解密顱相學：人不可貌相是諺語，還是真的有根據？—《醫療現場的46個震撼奇想》

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

哈維早已確認愛因斯坦的腦子重量只有一般水準，甚至還略低於常人的平均數字，因此腦子的大小並無法解釋為什麼愛因斯坦為何如此傑出不凡。桑德拉．維特森（Sandra Witelson）與她的共同研究者於一九九九年提出另一種解釋，他們認為，根據哈維在解剖過程中所照的照片看來，某個稱為下頂小葉（inferior parietal lobule）的大腦皮質區域有擴大的情形。（這部位是大腦頂葉的一部分。）也許愛因斯坦之所以成為天才，是因為他的大腦有某個部分變大了。愛因斯坦本人曾說他通常是以圖像思考，並不是以文字思考；而我們已知大腦的頂葉與視覺及空間思考有關。

法朗士和愛因斯坦的情形隸屬大眾迷戀天才大腦的悠久傳統；十九世紀有些熱衷此道者還保存一些傑出人物的腦子，像是詩人拜倫勳爵（Lord Byron）與華特．惠特曼（Walt Whitman）等 等；如今他們的腦子還裝在滿是灰塵覆蓋的玻璃罐中，擺在博物館後方的房間裡無人聞問。我發 現「譚」和布洛卡的境遇反而奇妙地鼓舞人心，這位無言的病人和研究他腦子的神經科醫生現在 成了永恆的同伴，因為他們的腦子都保存在同一座巴黎博物館裡。神經解剖學家還保存卡爾．高斯（Carl Gauss）的大腦，他是有史以來最偉大的數學家之一；早在維特森對愛因斯坦的天才之 源做出說明之前，這些學者已指出變大的大腦頂葉，用來解釋高斯的天才。

因此，研究大腦特定區域的大小，而非整體大腦的尺寸，並不是什麼新的策略；事實上， 這種方法最初是由顱相學家發明的。這門學問的創立之父高爾於一八一九年發表的論文題目就是：＜整體神經系統及特別針對大腦部分之解剖學及生理學，以人類與動物頭部外形判定數種知性及道德傾向之可能性的觀察結果＞（The Anatomy and Physiology of the Nervous System in General, and of the Brain in Particular, with Observations upon the possibility of ascertaining the several Intellectual and Moral Dispositions of Man and Animal, by the configuration of their Heads）。高爾認為每一種心智狀態的「傾向」會與相對應的大腦皮質區域大小相關；他還主張頭顱的形狀會反映其內部大腦皮質的形狀，所以可以用來推測個人的傾向，這點更是讓人半信半疑。顱相學在當時大為流行，這些學者會用觸摸頭部隆起部位的方式，來為求助者預測孩子的命運、評估結婚對象，或是篩選求職者。

高爾和他的門生史波茲海姆判定大腦皮質各區域功能的方式，是以各種極端傾向的軼事為依據。如果某位天才額頭很大，那麼智力勢必是位於大腦的前面部分；如果有個罪犯頭部的兩側往外鼓起，那麼顳葉對說謊而言必然相當重要。他們用軼事來為皮質區域定位的方式大多是荒謬的；到了十九世紀下半葉，顱相學已經成為眾人嘲笑的對象。

如今我們已擁有當初顱相學家只能想像的科技，MRI可以提供大腦皮質區域大小的精確 測量結果，讓我們不必再採用那種觸摸頭部隆起部位的愚蠢方法。研究人員掃描過許多人的大腦後，可以收集到足夠的數據資料，遠遠超過維特森研究愛因斯坦的腦子所得到的祕聞。那麼，這些新派顱相學家究竟發現什麼呢？

他們已經證實智商的確和額葉和頂葉的大小有關；事實顯示，其相關性比智商與大腦整體尺寸的相關性稍微大一點點，符合大腦這幾個部位對智力而言比較重要的想法。（枕葉和顳葉的主要功能在於感官能力，像是視覺和聽力。）然而儘管如此，其相關性還是微弱到頗令人失望的地步。

不過這些研究並沒有完全遵循顱相學的精神；顱相學不僅將大腦劃分為各個區域，也把心智劃分成許多個別的能力。我們都知道數學能力高超的人，往往在言語表達上就沒有那麼厲害，反之亦然。現在有很多研究者對智商及一般智能不以為然，認為這種概念過度簡化；他們比較喜歡談的是多元智能（multiple intelligence），而這其實正和腦子特定區域的大小有關。倫敦計程車司機的右後海馬迴（right posterior hippocampus）特別大，咸認這個皮質區和導航能力有關。就音 樂家而言，他們的小腦會比較大，某些皮質區域也會比較厚。（小腦變大是有道理的，因為一般 認為這個部位對精細的動作技能很重要。）能講雙語的人，則是在大腦左頂葉的下半部有較厚的 皮質。

這些發現雖然都很迷人，但它們只是統計數字。如果你懂得查看細節，就會明白這些大腦區域只是就平均而言稍微大一些而已。所以結論和之前差不多：想要憑藉腦部區域的大小來預測一個人的能力是沒有用的。

本文摘錄自《打敗基因決定論：一輩子都可以鍛鍊大腦》，時報出版