已預先訓練好怎麼逐層辨識貓咪的輪廓、曲線及其它識別特徵。[10] 套用該模型的同時,還要進行實驗需要的特定調整,例如:加上「痛」與「不痛」的分類標籤。[6]

  

貓的痛,AI 有多懂?

上述兩個模型的實測,在判讀貓咪是否疼痛時,都有超過 72% 的準確率,算是相當不錯的成果。不過,在完全替代人工判讀之前,可能還要擴建訓練辨識系統的資料庫。因為當初請來的照片模特兒,是 29 隻準備接受卵巢子宮切除術的短毛母貓,年紀約幾個月到一歲多。拿牠們術前、術後,以及使用止痛劑前後的照片來訓練 AI ,雖然是個不錯的點子,但無法代表多元的貓咪社群。[6] 將來的實驗,若能涵蓋其他性別、年齡和品種,相信貓咪們會覺得更加窩心。

  

備註

FLACC 量表: FLACC 是臉(face)、腿(legs)、活動(activity)、哭(cry)與  安撫(consolability)的縮寫。每個項目依觀察到的狀態,給 0 到 2 分,總分最高 10 分。[2]

  

參考資料

  1. 瓊瑤經典台詞》小時候看超感動,長大看卻啼笑皆非的 7 大經典場景(風傳媒,2020)
  2. Pain assessment and measurement (The Royal Children’s Hospital Melbourne, 2019)
  3. Evangelista MC, Watanabe R, Leung VSY, et al. (2019) ‘Facial expressions of pain in cats: the development and validation of a Feline Grimace Scale’. Scientific Reports, 9, 19128.
  4. Me-owch — could resting cat face tell us about kitty’s pain? (CBC, 2020)
  5. Feline Grimace Scale – Practice your pain assessment skills using the FGS! (Université de Montréal, 2019)
  6. Feighelstein M, Shimshoni I, Finka LR, et al. (2022) ‘Automated recognition of pain in cats’. Scientific Reports, 12: 9575.
  7. 2021 iThome 鐵人賽-DAY21 資料正規化與資料增強(Data Normalization & Data Augmentation)(IT邦幫忙,2021)
  8. 2019 iT 邦幫忙鐵人賽-06. 深度學習的架構分析:多層感知器(IT邦幫忙,2019)
  9. 神經網路(IBM,2020)
  10. 何謂遷移學習?(NVIDIA,2019)
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胡中行_96
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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。

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似假?還真!哲學家與腦科學家的虛實論辯
臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會_96
・2022/02/25 ・4408字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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  • 撰文/陳貴正|中央研究院歐美研究所博士後研究員
  • 校對/陳樂知|臺灣大學哲學系助理教授、臺大傳統與科學形上學研究中心執行長、臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會秘書長
左起:陳樂知教授(臺灣大學哲學系助理教授)、曾祥非教授 (臺北醫學大學心智意識與腦科學研究所教授)、謝伯讓教授(臺灣大學心理系副教授)、林映彤教授(陽明交通大學心智哲學研究所副教授)、鄭會穎教授(政治大學哲學系助理教授)

不同學科之間的跨領域交流,是國內外學界最關注的議題之一。因應這個趨勢,臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會(LMPST Taiwan)將以意識為題,主辦一連串的跨領域論壇《種種意識講場》。該活動系列由政治大學現象學研究中心、清華大學實作哲學中心、臺灣大學哲學系、臺灣跨校意識社群合辦,順弈有限公司贊助。舉辦這論壇系列的主要目的,除了促進跨領域對話外,也在促進國內學界的大眾接觸面,讓大眾得以理解學界現況。

首場論壇於 2021 年 12 月 1 日舉行,以〈意識的真象與假象〉為題,並邀請了哲學與心理學的專家進行對話。活動的主持人與引言人為鄭會穎教授(政治大學哲學系助理教授、現象學研究中心主任),與談人則為林映彤教授(陽明交通大學心智哲學研究所副教授)、曾祥非教授 (臺北醫學大學心智意識與腦科學研究所教授)、謝伯讓教授(臺灣大學心理系副教授)。四位講者均是國內意識研究的專家。

主觀論與客觀論

鄭會穎教授首先說明這次講座討論的核心問題:在意識中是否可能區分真象與假象?換句話說,主觀經驗這回事,是只要自己感覺到就一定是真實的嗎?還是說,有沒有可能只是自己搞錯?

鄭教授以「疼痛」這一意識狀態為例,釐清問題的意涵。假設某位病患因為感到疼痛而就醫,醫生隨即做了各種檢查。檢查過後,醫生卻說病患可能只是過度擔憂,因而誤信自己感到疼痛;實際上的檢查結果並未顯示任何與疼痛相關的生理狀況。在這種情形下,究竟應該以誰的觀點為準?鄭教授提到了兩種可能的回答。

自己感覺到的痛,是真實的痛嗎?圖/Pexels

按照「主觀論」的說法,只要有對於疼痛的感受,疼痛就真的存在,不管生理上有沒有組織受損等情形。然而,按照「客觀論」的說法,我們對於疼痛的感受,有時可能僅是假象;疼痛是否真的存在,取決於客觀條件是否滿足。若權威科學理論主張疼痛就是組織受損,那麼沒有組織受損就沒有疼痛;疼痛的感受是否出現並不重要。

提出了主觀論與客觀論兩種觀點之後,鄭教授舉出了各式各樣的例子,藉以說明兩種理論各有根據。先就主觀論來看,著名哲學家 Saul Kripke 便曾藉由「痛」與「熱」的對比,強調疼痛的特殊之處。在討論「熱」時,我們可以合理地把「熱」與「對熱的感覺」分開。熱本身由分子的運動與碰撞構成,對熱的感覺則由主觀經驗所構成。可是,同樣的區分不能被套用於「痛」與「對痛的感覺」之上。畢竟,未被感受到的痛根本不是一種痛,所以痛與痛感之間不存在任何區別。

換句話說,疼痛永遠不會是一種假象;疼痛感覺起來是什麼樣子,疼痛的真象就是什麼樣子。這似乎印證了主觀論的說法。

不過,客觀論也有其根據。鄭教授在此介紹了學者 Ned Block 的說法,而其中的關鍵是現象意識(phenomenal consciousness)與取用意識(access consciousness)的區別。現象意識的有無,取決於心理狀態究竟是有意識的、還是無意識的;取用意識的有無,則取決於心理狀態所帶有的資訊有沒有被取用。這兩種意識不一定會同時出現。舉個例子:即便我們在搭飛機時聽到很吵的引擎聲,我們也未必會注意到這一點。

換句話說,即便我們有意識地聽到嘈雜的引擎聲,我們也未必會取用聽覺經驗所帶有的、關於引擎聲的資訊。那麼,即便某種意識狀態沒有被取用,也不代表該狀態並不存在。這點有利於客觀論——意識的真象是什麼樣子,並不是該意識狀態的擁有者說了算。

基於腦神經科學的考量

在鄭會穎教授介紹了理論框架之後,謝伯讓教授提出了一些腦科學研究中的實際成果,並指出這些成果對主觀論較為不利。

謝教授的第一個例子是所謂的「虛構」(confabulation)。在這類案例之中,腦傷的患者會報告根本不曾經歷的經驗。舉例來說,某個患者的視覺系統發生了損傷,基本上已經全盲,但患者卻可能會大力稱讚主治醫生的衣著、表示非常欣賞醫生所穿西裝與領帶的顏色。這些話很可能並非有意的胡言亂語;患者可能真的相信自己清楚看到了醫生的穿著。因此,雖然腦傷使得患者喪失了視覺經驗,但患者卻相信自己經歷了視覺經驗。

某些視覺系統受損的患者,基本全盲,卻會稱讚醫師的衣著。圖/Pexels

第二個例子則涉及「否定知覺經驗」(perceptual denial)。這類案例與前述的虛構案例形成了有趣的對比。在前述案例中,患者相信自己經歷了實際上不存在的經驗;在否定知覺經驗的案例中,患者則相信自己沒有經歷實際上存在的經驗。以疼痛為例,患者明顯處在會導致疼痛的生理狀態,卻深信自己並沒有感到疼痛。在更極端的例子中,患者可能感覺到疼痛,卻相信所感受到的疼痛不屬於自己;若被問及疼痛的由來,患者可能會主張是由其他人所植入。

第三個例子是一種視覺上的錯覺。在著名的傳球實驗中,受試者被要求觀看一段傳球的影片。影片中的兩個隊伍分別身穿黑衣與白衣,而受試者可能必須數算白衣隊伍球員間的傳球次數。而傳球的過程正在進行的時候,會有一隻大猩猩出現在場中。實驗結果顯示,部分受試者因為把注意力集中在球員身上,結果沒有注意到有猩猩出現。不過,當實驗者訪問這些受試者的時候,他們卻會宣稱自己看到了球場上的所有細節。從這個實驗,科學家發現:受試者的經驗實際上有什麼內容,可能與他們的認知並不一致。

從上述討論看來,無論是關於經驗是否存在、或者經驗的內容包含什麼細節,人們的認知都可能與實際情況有所落差。那麼,腦科學中的案例就構成了主觀論的潛在反例。此外,腦科學中的主流理論也可能不利於主觀論。這些理論強調經驗產生的過程涉及各種加工,但加工愈多,經驗就愈有可能會與實際情況不相符。

曾祥非教授緊接謝教授發言,並進一步補充謝教授談及的加工過程。曾教授指出意識在加工過程的末端階段才會出現,而這個加工過程基本上是一種逐步進行的資訊處理。感官在受到刺激之後會產生訊號,但大腦並不僅僅接收這些訊號,而是會加以詮釋。進行詮釋之後,大腦一方面可能會將結果記錄在短期記憶之中,另一方面可能會利用概念對這些結果進行判斷。這眾多的階段涉及了複雜的資訊,大腦因而需要整合這些資訊。在資訊整合完成後,意識才會產生。

由此看來,只要意識產生之前的階段出現錯誤,意識的內容就有可能出現錯誤。按照曾教授的觀察,正是基於這樣的理由,研究感官知覺的學者多半認為:位在資訊處理過程早期的感覺 (sensation)較為客觀。可是,曾教授也認為,目前的討論多少受限於技術上的困難。當腦科學發展出更複雜的技術、協助我們清楚理解從感覺到意識的過程以後,主觀論與客觀論間的爭議或許就能漸漸化解。

大腦需要整合複雜的資訊後,意識才會產生。圖/Pexels

基於實驗哲學的考量

謝教授與曾教授自腦科學的觀點出發,檢視主觀論與客觀論;林映彤教授則從哲學內部尋找評估這兩者的方式。按照林教授的觀點,在進行哲學討論時,學者常常企圖提出在直覺上有說服力的論證。然而,學者本身的直覺可能與其他人的直覺並不相同,因此學者的直覺是否有代表性有待商榷。「實驗哲學」(experimental philosophy)的研究者希望克服這樣的問題,而他們的作法就是利用問卷等方式,探究一般人的直覺。

鑒於這次講座的主題,林教授介紹了 Kevin Reuter 與 Justin Sytsma 兩位學者對疼痛進行的實驗哲學研究。Reuter 與 Sytsma 採用了不止一種方法,嘗試了解一般人對於疼痛有甚麼樣的直覺,其中一種方法是檢視 Google 上搜尋得到的資料,藉以判斷一般人是何種方式描述疼痛。

Reuter 與 Sytsma 的推論基於一項假設:不同的描述方式反映了不同程度的確信。舉例來說,如果某人看到一件藍色的衣服,而且十分相信自己的視覺經驗,那麼這人就會說這件衣服「是藍色的」(is blue)。相較之下,如果這人對自己的經驗並不很有信心,那他就會說這件衣服「看起來是藍色的」(looks blue)。

Reuter 與 Sytsma 好奇的是:當人們在討論疼痛時,是否也有類似的語言習慣?分析 Google 上的資料以後,他們認為答案是肯定的。當人們明確感到疼痛時,慣用的表達方式是「會痛」(have a pain);但當人們對自己的疼痛經驗不太有信心,慣用的表達方式是「感到痛」(feel a pain)。這樣的結果似乎指出:人們對於疼痛的理解涉及某種真象與假象的區別。當疼痛感出現時,有時疼痛無疑是存在的,但有時事情就比較難說了。

問題與討論

在四位與談的教授提出了各自的觀點之後,現場觀眾對與談人提出了一些問題。第一個問題與腦科學中如何判別真象與假象有關。觀眾詢問:腦科學家是否完全倚賴腦部造影等技術,判定心理狀態是否存在?謝伯讓教授的回應說明:最重要的根據還是人們的主觀認定。

在記錄受試者的腦部活動時,腦科學家會要求受試者提供對自己心理狀態的主觀報導。腦科學家會嘗試以可靠的報導為基礎,為腦部活動的紀錄建立資料庫,再以這樣的資料庫作為將來判讀腦部活動的依據。因此,腦部造影等技術並無法完全取代人們的主觀認定。

腦部造影等技術並無法完全取代人們的主觀認定。圖/Pexels

其他在場觀眾隨即提出了不同的問題,而與談人們在回應時也進行了另一輪意見交換。臺下的 LMPST Taiwan 秘書長、臺灣大學陳樂知教授則發問:「剛剛很多討論裡面,都是用感覺的主觀跟客觀來說……但是我的想法是:有沒有那麼簡單可以分主觀層面跟客觀層面?會不會有主觀層面 A、主觀層面 B、主觀層面 C,然後可能有客觀層面 A、B、C,然後還有一個層面是半主觀、半客觀?」這個問題引起了與談人的迴響,也指出了未來延續討論的可能方向。

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臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會_96
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臺灣邏輯、方法論、科學與科技哲學學會(The Taiwan Association for Logic, Methodology and Philosophy of Science and Technology, LMPST Taiwan)為國內非營利法人團體,主要幹部均為國內教授或研究員。本會以促進科學型的哲學研究為宗旨,工作包括國內專業學術工作、跨領域學科交流及哲學普及推廣。