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坐著雲霄飛車往生命終點的罕病:早衰症

葉綠舒
・2015/04/16 ・648字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

credit:Buzz60
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前幾天有一則新聞提到,英國的一位少女奧金尼斯(Hayley Okines,見上圖)因罹患罕見遺傳疾病早衰症,衰老速度比一般人快8倍。她的母親昨天說,奧金尼斯在她懷中嚥下最後一口氣,走完17年人生。

早衰症的全名是Hutchinson-Gilford progeria syndrome,患者出生時正常,但在嬰兒時期就開始出現發育不良、眼睛突出、尖鼻、薄唇、招風耳等面相。同時,皮下脂肪變少、皮膚變得像老人一樣、關節出現問題等等。

但一切都是因為一個基因LMNA,它負責產生lamin A這個蛋白質。lamin A負責維持細胞核的形狀,早衰症患者因為只有不正常的LMNA基因(LMNA基因的第1824個鹼基由胞嘧啶變為胸腺嘧啶,簡稱為C1824T突變,使lamin A蛋白少了50個氨基酸),使得細胞核形狀無法維持,造成細胞提早死亡。

早衰症是顯性遺傳,也就是說只要兩條染色體裡面的其中一條的LMNA基因出現問題,就會得到早衰症(筆者按:這應該是所謂的dominant-negative性狀,即損壞的蛋白質不僅失去正常的功能,還會把正常的那個蛋白質也一起拖下水)。

這個疾病讓筆者想到「班傑明的奇幻旅程」,但班傑明是以小老頭的形貌出生,然後慢慢變成中年、青年、少年、嬰兒。不正常的老化過程總是會引人注目,幸好早衰症的發生率極低(四百萬分之一),全世界目前有記載的病歷大約只有130人左右。

原刊轉載自作者部落格

參考文獻:

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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明明念化學,最後卻致力於生科?一段自我探索之路 —專訪陳律佑
研之有物│中央研究院_96
・2023/07/14 ・5762字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文/林承勳
  • 責任編輯/簡克志
  • 美術設計/蔡宛潔

陳律佑是中央研究院分子生物研究所的副研究員,長期致力於端粒研究,並在該領域取得了豐碩的成果。此外,他也與臨床醫療機構合作,為兒童癌症治療制定一系列計畫。然而,即使是像陳律佑這樣的研究人才,也不是在一開始就確定自己想要投入的領域,他在學生時期經歷了一段自我探索的過程。他是怎樣一步步走進端粒研究?又是什麼機緣,促成學術研究與臨床醫療合作?請跟著中研院研之有物專訪一起看看。

陳律佑專注在端粒研究領域。圖/研之有物

染色體端粒的消長,牽動細胞老化與癌細胞發展,對於人的壽命有決定性影響力,端粒是當前人類健康與疾病的重要研究主題。陳律佑與他的研究團隊致力於端粒研究,揭開了 ALT 癌細胞如何逃避免疫機制的秘密,在「研之有物」之前的文章〈解密兒童癌症:ALT 癌細胞如何延長端粒、逃避免疫系統?〉有詳細討論,以下簡述研究內容。

首先是確認 ECTR DNA 會開啟 cGAS-STING 感知路徑,激發人體先天免疫反應;接著發現 ALT 癌細胞會讓 STING 蛋白消失,使 cGAS-STING 路徑失去作用,免疫機制無法啟動,癌細胞才能夠生生不息;目前,研究團隊正在積極尋找治療 ALT 癌症的潛在方法。

陳律佑的研究成果,不僅推進了端粒基礎研究,還與和信治癌中心醫院的陳榮隆醫師合作,結合學術研究與臨床醫療,在兒童罕病治療扮演重要角色。不過,擅長研究端粒的陳律佑,並非一開始就進到生命科學領域,他在求學時期也經歷了一段自我探索的過程。

陳律佑和研之有物團隊解釋端粒構造。圖/研之有物

唸的是化學 卻成功在生科找到自己的歸屬

「我高中其實沒有唸過生物,當時對化學比較有興趣。」陳律佑笑著說,依著高中時的興趣,陳律佑進到清華大學化學系。但是讀著讀著,他逐漸發覺所學內容似乎跟自己想像的不大一樣,於是陳律佑開始到各系所修課,接觸不同領域的知識。

他到物理系、數學系的課堂學習,也去修生命科學系的課,生科成功喚起陳律佑的興趣。「細胞生物學、分子生物學、遺傳學等等,這些課程內容就發生在我們身體,與生活息息相關,實在非常吸引我。」陳律佑說。就讀化學系的他不僅修完生命科學系的必修課,還主動去修實驗課,更進入細胞生物學實驗室裡面研究專題,就讀生命科學系碩士。

剛開始他是研究細胞的熱休克反應。「研究熱休克的方法,簡單來說就是燙一下細胞,然後觀察細胞的反應。」陳律佑解釋,溫度上升 5 度,就會讓細胞內化學反應發生錯亂,熱休克蛋白會大量表現,可協助其細胞穩定蛋白結構,因應環境改變,維持細胞生理。

雖然陳律佑專題和碩士班都在研究「細胞熱休克反應」,但是他到美國攻讀博士時,決定挑戰全新的領域。「我覺得,自己碩士班到博士班這段時間,都還是持續地在自我探索。」陳律佑說。

博士班一年級期間,除了修課以外,還投入時間進入三個不同領域的實驗室實習,兩個是研究蛋白質結構、一個是研究老化生物學。最終陳律佑選擇了與過去研究截然不同的主題:老化生物學,也就是研究端粒的實驗室進行博士論文研究。

「碩班是研究細胞生物學,但當時我想要投入自己沒有接觸過的領域。」陳律佑說。首先他在結構生物學的實驗室待了一年,閱讀文獻、純化蛋白質結晶、分析蛋白質結構,一年下來也頗有進展。

只是,陳律佑發現分析結構跟自己想要的不太相符。「我對細胞生物學還是比較有興趣,因為每個實驗的結果都可以學習新的生物學,有新的發現。」陳律佑提到,即使指導教授對於他想換研究主題這件事也頗為訝異,他還是決定照著自己的直覺走,轉換到研究端粒的實驗室。於是,陳律佑從 2005 年開始投入端粒研究,一直持續到現在。

回想起當初的決定,陳律佑認為,選擇實驗室的時候,首先要考量自己的興趣。「每一個時刻,都可以去思考:這是不是我想要的、是不是真的喜歡?」陳律佑強調,如果無法肯定的回答,那可能就是還沒找到真的興趣與題目。第二考量就是實驗室的風格與自己個性是否合適。陳律佑提到,自己的個性比較開放,喜歡自由發揮,同樣的,在帶學生時也會給很大的自主空間,不過,往往個性獨立的學生比較能夠適應這種方式。

陳律佑在學生時期也經歷了一段自我探索的過程,他強調每個時刻都要記得去思考:「這是不是我想要的?」。圖/iStock

有別於「美式」實驗室 到瑞士體驗獨特的「歐式」風格

結束博士班階段,陳律佑再度展開全新的研究旅程。原先他博士後研究曾考慮兩個實驗室,一個在美國史丹佛,另一個是位在瑞士洛桑的瑞士理工學院,陳律佑選擇了後者。「我會去瑞士,是因為我喜歡他們的端粒題目,這實驗室的端粒酶生化實驗技術是全世界最好的。」陳律佑笑著說。也因為從美國換到歐洲做研究,讓他見識到,世界上有別於美國的另一種實驗室。

「臺灣科學研究其實滿美式的,當初從臺灣到美國,我會覺得美國就是更進步、放大版的臺灣。」陳律佑說。美國地大物博,學術資源豐富,但研究氛圍跟臺灣很像,一樣是鼓勵埋頭努力工作,提倡競爭的精神。

位在歐洲的瑞士卻是截然不同的世界。「從美國德州到瑞士洛桑後,突然間什麼東西都縮小了,路上不見皮卡而盡是小車,更沒有 Costco 大量販店,換成了小超市,餐館,還有市集。」陳律佑提到,除了建築景物,研究的習慣也大相徑庭。一開始以為瑞士人比較悠閒、慵懶,但實際觀察後發現,其實他們做事非常有效率。

「不論是研究還是行政工作,都有建立完整的系統,讓大家能夠很有效率地處理事情。」陳律佑指出,因為做事有效率,所以工作日也會有許多時間可以喝咖啡聊天,而且沒有人會在晚上或週末到研究室加班。實驗室除了瑞士人,還有來自義大利、德國、法國、東歐……的人,聊天的內容除了實驗內容或科學新知,也可以是生活經驗。透過交流與腦力激盪,研究人員常常會有自發性的合作,也會靈光乍現,有新的創意想法。

瑞士國土比臺灣大一些,人口只有 800 多萬,大約是臺灣的三分之一多一些,但是瑞士諾貝爾獎獲獎人數卻有將近 30 位,遠多過臺灣。陳律佑認為,強調做事高效率,以及實驗室之間一起喝咖啡交流的「閒聊文化」,絕對是關鍵之一。

瑞士跟美國相比,國土、人才跟資源都有相當大的差距。美國資源多,況且美國實驗室裡,來自亞洲國家的學生與研究人員都還特別認真埋頭工作;而瑞士學術界是把有限的時間跟資源做到最有效率的使用,空出來的時間則用來休息、好好陪伴家人,這方面是值得臺灣思考的。

除此之外,歐洲實驗室裡的指導風格也不太一樣。「在美國,實驗室的指導教授會被稱為 Boss;而在瑞士,我的指導教授卻像是 Advisor 。」陳律佑解釋,會被稱作 Boss 是因為美國的指導教授比較像是老闆、頂頭上司的角色,學生做的研究題目通常會是指導教授大計畫中的一小部分或是子計畫。

在瑞士的話,指導教授比較像是同事、顧問,學生或博士後對自己的研究都很有想法與主見,有疑問可以向指導教授請教討論。在瑞士實驗室做研究的自主性、自由度高,有興趣的人做著自己喜歡的題目,才會有更多動力來發揮創意。陳律佑於瑞士完成博士後研究,2013 年底就進到中研院。

陳律佑提到,瑞士不論在研究還是行政工作,都有建立完整的系統,讓研究人員能夠很有效率地處理事情,沒有人會在晚上或週末到研究室加班,空出來的時間可以用來休息、好好陪伴家人。圖/陳律佑

一通電話 開啟臨床合作的新頁

目前陳律佑除了在中研院做基礎端粒生物學的研究,同時也與和信治癌中心醫院陳榮隆醫師合作,為患有端粒疾病的病人提供學術支援。談到他與臨床合作的開端,原來是一通請求協助的電話。

有天他接到一位病患家長的電話,「家長說小朋友被診斷出可能有遺傳疾病,想請我協助判斷是不是端粒相關的基因變異。」陳律佑說到,回想起當時情況,那位小朋友先在和信醫院,由陳榮隆醫師診斷出重度再生不良性貧血,但其他異常狀況也讓陳醫生懷疑可能有端粒功能缺陷的因素存在,於是家長想到要向國內研究的權威機構中研院來尋求協助。

陳律佑與實驗室團隊鑑定之後,確認端粒缺陷,也找到導致疾病的變異基因,證實病童的確患有端粒遺傳疾病,因此他得以接受特殊方式進行骨髓移植手術。「雖然他是造血功能有問題,但因為原因出在端粒身上,無法藉由一般標準的骨髓移植治療。」陳律佑解釋。

研究團隊與醫療機構合作,讓一位罕見疾病的兒童獲得醫治,這讓陳律佑留下深刻的印象。「之前都是做研究然後發表論文,但我第一次感受到,原來我們的研究工作確實可以直接幫助他人。」陳律佑表示,這次經驗對他來說意義非凡。

雖然成功移植骨髓解決造血問題,令人遺憾的是,三年之後病童還是因肺臟功能喪失而不幸離世。陳律佑提到,當時他們確認是端粒疾病,也找出合適的療法、解決造血系統的問題,然而病童全身細胞的端粒都有缺陷,還有很多問題並沒有得到解決。「對我而言,這又是另一個衝擊:原來我們的研究其實相當有侷限。」陳律佑說。

這也給陳律佑帶來一些啟發。他提到:「對我來說,做研究就是為了要解決問題。而這次的經驗,讓我思考如何將基礎端粒生物學的研究,更進一步導向與疾病相關的課題,期望未來的研究成果,有機會能為民眾解決問題。」

之後,陳律佑與和信治癌中心醫院的陳榮隆醫師保持著緊密合作。每當陳榮隆在臨床上碰到棘手的病例,就會聯繫陳律佑,一起尋找疾病的源頭。

「因為兒童罕見疾病個案不多,一年就幾個,除非是大型醫療機構,不然無法投入穩定資源。」陳律佑解釋,兒童罕見疾病在診斷或治療上,往往不易獲足夠的醫療資源,秉持著回饋社會的初衷,實驗室就盡量提供協助。

「中研院的研究資源相對豐富,所以在能力許可之下,我們會協助端粒疾病方面的鑑定。」陳律佑說,一開始他是自己撥出實驗室的研究能量來協助病童。行善的人不孤單,幾年之後,陳榮隆接觸到的病童家長們,便成立了「台灣重症兒童協會」,讓臨床治療與研究端能夠執行一系列計畫,為更多患者服務。

陳律佑(右 1)、陳榮隆醫師(右 2)與台灣重症兒童協會楊慈雲理事長(右 3)合影。圖/中央研究院分子生物研究所

為罕病建立基因資料庫

在協會支持之下,陳律佑與陳榮隆結合中研院研究資源與和信治癌中心醫院臨床醫療,開啟了「重症基因庫暨細胞/藥物研發」計畫,為的就是照顧更多的兒童癌症患者。計畫分為幾個部分:建立重症病人基因變異資料庫、製備特異性免疫細胞,以及精準化藥物治療與規劃。

首先要建立資料庫:一個症狀出現背後有非常多可能性,當患者來尋求醫療協助時,第一件要做的事情就是「檢查」,找出身體問題,了解生病原因。「兒童罕見疾病五花八門,我們從基因下手,先把患者的基因全部定序,然後跟一般人比對,找出可能導致疾病的『突變點』。」陳律佑說。

研究端建立病人的基因變異資料、找出致病突變,作為臨床診斷和治療的參考與指引。

另外,資料庫的資訊也會用來協助製備特異性免疫細胞。「簡單說,特異性免疫細胞就是被訓練好,專門對付某個特定目標的免疫細胞。」陳律佑解釋,以兒童癌症為例,就是把免疫細胞拿到體外,教會它認識癌細胞後,再增加數量、放回病人身體內,讓這些免疫細胞去消滅癌細胞。

除了跟和信治癌中心醫院合作之外,高雄醫學大學的團隊也有加入計畫,負責規劃患者用藥的部分。「治療疾病時,用藥是很重要的一個環節。」陳律佑指出,要用什麼藥物、要用多少劑量,就由高雄醫學大學團隊以藥物動力學來監測。透過建立基因庫,將設計特異性免疫細胞,還有精準的藥物治療方法,期待未來能提高兒童癌症重症治癒率,同時降低併發症或副作用。

建立平台、完善系統,讓研究有溫度、與社會連結

跟醫院的跨機構合作計畫所蒐集到的患者檢體與疾病資料,會經由實驗室定序、找出「突變點」,並且分析基因突變與疾病之間的關聯。不過,即使找出問題的可能關鍵,也不能直接在病人身上做實驗,所以都需要回歸到實驗室先從細胞或動物測試做起。

建立完善體外實驗系統是陳律佑接下來的課題。「我們想要建立一些平台,來進行體外細胞、以及動物的 ALT 癌症實驗。」他說。因為研究已經揭發 ALT 癌細胞逃離免疫系統的招數,之後如果想要做一些藥物測試,或是嘗試修復被中斷的 cGAS-STING 感知路徑,以找出消滅癌細胞的方法,這些工作都需要倚賴體外細胞或動物實驗系統的建立。

不論是 ALT 癌症,或其他端粒相關罕見疾病的研究,陳律佑的終極目標都是回饋社會、幫助有需要的患者。他認為,學者能夠無後顧之憂地埋頭做實驗,也是因為有國家、社會的資源支持,所以研究工作不是特權而是責任。

「研究不是只有發表文章、或自己開心就好,我想做的是跟大眾有關、『有溫度』的研究。」陳律佑笑著說。

陳律佑想繼續從事與大眾有關,同時也「有溫度」的研究。圖/研之有物

延伸閱讀

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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鑑識故事系列:是兒童性侵,還是罕見疾病?
胡中行_96
・2023/05/11 ・1880字 ・閱讀時間約 3 分鐘

來自非洲加彭(Gabon)的5歲女孩,跟雙親以及4名手足,居於盧森堡。有天,母親發現她的內褲沾了血漬(照片)。下體雖無明顯外傷,卻血流不止。翌日,這對母女便前往醫院。兒童急診室的醫師判斷,女孩的外生殖器大概受到創傷。用經腹部超音波,確認沒有異物卡在陰道後,醫師推論是性侵,並隨即報警。警察問訊的過程中,女孩反覆地說,下面癢她就抓。母親則表示,女孩一天如廁加總大約15至30分鐘,剩餘時間都在自己的視線裡。[1]言下之意,就是沒人有機會對她不軌。

另一邊,同樣也在盧森堡,有一名7個月大的南歐女嬰,罹患巨頭畸形(macrocephaly)。醫師幫她做檢查時,碰巧看到會陰有道傷口。雙親說辭模糊,其中母親承認自己未曾察覺有異。於是,醫療人員視之為疑似性侵案,立刻通報。[1]

非洲女孩和南歐女嬰的案子,後來都被送去盧森堡國家衛生實驗室(Laboratoire national de santé),尋求婦科與鑑識專業意見。以下為法醫在學術期刊中,所分享的破案過程。[1]

陰戶(vulva):陰阜(mons pubis)、陰蒂(clitoris)、尿道口(urethral opening)、陰唇(lips of vagina)、陰道口(vaginal opening)和會陰(perineum);以及肛門(anus)。圖/Anatomy Note on Wikimedia Commons(Public Domain)

尿道脫垂

非洲女孩接受檢查時,看起來毫無不適,並配合指示做出平躺以及翹屁股的趴跪姿勢。她的下體有個從尿道擠出來,覆蓋至陰道口的深紅圓圈(照片),一觸碰便出血。除此之外,既無創傷、感染,也沒有受虐跡象,醫師認為她得了尿道脫垂(urethral prolapse)。[1]

尿道脫垂好發於4到8歲的非洲女孩,[1]以及停經後的婦女。[2]成因可能是便秘或咳嗽增加腹部壓力,或是缺乏雌激素(estrogen)。常見的症狀,包括:出血(86%)、腫塊遮蔽陰道口(47%)和排尿困難(32%)等。醫師要女孩以坐浴保持清潔,並局部塗抹雌激素。幾天之後,血果然止了,也不需要更多治療。[1]

會陰溝

至於那個頭部異常的南歐女嬰,本來就計劃10天後,在鎮靜狀態下照核磁共振。此機會於是也被用來,從側臥、平躺和蛙腿平躺的姿勢,檢查她的下體。女嬰會陰中線的那道淺層病灶,在某些角度下,可見一路延伸至肛門;而她肛門的位置,又太過前面,與陰道間的距離甚短(照片)。另外,在其他無關的方面,女嬰的眼距過寬、眼球凸出、耳朵的高度偏低,[1]而背上則有個俗稱「蒙古斑」(Mongolian spot),長大應該就會消失的胎記。[1, 3]

不同於外力造成的創傷,女嬰的下體不見血腫、瘀青。更怪的是這10天來,病灶竟絲毫沒有癒合。為了瞭解會陰的問題始於何時,警察聯絡幫女嬰例行檢查的醫師。可惜後者一般不會特別去留意這種細節,所以無法提供資訊。最後,她被認定罹患先天會陰融合不全的會陰溝(perineal groove)。[1]

會陰溝不一定和肛門前置(anteriorly placed anus)一起出現,亦可獨立存在。[4]其與會陰撕裂傷的差別,在於前者從陰唇後到肛門前的凹陷深度一致,輪廓規則,而且不會痛,只是需要的復原時間較長;後者則通常傷口較深,伴隨瘀青和疼痛,但數天至幾週內會改善。多數的會陰溝患者,無須醫療介入,2歲前就會自行康復。因此,醫師決定不提供女嬰相關的治療。[1]

兒童性侵與罕見疾病

尿道脫垂流血,難免嚇壞小病患的家長,醫療人員也傾向聯想到人為插入的傷害。機警通報疑似性侵案件,的確是好事。然而,針對10個月大到10歲女性的研究,指出下體出血的肇因,其實以有異物、陰唇陰道炎(vulvovaginitis)和意外的陰戶創傷等佔多數。單從流血難以分辨是否為性侵個案;而真實的性侵發生後,有時要隔幾個鐘頭,才會流出血來[1]

相對地,會陰溝的位置隱密,症狀又不明顯。根據統計,其延誤診斷的時間,從1天到58個月不等。愈晚發現,就愈可能被誤判為受傷。不過,在某些男孩的案例中,同時會有其他性器畸形的毛病,所以比較不易被誤診。[1]

作為罕見的兒童疾病,尿道脫垂和會陰溝首次就被診斷出來的機率,分別只有21%與9%。介紹這兩則個案的論文作者,建議遇到疑似兒童性侵案的時候,最好找有經驗的婦科醫師與法醫,協助將各種重要的線索納入考量,再進行鑑別診斷。[1]

  

參考資料

  1. Schaul M, Schwark T. (2022) ‘Rare (uro-)genital pathologies in young girls mimicking sexual abuse’. International Journal of Legal Medicine, 136, 623–627.
  2. Urethral Prolapse’. (19 SEP 2022) Cleveland Clinic.
  3. Dermatology department. ‘Congenital dermal melanocytosis’. (AUG 2020) The Royal Children’s Hospital, Melbourne.
  4. AlAbidi GA, Al Hamidi S, Wahid FN. (2021) ‘Perineal groove in a female newborn: Report of two cases’. Journal of Pediatric Surgery Case Reports, 66, 101794.
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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Deepfake 不一定是問題,不知道才是大問題!關於 Deepfake,你需要知道的是⋯⋯?
TingWei
・2022/01/24 ・3489字 ・閱讀時間約 7 分鐘

編按:你的理智知道「眼見不為憑」,但你的眼睛還是會背叛你的理智,不自覺得被眼前的影像所吸引,儘管你真的、真的知道他是假的。Youtuber 小玉於2021年底涉嫌利用 Deepfake 技術,偽造多位名人的色情影音內容並販售的事件,既不是第一起、也不是唯一、更不會是最後一個利用「深偽技術」進行科技犯罪的事件。

當科技在走,社會和法律該如何跟上甚至超前部署呢?本次 Deepfake 專題,由泛科學和法律白話文合作,從Deepfake 技術與辨偽技術、到法律如何因應,讓我們一起全方位解析Deepfake!

第一篇,讓我們就 Deepfake 技術做一基礎的介紹,那我們就開始囉!

什麼是 Deepfake?

深偽技術 Deepfake 於 2017 年陸續開始進入大眾的目光中。原文 Deepfake 源自於英文「deep learning」(深度學習)和「fake」(偽造)組合,主要意指應用人工智慧深度學習的技術,合成某個(不一定存在的)人的圖像或影片、甚至聲音。最常見的應用,就是將影片中的人臉替換為另一張臉(常是名人),讓指定的臉在影片中做出自己從未說過或做過的事情。

利用深度學習技術合成或是置換人臉的技術,都是屬於Deepfake。圖 / stephenwolfram

現今談到 Deepfake,大多數人想到的可能是偽造的成人影片,就如前述 Youtuber 小玉的事件,Deepfake 一開始受到關注,主要與名人或明星的臉部影像被合成到成人影片有關,然而,Deepfake 的功能遠不僅於此,相關的技術使用還包括了替換表情、合成一整張臉、合成語音等等。

除了像是讓過去或現在的名人在影片中「栩栩如生」做出使用者想要的表情與動作,之前在社群媒體上曾有好幾款 APP一度風靡,包括上傳一張照片就可以看看「變老」「變性」自己的 FaceApp,甚至於讓自己的臉在經典電影中講上一段台詞的「去演」APP,這類的功能也是應用前述 Deepfake 的技術。

雖然有些線索顯示這類 APP 常有潛在的資安疑慮[註],但好歹技術的成果多屬搏君一燦自娛娛人,尚可視為無傷大雅。

「栩栩如生」的愛因斯坦

而過往電影的影音產業要仿造人臉需要應用許多複雜、耗時、昂貴的電腦模擬,有了 Deepfake 相關的技術,也使得許多只能抱憾放棄的事情出現了彌補的空間。最有名的應用應是好萊塢電影《玩命關頭7》與《星際大戰》系列。《玩命關頭7》拍攝期間主角保羅・沃克(Paul William Walker IV)意外身亡,剩下的戲份後來由弟弟擔綱演出,劇組再以 Deepfake 的技術讓哥哥弟弟連戲,整部電影才得以殺青上映。

Weta Digital 說明如何讓保羅・沃克的弟弟 Brian O’Conner 能透過 Deefake 的技術,繼續協助 保羅・沃克演完《玩命關頭7》

Deepfake 讓「變臉」變得太容易了?

想想過去的電影如《魔戒》中的咕嚕、或是 2008 年布萊德・彼特主演的《班傑明的奇幻旅程》,將影片或照片中人物「換臉」「變老」的修圖或 CG 技術,在 Deepfake 出世之前就已經存在了。Deepfake 受到關注的核心關鍵在於,應用 AI 的深度學習的演算法,加上越來越強大的電腦與手機運算能力,讓「影片換臉」這件事情變得越來越隨手可得、並且天衣無縫。

利用CG技術把布萊德・彼特「變老」。 圖 / © 2008 – Paramount Pictures

過往電影中採用的 CG 技術要花好幾個月由專業人士進行後製,才能取得難辨真偽的影像效果,而應用了 AI 演算法,只需要一台桌上型電腦甚或是手機,上網就可以取得軟體、有機會獲得差強人意的結果了。

進一步,傳統軟體演算法主要依靠工程師的持續修改調整,而如 Deepfake 這類技術,內部的演算法會經過訓練持續進化。有許多技術被應用於提高 Deepfake 的偽造效果,其中最常見的一個作法被稱為「生成對抗網路(Generative Adversarial Network, GAN)」,這裡面包含了兩組神經網路「生成器(Generator)」和「辨識器(Discriminator)」。

在投入訓練資料之後,這兩組神經網路會相互學習訓練,有點像是坐在主人頭上的小天使與小惡魔會互相吐槽、口才越來越好、想出更好的點子;在練習的過程中,「生成器」會持續生成偽造的影像,而「辨識器」則負責評分,反覆訓練下來,偽造生成的技術進步,辨識偽造的技術也得以進步。

舉例來說,This Person Does Not Exist 這個網站就充滿了使用 GAN 架構建構的人臉,這個網站中的人臉看上去非常真實,實際上都是 AI 製造出來的「假臉」。

This Person Does Not Exist 裡的「假臉」。

Deepfake 影片不一定是問題,不知道是 Deepfake 才是問題

現今的 Deepfake 技術得以持續進步、騙過人眼是許多人努力的成果,也不見得都是壞事。像是《星際大戰:俠盜一號》片尾,年輕的萊婭公主出面驚鴻一瞥,就帶給許多老粉絲驚喜。這項技術應用癥結在於,相關演算法輕易就能取得,除了讓有心人可以藉以產製色情影片(這類影片佔了Deepfake濫用的半數以上),Deepfake 製造的影片在人們不知情的情況下,很有可能成為虛假訊息的載體、心理戰的武器,甚至於影響選戰與輿情。

因此,Deepfake 弄假似真不是問題,閱聽者因此「不辨真假」才將是最大的問題所在。

歐巴馬的 Deepfake 影片

相關的研究人員歸納了幾個這類「變臉」影片常見的特徵,可以用來初步辨識眼前的影片是不是偽造的。

首先,由於 AI 尚無法非常細緻的處理一些動作細節,因此其眨眼、視線變化或臉部抽蓄的動作會較不自然。其次,通常在邊緣處,如髮絲、臉的邊緣線、耳環等區域會出現不連貫的狀況。最後,在一些結構細節會出現不合理的陰影瑕疵,像是嘴角的角度位置等。

由於現階段的 Deepfake 通常需要大量的訓練資料(影像或影片)才能達到理想的偽造成果,因此會遭到「換臉」的受害者,主要集中在影像資源豐富的名人,如電影明星、Youtuber、政治人物等。需要注意的是,如果有人意圖使用 Deepfake 技術製造假消息,其所製造的影片不見得需要非常完美,有可能反而降低解析度、非常粗糙,一般人如用手機瀏覽往往難辨真假。

人眼已經難辨真假,那麼以子之矛攻彼之盾,以 AI 技術辨識找出 Deepfake 的成品,有沒有機會呢?隨著 Deepfake 逐漸成為熱門的議題,有許多團隊也開始試圖藉由深度學習技術,辨識偽造影像。2020 年臉書與微軟開始舉辦的「換臉偵測大賽」(Deepfake Detection Challenge)就提供高額獎金,徵求能夠辨識造假影片的技術。然而成果只能說是差強人意,面對從未接觸過的影片,第一名辨識的準確率僅為 65.18%。

「換臉偵測大賽」(Deepfake Detection Challenge)的辨識素材。圖/MetaAi

對於 Deepfake 可能遭到的濫用,某部分我們可以寄望技術的發展未來終將「道高一尺」,讓社群平台上的影像不致於毫無遮攔、照單全收;然而技術持續「魔高一丈」讓防範的科技追著跑,也是顯而易見的。

社群網路 FB 在 2020 年宣布全面禁止 Deepfake 產生的影片,一旦有確認者立即刪除,twitter 則強制註記影片為造假影片。Deepfake 僅僅是未來面對 AI 浪潮,科技社會所需要應對的其中一項議題,法律、社會規範如何跟上?如何解決箇中的著作權與倫理問題?這些都將是需要經過層層討論與驗證的重要課題。

至少大家應該心知肚明,過往的網路流行語:「有圖有真相」已經過去,接下來即將面臨的,是一個「有影片也難有真相」的網路世界了。

  • 註解:推出 FaceApp 與「去演」的兩家公司其軟體皆要求註冊,且對於上傳資料之後續處理交代不清,被認為有侵犯使用者隱私權之疑慮。

參考資料

  1. Deepfakes and the New AI-Generated Fake Media Creation-Detection Arms Race – Scientific American
  2. What To Do About Deepfakes | March 2021 | Communications of the ACM
  3. Tolosana, R., Vera-Rodriguez, R., Fierrez, J., Morales, A., & Ortega-Garcia, J. (2020). Deepfakes and beyond: A survey of face manipulation and fake detection. Information Fusion, 64, 131-148.
  4. Deepfake 深偽技術的技術濫用與道德困境,大眾正要開始面對 | TechNews 科技新報
  5. 台灣團隊研究辨識Deep Fake影片 深偽技術的正邪之戰開打 | 台灣事實查核中心 (tfc-taiwan.org.tw)

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TingWei
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據說一生科科的生科中人,不務正業嗜好以書櫃堆滿房間,努力養活雙貓為近期的主要人生目標。