fMRI 漏洞讓人看不清真相?在台灣,更缺的是縱觀全局的視野

作者 | 發布日期 2016 年 07 月 19 日 16:06 | 分類 尖端科技 , 醫療科技 follow us in feedly
達志影像,不可重複使用

人類之所以能成為地球上萬物生靈中獨一無二的存在,其中一點原因就在於心智。動物的想法主要從感覺和認知經驗出發,但只有人類能進行抽象思考,探究哲學問題。因此認知神經科學的興起,便是為了探討大腦運作與心理或認知的功能有何關聯。而功能性磁振造影(fMRI,functional magnetic resonance imaging),可以測量腦部神經元活動所引發血液流動的細微變化,以分析大腦各區域的功能運作,長期應用在認知神經科學等方面。不過,最近傳出 fMRI 在分析上有漏洞,掀起一陣不小的波瀾,卻也引發重新檢視腦造影研究的契機。



fMRI 分析軟體的缺失

風波的源頭,始於發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的一篇論文。瑞典與英國的研究人員指出,過去最常用在 fMRI 分析數據的軟體可能會過度誇大立體像素(voxel)群聚現象。他們原本預計只有 5% 的大腦區域會因隨機雜訊出現「假陽性」,但從 499 人的資料中隨機抽樣 20 人為一組,接著採用三種最常用的軟體去處理後,卻發現資料中出現一筆或以上假陽性結果的機率高達 70%,讓過去 15 年相關研究的成果可靠性都將受到質疑。

不過,由於軟體的 bug 在去年 5 月修正,因此該論文第二作者尼可斯(Thomas Nichols)更新了受影響的研究數目,從 4 萬篇下修到 3,500 篇。此外,如《Discover Magazine》也為 fMRI 展開辯駁,強調這份論文發現的漏洞只會影響「活化成像(activation mapping)」的相關研究;而就算有 70% 的機率出現假陽性結果,也不代表那些都是錯的。

針對這個事件,我們訪問到台灣大學醫工所教授林發暄,並請他談談台灣腦造影研究的現況。

 

關鍵在於任意判斷與錯誤認知

「平心而論,這篇論文道出的『假陽性』問題,不會是對 fMRI 造成負面衝擊的主要原因。」林發暄這麼認為。「研究者的心態才是。」

「有些研究者並非工程出身,且過去受限於技術瓶頸。但 fMRI 發展創造出很友善的分析工具後,少部分人把方便當隨便,為了支持自己的假設,將模稜兩可的數據做出任意詮釋,用這種心態去做研究怎能不出錯?如果你是一個態度嚴謹的研究者,審慎地分析資料,這份論文不會減損你研究成果的公信力。」林發暄還強調,一般人怎麼看待腦神經科學,最值得我們觀察。「國內有很多人誤以為只要買一台很貴的機器組裝起來,把人放進去照一照數據統計結果就出來了,這是不對的。」

確實,我們近期也不難發現,許多媒體喜歡轉錄腦神經科學相關研究的內容,再採用類似「暴力罪犯的大腦原來長這樣」、「看到美女的腦中反應就像吸毒」等譁眾取寵的聳動標題吸引讀者,但會被這種標題吸引進來的讀者大多也看不懂 fMRI 顯影圖。最後,只是藉由科學研究將某些特定群體貼上一個並不科學客觀的標籤,而人們對 fMRI 卻依然一點也不了解。

 

腦造影研究在台灣的困境與發展

「這場『風波』是一個很好的機會,告訴我們不該如此盲目看待 fMRI 的功用。」林發暄說,每個投入認知神經科學領域的人都得想想出發點是什麼。是想要更了解人類如何思考,還是探索自己的心靈?但現在台灣的科普教育不夠成熟,又有少部分研究者(或媒體)將 fMRI 照腦袋的圖像拿來,傳遞給民眾不完整的資訊,讓大家以為人腦就是劃分成視覺區或聽覺區等、心情或行為就是分別受到某塊區域控制,僅此而已。可是人腦的構造複雜程度遠超過 fMRI 顯影所能提供的訊息。如果不去探討心智運作的成因,乃至於今天人類演化與其他生物不同的地方,那 fMRI 充其量不過是個有透視效果的新奇玩意而已。

1. 政策與法規不夠完善 產學遊走灰色地帶

話說回來,台灣的 MRI 發展又是怎樣一幅光景呢?有別於電子製造業等台灣產業龍頭,生醫產業在台灣還算是初生之犢,供應鏈與廠牌知名度都遠遠不及。政府制定的法規「生技新藥產業發展條例」,卻將主要範圍限制在製造新藥與高風險醫材(植入或侵入式)兩項,使得推動 MRI 相關產業找不到施力點。

其實政府想輔助生醫產業,當初立下這兩項範圍的限制,排除中低階醫材,也是為了避免讓太多人獲取不當利益。但當門檻設得如此之高,便導致產業難以踏入醫材市場。台灣目前有能力做的植入或侵入性醫材不多,主要是骨釘;再來頂多是心臟血管支架或心跳節律器等,這些都屬高風險。可是 MRI 需要高度精密,門檻也高,只因為不屬於高風險醫材,就被排除在外了。

我們耳熟能詳的「產學合作」,就是將學界研發出新的技術或觀念,交給產業吸收,再生產商品投入市場。但台灣生醫產業尚未成氣候,該怎麼做呢?於是就有上述的「生技新藥產業發展條例」出現,政府鼓勵學校單位與學者投入產業研發,讓學界兼任產業的角色,但法規不夠完善,加上種種基於社會觀感、政黨鬥爭與圖利特定人士的糾葛,卻又讓有心嘗試的研究者對踏入產業這一步深懷疑慮,沒多少人願意走到檯面上,生醫產業也陷入泥淖。

2. 如何建立產業 打入藍海市場

台灣目前發展生醫產業,以經濟效益高的製造新藥為主。然而製藥需要經過幾年的發展,初期完全不會有收益,投入風險成本高,週期也長。林發暄認為:「從過去生醫產業的爭議來看,我們的社會文化比較希望看到立竿見影的效果。既然一般人不容易接受製藥的高風險成本與長週期,何不轉向成本較低、週期也較短的醫療器材發展?」考量到台灣本身工業優勢,本來就是電子零組裝與民生電子用品為主,這些又是更有機會轉變成精密醫材的產業,確實是可行之道。那麼為何之前都沒有廠商投入這一塊呢?

「主因還是對市場不瞭解與不熟悉。」林發暄表示。「低毛利的民生消費電子產品需要大量生產、頻繁替換,但醫療器材卻不是這樣。加上技術門檻高、有專利法規保護等,所以一開始必定會讓人產生保守的心態。」

「於是我們得要開始思考,台灣的 MRI 能否做得起來,又要如何獲利?在德國西門子與美國奇異等廠商橫掃歐美市場的時候,我們能不能發展亞洲、乃至中南美洲的市場?我們從歐美進口需要精確掃描的 fMRI 機器結果發現歐美與亞洲人的頭型不合,我們是否可以為亞洲人量身打造 fMRI 機器?」站在學界的角度,林發暄拋出了這些方向。

從工業跨足到醫療確實會有一道關卡。有些人可能會問,歐美大廠能做出一整台 MRI 系統,台灣有能力嗎?但這其實不是我們需要去克服的關卡。因為發展 MRI 相關產業不見得一定要能做出整台 MRI 系統,就像發展國防工業不代表一定要造出一架戰鬥機、發展亞洲矽谷不代表一定要蓋一座園區。台灣有必要去搶奪 MRI 系統這塊餅,直到把其他競爭對手都趕出市場為止嗎?這麼想未免太不切實際。台灣在關鍵零組件上向來占據一席之地,只要將這項優勢也發揮在 MRI 產業上,就能打入供應鏈,與大廠共榮共存。現在電子零組件毛利低,醫材卻毛利高,不用大量生產來符合市場要求,且強調多樣化與客製化,也能符合台灣中小企業規模。

MRI 等高階醫材售價與維護成本高。但技術若普及,就能降低成本,應用在更多方面,開拓新的商業模式。例如用在當今已越來越備受重視的寵物身上。此外,為了醫護境外駐紮士兵,美軍也已經將小型的 MRI 機器送上前線;印度人口眾多的偏鄉地區,也亟需可移動的車載式 MRI 投入醫療體系中。這些都是可以期待的藍海市場。

 

台灣自行研發技術與專利問題

除了產學結合的問題外,專利也是台灣在生醫產業上面臨的考驗之一。

日前台大醫工所博士朱盈樺設計出「多通道核磁共振影像射頻接收器」。這款外觀看似陽春的「手工藝品」,利用特製激發線圈,確保磁場偵測器不受成像物體訊號干擾,並同時獲得高品質核磁共振訊號,能夠用在校正 MRI 系統上。至今世界上只有兩款類似的偵測裝置,另一款是由蘇黎世聯邦理工學院設計出來的,而對方已經在歐洲申請專利,並由學校分設醫材公司 Skope 開始販售產品了。

▲ 多通道核磁共振影像射頻接收器(圖片來源:《科技新報》攝)

▲ 多通道核磁共振影像射頻接收器(Source:《科技新報》攝)

為什麼這個偵測裝置有其價值?因為一台機器品質再好,也需要定期維護以保持理想狀態,這時就得依靠校正,就像鋼琴需要調音一樣。如果維護的代價過高,人們可能會傾向乾脆換一台新的,但若能將代價降低,並且具有良好的校正準確度,就能大幅減少成本。「蘇黎世聯邦理工學院設計的測量裝置要價 20 萬歐元,現在我們台大也能做出來,且不需要輔助儀器就能單獨運作,操作簡單且費用便宜。但有兩點困難尚未克服,第一是產業界能否看出潛在價值;其次則是我們學界沒有生產包裝與行銷的能力。」林發暄語重心長地說。這是台灣可以切入 MRI 產業中關鍵零組件的一個例子,提出有說服力的例子或測量數據是學界的責任,但還需要有人願意投入,將產學結合,才能搶得先機。

多通道核磁共振影像射頻接收器(圖片來源:《科技新報》攝)

▲ MRI 系統主要分為三大部分,第一是超導磁鐵,用強力電流產生磁場;第二是射頻系統(超低頻段),產生並接收核磁共振的訊號;第三是計算機圖像重建系統,將模擬訊號轉成數位訊號並得出圖像。這台自製的裝置,可以看見小小銅線綁在注入水的玻璃管中,這就是射頻接收器的部分。每個玻璃管間隔 5×5 公分,平均配置在 3D 列印而成的壓克力結構上,配合西門子生產的放大器電路以及台大人腦實驗室研究團隊設計的程式,能夠在高磁場環境下穩定運作。(Source:《科技新報》攝)

若要生產投入市場,還牽涉到專利。以朱盈樺的這款裝置為例,目前必須以台灣大學的名義去申請。但在學校公務體系規定下,專利事務所必須先幫忙前置作業,學校才會審核考量要不要補助申請,這會造成做白工的情形,因此許多事務所避之惟恐不及。何況申請事小,之後維護跟賣專利才令人頭大。台大研究發展處目前掌管智權及技轉業務的專員只有 6 人,每人專長領域不同,但專利多如牛毛,哪些值得去維護 20 年,哪些又能賣出多少價值?這些也是學界跨足到產業領域所要面對的問題。

台大人腦實驗室團隊自行組裝的fMRI掃描儀器(圖片來源:《科技新報》攝)

▲ 台大人腦實驗室團隊自行組裝的 fMRI 掃描儀器(Source:《科技新報》攝)

台大人腦實驗室團隊自行組裝的fMRI掃描儀器(圖片來源:《科技新報》攝)

▲ fMRI 掃描儀器內部結構(Source:《科技新報》攝)

未來的展望

「在醫療產業,我們不用被刻板印象束縛,非花大錢做出高科技精密儀器不可。重點是創意與執行力。」林發暄說。台灣不必與歐美大廠在紅海中正面廝殺,也能從 MRI 相關產業中另闢蹊徑,搶占山頭。雖然產業尚未發展起來,但藉由電子製造業累積的實力,政府制定更完善的法規與公開審核機制,減少灰色地帶,台灣依然有機會一搏。

(首圖來源:達志影像) 

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