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「報告班長,我想睡覺!」軍人愛睏怎麼辦?──《不為人知的敵人》

八旗文化_96
・2017/05/15 ・5942字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

  • 【科科愛看書之本月選書】軍隊最大的對手是誰?才不是那些顯而易見的持槍敵人,而是疲勞、噪音、酷熱、腹瀉、恐慌……等等你根本料想不到的邪惡角色。快跟著瑪莉羅曲那明快而幽默的腳步,一起深入軍營去見識那些《不為人知的敵人》,看看科學是如何用有趣的方法力抗各式另類殺手。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

找不到地方睡嗎?去睡在導彈旁邊吧!

導彈艙最近新增了不少床位。美國海軍潛艦田納西號下水後幾年,因為做了技術升級,需要增加水兵來操作伺服器。但問題是,沒有地方可以設置寢室床位。後來有人想到在兩枚核子飛彈之間有空位可以安置床鋪,於是這些熱騰騰的床位便誕生了。艦上的三叉戟二型飛彈的發射管四十五呎高,貫穿潛艦全部四層甲板,總共二十四座。這幾層的導彈艙是全艦最僻靜的地方,像是老舊大學圖書館的藏書架,安靜、隱密,可以躲進去補眠。

但是我現在講話這一刻卻不是這樣。「全部人員起床!」艦內對講機內的廣播,伴隨著又吵又持續的起床警報:砰!砰!砰!砰!像個討厭的小鬼拿著木棍在敲水壺一樣。

「模擬發射全部飛彈。」真這樣的話,要發射的飛彈可不少。三叉戟飛彈是多彈頭飛彈,每個彈頭都可以設定其目標,精準度──我聽過兩次人家這樣講──「可以擊中投手丘」。

三叉戟飛彈是多彈頭飛彈,每個彈頭都可以設定其目標,精準度極佳。圖/Public Domain, wikimedia commons

美國海軍彈道飛彈潛艦艦隊總共有十四艘潛艦,是一股水下移動式核子武力,和陸地發射井中的飛彈,以及轟炸機上的飛彈,構成了美國戰略性嚇阻(strategic deterrence)的「 核子三合一 」(nuclear triad)。

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這個「核子三合一」戰略性嚇阻所傳達的訊息是:「你瘋了才會用核彈打我,我們的核彈比你多,而且你也無法先發制人,因為你不知道我們的彈道飛彈潛艦在哪裡。」彈道飛彈潛艦可以躲在整個海洋的任何地方,艦上的核子反應爐可以產生動力,並且製水,永遠不必為了加油而浮出水面;糧食用罄之前,可以一直待在海底深處。

田納西號副長納珊.穆瑞(Nathan Murray)邀請我進飛彈艙看他進行演習。(我和一群未來的指揮官一起登艦做評估。)我們沿著艙壁通過一排床位;某些還用黑色聚合物的簾子遮住,看起來像 80 年代某些龐克俱樂部的洗手間。穆瑞指著一位年輕人的床位,他要和牆上的消防水管共享這個空間。他昨晚已被消防演習吵醒,現在又要演習。

一天到晚演習,想睡覺都沒辦法

美國海軍潛艦部隊(The Submarine Force)已經正式承認他們有官兵睡眠問題。

《部隊任務重點通報:船員休息問題特刊》(Force Operational Notes Newsletter: Special Crew Rest Edition)裡面便提到:「個人於海洋中的睡眠未獲保護,使得行政訓練、保養以及『迫切的』問題,常態性地縮短或打斷了人員的睡眠……。」田納西號的船員要做消防演習、進水演習、液壓破裂演習、氣壓破裂演習、人員落水演習、安全違反演習、魚雷發射演習等等,艦上做飛彈發射演習比某些人用牙線還來得頻繁。

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一方面,你希望船員都訓練有素,你不想「打錯投手」。但是另一方面,你卻又希望訓練和演習不要這麼頻繁,弄到那些操作炸彈、反應爐的人員長期睡眠不足。

想要士兵訓練有素,又希望他們睡眠充足,到底該怎麼辦?圖/skeeze@Pixabay

1949 年的潛艦作息時間表允許人員一天睡眠十小時。除了這種「長眠」之外,一半船員至少在一天之內還能小睡一次。但從 1954 開始,潛艦由柴油引擎逐漸改為核子動力。結果就是艦上要看守的部位多了起來,不再像以前只是看看溫度計或油量表而已。以田納西號來說,現在人員睡眠時間平均四小時。

此次登艦之前,我和睡眠研究專家葛瑞格.貝蘭奇上校(Colonel Greg Belenky)通過電話。他是位於史波肯的華盛頓州立大學(Washington State University, Spokane)睡眠與效能研究中心(Sleep and Performance Research Center)的創立人。

貝蘭奇很清楚人從一天睡八小時減為四、五小時後有什麼變化。他們的認知能力在幾天之內就開始下降,猶如從高原狀態衰退到一個無法運作的狀態。睡眠時間越少,智能衰退越嚴重,後來才能回升。

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但是是哪種心智能力會衰退呢?是大部分。貝蘭奇說, 睡眠不足會使記憶力減退,維持思考、決策,整合情緒和理性的網絡弱化。「你是不是也有過那種碰到問題,但想不出該怎麼辦的時候?結果是不是你睡了一晚好覺之後,醒過來,啊,有了!這就是睡眠的功用。睡眠使大腦恢復正常功能。」

短少的睡眠時間會使人的智能退化。圖/Kelsey @Flickr

你是新來的?那睡覺時間再打個折吧!

在潛艦上,新兵的情況更慘。他們除了每天的工作和值更之外,還要準備「資格考」──潛艦版的律師資格考。六十幾題潛艦組件及系統的口試題,再加上本艦特有的──從操舵、到操作深度計,到排出衛生水櫃等等──各種任務實作。

蒸汽瀰漫的士官兵休息室裡,一名臉長長的水兵正在讀潛水液壓學。他說:「我曾經一個晚上只睡三個小時,隔天又完全沒睡。」(休息室裡水氣瀰漫, 又有人在打活屍末日〔zombie-apocalypse〕電玩,或是玩桌上足球機,實在不是讀書的好地方。或許因為我是個中年人才這麼想。)

水兵會告訴你他還好,但貝蘭奇知道其實不然。人一天睡眠不足四小時,他們就連復原都沒辦法。他們的智能會一直下滑,最後直達睡眠科學家想出的特殊詞彙才有辦法表達的低點,比如說「災難性代償失調」(catastrophic decompensation)就是其中之一。

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「簡單地說就是,每天無法得到適當持續的睡眠,導致人員過於疲憊,在幾天內出現類似於酒醉的『不足』狀態。」《部隊任務重點通報》當中,這幾個句子在編排上被極度強調,又是黑體字,又是底下畫線,又是斜體字。

長期睡眠不足和酒醉一樣,會導致危險加倍;因為,這時人員連自身的損害都無法正確判斷。傑夫.戴克(Jeff Dyche)曾經在潛艦醫學研究實驗室擔任研究心理學家,現在則在詹姆斯.麥迪遜大學(James Maddison University)任職。

他告訴我說,有項研究顯示,人連續兩週每天睡眠六小時, 其認知能力會降低到等同於連續四十八小時未眠。長期每天睡六小時的人和整晚沒睡的人不一樣的地方是,他們不覺得需要小心。他們在長時間感到有些疲勞後,已經覺得那是正常狀態。戴克說: 「他們會說,『啊,我已經習慣了。』」這兩天我聽過很多人說這句話。

一名水手一面把垃圾推進業務用壓縮機裡面,一面說:「我一晚睡四個半小時;在二十四小時的週期內我覺得還好。」他不知道這個壓縮機要是壓到他的肉或手指,效率會和壓垃圾一樣好。

「我不睡覺我驕傲!」這種心態正確嗎?

穆瑞和潛艦艦長克里斯.包納(Chris Bohner)自告奮勇要在艦上實施一份新的值更表;其目的在於讓官休息得更好,為了他們的健康(近來認為睡眠不足和過重、高血壓、糖尿病與心臟病有關)及所有人的安全。這項任務並不容易。

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穆瑞說:「為了弄清楚人的『休息』這回事,我花了相當多的時間。」他是個很受歡迎的領導者;不論舉止或是儀表,都是個值得信賴的人。你絕對不會看到他走路懶散、靠牆站立,或是站三七步,屁股歪一邊。他總是雙腳穩穩地站著,堅定如石,雙手放在腰際,偶爾摸一下理得很短的頭髮。他的髮際線在哪裡,就和潛艦在哪個緯度一樣,對我始終都是個謎。

問題在於總會有事情發生。有人進度落後,值更表就四分五裂。而本周的問題之一就是在下的造訪,小女子的到來讓每個人的工作都受到了干擾,因為組員必須花上四、五個小時,找一處海浪比較小的海域,好讓潛艦和我搭乘的船艦之間能搭上跳板。

海軍要處理官兵睡眠不足的問題,其挑戰有部分在於某些人對此引以為傲。我在潛艦醫學研究實驗室認識一位資深的潛艦艦長雷.吾爾利奇(Ray Woolrich)。他告訴我說:「陸戰隊員在酒吧會告訴你他們可以做多少下伏地挺身,飛行員會告訴你他們可以承受幾 G 重力,潛艦水兵會告訴你他們可以多少個小時不睡覺。」寧可累死,也不願被人說是「 愛睏狗 」(rack hound) 1 。

我才不是愛睏狗!我沒有在睡覺! 圖/GIPHY

睡眠之戰,原來軍方一直抓錯重點

幾十年來,軍方的睡眠研究重點一直一成不變,偏重於怎樣讓官兵可以少睡,而不是怎樣讓官兵好好入眠。他們試行各種模擬狀況來測試飛行員、戰士和水兵,但是一直到近年,維護官兵的睡眠才成為國防部的優先政策。

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現行陸軍政策(Current Army Policy)規定戰區內各級主管應擬定並實施一項睡眠管理計畫。(不過針對從伊拉克、阿富汗歸來官兵所做的一次小規模調查顯示,80% 的官兵都不知道有這項計畫。)照貝蘭奇所見,轉捩點在於陸軍野外演訓(Field Training Exercises,簡稱 FTXs)被延長的緣故。

這種大規模的模擬對抗,就等於是官兵在實務上的期末測驗。貝蘭奇說:「在某個階段,擬定教範的人認為,那些值得出兵的戰爭通常會持續一、兩週。所以他們就把野外演訓從三天延長到兩週。」在這之前,傳統是整個演訓期間都不睡覺,目的是要讓官兵「看起來有士氣,並得到好的評定。」他還記得,演訓期延長之後不久,他接到一個部隊指揮官的電話。

「他說:『我需要你給我藥理學的建議。我要我的手下能撐更久不睡覺。』」他以為那名指揮官說的「更久」是指兩、三天。「 我說:『你要他們多久不睡?』他說:『兩週。』實際上人們試圖想撐過去。」這無疑是一個生動且有趣的例子,清楚說明了睡眠對戰力表現的重要性。

將軍累了嗎?看他作戰就知道

歷史上也有同樣生動的實例。「石牆」.傑克森(“Stonewall” Jackson)是內戰期間南軍的將領。醫學史學家麥考威克(Philip Mackowiak)藉由比較目擊者和軍官的陳述,做出關於「石牆」.傑克森在南北戰爭一系列戰鬥之前,睡眠機會與戰力表現之間的關係。

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他發現,若是戰事發生後前三天傑克森都沒有睡覺,這種情況下,他的領導百分之百被認定為「無方」(poor)。蓋恩斯磨坊戰役(Battle of Gaines’ Mill)之時,他的總參謀長描述他「自始至終完全地混亂。」麾下各旅不僅「表現失常」,他連他們的位置在哪裡都不知道。格蘭岱爾戰役(Battle of Glendale)時,他人「 如麻木般……無法深入思考或無法做費力的動作……心不在焉又毫無活力。 」瑪爾文山戰役(Battle of Malvern Hill)期間,他「一副旁觀者的樣子」。麥道威戰役(Battle of MacDowell)時,有人看到他在打嗑睡。

只要沒睡飽,傑克森將軍就會有點ㄎㄧㄤ 。圖/John Dunne @Flickr

貝蘭奇告訴我,人每二十四小時不睡覺,就會喪失 25% 有效的心智能力。所以傑克森是以清醒狀態下 25% 的能力在率領手下衝鋒(或者根本沒有率領)。我盡量不去想田納西號輪機室一個叫派特森(Patterson)的人。他為了修電解造氧機,已經足足二十二小時沒有睡覺。電解造氧機是一台巨大的鐵殼分子分裂器,「基本就是氫彈,」──他興致高昂地說。

貝蘭奇要實驗受試者不睡覺的時間,最長是八十五小時──超過三天。他說,這大概是人的極限了,「這對任何人都沒有益處。」雖然有人宣稱自己可以一百小時,甚至兩百小時不睡,但由於他們的腦波未受到持續監測,因此難以確定他們沒有「斷續睡眠」(microsleep)。

人要是很累,會墜入第一階段短暫睡眠,眼睛開著,甚至看似手裡照常做著一樣的事。曾在飛機上睡過覺的人都知道,人入睡的時候是可維持肌張力(muscle tone)的;除非進入快速眼動睡眠期,肌肉才會放鬆。人如果在其晝夜循環的非正常時段入睡,會提前進入快速眼動期。如果你白天打瞌睡,嘴巴開開,頭還點個不停,那就要怪「 早發性眼動期 」(early-onset REM)。

人在飛機上睡著時,同時肌肉也仍維持著張力。圖/mark taylor @Flickr

既然一定要睡覺,那就用半個腦睡吧?

偶爾有報告說軍人──包括「 石牆 」.傑克森──會在夜間行軍時睡著。貝蘭奇說,當你夠累的時候,大腦似乎會暫時解離,也就是一半睡著、一半醒著。有些鳥類、海洋哺乳類都會這樣;海豚、海豹都可以單腦半球入睡,也就是腦只有一半入睡。這是因為另一半腦還要讓身體能游到海面上呼吸。鴨、鵝類成群趴在地上入睡時,外圍的鴨、鵝會睜著一隻眼睛,並保持對應的腦半球清醒,防備掠食者。

從軍方的觀點看,士兵要是能夠在行軍、游泳甚至索敵期間休息,這是最可取的;這完全符合以軍方未來觀點思考的國防先進研究計畫局(Defense Advanced Research Project Agency)其中一項目標:「要讓士兵最多一連七天,在不使用任何當代興奮劑的前提下,始終保持清醒、警覺、有效, 並且生理、心理能力不減退。」就是這個原因,所以你才會發現國防部有在贊助某些單腦半球睡眠基礎研究計畫。

如果科學能夠研究出鴨子是怎麼做的,或許就能用化學或手術方法──只有天曉得!──讓部隊如此。貝蘭奇輕蔑地說:「我們甚至不確定是什麼觸發全腦睡眠的。」

到底要怎麼做才能像鴨子一樣睡覺?圖/Kurt Bauschardt @Flickr

不過軍方單位並未就此不再幻想半腦睡眠。我曾經參加過北約組織的人類效能最佳化(Human Performance Optimization)論壇,其中一個議題就是要收集可用來將戰士能力最佳化的各種醫學技術, 其中包括「能夠提供超人體力」的義肢、利用眼球移植物使戰士具備紅外線及紫外線視力,再來就是胼胝體切開術(corpus callosotomy)──製造單腦半球睡眠及不中斷警戒。

現在的醫生有時候也會將病患兩個腦半球之間的連結切斷,以降低癲癇病患抽搐的次數。但病患的睡眠有因此同時改變嗎?南佛羅里達大學綜合性癲癇計畫(University of South Florida Comprehensive Epilepsy Program)主任賽林.班伯迪斯(Selim benbadis)說:「沒有」。他寫過一篇論文專論這種手術。他說,有部分嬰兒胼胝體發育不全,但是兩個腦半球卻能同時且正常地睡眠。

貝蘭奇認為國防先進研究計畫局把「有很多輕率的想法,認為是好的構想。」真的,他們真的是這樣。比如說,他們的想法裡面就有一樣是「以手術植入魚鰓。」

注釋:

  1. 在軍中,每個人都有個友善的稱號,比如我就叫做「媒體穢物」(media puke)。

 

 

 

本文摘自《不為人知的敵人:科學家如何面對戰爭中的另類殺手》八旗文化出版。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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青少年睡眠不足的解方?在高中生早自習被取消之後——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/03/04 ・3231字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 蔡宇哲/心理學博士,主持 podcast 《哇賽心理學》與《睡眠先生的活力學》。

Take Home Message

  • 美國眾議院在 2020 年決議將每年 9 月的第三週訂為「學生睡眠健康週」;臺灣教育部也在去年宣布取消高中早自習,希望青少年可以多睡一點。
  • 多項國際研究發現,青少年睡眠不足會影響注意力、學習、記憶,連帶牽動到學業成績,甚至還可能影響情緒調節與自我控制能力。
  • 研究發現,延後上學提升了學生的學業成績、出席率、準時上課率,並降低睏睡度;但學生對於「睡眠是否重要」的概念也會影響延後上學帶來的幫助。

教育部在去(2022)年宣布,在 111 學年度開始取消高中早自習,學生只要在上午 8 點前到校即可,希望藉由調整上學時間讓青少年能睡多一點。不過這項措施並未得到所有人的認同,尤其是華人文化一直以「勤奮」為勉,像成語焚膏繼晷、懸樑刺骨等都隱含著睡得少才會有成就的意涵。家長與老師也常以此來勉勵國高中生努力讀書。然而,這樣的傳統觀念在睡眠科學的檢驗下卻是大錯特錯。

睡眠不足將影響青少年的身心理

2020 年,美國眾議院決議將每年 9 月的第三週訂為學生睡眠健康週(Student Sleep Health Week, SSHW)。不僅如此,美國睡眠醫學學會(American Academy of Sleep Medicine, AASM)也在去年 9 月 12~18 日進行相關倡議。

不過他們為什麼要特地宣導?主因為美國國家睡眠基金會(National Sleep Foundation)統整的研究報告經專家討論後,提出青少年每日應睡 8~10 小時、平均睡眠時數達到 9 小時的建議。但美國疾病管制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention, CDC)的數據卻顯示,有將近八成的中學生呈現睡眠不足的狀態,因此美國政府希望能透過政策與教育推廣來倡導睡眠的重要性。

那臺灣學生呢?根據 2020 年臺灣兒福聯盟發布的調查報告顯示,臺灣高中生有將近九成每天睡不到八小時,國高中生每天的平均睡眠時數更僅有 6.9 小時,連建議值的低標都沒達到。

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在挪威一項針對學生睡眠情況與學業成績的研究中,研究團隊共調查了 7798 位 16~19 歲的青少年,發現上床睡覺時間、睡眠時數,以及睡眠缺損都與學業成績有關。上床睡覺時間愈晚、睡眠時數愈少,睡眠缺損也愈嚴重,學業成績就會愈低落。簡單來說,學業成績較差與睡不夠有關。

雖然這項結果只代表兩者相關,並不表示因果關係,然而已有非常多研究都發現睡眠不足會使人的注意力、學習、記憶情況變差,而且在實驗室控制的情況下這項因果關係可以被確認。如果要有好成績便需要仰賴專注,才能讓學習與記憶的歷程能夠順利開展。因此,睡眠會影響學業這點確實有它的道理。

睡眠不足會影響青少年學習。圖/envatoelements

此外,睡眠影響的並不只是單純白天有沒有精神、注意力是否集中而已,甚至還會影響到青少年的心理健康。衛生福利部國民健康署在 2021 年一份針對臺灣國高中生的萬人抽樣調查中發現:有 25% 的國高中生在過去一年內曾認真地考慮過自殺。就算這項數據可能被誇大了,但即使將數字折半來看依然很令人擔憂。不過自殺念頭又跟睡眠有什麼關係呢?

一篇 2018 年發表於《美國醫學會雜誌.兒科》(JAMA Pediatrics)期刊的研究,將 67615 份青少年(國三到高三)問卷資料中的睡眠時數分為八小時以上、七小時、六小時,以及少於六小時這四組,比較這些人從事危險行為的情況。結果發現,睡眠時數少於六小時的青少年在攻擊行為上比睡滿八小時的高出將近兩倍,自殺行動更高出三倍之多。

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也就是說,睡眠不足這件事不僅影響了白天在課業表現上的各種層面,還包含比較容易被忽略的情緒調節與自我控制,而這對青春期的學子來說更是雪上加霜。睡眠不足的影響太容易被忽略,誰在生氣時會想到今天脾氣這麼差是因為前一晚沒睡好呢?但透過科學研究確實發現,睡眠不足會讓脾氣變得暴躁,容易看什麼事都不順眼。

青少年獨有的「生理時鐘延遲」

既然睡不夠,那應該要讓學生早點睡才對。很多人會把青少年晚睡的因素歸咎於課業壓力、網路與遊戲,但這些僅是外在因素,其實還有一個無法抗拒的內在因素,那就是青春期獨有的「生理時鐘延遲」現象,即使想早睡也睡不著。

早在 1993 年,美國睡眠領域的專家卡斯卡頓(Mary Carskadon)與不少學者都曾針對青春期生理時鐘延遲的現象進行研究,當時的網路與手機都還不像現在如此普及,且在實驗室控制的情況底下也排除了課業壓力,但依然發現學生在進入青春期之後會有作息延遲的情況。而且這個現象也非人類獨有,在恆河猴(Macaca mulatta)與一些囓齒類動物身上也會出現,因此這可能是生物體的發展所導致,而非單純社會文化與壓力的影響。

因此在生理時鐘延遲、難以提早入睡,但又必須早早起床上學的情況下,睡眠不足的現象必然會發生。再加上課業壓力與網路、遊戲等誘因,又結合了華人不用睡太多的勤奮文化,就成了臺灣青少年睡眠不足的難解困境。

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睡眠不足是許多青少年常見的問題。圖/envatoelements

延後上學,全球青少年睡眠不足的治標措施

睡眠對青少年來說如此重要,但卻又受到多重因素的影響,因此透過政策改變上學時間反而變成一種最快速的方法。十多年前英美各國就都陸續試行相關的政策,多數都發現延後上學對學生學習是幫助。因此,美國加州政府在 2020 年頒布了法令,規定公立學校的國中必須在上午 8 點以後、高中則是在 8 點 30 分以後才可以開始上課。而臺灣在去年開始,也規定高中生可以於上午 8 點前到校即可。不過這樣的措施卻受到不少反對者質疑,認為只延後這一點時間根本沒有用。針對這些質疑,我們可以透過科學研究獲得一些驗證。

2018 年發表的一篇研究就以美國西雅圖中學施行延後上學政策的學生為研究對象,該校學生的上課時間從原本的上午 7 點 50 分改成 8 點 45 分,足足延後了 55 分鐘。結果發現,延後上學後學生的整體睡眠時數增加了 34 分鐘,且學業成績、出席率、準時上課率都提高,睏睡度則降低。簡單來說,延後上學可以讓中學生睡得比較多一點,在學校的整體表現也變好。

另一篇去年進行的大規模研究,收集了橫跨 1999 ~ 2017 年的資料,參與者包含了 28 所學校、上萬名高中生都延後至上午 8 點 30 分上學。調查這些學校實施延後上學的前一年和實施後連續四年的數據,結果發現在實施後的第四年,學生的畢業率從原本的 80% 提高到 90 %,出席率也由 90% 提升到 93% 。在大樣本的情況下有如此高的提升,可說是相當驚人。

從結果來看,單單只是延後上學這件事就可以對青少年有多項正向的影響,是個有效又不用花太多錢的方法。當然這個政策影響層面很廣,還有家長接送、老師上班時間等議題,但至少延後上學這件事對於學生而言,目前的證據都是正向的。

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治本之道,肯定睡眠的重要性

延後上學對青少年有幫助,但從落實到實際有好成果出現之前,需要大眾與家長對睡眠擁有正確的觀念,才能發揮政策的效果。筆者有次參與國際睡眠醫學研討會時,一位韓國學者的報告中就提到影響延後上學政策成效有個很重要的關鍵,就是「學生是否認為睡眠是重要的、自己需要睡多一點」。

如果連學生都認為睡眠不重要、自己不需要睡那麼多,那麼延後上學、獲得多一點時間睡覺的幫助自然就變小了。臺灣在取消早自習、讓高中生延後上學時,也需要搭配推廣睡眠教育,讓青少年與大眾都了解睡眠充足才是展現高效學習、身心得以平衡的基礎。

延伸閱讀

  1. McKeever, P. M. et al. (2022). Delayed high school start times and graduation and attendance rates over four years: the impact of race and socioeconomics. Journal of Clinical Sleep Medicine. 18(11), 2537–2543.
  2. Dunster, G. P. et al. (2018). Sleepmore in Seattle: Later school start times are associated with more sleep and better performance in high school students. Science advances, 4(12), eaau6200.
  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 3 月號〉
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從零打造「MIT迷你潛艇」——專訪中山大學水下載具研發中心主任王朝欽
科技大觀園_96
・2022/01/11 ・3874字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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想到臺灣的「海洋文化」你會先聯想想到什麼呢?是海灘、衝浪、潛水,還是漁船、海鮮、跑船?有發覺幾乎都是「海上」的關鍵字嗎?但其實,海面下藏著許多常人難以探勘的資源,例如可作為替代能源的「可燃冰」、難以開採的「稀土礦」,抑或是深海生物觀測或是海底考古等等,都是極具發展潛力的水下事業。也因此,世界列強早已投入鉅資開發水下載具技術,期望從海底世界找到更多可能性。

而在王朝欽教授的領導下,由中山大學水下載具研發中心所開發的「第一代雙載水下載具(Two-person manned underwater vehicle, MUV)」,今年終於成功踏出指標性的一步!

中山大學水下載具研發中心所開發的「第一代雙載水下載具」。圖/中山大學提供

從無到有打造水下載具,臺灣跨出第一步!

第一代雙載水下載具被媒體廣泛稱為「MIT 迷你潛艇」,但其實我們的「MIT 迷你潛艇」(MUV)和一般所認知的潛艇是截然不同的水下載人載具,「講的簡單一點,裡面有廁所的是一般熟知的潛艇,沒有廁所的叫做『迷你潛艇』,而我們這次做出來的是後者。」王朝欽教授指出,雖然與自造潛艇還有一段距離,「但臺灣目前能獨立製造 MUV,其實是非常不容易的事。」

臺灣原本就有海洋及造船相關科系,但只要牽涉到水下載具這類需要涉及跨領域整合的製造需求,通常都只能向外採購,開發的技術和工具都只能仰賴國外進口,成本相當高昂,如今我們可以自己從無到有做出一台載人水下載具,即使還不完美,但至少讓世界知道臺灣在海底領域已經跨出了關鍵的一步,「未來在海底世界我們不會缺席!」

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「臺灣有造船的技術,但水上載具跟水下載具是完全不同的世界。」王朝欽教授表示,自 2018 到 2021 年,這台MUV從「構想」到「成功下海」可謂漫漫長路。由於製造經驗是零,光是畫設計圖就耗時一年。過程中團隊不斷向海外專業團隊及友人請益,是非常重要的經驗累積。

由於缺乏製造經驗,第一代 MUV 光是畫出設計圖就耗時一年。圖/中山大學提供

從無人「動力航行測試」到載人「固定深度航行」

今年 MUV 的研發已經進入中後段的測試與調整階段,中山大學水下載具研發中心已於 2021 年 1 月完成了在台南港的「無人動力航行測試」,並在此次測試中,完成了垂直、水平及下潛到水深 8 米的深度,接著上升回海面等等的動力航行測試。這也意味著,MUV 在水下的行動能力已經完備。

接著於 2021 年 9 月於高雄港完成更進階的「載人入艙」測試,除了測試載人後的艙體維生系統運作外,也完成了「固定深度航行」的機能測試;此次測試的成功,也代表著未來科研人員在艙內可以不用一直分心去控制載具的深度,能夠更順利的進行科研活動。不過王朝欽教授表示,台南港與高雄港算是比較平靜的水域,下個階段團隊將前往更真實、更多狀況的海域進行測試。

2021 年 9 月,中山大學團隊於高雄港完成更進階的「載人入艙」測試。圖/中山大學提供

小琉球測試,從真實世界繼續經驗累積

在訪問的當下,王朝欽教授已經帶領團隊完成這次移師小琉球海域的「載人入艙實海測試」,並且很坦白的和我們分享測試第一天發生的問題:「下水不是每一次都成功,失敗的時候就要去知道發生什麼問題。」

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而這次到小琉球的實驗,是先由艙外潛水員進行艙外控制操作,到達指定的深度後,進行海中的動力航行測試(垂直、水平航行以及定深航行)。考量到深度超過 50 米的海域海流比較強且難以預測、風險較高,所以選擇在深度 20 米以內的近海海域執行測試。

為了將 MUV 移至小琉球沿海的測試地點,首先必須先雇用拖船將 MUV 帶到定點,但由於搭載 MUV 的母船吃水較深,無法一口氣將 MUV 載至測試海域,因此還得另外租用中型船將艙體移至深度 20 米以內的近海海域。另再加上指揮船與戒護艇,光是單次的實海測試就足足出動了四條船。

王朝欽教授表示,在第一天的測試過程中就發生了動力失效的問題,但團隊事後也迅速找出了發生問題的原因,原來是外部的控制面板可能因為壓力差與結構問題產生裂痕後進水,進而影響到動力系統:「團隊在迅速調整後第二天就可以正常執行任務了。」

「工程就是這樣,我們設計時會考量許多因素,但現場執行肯定還是會有狀況,在測試中修正問題——就是工程的作法。對於這次的發現(指控制面板進水)其實也算是出乎意料,面板上的裂痕竟能造成這樣的結果。」然而,每次的失敗都是學習機會,失敗的經驗正是團隊累積成長的養分,而這次小琉球海域的實測狀況,正是打造MUV一路走來的真實寫照。

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這次的小琉球實海測試,由艙外潛水員進行艙外操作,在深度20米的近海進行動力測試。圖/中山大學提供

MUV 開發的最高守則——安全第一

談到在研發過程中必須克服的問題,王朝欽教授指出:「在海底可能什麼都看不到,不但艙體要設計防撞、操控面板也必須易於操作,通信系統得隨時暢通,而且一定要有備用電力設備。只要牽涉到水下,連零件工法錯誤都會造成極大風險,畢竟是要載人的載具,必須更加謹慎。」

王朝欽教授舉例,在今年 9 月高雄港的測試中,研發團隊發現艙蓋有滲水的問題,經過調查發現,原來是艙蓋中金屬交接處的橡膠環在製作工法的問題。原本團隊是採用像繩子「頭接尾」的成環方式,這種方式的接口就是滲水的原因,最後團隊將橡膠環更改為一體成形的環型結構,才解決了滲水問題。

除了載具硬體設計外,專業操作人員的訓練也非常重要,除了學習操作載具外,工程師與操作員還必須忍受待在密閉的小空間裡執行任務長達數小時,需要強韌的心理素質,「你能想像把自己關進一個鐵牢籠好幾個小時不出來嗎?我自己進去六七分鐘就快受不了了,這真的是要很有愛與決心才能辦到。」

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水下載具的操作員操作員必須忍受待在密閉的小空間裡執行任務長達數小時,需要強韌的心理素質。圖/中山大學提供

為了讓操作員的身心狀況維持在健康狀態,研發團隊也必須考量到水下載具的舒適度與穩定度,因為光是濕度沒控制好,就可能會發生艇內起霧的現象,而這些變化都可能造成操作員的情緒波動,進而影響駕駛安全。

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王朝欽教授表示,在開發與設計的過程中,人員的安全是最高指導原則,所以載具本體防護、通訊系統及逃生機制,都是水下載人載具設計時不可或缺的環節。

王朝欽教授和我們分享了 MUV 逃生系統的四層設計。最基礎的是「動力上浮系統」,藉由機身上的推進器將水下載具推往水面;第二層是「急速氣囊系統」,藉由讓氣囊快速充氣使 MUV 增加浮力浮上水面;第三層則是「快卸系統」,藉由把機身上的配重卸除,來幫助機體可以順利上浮。

但如果以上三者都失效,還有第四層逃生設計,當緊急狀態發生時,機體內的電力與維生裝置可以持續運作 72 小時,讓操作人員在海中等待救援。

不管做什麼,勇敢踏出第一步最重要!

當初王朝欽教授只是私下喜歡海上活動,專精 IC 設計的電機系教授,受到當時中山大學海科院院長王兆璋教授(現任國研院臺灣海洋科技研究中心主任),以及海下所陳信宏所長的邀請,便一腳跨入水下載具的開發計畫,「沒想到一走也走了三年多。」王朝欽教授表示,在這個計畫中大家都對海洋科研非常有愛,畢竟水下有人載具領域在資源有限的情況下,一路走來真的不容易。

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針對給學子們的職涯建議,王朝欽教授表示,最重要的是找到熱情所在,並且勇敢堅持下去。圖/呂元弘攝

他特別感謝中山大學鄭英耀校長的大力支持,沒有當初校長的支持,計畫不可能走到現在。另外王朝欽教授也非常感謝中信造船集團與韓育霖總經理,二話不說全力支援 MUV 的艙體製作,還有國研院臺灣海洋科技研究中心的勵進號全體船員的配合與支持海域實驗,「沒有大家的支持,就無法有現在的成果,所以除了感謝還是感謝。」

對於目前正在求學的莘莘學子,王朝欽教授建議要先找到自己有熱情的領域,以他目前從事的水下載具研發為例,需要跨領域整合各種技術,因此不是只有電機的人才能入行,「就看你要怎麼切入你有熱情的領域。」不過王朝欽教授強調,最重要還是擁有熱情,然後勇敢地踏出第一步,然後持續堅持下去。

王朝欽教授在訪談最後指出:「人活到最後通常會後悔的都是『沒做什麼』,而不是『做了什麼』,所以去尋找自己有熱情的事,是自我成就最關鍵的一件事。」

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「報告班長,我想睡覺!」軍人愛睏怎麼辦?──《不為人知的敵人》
八旗文化_96
・2017/05/15 ・5942字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

  • 【科科愛看書之本月選書】軍隊最大的對手是誰?才不是那些顯而易見的持槍敵人,而是疲勞、噪音、酷熱、腹瀉、恐慌……等等你根本料想不到的邪惡角色。快跟著瑪莉羅曲那明快而幽默的腳步,一起深入軍營去見識那些《不為人知的敵人》,看看科學是如何用有趣的方法力抗各式另類殺手。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

找不到地方睡嗎?去睡在導彈旁邊吧!

導彈艙最近新增了不少床位。美國海軍潛艦田納西號下水後幾年,因為做了技術升級,需要增加水兵來操作伺服器。但問題是,沒有地方可以設置寢室床位。後來有人想到在兩枚核子飛彈之間有空位可以安置床鋪,於是這些熱騰騰的床位便誕生了。艦上的三叉戟二型飛彈的發射管四十五呎高,貫穿潛艦全部四層甲板,總共二十四座。這幾層的導彈艙是全艦最僻靜的地方,像是老舊大學圖書館的藏書架,安靜、隱密,可以躲進去補眠。

但是我現在講話這一刻卻不是這樣。「全部人員起床!」艦內對講機內的廣播,伴隨著又吵又持續的起床警報:砰!砰!砰!砰!像個討厭的小鬼拿著木棍在敲水壺一樣。

「模擬發射全部飛彈。」真這樣的話,要發射的飛彈可不少。三叉戟飛彈是多彈頭飛彈,每個彈頭都可以設定其目標,精準度──我聽過兩次人家這樣講──「可以擊中投手丘」。

三叉戟飛彈是多彈頭飛彈,每個彈頭都可以設定其目標,精準度極佳。圖/Public Domain, wikimedia commons

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美國海軍彈道飛彈潛艦艦隊總共有十四艘潛艦,是一股水下移動式核子武力,和陸地發射井中的飛彈,以及轟炸機上的飛彈,構成了美國戰略性嚇阻(strategic deterrence)的「 核子三合一 」(nuclear triad)。

這個「核子三合一」戰略性嚇阻所傳達的訊息是:「你瘋了才會用核彈打我,我們的核彈比你多,而且你也無法先發制人,因為你不知道我們的彈道飛彈潛艦在哪裡。」彈道飛彈潛艦可以躲在整個海洋的任何地方,艦上的核子反應爐可以產生動力,並且製水,永遠不必為了加油而浮出水面;糧食用罄之前,可以一直待在海底深處。

田納西號副長納珊.穆瑞(Nathan Murray)邀請我進飛彈艙看他進行演習。(我和一群未來的指揮官一起登艦做評估。)我們沿著艙壁通過一排床位;某些還用黑色聚合物的簾子遮住,看起來像 80 年代某些龐克俱樂部的洗手間。穆瑞指著一位年輕人的床位,他要和牆上的消防水管共享這個空間。他昨晚已被消防演習吵醒,現在又要演習。

一天到晚演習,想睡覺都沒辦法

美國海軍潛艦部隊(The Submarine Force)已經正式承認他們有官兵睡眠問題。

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《部隊任務重點通報:船員休息問題特刊》(Force Operational Notes Newsletter: Special Crew Rest Edition)裡面便提到:「個人於海洋中的睡眠未獲保護,使得行政訓練、保養以及『迫切的』問題,常態性地縮短或打斷了人員的睡眠……。」田納西號的船員要做消防演習、進水演習、液壓破裂演習、氣壓破裂演習、人員落水演習、安全違反演習、魚雷發射演習等等,艦上做飛彈發射演習比某些人用牙線還來得頻繁。

一方面,你希望船員都訓練有素,你不想「打錯投手」。但是另一方面,你卻又希望訓練和演習不要這麼頻繁,弄到那些操作炸彈、反應爐的人員長期睡眠不足。

想要士兵訓練有素,又希望他們睡眠充足,到底該怎麼辦?圖/skeeze@Pixabay

1949 年的潛艦作息時間表允許人員一天睡眠十小時。除了這種「長眠」之外,一半船員至少在一天之內還能小睡一次。但從 1954 開始,潛艦由柴油引擎逐漸改為核子動力。結果就是艦上要看守的部位多了起來,不再像以前只是看看溫度計或油量表而已。以田納西號來說,現在人員睡眠時間平均四小時。

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此次登艦之前,我和睡眠研究專家葛瑞格.貝蘭奇上校(Colonel Greg Belenky)通過電話。他是位於史波肯的華盛頓州立大學(Washington State University, Spokane)睡眠與效能研究中心(Sleep and Performance Research Center)的創立人。

貝蘭奇很清楚人從一天睡八小時減為四、五小時後有什麼變化。他們的認知能力在幾天之內就開始下降,猶如從高原狀態衰退到一個無法運作的狀態。睡眠時間越少,智能衰退越嚴重,後來才能回升。

但是是哪種心智能力會衰退呢?是大部分。貝蘭奇說, 睡眠不足會使記憶力減退,維持思考、決策,整合情緒和理性的網絡弱化。「你是不是也有過那種碰到問題,但想不出該怎麼辦的時候?結果是不是你睡了一晚好覺之後,醒過來,啊,有了!這就是睡眠的功用。睡眠使大腦恢復正常功能。」

短少的睡眠時間會使人的智能退化。圖/Kelsey @Flickr

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你是新來的?那睡覺時間再打個折吧!

在潛艦上,新兵的情況更慘。他們除了每天的工作和值更之外,還要準備「資格考」──潛艦版的律師資格考。六十幾題潛艦組件及系統的口試題,再加上本艦特有的──從操舵、到操作深度計,到排出衛生水櫃等等──各種任務實作。

蒸汽瀰漫的士官兵休息室裡,一名臉長長的水兵正在讀潛水液壓學。他說:「我曾經一個晚上只睡三個小時,隔天又完全沒睡。」(休息室裡水氣瀰漫, 又有人在打活屍末日〔zombie-apocalypse〕電玩,或是玩桌上足球機,實在不是讀書的好地方。或許因為我是個中年人才這麼想。)

水兵會告訴你他還好,但貝蘭奇知道其實不然。人一天睡眠不足四小時,他們就連復原都沒辦法。他們的智能會一直下滑,最後直達睡眠科學家想出的特殊詞彙才有辦法表達的低點,比如說「災難性代償失調」(catastrophic decompensation)就是其中之一。

「簡單地說就是,每天無法得到適當持續的睡眠,導致人員過於疲憊,在幾天內出現類似於酒醉的『不足』狀態。」《部隊任務重點通報》當中,這幾個句子在編排上被極度強調,又是黑體字,又是底下畫線,又是斜體字。

長期睡眠不足和酒醉一樣,會導致危險加倍;因為,這時人員連自身的損害都無法正確判斷。傑夫.戴克(Jeff Dyche)曾經在潛艦醫學研究實驗室擔任研究心理學家,現在則在詹姆斯.麥迪遜大學(James Maddison University)任職。

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他告訴我說,有項研究顯示,人連續兩週每天睡眠六小時, 其認知能力會降低到等同於連續四十八小時未眠。長期每天睡六小時的人和整晚沒睡的人不一樣的地方是,他們不覺得需要小心。他們在長時間感到有些疲勞後,已經覺得那是正常狀態。戴克說: 「他們會說,『啊,我已經習慣了。』」這兩天我聽過很多人說這句話。

一名水手一面把垃圾推進業務用壓縮機裡面,一面說:「我一晚睡四個半小時;在二十四小時的週期內我覺得還好。」他不知道這個壓縮機要是壓到他的肉或手指,效率會和壓垃圾一樣好。

「我不睡覺我驕傲!」這種心態正確嗎?

穆瑞和潛艦艦長克里斯.包納(Chris Bohner)自告奮勇要在艦上實施一份新的值更表;其目的在於讓官休息得更好,為了他們的健康(近來認為睡眠不足和過重、高血壓、糖尿病與心臟病有關)及所有人的安全。這項任務並不容易。

穆瑞說:「為了弄清楚人的『休息』這回事,我花了相當多的時間。」他是個很受歡迎的領導者;不論舉止或是儀表,都是個值得信賴的人。你絕對不會看到他走路懶散、靠牆站立,或是站三七步,屁股歪一邊。他總是雙腳穩穩地站著,堅定如石,雙手放在腰際,偶爾摸一下理得很短的頭髮。他的髮際線在哪裡,就和潛艦在哪個緯度一樣,對我始終都是個謎。

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問題在於總會有事情發生。有人進度落後,值更表就四分五裂。而本周的問題之一就是在下的造訪,小女子的到來讓每個人的工作都受到了干擾,因為組員必須花上四、五個小時,找一處海浪比較小的海域,好讓潛艦和我搭乘的船艦之間能搭上跳板。

海軍要處理官兵睡眠不足的問題,其挑戰有部分在於某些人對此引以為傲。我在潛艦醫學研究實驗室認識一位資深的潛艦艦長雷.吾爾利奇(Ray Woolrich)。他告訴我說:「陸戰隊員在酒吧會告訴你他們可以做多少下伏地挺身,飛行員會告訴你他們可以承受幾 G 重力,潛艦水兵會告訴你他們可以多少個小時不睡覺。」寧可累死,也不願被人說是「 愛睏狗 」(rack hound) 1 。

我才不是愛睏狗!我沒有在睡覺! 圖/GIPHY

睡眠之戰,原來軍方一直抓錯重點

幾十年來,軍方的睡眠研究重點一直一成不變,偏重於怎樣讓官兵可以少睡,而不是怎樣讓官兵好好入眠。他們試行各種模擬狀況來測試飛行員、戰士和水兵,但是一直到近年,維護官兵的睡眠才成為國防部的優先政策。

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現行陸軍政策(Current Army Policy)規定戰區內各級主管應擬定並實施一項睡眠管理計畫。(不過針對從伊拉克、阿富汗歸來官兵所做的一次小規模調查顯示,80% 的官兵都不知道有這項計畫。)照貝蘭奇所見,轉捩點在於陸軍野外演訓(Field Training Exercises,簡稱 FTXs)被延長的緣故。

這種大規模的模擬對抗,就等於是官兵在實務上的期末測驗。貝蘭奇說:「在某個階段,擬定教範的人認為,那些值得出兵的戰爭通常會持續一、兩週。所以他們就把野外演訓從三天延長到兩週。」在這之前,傳統是整個演訓期間都不睡覺,目的是要讓官兵「看起來有士氣,並得到好的評定。」他還記得,演訓期延長之後不久,他接到一個部隊指揮官的電話。

「他說:『我需要你給我藥理學的建議。我要我的手下能撐更久不睡覺。』」他以為那名指揮官說的「更久」是指兩、三天。「 我說:『你要他們多久不睡?』他說:『兩週。』實際上人們試圖想撐過去。」這無疑是一個生動且有趣的例子,清楚說明了睡眠對戰力表現的重要性。

將軍累了嗎?看他作戰就知道

歷史上也有同樣生動的實例。「石牆」.傑克森(“Stonewall” Jackson)是內戰期間南軍的將領。醫學史學家麥考威克(Philip Mackowiak)藉由比較目擊者和軍官的陳述,做出關於「石牆」.傑克森在南北戰爭一系列戰鬥之前,睡眠機會與戰力表現之間的關係。

他發現,若是戰事發生後前三天傑克森都沒有睡覺,這種情況下,他的領導百分之百被認定為「無方」(poor)。蓋恩斯磨坊戰役(Battle of Gaines’ Mill)之時,他的總參謀長描述他「自始至終完全地混亂。」麾下各旅不僅「表現失常」,他連他們的位置在哪裡都不知道。格蘭岱爾戰役(Battle of Glendale)時,他人「 如麻木般……無法深入思考或無法做費力的動作……心不在焉又毫無活力。 」瑪爾文山戰役(Battle of Malvern Hill)期間,他「一副旁觀者的樣子」。麥道威戰役(Battle of MacDowell)時,有人看到他在打嗑睡。

只要沒睡飽,傑克森將軍就會有點ㄎㄧㄤ 。圖/John Dunne @Flickr

貝蘭奇告訴我,人每二十四小時不睡覺,就會喪失 25% 有效的心智能力。所以傑克森是以清醒狀態下 25% 的能力在率領手下衝鋒(或者根本沒有率領)。我盡量不去想田納西號輪機室一個叫派特森(Patterson)的人。他為了修電解造氧機,已經足足二十二小時沒有睡覺。電解造氧機是一台巨大的鐵殼分子分裂器,「基本就是氫彈,」──他興致高昂地說。

貝蘭奇要實驗受試者不睡覺的時間,最長是八十五小時──超過三天。他說,這大概是人的極限了,「這對任何人都沒有益處。」雖然有人宣稱自己可以一百小時,甚至兩百小時不睡,但由於他們的腦波未受到持續監測,因此難以確定他們沒有「斷續睡眠」(microsleep)。

人要是很累,會墜入第一階段短暫睡眠,眼睛開著,甚至看似手裡照常做著一樣的事。曾在飛機上睡過覺的人都知道,人入睡的時候是可維持肌張力(muscle tone)的;除非進入快速眼動睡眠期,肌肉才會放鬆。人如果在其晝夜循環的非正常時段入睡,會提前進入快速眼動期。如果你白天打瞌睡,嘴巴開開,頭還點個不停,那就要怪「 早發性眼動期 」(early-onset REM)。

人在飛機上睡著時,同時肌肉也仍維持著張力。圖/mark taylor @Flickr

既然一定要睡覺,那就用半個腦睡吧?

偶爾有報告說軍人──包括「 石牆 」.傑克森──會在夜間行軍時睡著。貝蘭奇說,當你夠累的時候,大腦似乎會暫時解離,也就是一半睡著、一半醒著。有些鳥類、海洋哺乳類都會這樣;海豚、海豹都可以單腦半球入睡,也就是腦只有一半入睡。這是因為另一半腦還要讓身體能游到海面上呼吸。鴨、鵝類成群趴在地上入睡時,外圍的鴨、鵝會睜著一隻眼睛,並保持對應的腦半球清醒,防備掠食者。

從軍方的觀點看,士兵要是能夠在行軍、游泳甚至索敵期間休息,這是最可取的;這完全符合以軍方未來觀點思考的國防先進研究計畫局(Defense Advanced Research Project Agency)其中一項目標:「要讓士兵最多一連七天,在不使用任何當代興奮劑的前提下,始終保持清醒、警覺、有效, 並且生理、心理能力不減退。」就是這個原因,所以你才會發現國防部有在贊助某些單腦半球睡眠基礎研究計畫。

如果科學能夠研究出鴨子是怎麼做的,或許就能用化學或手術方法──只有天曉得!──讓部隊如此。貝蘭奇輕蔑地說:「我們甚至不確定是什麼觸發全腦睡眠的。」

到底要怎麼做才能像鴨子一樣睡覺?圖/Kurt Bauschardt @Flickr

不過軍方單位並未就此不再幻想半腦睡眠。我曾經參加過北約組織的人類效能最佳化(Human Performance Optimization)論壇,其中一個議題就是要收集可用來將戰士能力最佳化的各種醫學技術, 其中包括「能夠提供超人體力」的義肢、利用眼球移植物使戰士具備紅外線及紫外線視力,再來就是胼胝體切開術(corpus callosotomy)──製造單腦半球睡眠及不中斷警戒。

現在的醫生有時候也會將病患兩個腦半球之間的連結切斷,以降低癲癇病患抽搐的次數。但病患的睡眠有因此同時改變嗎?南佛羅里達大學綜合性癲癇計畫(University of South Florida Comprehensive Epilepsy Program)主任賽林.班伯迪斯(Selim benbadis)說:「沒有」。他寫過一篇論文專論這種手術。他說,有部分嬰兒胼胝體發育不全,但是兩個腦半球卻能同時且正常地睡眠。

貝蘭奇認為國防先進研究計畫局把「有很多輕率的想法,認為是好的構想。」真的,他們真的是這樣。比如說,他們的想法裡面就有一樣是「以手術植入魚鰓。」

注釋:

  1. 在軍中,每個人都有個友善的稱號,比如我就叫做「媒體穢物」(media puke)。

 

 

 

本文摘自《不為人知的敵人:科學家如何面對戰爭中的另類殺手》八旗文化出版。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

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