听到动物实验，在你脑中第一个浮现的画面是甚么？穿着白袍的科学家在实验室里对白老鼠打针？或是化妆品厂商把化学物质滴进兔子眼睛，来测试商品刺激性？动物实验的管辖范围可能不只你想象的这些！除了我们常听到化妆品或人体清洁用品的安全测试，在生物医学的研究场域中，实验动物常应用在药物与疫苗的安全测试，或观察感染源与肿瘤的生长情形。在生理心理学的研究领域，也经常以动物作为研究材料，透过研究动物行为，期待能将研究成果模拟到人类的心智活动。当然，也有很多单纯研究动物本身形态、生活习性或行为特征等等，也算是动物实验的范畴。
国研院动物中心企划推广组组长秦咸静提到，从 1900 至 2016 年为止，103 位诺贝尔生医奖得主中就有 84 位做的是动物实验。所以从历史上来看实验动物的医疗贡献，如果没有这些动物的牺牲，我们对于医疗健康的知识不会有这么大的进展。由此可见动物实验的范围有多广，还有实验动物对于人类的贡献有多深远。是说单纯为了研究动物而实行的动物实验可能没什么大问题，但如果是做化妆品、清洁用品测试，或研究人类疾病这种单纯只「为人类服务」的动物实验，一直以来都具有争议。不过好消息来临！在上个月中，美国约翰霍普金斯大学团队发表在《Toxicological Sciences》期刊的研究成果，或许能够大大的降低动物实验的比率。
计算机不只会拣土豆，还可以预测化学物质的毒性
人工智能的浪潮来势汹汹，以前可能从没想过 AI 可以减少动物实验，如今正一步步迈向以计算机预测取代动物实验之路。不过话说回来，这到底是怎么办到的呢？目前最常见的替代动物实验的方式叫做「读取」（read-across），由于具有相同化学结构的物质，对人体健康的影响也十分相似，因此研究人员合成新的化学物质时，可以依据它的结构来推测毒性强弱。研究团队依循「读取」的核心理念，花了两年的时间，从 80 万个动物实验结果建立约一万种化合物的毒性数据。这些数据来自于欧盟自 2007 年开始的「Reach」法规（Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals）中，规范化学品公司皆需将化学物质之安全信息登记于欧洲化学品主管机关（European Chemicals Agency）。而截至 2018 五月总共登记两万笔以上的化学物质数据。
美国约翰霍普金斯大学研究团队的通训作者 Thomas Hartung 表示：「从数据库中可以发现同样化学物质的动物实验测试重复了几十次，像是把化学物质滴在兔子眼睛测试刺激程度。」那该如何避免这种情况发生？Thomas Hartung 的研究团队再从 PubChem 的公开数据库和美国 National Toxicology Program 中取得数据，建置成含有一千万种化学结构的超大数据库，再把数据库中的化学物质两两配对，比较它们的化学结构和毒理学特性，像是对眼睛、皮肤的刺激程度，或是 DNA 受损程度。经过了 50 兆次的两两比较之后，团队依照各化学物质的结构与对人类的健康影响，画出「化学特性地图」。最后，为了要检验这花了好一番功夫画出来的地图预测力如何，团队随机选择一个化学物质，根据地图来预测这个化学物质的毒理学特性之后，再把预测的结果拿去跟动物实验的结果比较。一般来说，如果把先前做过动物实验研究的化学物质，再拿去做一次一模一样的动物实验，所得到的研究结果有 81% 的机率会跟先前结果一样。而 Thomas Hartung 团队的研究结果显示，「化学特性地图」的预测结果与先前动物实验结果平均有 87% 相符。「这真是令人大开眼界！或许未来许多动物实验能够以计算机预测取代，且能够取得更准确的研究成果！」 Thomas Hartung 这么说。
动物实验真的可以完全消失吗？
这份「化学特性地图」虽然能高度还原先前的动物实验结果，并能良好预测化学物质是否引起发炎、疼痛等对人体较单纯的影响，但如果要评估对人体更复杂的危害，像是是否导致癌症或影响生育能力时，目前仍需要倚靠动物实验来证明。也就是说，化学物质对人类健康的影响层面多元又复杂，光靠大数据的分析与预测就想要大小病通吃，可能还有一段很长的路要走。
即使在不远的将来，这份化学特性地图越趋完善，动物实验就真的可以完全消失吗？
就像在文章前头曾经提过，动物实验的型态百百种，目前看起来化妆品、清洁用品等属于毒理学领域的测试可能可以慢慢以计算机模型来取代，但是基础科学的研究（包含观察感染源与肿瘤的生长情形，及以动物行为来探讨人类心智活动）与药物开发的临床前试验，动物实验的地位可能还是屹立不摇。值得开心的是，有越来越多取代动物实验的方法出炉，像是哈佛大学的韦斯研究所（Wyss Institute）研发出能够模拟人类器官的 USB 大小芯片，以硅胶物质仿真人类器官细胞，细胞旁紧邻空气信道，研究人员把化学成分注入这些通道当中，就能够模拟心、肺、肠道对药物的反应。我们无法否认动物实验对于科学界的重要性与贡献，但近年来科学家也竭尽所能研发出能够取代动物实验的研究方法，或许在人工智能发展越趋成熟之际，这篇以大数据渐渐取代动物实验的研究能有抛砖引玉的效果。