從奧寺學姐一般人的角度看《你的名字》：瀧，你是不是有解離性失憶症？

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

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？

CPU 與 GPU

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。

依序計算和平行計算

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：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

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：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

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 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

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。

結論

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。」

附錄

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。

註解

（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。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

2013 年，迦納男子無預警地返鄉。在東北部的家人事先不曉得，於西南部工作的他會回來，兩地相距 877  公里。^[1]男子此前總是無故擔憂，廣泛性焦慮症（generalised anxiety disorder）的症狀，使他工作表現失常。^{[1, 2]}這會兒又為了一趟他毫無印象的旅程，曠職 5 日，慘遭解僱。^[1]

2015 年，男子又丟了工作。家庭經濟重擔，令他夜夜難眠。一天，他突然消失。寄宿墓園二週，衣衫不整，神情疲憊。被送醫的次日，他想起來自己是誰，卻不清楚入院的始末，更別說同死人相依的時光。^[1]

三載過去，2018 年男子再度失業。這回他暫居離家 30 公里外，一個山丘上的社區。兩個月後的某天，他雖然無法說明自己的身份，但是記得姊姊的聯絡方式。於是詢問一名陌生人此處的地名，並打電話求援。^[1]

2022 年，他 39 歲了。幾天前不曉得是第幾度被革職，現下閒著坐在家門口讀小說。然後一如往常，又是失蹤兩週。之後，倒楣的姊姊接到 93 公里外的醫院致電，請她來領人。回到家裡，男子情緒差，睡不好，體重下降，想死。他四處祈神求醫，分別造訪三名心靈醫者（spiritual healers）。他們都覺得男子「被矮人綁架」了。非洲傳說中，遭矮人藏匿幾天到數年的受害者，歸返後會有神奇的魔力。然而，男子沒有得到，只有失去，醫者亦無解方。他從此酗酒助眠。^[1]

精神狀態檢查

當然迦納長老會區域精神健康中心（Presbyterian Regional Mental Health Center）的醫師，抱持迥異的看法。他對男子進行精神狀態檢查（mental state examination，簡稱 MSE），並記錄大部份的項目：^[1]

• 外表（appearance）：乾淨整潔；左心窩處有疤；體重減輕，以致顴骨突出。^{[1, 3, 4]}
• 情緒（mood）：男子表示心情憂鬱低落，特別是自己頻繁失業又失蹤，成為家人的負擔。^{[1, 3, 4]}
• 表情（affect）：^[註]有正常的反應變化。^{[1, 3, 4]}
• 言語（speech）：（原文未說明是語調、速度，還是聲量等）異常。^{[1, 3, 4]}
• 思考（thought）：具輕生的念頭，但無自殺或自殘的計劃。^{[1, 3, 4]}
• 認知（cognition）：在定向能力（orientation）方面，他對人物、時間和地點都有正確認知。此外，注意力和短期記憶也沒問題。唯一麻煩的，就是他回憶不起失蹤的兩週發生什麼事情，還有手機跟裝著證件的皮夾哪去了。^{[1, 3, 4]}
• 判斷力（judgment）與病識感（insight）良好。^[1]

完成 MSE 之後，醫師又為男子做了其他檢測和評估，確定診斷為解離性漫遊（dissociative fugue）、憂鬱症（depression），以及酒精依賴症候群（alcohol dependence syndrome）。^[1]

解離性漫遊

《精神疾病診斷與統計手冊》第五版（DSM-5）將以前曾被視為單獨疾病的解離性漫遊，當作一種症狀。它可能會出現在解離性障礙（dissociative disorders），例如：解離性失憶症（dissociative amnesia）和解離性身份障礙（dissociative identity disorder，昔稱「多重人格」）中。^[5]

• 解離性失憶症：回憶不起經歷過的災難性事件。^[5]
• 解離性身份障礙：童年時受到重大創傷，而發展出多個人格。他們各自有不同的聲音、行為和記憶。^[5]

無論是失去記憶，或擁有數個人格，都是面對龐大心理壓力時的自我保護機制。^[5]解離性漫遊的盛行率約 0.2%，^[1]發病出行短則幾小時，長可達數月，目前沒有預防的方法。投藥治療的同時，得針對問題根源的創傷，協助恢復記憶或整合人格。^[5]

回到迦納男子的個案：他每次工作出狀況，都會暫時喪失部份記憶，導致遠遊期間不像自己。回來之後，恢復原本的人格，反倒忘卻在外地的細節。醫師開了抗憂鬱劑，並安排他參加戒酒療程，接受心理諮商，還有每天回診評估自殺風險。3 個月後，他不漫遊，不喝酒，也不再想自盡；儘管依然稍微陰鬱。失去的手機、錢包和記憶，始終沒找回來。^[1]

備註

精神狀態檢查中，mood 和 affect 的差別，在於前者是個體主觀的情緒感受，像是生氣和難過；後者則為醫護人員觀察到個體情緒的非語言表達，好比大笑或哭泣。^{[3, 4]}病人或許難過卻大笑，所以 mood 與 affect 未必一致（congruent）。^[4]若以國家教育研究院樂詞網為準，mood 可以翻譯成「心情」、「情緒」或「內情」；^[6]affect 為「情感」、「情意」和「性情」。^[7]不過，也有精神科診所將 affect 稱為「外顯表情」。^[8]本文為了方便一般讀者理解，採用「表情」一詞。

參考資料

1. Daliri DB, Afaya A, Koomson WHF, et al. (2022) ‘Recurrent Episodes of Dissociative Fugue with Comorbid Severe Depression and Alcohol Dependence Syndrome’. Case Reports in Psychiatry, 7362823.
2. ‘Generalized Anxiety Disorder (GAD)’. Johns Hopkins Medicine. (Accessed on 02 DEC 2022)
3. ‘Mental state examination’. (NOV 2018) The Royal Children’s Hospital Melbourne.
4. Voss RM, M Das J. ‘Mental Status Examination’. (12 SEP 2022). In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
5. ‘Dissociative Fugue’. (19 APR 2022) Cleveland Clinic.
6. 國家教育研究院「mood」樂詞網（Accessed on 02 DEC 2022）
7. 國家教育研究院「affect」樂詞網（Accessed on 02 DEC 2022）
8. 〈常見的精神症狀有哪些？〉杏語心靈診所（Accessed on 02 DEC 2022）

• 作者／艾德華．布爾摩 (Edward Bullmore)；譯者／高子梅
• 編按：文末寫到的 P 太太為類風濕性關節炎患者，也被作者診斷有憂鬱症的症狀。

在醫學上，憂鬱症比發炎還要古老。我們到羅馬時代才知道發炎的基本病徵，但古希臘時代就已經知道「憂鬱」（melancholia）這回事了。

大約西元前 400 年，在醫學之父希波克拉底（Hippocrates）門下的醫師就意識到憂鬱的兩個面向，我們現在稱作情緒和認知。一方面，他們看到了靈魂的痛苦，拉丁文是 angor animi，這種痛苦會透過恐懼、消沉、悲傷和鬱悶等方式來表現。

另一方面，則是悲觀又不切實際的傾向，拉丁文是 cogitatione defixus，就像古羅馬醫生蓋倫（Galen）的病人「認為自己變成了蝸牛，一定得躲開其他人，身上的殼才不會被踩扁。還有人為肩上扛著世界的神阿特拉斯（Atlas）擔心，想像他可能會愈來愈疲憊，最後消失不見」。

令人憂鬱的黑膽汁

在當時，這些情緒和認知上的症狀被認為是生理毛病，也就是身體功能異常。例如，憂鬱是黑膽汁在脾臟裡累積過多造成的。

根據希波克拉底學派的生理學，黑膽汁是四種體液（humours）之一。這四種體液掌控了病人性格、容不容易生病，以及對治療的反應程度等眾多面向。

黑膽汁、黃膽汁、黏液和血液是體內循環的基本體液。它們彼此間的平衡為臨床上的疾病病徵提供了診斷的解釋。比如說

• 黏液過多會使人變得冷漠，造成風濕和胸腔方面的疾病。
• 黃膽汁過多使人易怒，比較容易出現肝臟問題。
• 血液過多雖會讓人變得樂觀，但可能出現心臟疾病。
• 黑膽汁過多則會讓人憂鬱。

當時的抗憂鬱療法利用食療、運動、通便、放血來減弱黑膽汁所帶來的憂傷，重新平衡體液。

這些古老的觀念如今看來似乎有點可笑，因為我們知道沒有所謂黑膽汁這種東西，但這套理論主宰了歐洲醫學很長一段時間。英格蘭的醫師在 1850 年代以前，仍然普遍遵循希波克拉底學派的傳統。

鞭打刑罰治療憂鬱症，神學也有一套？

對憂鬱症患者來說，用希氏療法來治病儘管不太對症下藥，但至少是從生理學的角度出發，比基於神學的治療好得多。例如，塞爾蘇斯雖然也是古時候的醫師，但他對憂鬱症的看法不屬於希波克拉底學派。

他跟許多之前或之後的人一樣，認為憂鬱症是遭惡魔附身的鐵證，是惡靈俘虜了病人的靈魂，是對曾經做錯事或敗德的病人的懲罰。他建議的療法都相對嚴厲，包括驅魔儀式、鞭打、火刑、單獨監禁，或者用鐵鍊、手銬、腳鐐來限制行動。

從早期到整個中世紀，再到十八世紀的獵巫，無以數計的憂鬱症患者遭處以極刑，人們偏執地認為他們身體無礙，而是靈魂著了魔。

醫學界的新時代：身體機械論

在 1850 年後，醫學界的機械革命（兩百年前笛卡兒一針見血地預告）開始佔盡上風，取代了希波克拉底學派。（醫學的改革腳步總是慢很多。）只不過一直要等到 1950 年代，在笛卡兒之前或二元論之前的古代醫學理論（無論心理還是生理症狀都採同一套致病原因或因子，以體液解釋）才徹底瓦解，由身體機械論的醫學取而代之。

如今，希波克拉底學派的詞彙僅剩一點留在現代的醫學字典裡。melancholia 是目前為止精神科醫師仍然會使用的字，但它指的不再是黑膽汁，而是一種診斷名稱，更正式的說法是「鬱症」（major depressive disorder，簡稱 MDD）。

醫學院學生學到的發炎病徵從古時候到現在都一樣，而現代憂鬱症的症狀也跟兩千年前被診斷成憂鬱症的症狀沒什麼差別。只是發炎的典型特徵已經由全新的免疫科學深入地解析，但憂鬱症的臨床症狀卻沒有同等機械式的了解。

二元論讓憂鬱症只屬「心理」疾病

美國精神醫學會（American Psychiatric Association）出版的《精神疾病診斷與統計手冊》（Diagnostic and Statistical Manual）第五版（簡稱 DSM-5），以勾選清單的方式診斷鬱症，裡頭羅列的症狀連古羅馬醫師蓋倫也會同意，包括缺乏快感（喪失樂趣）和厭食（食欲下降）。

如果一個病人有兩個星期以上、兩年以下的時間，幾乎每天都處於悲傷或開心不起來的狀態，並符合清單上五種症狀的其中四種，就能證明這位病人患有鬱症。DSM 的編纂委員會是由幾位知名的精神科醫師組成，他們制定了這套檢測標準。

檢測過程中不需要血液檢查或身體檢查，也不需要做 X光或 fMRI 掃描。根據 DSM-5 的診斷統計，我們不需要從人體取得任何資訊來幫助我們判別鬱症。事實上，如果血液檢查或 X光顯示病人可能有身體方面的疾病，鬱症的診斷結果就不算數。

照 DSM-5 的規定，如果症狀可能「因另一種疾病的生理作用所造成」，就不算是鬱症。

所以奇怪的是，P 太太可能沒有鬱症。雖然她符合 DSM-5 清單上的所有症狀，但是她的類風溼性關節炎會把鬱症的診斷結果完全否定掉。在二元論的二分法下，憂鬱症被官方孤立在心理那一邊，就像發炎在傳統上被認定在生理那一邊，道理一樣。

——本書摘自《終結憂鬱症：憂鬱症治療大突破》，2020 年 2 月，如果出版社。