fMRI 漏洞让人看不清真相?在台湾,更缺的是纵观全局的视野

2020-06-07    收藏685
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fMRI 漏洞让人看不清真相?在台湾,更缺的是纵观全局的视野

人类之所以能成为地球上万物生灵中独一无二的存在,其中一点原因就在于心智。动物的想法主要从感觉和认知经验出发,但只有人类能进行抽象思考,探究哲学问题。因此认知神经科学的兴起,便是为了探讨大脑运作与心理或认知的功能有何关联。而功能性磁振造影(fMRI,functional magnetic resonance imaging),可以测量脑部神经元活动所引发血液流动的细微变化,以分析大脑各区域的功能运作,长期应用在认知神经科学等方面。不过,最近传出 fMRI 在分析上有漏洞,掀起一阵不小的波澜,却也引发重新检视脑造影研究的契机。

fMRI 分析软体的缺失

风波的源头,始于发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一篇论文。瑞典与英国的研究人员指出,过去最常用在 fMRI 分析数据的软体可能会过度夸大立体像素(voxel)群聚现象。他们原本预计只有 5% 的大脑区域会因随机杂讯出现「假阳性」,但从 499 人的资料中随机抽样 20 人为一组,接着採用三种最常用的软体去处理后,却发现资料中出现一笔或以上假阳性结果的机率高达 70%,让过去 15 年相关研究的成果可靠性都将受到质疑。

不过,由于软体的 bug 在去年 5 月修正,因此该论文第二作者尼可斯(Thomas Nichols)更新了受影响的研究数目,从 4 万篇下修到 3,500 篇。此外,如《Discover Magazine》也为 fMRI 展开辩驳,强调这份论文发现的漏洞只会影响「活化成像(activation mapping)」的相关研究;而就算有 70% 的机率出现假阳性结果,也不代表那些都是错的。

针对这个事件,我们访问到台湾大学医工所教授林发暄,并请他谈谈台湾脑造影研究的现况。

关键在于任意判断与错误认知

「平心而论,这篇论文道出的『假阳性』问题,不会是对 fMRI 造成负面冲击的主要原因。」林发暄这幺认为。「研究者的心态才是。」

「有些研究者并非工程出身,且过去受限于技术瓶颈。但 fMRI 发展创造出很友善的分析工具后,少部分人把方便当随便,为了支持自己的假设,将模稜两可的数据做出任意诠释,用这种心态去做研究怎能不出错?如果你是一个态度严谨的研究者,审慎地分析资料,这份论文不会减损你研究成果的公信力。」林发暄还强调,一般人怎幺看待脑神经科学,最值得我们观察。「国内有很多人误以为只要买一台很贵的机器组装起来,把人放进去照一照数据统计结果就出来了,这是不对的。」

确实,我们近期也不难发现,许多媒体喜欢转录脑神经科学相关研究的内容,再採用类似「暴力罪犯的大脑原来长这样」、「看到美女的脑中反应就像吸毒」等譁众取宠的耸动标题吸引读者,但会被这种标题吸引进来的读者大多也看不懂 fMRI 显影图。最后,只是藉由科学研究将某些特定群体贴上一个并不科学客观的标籤,而人们对 fMRI 却依然一点也不了解。

脑造影研究在台湾的困境与发展

「这场『风波』是一个很好的机会,告诉我们不该如此盲目看待 fMRI 的功用。」林发暄说,每个投入认知神经科学领域的人都得想想出发点是什幺。是想要更了解人类如何思考,还是探索自己的心灵?但现在台湾的科普教育不够成熟,又有少部分研究者(或媒体)将 fMRI 照脑袋的图像拿来,传递给民众不完整的资讯,让大家以为人脑就是划分成视觉区或听觉区等、心情或行为就是分别受到某块区域控制,仅此而已。可是人脑的构造複杂程度远超过 fMRI 显影所能提供的讯息。如果不去探讨心智运作的成因,乃至于今天人类演化与其他生物不同的地方,那 fMRI 充其量不过是个有透视效果的新奇玩意而已。

1. 政策与法规不够完善 产学游走灰色地带

话说回来,台湾的 MRI 发展又是怎样一幅光景呢?有别于电子製造业等台湾产业龙头,生医产业在台湾还算是初生之犊,供应链与厂牌知名度都远远不及。政府制定的法规「生技新药产业发展条例」,却将主要範围限制在製造新药与高风险医材(植入或侵入式)两项,使得推动 MRI 相关产业找不到施力点。

其实政府想辅助生医产业,当初立下这两项範围的限制,排除中低阶医材,也是为了避免让太多人获取不当利益。但当门槛设得如此之高,便导致产业难以踏入医材市场。台湾目前有能力做的植入或侵入性医材不多,主要是骨钉;再来顶多是心脏血管支架或心跳节律器等,这些都属高风险。可是 MRI 需要高度精密,门槛也高,只因为不属于高风险医材,就被排除在外了。

我们耳熟能详的「产学合作」,就是将学界研发出新的技术或观念,交给产业吸收,再生产商品投入市场。但台湾生医产业尚未成气候,该怎幺做呢?于是就有上述的「生技新药产业发展条例」出现,政府鼓励学校单位与学者投入产业研发,让学界兼任产业的角色,但法规不够完善,加上种种基于社会观感、政党斗争与图利特定人士的纠葛,却又让有心尝试的研究者对踏入产业这一步深怀疑虑,没多少人愿意走到檯面上,生医产业也陷入泥淖。

2. 如何建立产业 打入蓝海市场

台湾目前发展生医产业,以经济效益高的製造新药为主。然而製药需要经过几年的发展,初期完全不会有收益,投入风险成本高,週期也长。林发暄认为:「从过去生医产业的争议来看,我们的社会文化比较希望看到立竿见影的效果。既然一般人不容易接受製药的高风险成本与长週期,何不转向成本较低、週期也较短的医疗器材发展?」考量到台湾本身工业优势,本来就是电子零组装与民生电子用品为主,这些又是更有机会转变成精密医材的产业,确实是可行之道。那幺为何之前都没有厂商投入这一块呢?

「主因还是对市场不了解与不熟悉。」林发暄表示。「低毛利的民生消费电子产品需要大量生产、频繁替换,但医疗器材却不是这样。加上技术门槛高、有专利法规保护等,所以一开始必定会让人产生保守的心态。」

「于是我们得要开始思考,台湾的 MRI 能否做得起来,又要如何获利?在德国西门子与美国奇异等厂商横扫欧美市场的时候,我们能不能发展亚洲、乃至中南美洲的市场?我们从欧美进口需要精确扫描的 fMRI 机器结果发现欧美与亚洲人的头型不合,我们是否可以为亚洲人量身打造 fMRI 机器?」站在学界的角度,林发暄抛出了这些方向。

从工业跨足到医疗确实会有一道关卡。有些人可能会问,欧美大厂能做出一整台 MRI 系统,台湾有能力吗?但这其实不是我们需要去克服的关卡。因为发展 MRI 相关产业不见得一定要能做出整台 MRI 系统,就像发展国防工业不代表一定要造出一架战斗机、发展亚洲硅谷不代表一定要盖一座园区。台湾有必要去抢夺 MRI 系统这块饼,直到把其他竞争对手都赶出市场为止吗?这幺想未免太不切实际。台湾在关键零组件上向来占据一席之地,只要将这项优势也发挥在 MRI 产业上,就能打入供应链,与大厂共荣共存。现在电子零组件毛利低,医材却毛利高,不用大量生产来符合市场要求,且强调多样化与客製化,也能符合台湾中小企业规模。

MRI 等高阶医材售价与维护成本高。但技术若普及,就能降低成本,应用在更多方面,开拓新的商业模式。例如用在当今已越来越备受重视的宠物身上。此外,为了医护境外驻扎士兵,美军也已经将小型的 MRI 机器送上前线;印度人口众多的偏乡地区,也亟需可移动的车载式 MRI 投入医疗体系中。这些都是可以期待的蓝海市场。

台湾自行研发技术与专利问题

除了产学结合的问题外,专利也是台湾在生医产业上面临的考验之一。

日前台大医工所博士朱盈桦设计出「多通道核磁共振影像射频接收器」。这款外观看似阳春的「手工艺品」,利用特製激发线圈,确保磁场侦测器不受成像物体讯号干扰,并同时获得高品质核磁共振讯号,能够用在校正 MRI 系统上。至今世界上只有两款类似的侦测装置,另一款是由苏黎世联邦理工学院设计出来的,而对方已经在欧洲申请专利,并由学校分设医材公司 Skope 开始贩售产品了。

fMRI 漏洞让人看不清真相?在台湾,更缺的是纵观全局的视野 多通道核磁共振影像射频接收器

为什幺这个侦测装置有其价值?因为一台机器品质再好,也需要定期维护以保持理想状态,这时就得依靠校正,就像钢琴需要调音一样。如果维护的代价过高,人们可能会倾向乾脆换一台新的,但若能将代价降低,并且具有良好的校正準确度,就能大幅减少成本。「苏黎世联邦理工学院设计的测量装置要价 20 万欧元,现在我们台大也能做出来,且不需要辅助仪器就能单独运作,操作简单且费用便宜。但有两点困难尚未克服,第一是产业界能否看出潜在价值;其次则是我们学界没有生产包装与行销的能力。」林发暄语重心长地说。这是台湾可以切入 MRI 产业中关键零组件的一个例子,提出有说服力的例子或测量数据是学界的责任,但还需要有人愿意投入,将产学结合,才能抢得先机。

fMRI 漏洞让人看不清真相?在台湾,更缺的是纵观全局的视野 MRI 系统主要分为三大部分,第一是超导磁铁,用强力电流产生磁场;第二是射频系统(超低频段),产生并接收核磁共振的讯号;第三是计算机图像重建系统,将模拟讯号转成数位讯号并得出图像。这台自製的装置,可以看见小小铜线绑在注入水的玻璃管中,这就是射频接收器的部分。每个玻璃管间隔 5×5 公分,平均配置在 3D 列印而成的压克力结构上,配合西门子生产的放大器电路以及台大人脑实验室研究团队设计的程式,能够在高磁场环境下稳定运作。

若要生产投入市场,还牵涉到专利。以朱盈桦的这款装置为例,目前必须以台湾大学的名义去申请。但在学校公务体系规定下,专利事务所必须先帮忙前置作业,学校才会审核考量要不要补助申请,这会造成做白工的情形,因此许多事务所避之惟恐不及。何况申请事小,之后维护跟卖专利才令人头大。台大研究发展处目前掌管智权及技转业务的专员只有 6 人,每人专长领域不同,但专利多如牛毛,哪些值得去维护 20 年,哪些又能卖出多少价值?这些也是学界跨足到产业领域所要面对的问题。

fMRI 漏洞让人看不清真相?在台湾,更缺的是纵观全局的视野 台大人脑实验室团队自行组装的 fMRI 扫描仪器fMRI 漏洞让人看不清真相?在台湾,更缺的是纵观全局的视野 fMRI 扫描仪器内部结构未来的展望

「在医疗产业,我们不用被刻板印象束缚,非花大钱做出高科技精密仪器不可。重点是创意与执行力。」林发暄说。台湾不必与欧美大厂在红海中正面厮杀,也能从 MRI 相关产业中另闢蹊径,抢占山头。虽然产业尚未发展起来,但藉由电子製造业累积的实力,政府制定更完善的法规与公开审核机制,减少灰色地带,台湾依然有机会一搏。

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