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實驗動物如何走那最後一哩路?

miss9_96
・2015/12/01 ・2414字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

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一座在俄羅斯紀念實驗動物的雕像,雕像是一隻實驗室的老鼠正在編織DNA。from: wikimedia
一座在俄羅斯紀念實驗動物的雕像,雕像是一隻實驗室的老鼠正在編織DNA。from: wikimedia

這座紀念實驗動物的雕像,是一隻實驗室的老鼠正在編織DNA,俄羅斯的科學家以此雕像紀念那些為科學犧牲奉獻的動物們。

實驗動物的安樂死

還記得第一次自己犧牲小鼠,施力點、力道全盤皆錯。短短數秒鐘的感受,難以言喻……

這篇文章的念頭是來自於Mr.柳澤facebook版上的討論,眾位前輩從生科的素養動物的替代方案一路聊起。而既然YTLai大大已經起跑了第一棒–「執迷不悟,乙醚之誤:生物實驗用乙醚錯了嗎?」,那我就來接著談,不用乙醚?那該用什麼?

安樂死,幾乎是動物實驗的最後一道步驟。合理的安樂死方式,都有下列的特點:對動物較不痛苦、對實驗者較不痛苦操作簡單成本低廉。筆者在學時常見的大、小鼠安樂死方法如下(詳細說明請參考農委會建議):

方式(大、小鼠) 優點 缺點
注射過量麻醉劑
  • 動物較不痛苦
  • 實驗者心理壓力低
  • 操作難度高
  • 成本較高
密閉空間高濃度二氧化碳CO2
  • 操作難度低
  • 成本低廉
  • 實驗者心理壓力高
頸椎脫離/斷頸
  • 成本低廉
  • 操作難度高
  • 實驗者心理壓力很高
斬首
  • 成本低廉
  • 實驗者心理壓力很高

若有特殊的實驗需求,則會有其他安樂死方式。例如為了觀察血管系統(如:血腦屏障),可能會將動物麻醉後,再灌流藍色染料;或是想保留瞬間的化學證據,則會使用液態氮瞬間冷凍。當然啦,有合格的安樂死方法,自然也有被淘汰掉的方式,而淘汰的理由多半如下(詳細說明請參考農委會建議):

  • 無法保證死亡(徒留痛苦):如齧齒類可以使用CO2窒息法,但幼鼠對CO2的耐受性較高,無法保證完全死亡,建議使用斬首法。此外冷凍和乙醚致死也有這種缺點。
  • 對實驗者有危險性:乙醚(可燃性氣體)、氯仿(致癌性液體)。
  • 安樂死過程太長:冷凍、用水淹死。
  • 安樂死過程過於痛苦:冷凍、用水淹死、電擊、部分注射型藥物。

據農委會統計,在2013年,台灣使用了約130萬隻實驗動物,這麼龐大的數量自然不能由農委會親自管理,那麼是誰來把守呢?

跟據農委會在2013年統計,台灣用量前三名的實驗動物分別為嚙齒類(約70%)、魚類(約25%)和雞(約3%)。from: wikimedia & wikimedia & wikimedia
跟據農委會在2013年統計,台灣用量前三名的實驗動物分別為嚙齒類(約70%)、魚類(約25%)和雞(約3%)。from: wikimedia & wikimedia & wikimedia

為實驗動物著想?–動物實驗倫理委員會

不論在大專院校或研究單位,實驗主持人想進行動物實驗,必須要撰寫實驗計畫,並送交動物實驗倫理委員會,經審查通過後才能進行實驗。而委員會的成員通常會包括獸醫界、科學界,甚至會有法律人士參與,而倫理委員會將詳查實驗是否以3R的精神在執行。3R分別是「取代(Replace)」、「減量(Reduce)」、及實驗「精緻化(Refine)」。

  • 取代:此精神分為兩種內涵,分別為「避免使用讓動物痛苦的實驗方式」和「以電腦模擬或其他不使用動物的方式,取代動物實驗」。
  • 減量:良好的實驗設計,減少使用的動物數量。
  • 精緻:提供良好、舒適的生活環境,並確保實驗的休養期能受到良好的照護。

而隨著科學的進步,讓許多動物實驗被取代,如上個世紀初,只能用兔子或老鼠進行致癌性的實驗(請見看!那隻會傳染腫瘤的寄生蟲!?),但隨著科學的進步,致癌性已經可以用大腸桿菌來進行初步的篩選了。

但各位讀者都知道,仍有很大比例的研究必須要使用動物,例如藥品研究醫材開發等,單方面的要求禁止使用動物其實不合理,應該要依照不同研究領域,逐一的探討是否有更好的方式能夠取代動物實驗。而誠如YTLai在「執迷不悟,乙醚之誤:生物實驗用乙醚錯了嗎?」所述,若要讓普通的高中生了解生命的價值,請傳統市場的魚、雞販商來示範和講解,將會是一個很好的做法(而且他們每日都看盡生命的起落,想必也有很多感想可以和學子們分享),而示範過程中的屠體,也可以用以教學,何樂不為呢?

寫在文末-生命科學教育的意義

其實筆者對這則新聞的反應,沒有YTLai來的這麼大。該名高中老師的教學細節,是可以再討論的(如:實驗計畫是否有送交倫理委員會討論;乙醚安樂死的合格性),但筆者想指出,學生在動物實驗開始之前的嬉鬧,以及部落格上的寫法,並不尊重那些即將犧牲生命的動物。生命科學教育的宗旨之一,是要讓學子們尊重生命,筆者認為這點才是最重要的。我希望政府、社會、媒體能夠更關注科學教育以及科普教育,但現在的社會氛圍下,有多少人會關心呢?

參考文獻

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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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大科學人專訪|時間的女兒:即使我成績很好,但也未曾在學習中有過成就感
LIS_96
・2022/11/17 ・2186字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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她是 Podcast《時間的女兒:八卦歷史頻道》的主持人 Hazel,以清晰幽默的口條分享精彩的歷史八卦,其爬梳史料整理出的故事腳本,被聽眾譽為「用聽的連續劇」,讓人不知不覺就追了好幾集,短短七個月的經營,頻道即突破千萬收聽。

你可能會很意外,這位以科普歷史為題的創作者,其實並不是歷史背景,在成為一位新媒體文史工作者之前,Hazel 也曾有過一段對學習迷惘的學生時期,邀請你一起往下閱讀 >>>

小學一年級的第一學期就對學習的嚮往從此破滅

「其實我的學習過程,很少感到成就感,覺得讀書非常無聊,即使過去我的成績很好」 Hazel 說。

他憶起小學一年級剛入學的那天自己是非常雀躍的,因為大人告訴他上學是長大和變聰明的必經之路,但不到一學期,他就發現這其實是一個謊言,讀書和考好不過只是為了要給家長一個交代。

在學習的路上,因著家長的期待以及嚴格的自我要求, Hazel 一路上逼著自己保持好成績,然而到了高中,突然發現不論多麼努力,還是無法跨越與「數學」的巨大隔閡。

「我在高中只有排列組合這個單元數學成績有拉上來,這個部份我能用生活的經驗理解,不過當數學超出了加減乘除之外,我就完全無法領會,也不知道學習的意義和目標在哪裡」Hazel 坦言。

發現不論多麼努力,還是無法跨越與「數學」的巨大隔閡。圖/Pexels

選文組不是因為喜歡,而是因為想要逃避數學

談到這裡,我們很直覺的猜測 Hazel 高中選擇了文組,他語帶尷尬的笑著說「沒錯」,而笑容的背後,正是許多人都曾經歷過的無奈——「因為討厭理工科的學習,才選擇(逃到)文法商」。

「不可能有一個孩子不喜歡所有東西,但因為他要避開最討厭的那一項,只能選相對沒有那麼討厭的項目。如果我早一點知道數學的意義和在生活中的應用,或許當初我不見得沒有辦法讀理工,其實我對生物很有興趣,但錯過就錯過了!」  Hazel 用自己的故事點出學習過程中常見卻很弔詭的集體經驗。

知道為何而學,會不會學得事半功倍呢

開始有了讀書之外的社會經驗, Hazel 回看過去的學習歷程,發現到「很多過去不會或是不能理解的知識,常常到了現在工作和生活中才茅塞頓開,原來當年在學的是這個東西阿!」,這樣的經驗也讓他反思「如果能提早知道『學習的目標和應用』會不會原本覺得困難的概念就不會學得那麼辛苦,學習效果也許事倍功半」!

這番體悟讓 Hazel 決定要成為一位「替孩子的學習創造意義感」的母親(即便他目前還沒有孩子),「我會在小孩長大的過程不斷詢問,『你想要做些什麼?』,這不是給他寫一篇作文-我的志願就結束了,我們需要和他確認『想要做這件事情』和他『接下來要去努力的方向』是否一致」。

提早知道「學習的目標和應用」,效果也許事倍功半!圖/Pexels

教育的目的是讓我們擁有做夢的勇氣

看見《時間的女兒:八卦歷史頻道》在 Podcast 熱門排行榜上有名,Hazel 說自己從未想過能在 Podcast 上獲得如此斐然的成績,剛開始製播節目他還是一邊工作一邊經營,一路上靠著「興趣」和「需求」讓完全沒有歷史背景的他持續學習,摸索出節目現在的樣子。

談及這段經歷,Hazel 有感而發:「如果沒做 podcaster,我可能還是一個高不成低不就的小白領上班族,台灣教育比較沒有帶給小孩做夢的勇氣,我也是因為在 Podcast 有些成績,才膽敢放棄原本的工作和志向,但實際上不該是這樣,台灣教育沒有告訴孩子這世界有多少可能,但我們也不該只鼓勵小朋友做夢,要同時藉由教育一起幫忙孩子實現夢想。」

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」,Hazel 分享給我們的大科學人宣言:
❛❛ 生活中沒有什麼可怕的東西,只有需要理解的東西 ❜❜ ——居禮夫人

藉由深究歷史穿梭古今的 Hazel 分享:「人類經常因著不理解而做出不智之舉,不理解所帶來的恐懼,往往讓人們出於防衛而做出極端反應」,例如獵巫的源由正是人類對大自然的無知,像是啟發伽利略的教士布魯諾,正是因為推崇「地動說」而被火刑。「人們缺乏的不是慈悲,而是追根究柢的勇氣」,如果當時的他們抱持更廣闊的心胸,還有更科學的精神找答案就不會被恐懼所困!

最後 Hazel 調皮的說:「話說如此,心裡只有 99% 認同這個句子,我想有些恐懼無論如何,還是很難克服,例如某種褐色的家庭常見害蟲,雖然清楚那只是種六腳昆蟲不足為懼,但知道歸知道,就算居禮夫人和法布爾老師復活來聯合對我再教育,也還是治不了我的害怕吧……。」

邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

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LIS_96
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LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。

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我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?
胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)

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胡中行_96
65 篇文章 ・ 23 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。