肝素為一種天然抗凝血藥物，常見來源為豬腸與牛肺。利用化學製程，可避免肝素在萃取過程中被汙染。2008年，美國就有超過80人死於肝素汙染。
根據北卡羅來納大學Chapel Hill分校Jian Liu和壬色列理工學院Robert Linhardt的研究指出。利用一系列的酵素來合成此種藥物只需10或12個反應步驟，遠少於現行的商業化學合成步驟所需的50多個反應步驟。另外這兩種新製程的產率，依序為45％和37％。對目前的合成方法來說是相當大的進步。
作者說：「他們的方法，對肝素合成的產業規模有巨大影響。」
資料來源: Nature: Fast track to blood thinner [ 02 November 2011]
譯者：蘇映慈
我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。
——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking） 英國理論物理學家
大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。
圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？
在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？
不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。
在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。
1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。
一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：
總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：
只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！
現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換
x’ = x cosθ + y sinθ
y’ = -x sinθ+ y cosθ
即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？
人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算，那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘！
GPU 可分成兩種：
2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。
事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。
我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。
人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。
黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」
人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？
GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。
（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。
（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?
（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?
（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。
（註五）
或
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話說，珊卓布拉克和查寧坦圖主演的失落謎城（The Lost City）近日在二輪片戲院上映了，電影本身頗具娛樂效果也讓我相當享受，但裡頭出乎意料的居然出現了水蛭吸血的橋段。
本著龜毛水蛭宅的認真心態，我當然仔仔細細地檢視了這個橋段，除了確定查寧坦圖沒有露出半根不該露出的東西（例如毛髮，請別想歪），也確定這個橋段裡面的水蛭有好些不盡正確的特徵，在此想要跟各位讀者分享，希望哪一天有人要在電影裡面用上水蛭的時候，特效或模型可以做得更精準一點。
先講優點，電影裡的水蛭模型做的還算有模有樣，體表的質感雖然乾皺了點但還算可以接受，值得一提的是水蛭正吸血時口吸盤會有的「垂直壓向皮膚」的姿態也做出來了。光是這一點，就值得為模型組的工作人員拍拍手。
好話說完了，接下來要開始挑剔了。
首先，吸血的水蛭不算是長時間游泳的高手，而且很依賴水波震動來找尋下水移動的倒楣宿主，所以通常是棲息在靜止或頂多是緩流的水域，電影裡面那樣不算開闊又有明顯水流的小溪是不太可能遇到吸血水蛭的。不過這一點相對不那麼有問題，我們就假設兩位主角涉水的溪流曾經經過一段緩流的溼地，只是畫面沒有拍到好了。
比較明顯的問題是水蛭吸血時的特徵行為和應對方式。
根據幕後花絮的說法，劇組是用膠水把水蛭黏在查寧坦圖的下背跟屁股上，也因此珊卓布拉克將水蛭拔掉的時候就像撕掉膠布一樣，甚至還可以看到膠水在水蛭跟皮膚之間拉開的黏絲。
但可惜的是，水蛭是靠著口尾兩個吸盤附著的，其他部位的體表毫無黏附的能力，所以要是你我被水蛭咬上吸血，從皮膚上把水蛭拔下來的時候，切記得要用指甲貼住皮膚把水蛭的兩個吸盤推掉，這才是最快也最安全的方法。至於為什麼這個方法最好，其他坊間流傳的火燒灑鹽法又有什麼不好，還請讀者參考先前的拙文「被水蛭咬了怎麼辦」，就不在這裡再多費唇舌了。
再說，水蛭身體本來就佈滿黏液，吸血的時候絕對是又黏又滑根本抓不住，要把吸血中的水蛭從皮膚上取下來，絕對不可能像珊卓布拉克那樣輕鬆，用手指直接捏住水蛭身體如撕膠布一樣的把水蛭拿下來，這樣做只會一直把水蛭身體捏扁，把牠吸到肚子裡的血液混著體內共生菌又擠回傷口裡面增加感染風險而已，各位讀者千萬不要學啊。
另一個問題是水蛭咬上身體的部位。一般而言，水蛭游到在水裡走動的宿主身上，基本上是找尋皮膚裸露處吸血，不太會鑽進衣服覆蓋的身體部位，尤其是那麼大隻的水蛭更是如此。
所以，既然水蛭沒有那麼會鑽，吸到查寧坦圖的上衣下擺跟褲頭之間還有可能，畢竟他的上衣看起來沒有紮進褲頭可能會在水中擺動，讓上身的水蛭有機可乘；但吸到包在褲子裡面的屁股就不太合理了，大概只是為了讓觀眾大飽眼福而已。
話說回來，查寧坦圖的台詞倒是說得沒錯，像珊卓布拉克在戲裡那樣的連身緊身衣，基本上對吸血水蛭而言就是絕佳防護，所以她的身上沒有水蛭也是合情合理。
各位讀者想必有所不知，二戰時期歐美軍方在太平洋戰場體驗到吸血蛭類的擾人之後，蛭類避忌藥劑與效果研究才開始蓬勃的發展。由於水棲與陸棲吸血蛭類在東亞、東南亞與南亞地區種類繁多又常見，吸血蛭類的避忌研究也因此多以亞洲的種類為實驗物種。
例如越戰時期，美國軍方曾苦於前線官兵在越南叢林受到蛭類侵擾，便與 1955 年於台北重新設立的美國海軍第二醫學研究所（US Naval Medical Research Unit No. 2, NAMRU-2）以及瘧疾研究所合作，在屏東潮州進行一系列蛭類毒殺與避忌的實驗。
同樣是吸血蛭類，水棲種類與陸棲種類的擾人程度其實有相當的差異。吸血的水蛭生活在水中，只要不涉水就不會造成任何困擾；而且一般而言吸血水蛭的體型較大，不容易鑽過衣物間的縫隙，更不可能穿過疏鬆的衣物纖維直達皮膚。
因此，要防止吸血水蛭上身其實很簡單，只要士兵不要下水、萬一不得已下水時務必穿著衣褲襪子並且紮好紮滿，尤其是褲管必定要紮入襪子裡，確保沒入水中的身體都被衣物緊密覆蓋，吸血水蛭也就只能黏附在衣物上遊走，幾乎無法接觸皮膚吸食血液。這樣一來，就算長褲襪子沒有施用任何避忌藥物，也已經足以防止吸血水蛭的攻擊，而且避忌效果就和驅蟲劑處理過的長褲一樣好。也因此，針對吸血水蛭的避忌研究就相對少了許多。
話雖如此，美軍還是針對吸血水蛭測試了好些避忌配方，經過一番試驗，藉著混合綿羊油、礦物脂和矽氧樹脂這些成份，終於把塗抹皮膚用的驅蟲藥劑從入水後五分鐘就會失效，延長到避忌效果可達 70 分鐘左右或更久。也有研究發現有 15 種單方與複方組合，能夠在超過 200 次入水洗手後依然保持避忌效果。
不過，這些以塗抹皮膚的避忌藥物在戰場上頂多只能做為輔助配備，以軍方的角度而言，如果能在制服上施加藥物，讓避忌各種昆蟲與蛭類的效果如同軍事裝備將戰士「武裝」起來並提供持久效果，當然更是理想。
因此，為了戰場所需，當時的諸多研究便著眼於以浸泡的方式讓衣物吸附各種避忌藥劑並評估持久程度，尤其在陸棲吸血蛭類的避忌研究中更是蔚為主流。
畢竟，俗稱螞蟥的陸生吸血蛭類跟吸血水蛭的擾人程度可不是同一個等級的，這些飢腸轆轆又敏捷的小傢伙沾上身體以後，即使是附著在衣物鞋襪上也會四處遊走，無所不用其極地找到衣褲鞋襪的交界、甚至是布料纖維間的縫隙，然後死命擠過去以抵達皮膚大快朵頤。
所以，美軍測試了許多配方，就是為了找到讓吸血螞蟥厭惡至極而拒絕靠近的辦法，但到底找到了什麼配方並不是這篇文章的重點，我們還是回來討論電影裡的水蛭吧。
最後，關於傷口沒有流血這件事，實在是非提不可的大問題。自古以來，吸血水蛭的抗凝血能力就舉世皆知，甚至因此被拿來當成放血治療的醫療工具，在十九世紀末歐洲的吸血水蛭還因為採集過度搞到瀕臨絕種。像電影裡面那麼大的吸血水蛭，咬出來的傷口絕對不小，拔掉以後應該會一直流血，就算是剛吸血十幾分鐘的傷口大概也要流個半小時的血，如果已經吸血超過半小時，傷口沒流血個幾小時都是上天保佑。所以，珊卓布拉克拿掉水蛭以後那些傷口應該會持續不斷的滲血出來，查寧坦圖的下背和屁股應該會漸漸染血成片，才不可能毫不狼狽地繼續帥氣行動呢。
哪裡有蛭，哪裡就有我的事。今天挑剔「失落謎城」電影裡的水蛭橋段就到這裡，下次再看到電影裡面出現水蛭的時候，就是我們再會的時候啦。
無論是活體外用或是藥材內服，重點還是蛭類體內的功能性因子進入人體後產生作用。若是能夠將蛭類體內的有效成份純化萃取甚至大量製造，以注射或口服方式直接進入血液或患處發揮效果，似乎都能更加迅速而有效。
因此，過去一百多年來，東西方的學者都耗費不少心血，努力從水蛭身上萃取出各式各樣的有效成份，而這一切的濫觴當然非「蛭素（Hirudin）」莫屬。
十九世紀末，雖然蛭類放血療法在西方醫學中不再受歡迎，科學界對蛭類的抗凝血能力卻依然興味盎然。
1809 年，俄羅斯教授「迪亞科諾夫（Diakonov）」在著作中提及「歐洲醫蛭腸道內的血液並不會凝固」，因此推測其中必有溶解血液的因子；1884 年，英國學者「海克拉夫特（John Berry Haycraft）」則是發現歐洲醫蛭「唾液中有一種抗凝血因子」，之後德國學者「雅各比（Jacobj）」便在 1904 年，將此抗凝血因子濃縮並命名為「蛭素（Hirudin）」。
但一直到半世紀後的 1955 年，德國學者「馬克沃德特（Markwardt）」才將蛭素從歐洲醫蛭唾腺中萃取純化出來，並展現其抗凝血活性，於是開啟了蛭類抗凝血物質的現代研究。
1986 年，「哈維（Harvey）」解開蛭素的 cDNA 序列，利用基因工程技術，將此序列轉殖大腸桿菌，首次量產人工重組蛭素；不過，由於重組蛭素在第 63 位的酪氨酸殘基並未硫酸化，因此抗凝血活性比起天然蛭素有所下降。
即使如此，重組蛭素也早已商品化為 Lepirudin 和 Desirudin 兩種抗凝血劑上市，1998 年，蛭素通過美國 FDA 認可，可做為「肝素誘發血小板減少症」和骨科手術後預防血栓的治療藥物，同時也是唯一一個 FDA 通過臨床使用認可且提取自吸血動物的抗凝血因子。
蛭素身為至今以來最強效的天然凝血酶抑制劑，其抗凝血能力來自於蛭素與凝血酶能夠直接結合，使血液的凝血機制無法運作。
同樣具有抗凝血功能的常見藥物「肝素」，其抗凝血機制則是結合並活化「抗凝血酶 III」，活化後的抗凝血酶 III 再進一步影響抑制凝血酶和凝血因子 Xa 及其他蛋白酶。
相較之下，蛭素的抗凝血功能優勢在於不依賴凝血酶 III、特異性強大、不和內皮細胞結合、用量與抗凝血效果的相關性較好、不會誘發血小板減少症、也不增加血管通透性。
除了抗凝血功能外，蛭素也有抗血栓功能。蛭素直接針對凝血酶結合，不僅阻斷了血液凝固，也抑制了血液凝固後觸發的「纖維蛋白凝固」和「血小板聚集」，因此具有防止血管血栓生成的能力。又因為蛭素不僅能夠跟游離凝血酶結合、也能夠和血塊上的凝血酶結合，因此防止血栓形成和延伸的能力又比肝素更強大。
此外，蛭素也具有抗發炎功效，而且在心腦血管疾病、急性瀰漫性血管內凝血、腎臟疾病的臨床應用與基礎研究，甚至是皮膚疤痕和醫材塗布研究上，都持續展現影響力。
除了蛭素之外，數十年來科學家陸續又在蛭類中找到許多抗凝血因子以及各種功能性因子。值得一提的是，由於蛭類的祖先以血液為食，因此即使不是吸血維生的種類，許多蛭類體內依然會分泌少量或較原始的抗凝血因子，這也是為什麼捕食性的「寬體金線蛭」和「尖細金線蛭」體內也可以測到抗凝血活性的原因。
以下整理出在吸血與非吸血蛭類上，找到較知名的抗凝血因子和其他功能性因子。
一、抑制凝血酶：
二、作用於凝血因子 Xa 阻止凝血，經常也能對抗腫瘤轉移或抗發炎：
三、抑制血小板聚集：
四、其他功能：
吸血蛭類的唾腺能分泌「類組織胺」，能夠促進局部血管與組織通透性，這也是蛭類吸血後的傷口，會持續數十分鐘甚至數小時不斷滲血、且傷口周圍在癒合過程中經常輕微腫脹的主要原因。
值得注意的是，雖然蛭類唾腺會分泌麻醉物質，所以「咬人不痛」的說法歷久不衰，且好些研究也指出蛭類療法在某種程度上有助止痛，但目前在各種蛭類的唾腺分泌物中，依然從未找到具麻醉作用的成份。
