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科學與謬誤──尋找科學研究的意義

貓心
・2015/08/31 ・2468字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

柏拉圖曾在他的《理想國》一書當中,用洞穴的比喻描述人們知識的侷限性;而要突破知識的侷限性,似乎唯有透過科學的進展才能達到。然而,現今我們採用心理學研究方法,所得出的研究結果,真能保證它們都是真理嗎?

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source:Abhi Sharma

昨天看到The News Lens關鍵評論的一篇文章,裡面引述了Science期刊上的一篇研究論文,該篇論文由270名心理學家共同合作寫成,他們重複了過去心理學經典研究中的其中100個實驗,結果發現,過去那100個實驗當中,有97個達到顯著結果,但是在重複驗證的過程當中,卻只有36個達到顯著。

這當中有許多可能的解釋,例如文中提到的出版偏誤(publication bias)──因為實驗資金分配的關係,科學家們傾向研究新的議題,而非重複驗證過去的實驗;或是科學期刊只想刊出顯著、有趣的研究,而得不到顯著結果的研究,科學期刊往往會忽略它們。除此之外,無法排除混淆變項、實驗過程不夠嚴謹都是有可能的原因;甚至是我們在發表論文的過程中,只會發表有做出成效的研究,但是一個在99%信心水準下達顯著的實驗,只要重複操作100次,期望值上就會有一次是顯著的,因此我們看到的,或許是全世界心理學家做了數千次當中,唯一顯著的那幾十次而已,這可以說是肯證偏誤(confirmation bias)的一種。

然而,本文主要並不是要探討實驗方法的部分,而是提出一些關於研究思考的方向。

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昨天在看到這篇文章之後,我把它貼在我的Facebook上,並在下面討論做實驗的意義在哪裡?我一個朋友看到之後,就在下面回說「我做研究覺得很爽就好了啊!」。這一句話乍聽之下似乎很不負責任,但這或許會是另一個關於科學研究,我們可以思考的徑路。

事實上,科學研究真的能夠帶給我們什麼嗎?攤開科學史一看,我們幾乎找不到什麼東西是確定的,其實我們難以想像,中古世紀的人為何會迷信地心說如此荒謬的說法,但是若你是一個中古世紀的人,只有當時的科學儀器,活在當時的社會背景之下,其實是無法得知地球並非宇宙中心這個事實的,即使地心說受到質疑,托勒密依然提出了本輪與均輪的說法,企圖解釋行星逆行的這個「異例」。因為我們不知道世界的真實樣貌是什麼,所以有的科學家才會秉持著自己所相信的,企圖修復舊有的理論,而非提出新的理論加以說明。

但是,隨著科學的進展,來到了現今的我們,真能確保我們所知的一切就是事實嗎?就好比中古時代的人,以當時的社會、科學背景,並無從突破當時的知識,現今的我們,同樣難以突破我們所見所聞的一切,只能活在現有的知識背景之下而已,而似乎唯有實驗方法的演進,才能讓我們得到更多的知識,而這可能會是一個永無止盡的過程。更進一步的,如果我們採取嚴格懷疑論的觀點,我們根本無從證成任何的事物,就如同笛卡兒所說的,我們唯一能證成的就是自己存在而已,而這個自己是什麼模樣我們也無從得知,因為一切都有可能是魔鬼所欺騙我們的;只要我們透過感官來觀察這個世界,那麼感官可能會受到的欺騙、幻覺、錯覺,我們就永遠都無從避免,所以也有一種可能性,一種無法被排除的可能性──我們根本就不可能對這個世界產生任何的知識。

從這樣的觀點來看,我同學所說的那一句話:「我做研究覺得很爽就好了啊!」似乎就變得很有道理了。

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或許,我們可以從另一個角度來看科學研究,我們研究的目的、追尋世界真理的目的,背後到底是什麼?社會心理學家喬治·凱利(George Kelly)曾經如此比喻人們探索世界的方式,就好像每一個人都是一個個素樸科學家(naive scientists)一般,會對這個世界提出假設、驗證假設、駁斥假設、產生新的假設。

尚·皮亞傑(Jean Piaget)也曾如此描述孩子探詢世界的方式──我們會對這個世界產生一些認識,然後把那些知識整理成基模(schema),當我們碰到和過去基模衝突的事件時,我們會試著去修改舊有的基模,或是創造出一個新的基模,來應變外在世界的變化。這兩位心理學家描述了人們探索世界的方式,而這種方式其實就是科學研究的縮影,只是我們這些素樸科學家做的實驗並沒有那麼精確而已。

而人們之所以要如此費盡心思地預測、掌控這個世界,其實就是為了一件事情──「我們在尋找可預測感、可控制感,因為這將帶來安全感。」而我們所追尋的可控制感、可預測感,其實也包含了另一個要素在裡面──我們希望它是越簡單越好的。這也是為什麼哲學理論會有一個「奧坎剃刀原則(Occam’s Razor)」──可以解釋同一事件的諸多理論當中,我們會挑選最精簡、最少假設的理論。即便比較精簡的理論並不一定比較正確,只是在沒有更多證據的情況下,我們通常會這麼做。

其實不只是科學研究,我們的日常生活中也是如此,我們之所以會對許多事情產生畏懼、害怕,正是因為不確定性,在遭受重大創傷的人會產生創傷後壓力症候群(PTSD)、在發生重大刑案之後我們會急著想要判兇手死刑、在分手了之後我們會產生厭男/厭女情節;或是我們害怕突破舒適圈、害怕探索未知的世界、害怕採取其他的選擇──即使那個選擇或許比當前我們的行為更適合面對外在困境,也都是因為我們追求安全感使然。就如同佛洛伊德在《超越快樂原則》當中所提到的一般,人們追求的並不是快樂,而是習慣,因為習慣將帶來安全感。

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也許,做科學研究真的就只是為了自己開心而已,我們有可能可以一步步更逼近真理,也有可能什麼都得不到;追求的理論被反駁修改之後,也許科學家們終其一生研究的成果都化為泡沫,就如同行為主義大師史金納(B.F. Skinner)在其年邁時,他的理論已經被批判的體無完膚了,他仍然堅持他的理論,堅持「你只能改變你的行為,不能改變你的想法(You can’t change your mind, you change your behavior)」,因為對他而言,他的研究就是他信奉終生的信仰,它生命的一大部分了。也許,我們永遠也無法走出《洞喻》當中的那個山洞,但也許,我們是否得到了真理並不是那麼重要,重要的是研究科學的歷程,以及科學帶給了人們更多的可預測感與可控制感吧!

文章難易度
貓心
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心理作家。台大心理系學士、國北教心理與諮商所碩士。 寫作主題為「安全感」,藉由依附理論的實際應用,讓缺乏安全感的人,了解安全感構成的要素,進而找到具有安全感的對象,並學習建立具有安全感的對話。 對於安全感,許多人有一個想法:「安全感是自己給自己的。」但在實際上,安全感其實是透過成長過程中,從照顧者對自己敏感而支持的回應,逐漸內化而來的。 因此我認為,獲得安全感的兩個關鍵在於:找到相對而言具有安全感的伴侶,並透過能夠創造安全感的說話方式與對方互動,建立起一段具有安全感的關係。 個人專欄粉專: https://www.facebook.com/psydetective/ 個人攝影粉專: https://www.facebook.com/psyphotographer/

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874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。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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總是覺得睡不好?教你如何一夜順「睡」
異吐司想Toasty Thoughts_96
・2021/07/11 ・2638字 ・閱讀時間約 5 分鐘

「睡眠」對現代大多數人來說是個無解的大哉問。該幾點睡?要睡多久?睡前該注意什麼?怎樣才能增進睡眠品質?⋯⋯這些問題大多都反映出我們生活中遭遇到的種種困難。

過去近一世紀以來的研究,讓我們知道「睡不飽」所衍生出的身心問題有多麼嚴重。從高血壓、自體免疫系統失調、記憶力受損,到憂鬱症、解離症,甚至是幻想型妄想症等心理疾患都有影響,因此睡眠品質不良可說是現代人最大的隱形殺手也不為過。

睡眠品質影響身心問題。圖/Pexels

我們大多都聽過「一天至少要睡 6 小時」的說法,其他像是睡滿睡眠週期、不要打斷快速動眼期(REM)等理論也經常出現在日常生活中。然而最近有批學者趁著 COVID-19 疫情期間、大家都在家裡防疫的時候,做了超大規模的睡眠研究。他們發現除了「睡多久」,還有「從什麼時候開始睡」也可能對人們的心理健康產生顯著影響。

「量變導致質變」的睡眠研究

其實「睡眠」相關的研究一直是心理學、神經科學與現代醫學所注重的健康議題。然而可惜的是,雖然有不少人在此領域深耕,卻始終難以得出「理想」的結果。追根究底,還是因為「睡眠」這個行為太花時間,再加上有效追蹤的限制,對經費有限的研究團隊來說很難做到盡善盡美。

睡眠是很花時間的。圖/Giphy

有些注重「質」的睡眠研究,會需要讓受試者在規定的時間與環境中進入有效睡眠,並在專業器材的輔助下觀測他們睡眠時的生理變化。這類研究往往能產出很有價值的數據,卻都是建立在高昂的研究成本之上,規模大不起來、有效樣本數也有限。

而重視「量」的研究大多是請受試者配合規定的睡眠方式,並在一段時間後進行追蹤。追蹤的方式可以是自陳式問卷,或透過生理檢查儀器觀測受試者生理狀態的變化。這類研究方法的優勢在於樣本數較多、分析出來的結果比較能反映現實狀況;但是相對的,因為沒辦法介入受試者的日常生活,很容易發生受試者因為偶發事件(例如:加班、私人行程等)而「掉隊」。

此外,由於精神疾病也會導致不健康的睡眠週期,讓相關研究者很難在臨床研究中辨別「精神疾病」與「睡眠」的因果關係。

為了克服「人」的不可控性,一個由美國與英國等大學聯手組成的研究團隊決定挖得更深入一些,從外部因素難以影響的「基因」層面著手。不只是研究「睡眠」,此團隊更想了解「睡眠時間」對情緒疾患「憂鬱症」的影響。

睡眠與精神疾病很難辨別因果關係。圖/Pexels

在鎖定超過 340 種的常見遺傳變異型後,哈佛大學醫學系的 Daghlas 醫師與其研究團隊直接與美國的基因檢測公司「23 與我」(23andMe)以及英國生物樣本庫(UK Biobank)合作,獲取將近 85 萬筆不記名的基因組合、精神疾病病史等資料。其中有 85,000 筆資料附帶個人穿戴式裝置測量的睡眠週期紀錄,另外則有 25 萬人曾填寫過睡眠偏好(平常幾點睡、睡多久)問卷。

如此龐大的樣本數,讓這次研究的價值產生「質變」。特別是以往在做基因變異比較時,往往會因為變異型種類太多使得樣本數被嚴重稀釋。這次集結歐美不同學校以及基因資料庫的力量,讓研究團隊突破以往統計分析遇到的限制,得出具理想外在效度的結果。

一天一小時,憂鬱遠離我?

以結論而言:就算總睡眠時數不變,單是每天早入睡一個小時便足以降低 23% 的憂鬱風險。若是早入睡兩個小時,降低的風險更是來到驚人的 40%。值得注意的是,這項益處是針對原本就經常晚睡的夜貓子,本就早睡早起的人「更早睡」是否有相同效果還有待研究。

由於這項研究並不是實驗,我們無法明確辨別「提早入睡」與「憂鬱風險降低」的因果關係。然而若是結合過去其他研究的結果,其實能找到不同面向的解釋:

就生理層面來看,早睡早起的人會比夜貓子有更長的「日曬時間」。而接觸陽光除了帶來維生素 D,同時也可能影響我們大腦製造血清素的效率,進而影響我們的情緒穩定度。過去有歐美研究發現憂鬱症、雙向情感疾患(躁鬱症)都跟季節變化有關,推測與秋冬季的日照時間大幅減少有關。

曬太陽有利於維生素 D 的合成。圖/Giphy

從社會角度來看,由於絕大多數人的生活作息仍是跟著太陽走的,當隻夜貓子也間接代表我們很難維持充足的「實體」社交生活。人與人的連結不只是消遣,更是對心理健康來說無比重要的安全網,能夠在關鍵時刻提供我們所需的韌力與支持。

如 Daghlas 醫師在論文中提到的:「我們生活在一個以『日出而作,日落而息』為主流的社會當中,而違背此常態生活的夜貓子們很可能感受到與社會脫節的不協調感。」

因此,當我們的生活作息與家人朋友錯開,這份「隔絕感」很可能會發酵,釀成令人心生鬱悶的「孤獨」與「失落」。

生活作息與親友錯開的隔絕感。圖/Pexels

改善睡眠,你可以這樣做

這篇研究雖然得出令人振奮的結果,但畢竟只是一篇沒有辦法推導出因果關係的研究,後續仍需要進行大量臨床實驗來釐清當中的機制。此外,本篇研究討論的重點是「提早入睡」可能帶來的好處,但是睡眠還有很多面向值得我們注意。

關於睡眠不足以及睡眠品質不佳的研究數不勝數,獲得的結果也很一致,無不在警告我們不健康作息背後的種種風險。特別是最近因為疫情的關係,失去日常上班上課來制衡的生活作息很容易亂掉,讓我們陷入越來越晚睡、越來越睡不好的負面循環。

與其糾結於「早睡一小時」,不如先想辦法讓自己「多睡一小時」或是嘗試「睡前一小時不用 3C 產品」,為生活帶來更正向的改變。

參考資料

  • Beecher, M. E., Eggett, D., Erekson, D., Rees, L. B., Bingham, J., Klundt, J., … & Boardman, R. D. (2016). Sunshine on my shoulders: weather, pollution, and emotional distress. Journal of affective disorders205, 234-238.
  • Daghlas I, Lane JM, Saxena R, Vetter C. Genetically Proxied Diurnal Preference, Sleep Timing, and Risk of Major Depressive Disorder. JAMA Psychiatry. Published online May 26, 2021. doi:10.1001/jamapsychiatry.2021.0959
  • University of Colorado at Boulder. (2021, May 28). Waking just one hour earlier cuts depression risk by double digits, study finds. ScienceDaily. Retrieved June 29, 2021 from www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210528114107.htm
  • Sansone, R. A., & Sansone, L. A. (2013). Sunshine, serotonin, and skin: a partial explanation for seasonal patterns in psychopathology?. Innovations in clinical neuroscience10(7-8), 20.
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異吐司想Toasty Thoughts_96
28 篇文章 ・ 121 位粉絲
最初是想用心理學剖析日常事物,一方面「一吐思想」,另一方面借用吐司百變百搭的形象,讓心理學成為無處不在的有趣事物。基於本人雜食屬性,最後什麼都寫、什麼都分享。歡迎至臉書搜尋「異吐司想」。

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科學與謬誤──尋找科學研究的意義
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・2015/08/31 ・2468字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 538 ・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。

柏拉圖曾在他的《理想國》一書當中,用洞穴的比喻描述人們知識的侷限性;而要突破知識的侷限性,似乎唯有透過科學的進展才能達到。然而,現今我們採用心理學研究方法,所得出的研究結果,真能保證它們都是真理嗎?

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source:Abhi Sharma

昨天看到The News Lens關鍵評論的一篇文章,裡面引述了Science期刊上的一篇研究論文,該篇論文由270名心理學家共同合作寫成,他們重複了過去心理學經典研究中的其中100個實驗,結果發現,過去那100個實驗當中,有97個達到顯著結果,但是在重複驗證的過程當中,卻只有36個達到顯著。

這當中有許多可能的解釋,例如文中提到的出版偏誤(publication bias)──因為實驗資金分配的關係,科學家們傾向研究新的議題,而非重複驗證過去的實驗;或是科學期刊只想刊出顯著、有趣的研究,而得不到顯著結果的研究,科學期刊往往會忽略它們。除此之外,無法排除混淆變項、實驗過程不夠嚴謹都是有可能的原因;甚至是我們在發表論文的過程中,只會發表有做出成效的研究,但是一個在99%信心水準下達顯著的實驗,只要重複操作100次,期望值上就會有一次是顯著的,因此我們看到的,或許是全世界心理學家做了數千次當中,唯一顯著的那幾十次而已,這可以說是肯證偏誤(confirmation bias)的一種。

然而,本文主要並不是要探討實驗方法的部分,而是提出一些關於研究思考的方向。

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昨天在看到這篇文章之後,我把它貼在我的Facebook上,並在下面討論做實驗的意義在哪裡?我一個朋友看到之後,就在下面回說「我做研究覺得很爽就好了啊!」。這一句話乍聽之下似乎很不負責任,但這或許會是另一個關於科學研究,我們可以思考的徑路。

事實上,科學研究真的能夠帶給我們什麼嗎?攤開科學史一看,我們幾乎找不到什麼東西是確定的,其實我們難以想像,中古世紀的人為何會迷信地心說如此荒謬的說法,但是若你是一個中古世紀的人,只有當時的科學儀器,活在當時的社會背景之下,其實是無法得知地球並非宇宙中心這個事實的,即使地心說受到質疑,托勒密依然提出了本輪與均輪的說法,企圖解釋行星逆行的這個「異例」。因為我們不知道世界的真實樣貌是什麼,所以有的科學家才會秉持著自己所相信的,企圖修復舊有的理論,而非提出新的理論加以說明。

但是,隨著科學的進展,來到了現今的我們,真能確保我們所知的一切就是事實嗎?就好比中古時代的人,以當時的社會、科學背景,並無從突破當時的知識,現今的我們,同樣難以突破我們所見所聞的一切,只能活在現有的知識背景之下而已,而似乎唯有實驗方法的演進,才能讓我們得到更多的知識,而這可能會是一個永無止盡的過程。更進一步的,如果我們採取嚴格懷疑論的觀點,我們根本無從證成任何的事物,就如同笛卡兒所說的,我們唯一能證成的就是自己存在而已,而這個自己是什麼模樣我們也無從得知,因為一切都有可能是魔鬼所欺騙我們的;只要我們透過感官來觀察這個世界,那麼感官可能會受到的欺騙、幻覺、錯覺,我們就永遠都無從避免,所以也有一種可能性,一種無法被排除的可能性──我們根本就不可能對這個世界產生任何的知識。

從這樣的觀點來看,我同學所說的那一句話:「我做研究覺得很爽就好了啊!」似乎就變得很有道理了。

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或許,我們可以從另一個角度來看科學研究,我們研究的目的、追尋世界真理的目的,背後到底是什麼?社會心理學家喬治·凱利(George Kelly)曾經如此比喻人們探索世界的方式,就好像每一個人都是一個個素樸科學家(naive scientists)一般,會對這個世界提出假設、驗證假設、駁斥假設、產生新的假設。

尚·皮亞傑(Jean Piaget)也曾如此描述孩子探詢世界的方式──我們會對這個世界產生一些認識,然後把那些知識整理成基模(schema),當我們碰到和過去基模衝突的事件時,我們會試著去修改舊有的基模,或是創造出一個新的基模,來應變外在世界的變化。這兩位心理學家描述了人們探索世界的方式,而這種方式其實就是科學研究的縮影,只是我們這些素樸科學家做的實驗並沒有那麼精確而已。

而人們之所以要如此費盡心思地預測、掌控這個世界,其實就是為了一件事情──「我們在尋找可預測感、可控制感,因為這將帶來安全感。」而我們所追尋的可控制感、可預測感,其實也包含了另一個要素在裡面──我們希望它是越簡單越好的。這也是為什麼哲學理論會有一個「奧坎剃刀原則(Occam’s Razor)」──可以解釋同一事件的諸多理論當中,我們會挑選最精簡、最少假設的理論。即便比較精簡的理論並不一定比較正確,只是在沒有更多證據的情況下,我們通常會這麼做。

其實不只是科學研究,我們的日常生活中也是如此,我們之所以會對許多事情產生畏懼、害怕,正是因為不確定性,在遭受重大創傷的人會產生創傷後壓力症候群(PTSD)、在發生重大刑案之後我們會急著想要判兇手死刑、在分手了之後我們會產生厭男/厭女情節;或是我們害怕突破舒適圈、害怕探索未知的世界、害怕採取其他的選擇──即使那個選擇或許比當前我們的行為更適合面對外在困境,也都是因為我們追求安全感使然。就如同佛洛伊德在《超越快樂原則》當中所提到的一般,人們追求的並不是快樂,而是習慣,因為習慣將帶來安全感。

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也許,做科學研究真的就只是為了自己開心而已,我們有可能可以一步步更逼近真理,也有可能什麼都得不到;追求的理論被反駁修改之後,也許科學家們終其一生研究的成果都化為泡沫,就如同行為主義大師史金納(B.F. Skinner)在其年邁時,他的理論已經被批判的體無完膚了,他仍然堅持他的理論,堅持「你只能改變你的行為,不能改變你的想法(You can’t change your mind, you change your behavior)」,因為對他而言,他的研究就是他信奉終生的信仰,它生命的一大部分了。也許,我們永遠也無法走出《洞喻》當中的那個山洞,但也許,我們是否得到了真理並不是那麼重要,重要的是研究科學的歷程,以及科學帶給了人們更多的可預測感與可控制感吧!

文章難易度
貓心
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忘了收培養皿就去度假,回來後發現世上第一個抗生素!
賴昭正_96
・2020/12/23 ・4734字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

「發現」是看到別人所看到的,但思考著別人所沒想到的。(Discovery is seeing what everybody else has seen, and thinking what nobody else has thought.)

 

Albert von Szent-Györgyi Nagyrápolt——1937 年諾貝爾醫學獎

科學史上那些來自「意外」的大發現

許多謮者可能覺得科學的進展是有條有理的:每年向國科會提出研究計劃,然後按部就班地完成。但事實上科學上的許多大發現可以說大都是「意外」的:例如德國理論物理學家普朗克 (Max Planck) 謂他是靠「幸運的直覺 (lucky intuition) 」而意外地敲響了量子力學革命之鐘聲!一位名不見經傳,任教於東巴基斯坦的講師玻色 (Styendra Bose) 也以一篇 1500 字的論文糊里糊塗地意外開啟了量子統計力學之大門(見「量子統計的先鋒——波思」)!

許多科學上的大發現都是「不小心」的。圖/giphy

除了上面那類「意外」外,科學上還有一種靠天幫忙的「機緣巧合幸運的意外發現」(英文稱為 serendipity )。

例如諾貝爾 (Alfred Nobel) 炸藥之發現,有一傳說是因為儲存的硝化甘油意外泄漏,與用來包裝儲存鐵桶之板狀矽藻土混合,使他想到了試用此板狀矽藻土。經實驗後,他發現兩者相混之固體不但安全可靠(硝化甘油為液體,非常不穩定,一不小心就爆炸),而且還可保持原有之爆炸威力──這不正是他研究甚久而未能找到的「穩定炸藥」嗎(見「量子統計的誕生」)?!

醫學上這類的幸運發現更是層出不窮。例如 1889 年,為了瞭解胰臟的功能,法國兩位外科手術醫生梅倫 (Joseph von Mering) 及明考斯基 (Oskar Minkowski) 將狗的胰臟割除,發現這隻可憐狗整天口渴及隨地小便。

數日後,一位助手覺得實驗室內的蒼蠅好像突然多了起來⎯⎯尤其是在狗小便過的地板處。分析狗尿及其血液後,梅倫及明考斯基很驚奇地發現裡面充滿了糖份!顯然地,胰臟具調解體內糖份的功能,它一旦受損,將導致糖尿病!就這樣,梅倫及明考斯基無意中發現了「困擾」人類三千多年之糖尿病的病源(見「胰島素與生技產業誕生的故事」)。

兩位外科醫生在小狗身上發現人類糖尿病的成因。圖/Pexels

在「認識病毒全攻略!病毒的發現、與細菌的不同、科赫假說和致病機制」一文裡,筆者提到了抗生素的發現是醫學史上最重要的突破之一。但多少謮者知道英國細菌學家弗萊明 (Alexander Fleming) 是靠機緣巧合及運氣而發現第一個抗生素——盤尼西林( penicillin,或稱「青黴素」)——嗎?

發現青黴素還把專利交給政府的辣個男人

弗萊明 (1881-1955年) 出生於蘇格蘭的洛克菲爾德 (Lochfield) 小城,七歲時父親去世。 弗萊明在當地學校接受了良好的基礎教育,13 歲時跟隨同父異母兄弟前往倫敦,十幾歲的時候就在攝政街理工學院 (Regent Street Polytechnic) 上課。在貨運公司工作了四年後,進入倫敦聖瑪麗醫院醫學院 (St. Mary′s Hospital Medical School)。

弗萊明為發現盤尼西林的研究者。圖/G.cz

原想成為一名外科醫師;但 1906 年在疫苗治療的先驅賴特 (Almroth Wright) 爵士帶領下的研究使他確信他的未來在於細菌學的新領域。他於 1908 年獲得學位後,便留校當講師,直到 1914 年因第一次世界大戰而從軍擔任陸軍醫療隊的上尉。1918 年回到了聖瑪麗醫學院,1928 年昇等為該學院教授,1943 年當選為皇家學會會士 (fellow) ,1948 年當選為倫敦大學細菌學名譽教授,於 1944 年獲封為爵士。 

1999 年,弗萊明被《時代》雜誌評選為 20 世紀的 100 位最重要人物;2002 年,他在英國廣播公司 (BBC) 的電視民意調查中被選入為 100 個最偉大的英國人。弗萊明爵士不是因為發現了可拯救數百萬生命的抗生素而非常受人尊敬,而是他並沒有因專利成為一個很有錢的人。

弗萊明紀念郵票。圖/Wikimedia common

相反地,他了解青黴素具有克服梅毒、壞疽、和結核病等疾病的潛力,必須將其釋放給世界,以服務更大的群眾。因此在第二次世界大戰前夕,弗萊明將專利移交給了美國和英國政府,使他們能及時大量生產青黴素,救治了那場戰爭中的許多傷員。

在「胰島素與生技產業誕生的故事」一文裡,筆者也提到了發現胰島素之加拿大多倫多大學講師班廷 (Frederick Banting) 也應可賺大錢,但卻在取得胰島素萃取的專利後,將其使用權完全免費地轉給加拿大多倫多大學!這種清高的學術研究,在今日生物研究已成為一場金錢遊戲的社會裡(見「你的基因是別人的專利?生技產業的金錢遊戲由此開啟」)已經幾乎看不到,實在讓筆者非常懷念象牙塔的學府!

粗心致培養皿發霉,竟意外發現盤尼西林

弗萊明是一位粗心的實驗室技術員,1928 年夏在研究葡萄球菌1的某一天,他忘了將含有葡萄球菌培養物的培養皿放在培養箱中,留在實驗室工作台上就匆匆忙忙地離開實驗室去度假。命運就是這樣作弄人:那時室內的溫度及濕度均適合霉菌(mold,或譯「黴菌」)的生長;因此兩個禮拜回來後,弗萊明發現在敞開窗戶旁的培養皿因未加蓋而發霉。

弗萊明忘了把培養皿收在培養箱裡,留在工作台上就去度假了,回來後發現了一些「驚喜」。圖/Pexels

一般的研究者大多會將這些被霉菌孢子污染的培養皿丟掉;但弗萊明這次卻心血來潮⋯⋯。他回憶說:

基於以前「溶菌酶」的經驗,也像許多細菌學家那樣,我應會把污染的培養皿丟掉,⋯⋯某些細菌學家也有可能(早就)注意到我(那時)看到的相似變化,⋯⋯但是在對天然產生的抗菌物質沒有任何興趣的情況下,都會順手地將培養物丟棄。⋯⋯但(這次)我沒有找個藉口丟掉受污染的培養液,相反地,我做了進一步的探討。

弗萊明細心觀察到:霉菌掉落處周圍的瓊脂凝膠 (agar gel) 被溶解和清除;他隔離霉菌並鑑定其為由「真核細胞」組成的青黴屬成員。進一步研究後他發現抑製或預防細菌生長的不是黴菌本身,而是霉菌產生的某些「黴汁 (mold juice) 」,因為產生它的霉菌為 Penicillium notatum,故將之稱為 Penicillin(盤尼西林);中文因為是由藍綠色黴菌分離出來的黴素,故又稱為「青黴素」。

在隨後的十年中,因在分離和穩定青黴素方面遇到的困難,弗萊明只能專注於青黴素作為傷口和表面感染的局部殺菌劑。

在哈密瓜上發現大量生產青黴素的方法

因之當時弗萊明本人並沒有真正意識到他的發現有多麼重要;而醫學界也很少注意到他發表在《英國實驗病理學雜誌》 (British Journal of Experimental Pathology, 1929 年 6 月) 上的論文。

1938 年由牛津大學的弗洛里 (Howard  Florey) 和錢恩 (Ernst Chain) 領導的化學家團隊終於分離和純化了青黴素2,生產足夠做臨床試驗的青黴素,於 1940 年證明青黴素可以用作抵抗多種細菌性疾病的治療劑[抗生素 (antibiotic)3]。1945 年,弗萊明、弗洛里、與錢恩因「青黴素的發現及其在各種傳染病中的療效」獲得諾貝爾醫學獎。

起初弗萊明本人和醫學界並沒有意識到這個發現的重要,直到證明青黴素可以抵抗細菌性疾病。圖/flickr

弗萊明後來回憶說:

有時候,人們會發現不是自己在找的東西。我 1928 年 9 月 28 日拂曉後醒來時,當然沒打算通過發現世界上第一個抗生素或細菌殺手來徹底改變所有藥物。 但是我想那正是我(當時)所做的。

早期青黴素無法大量生產,弗萊明實驗室一個月所生產的青黴素,僅能供一個病人治療用,因此如何大量生產青黴素便成為重要關鍵。大量生產之方法的發現事實上也是屬於「機緣巧合意外的發現」。

為了趕上可能救治二次世界大戰傷兵的需求,弗洛里還飛到美國諮詢如何提取及製造青黴素。1943 年的一天,在伊利諾州皮奧里亞 (Peoria) 的農業部北部區域研究實驗室 (NRRL) 工作的亨特 (Mary Hunt) ,無意中在一雜貨店裡發現了一顆表皮長滿漂亮及金色青黴的哈密瓜。

亨特在雜貨店發現一顆表皮長滿青黴的哈密瓜,並將它帶回實驗室分析。圖/Pexels

將它帶回實驗室,篩選出能大量分泌青黴素的菌株後,她發現該菌株產生的青黴素數量是 notatum 的 200 倍——她因之贏得「發霉瑪麗 (Moldy Mary) 」的綽號。在許多研究團隊紛紛加入菌種及製造方法的改良後,青黴素產量由 1943 年只能醫治不到 1000 人,一下子跳到 1944 年時,已有足夠的青黴素來治療每位需要的士兵,為第二次世界大戰提供了功不可沒的貢獻!也啓動了尋找其他抗生素的研究,開創了醫學的新紀元。

結論

青黴素被稱為是一種「神奇藥物 (wonder drug) 」,而事實也確名副其實: 在發現青黴素之前,今天看起來非常小的傷害和疾病(不管是由被感染的小傷口或是由鏈球菌性咽喉炎等疾病引起的),那時候都可能導致死亡;而梅毒和淋病等性病則更不用說。

因此在二次世界大戰後,青黴素以及其他抗生素的使用成幾何級數地增加,導致細菌耐藥性也以驚人的速度增強。 2019 年,世衛組織因此將細菌耐藥性增強列為對全球健康的十大威脅之一。事實上早在 1945 年,在諾貝爾獎領獎典禮的演講中,弗萊明就已經警告說: 「過度使用青黴素可能會導致細菌耐藥!」

弗萊明意識到自己的發現是偶然與機遇,他因此謙虛地說:「青黴素的故事蘊含著十足的浪漫色彩,有助於說明機遇及命運在一個人職業生涯中所佔有的影響。」

但儘管如此,因為「命運較照顧已有準備的人」4,請不要痴痴地等著機遇及命運來敲門!勸君惜取少年時,多一份準備,免得黃金掉到家門前都不知道!

註解

  1. 葡萄球菌感染是由葡萄球菌引起的「疾病」;在少數情況下,這些細菌只會導致皮膚感染。但是如果細菌深入到體內,進入血液、關節、骨頭、肺、或心臟,則葡萄球菌感染可能致命。
  2. 牛津大學的 Dorothy Crowfoot Hodgkin 於 1945 年用 X 光晶體繞射確定了青黴素的化學構造(獲 1964 年諾貝爾化學獎);因為合成困難,麻省理工學院的John C. Sheehan 遲至 1957 年才完成了青黴素的首次化學合成。
  3. 早在 19 世紀,人類就已經觀察到某些細菌和黴菌之間的拮抗作用,並且將這種現象稱為「抗生作用 (antibiosis) 」。
  4. 「Fortune favors the prepared mind」出自因接種疫苗、微生物發酵、和巴氏滅菌法原理的發現而聞名的法國生物學家、微生物學家、和化學家巴斯德 (Louis Pasteur) 。

延伸閱讀

  1. 「量子統計的先鋒——波思」、「量子統計的誕生」、及「胰島素與生技產業誕生的故事」的內容,均收錄在《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017年12月出版)一書中。
  2. 有關量子力學發展的故事請參考《量子的故事》(第2版,新竹市凡異出版公司, 2005年),及《我愛科學》內的相關物理內容。

參考文獻

  1. Roberts, R. M. (1989). Serendipity: Accidental discoveries in science. Published by Wiley
  2. 賴昭正(1982)。〈量子統計的先鋒——波思〉,收入於《科學月刊》1982 年第 13 卷第 4 期,總卷號 148 期,39頁。
  3. 賴昭正(2015)。〈量子統計的誕生〉,收入於《科學月刊》2015 年第 46 卷第 1 期,總卷號 541 期,73頁。
  4. 發現能治療糖尿病的胰島素——胰島素與生技產業的誕生(上) – PanSci 泛科學
  5. 你的基因是別人的專利?生技產業的金錢遊戲由此開啟 – PanSci 泛科學
  6. 認識病毒全攻略!病毒的發現、與細菌的不同、科赫假說和致病機制 – PanSci 泛科學

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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。