2015年4月30日

1:140的思考

作者/蔡孟利(宜蘭大學生物機電工程學系教授,本刊副總編輯)

135億多不多?

其實上百億的數字對生活在臺灣的大眾而言並不陌生。例如,2017年要在臺北舉辦12天的世界大學運動會,建設經費以及比賽期間的費用,總預算是新臺幣198億元;目前暫緩執行的臺中臺灣塔工程,在2014年所規劃的總經費約為新臺幣151億元;而之前在臺北舉辦的2011年國際花卉博覽會,為了171天的展期也耗資了約新臺幣136億元。

這些活動的籌辦經費都超過135億元新臺幣。

再看看公部門的預算。根據科技部103年底所發佈的新聞稿,全國企業、各級政府、高等教育以及私人非營利機構等各部門,於102年度之研發經費總和為新臺幣4549億元。所以計算一下比例,135億只佔了4549億的3%;也就是說,臺灣的政府與民間,如果有志一同,要挪出個135億元新臺幣集中研發某類事物,應該是出得起的。

但問題是,如果真的有了這筆錢,我們願意投資到哪裡?哪一項標的物才能產生既大且久、影響既長且廣的收益呢?

美國示範了這樣的例子。2013年4月2日,美國總統歐巴馬在白宮演講廳內,親自宣佈將結合政府與民間力量推動「腦啟動計畫(BRAIN Initiative)—先進創新神經科學技術之腦部研究(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies,簡稱BRAIN)」。在2014年6月美國國家衛生研究院所公布的實際推動白皮書中進一步提到,將自2016年起至2025年,以十年共45億美元(約1350億元新臺幣)的規模來推動此新一代腦科學研究技術的發展。同年9月,白宮進一步說明了計畫宣佈後一年多以來的進展,政府機構除了原有的美國國家衛生院、美國國家衛生基金會、國防高等研究計畫署之外,食品藥物管理局及情報局也將加入,將使得2015當年度的經費加碼至2億美元。除了這些政府機構的支持外,美國民間企業和基金會也積極的投入。例如奇異、谷歌、葛蘭素史克藥廠、艾倫腦科學研究所、霍華德.休斯醫學研究所、科維理基金會,以及一些著名的光學公司與大學,也都成立了特殊計畫加入研發的行列。

這是美國繼1988年推動「人類基因體計畫」後,另一個重量級的科學投資計畫。人類基因體計畫的目標是,解讀出人類基因體中所有DNA的核苷酸組成序列。這個長達30億個鹼基對的解碼工作,美國聯邦政府在15年期間共投資約38億美元(約新臺幣1140億元)。根據歐巴馬在宣佈腦啟動計畫這場演講中所提到的,美國在人類基因體計畫中每投入1美元,就為美國的經濟創造出140美元的價值。這個1:140的產值,涵蓋了執行期間,所發展出來的基因定序技術相關之軟、硬體設備與生物晶片等產業;也因為生物資訊學的發展,促使了生物醫學各方面基礎研究的進步,大大裨益病理機制的了解與治療方法的創新,甚至促成了個人化精準醫療的產生。往後望去,這個1:140的倍率,不會是一個就此定住的比率; 隨著2015年1月20日, 歐巴馬在國情咨文中所提出的精準醫學啟動計畫(Precision Medicine Initiative),這個在1988年開始的科學投資,仍會持續擴充它的產值與影響層面。

歐巴馬以基因體計畫來類比這個腦啟動計畫是很適當的,甚至就腦啟動計畫所影響的科學與技術層面之廣度及深度而言,其經濟價值將超過基因體計畫是可預期的。在2014年6月,美國國家衛生院所公佈的「BRAIN 2025」白皮書中所提出的計畫目標,包括:辨識不同種類神經元的功能、建立腦中神經網路的連結圖譜、記錄大批神經元在行為及認知狀態下的活性、建立神經元群活性與行為及認知功能間的因果關係,並希望經由這些基礎研究,找出腦功能操作的基本原理,了解神經活性如何轉變為認知、情緒和行為,並推展至人腦方面的疾病治療與預防。這幾個目標基本上都與基因體計畫的精神一致,亦即重點都在於新技術、新觀念以及新資料庫的建立及發展,而不是以某一類疾病的治療,或某一項生理現象的闡述為目的。因為一般說來,以某項特定疾病或生理現象為標的之研究,所強調之重點會是如何應用已有的科學工具,去闡述某些新的觀點或是挖掘新發現、製造某些新的產品;這樣的研究其影響層面通常是侷限的,僅會增加某些領域的知識,或是在某個產業創造出不錯的產值。而像基因體或是腦啟動,這類以技術和資料庫發展為目的之計畫,因為能提供解答各種問題的新工具,所以影響的層面和累積的價值,就遠超過那些「問一個(類)專門問題」的科學計畫了。

就主題所能影響的層面來說,「腦」又比「基因」來得更廣泛。人的「基因體」就像是一本靜態的書,裡面有30億個字母安靜的依序排著;人的「腦」則是一部電影,裡面有1000億個演員,隨時都以不同的互動方式演出。基因所對應的產品是蛋白質,不管是負責編碼或是調節,對應關係基本上是固定的;而人腦中那1000億個演員互動之後的戲劇呈現,如果不是在飄渺未知的腦中某處,就會是在腦以外(例如肌肉)的器官,這種對應是虛幻又多變的。因著以上兩種本質上的區別,便可預見,腦啟動計畫所需要的技術層面,將更加仰賴新的工程技術與數學分析方法的引入;不管是電子、機械、資訊、材料、化學、數學、物理等各個層面的知識與技術,都會為神經科學創造出新的發現與價值;而因為神經科學所提供的生物課題深具挑戰性,也可能促成這些領域本身有著更新的進展,創造出像是基因體計畫之於生物晶片,那樣的催生出新產業。

十年新臺幣1350億元, 平均一年135億元。如果在臺灣花這筆錢,我們希望能創造出什麼?先不論那些世大運、花博、臺灣塔的「公共投資」到底想創造什麼;臺灣前幾年一直喊出的「五年五百億」邁向頂尖大學計畫,平均起來,一年也有100億新臺幣,我們又期待能夠發揮什麼?美國對於科學研究的1:140之思考,應該可以給臺灣的主政者一些參考。

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