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卡文迪許誕辰|科學史上的今天:10/10

張瑞棋_96
・2015/10/10 ・1204字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 591 ・九年級

西元前三世紀,希臘學者埃拉托塞尼斯(Eratosthenes)就已經用兩地太陽投影角度的差異推算出地球的大小,誤差不到2%。然而關於地球的質量,過了兩千年卻始終無人能知。雖然牛頓觀測天體而推導出萬有引力公式,但既不知重力常數的值,也就算不出地球的質量。這個難倒牛頓與無數科學家的難題直到1798年才由英國科學家亨利‧卡文迪許解決。

亨利‧卡文迪許。圖片來源:wikipedia

不過這個重大成就倒比較無關乎科學天才的靈光乍現,真正畢其功的關鍵不如說是亞斯伯格症候群的特質。

是的,若在現代,卡文迪許肯定會被診斷為亞斯伯格症候群患者。「當他不得不忍受與人接觸時,經常撇開眼神望向一旁,一旦受不了還會衝到室外去。有時候他來到門外,一見室內人群擁擠,就會渾身僵硬地站住,完全沒辦法踏入門內。…….散步時,他總是在同一個時間走在同一條路線上,而且會走在路中間,以免偶然碰到別人。」「卡文迪許的生活和工作都是井然有序、一絲不苟。…..就跟規範星辰運動的定律一樣僵化、規律。」*

然而正是這樣的特質讓他得以完成極為敏感易受干擾的精密測定。

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事實上,卡文迪許要測定的是地球密度。因為牛頓指出兩物體間的萬有引力與兩者的密度成比例關係,所以他只要測出兩顆已知密度的鉛球之間的引力,就可以根據鉛球所受地心引力的大小,依比例算出地球的密度。問題是鉛球之間的引力實在太微弱了,所以前人才都測不出來。卡文迪許的朋友米契爾(John Michell)花了十年時間發明出量測裝置,在死前交給他完成大業。他用一根細線懸吊一根六英尺長的橫桿,兩端各掛上一顆直徑兩英寸的鉛球。再用兩顆較大的鉛球慢慢靠近懸掛的小鉛球,兩對鉛球之間的引力就會拉動橫桿旋轉;測量轉動的幅度就能算出引力大小。

說來簡單,但實驗過程卻相當繁複。鉛球太小引力效果不明顯,太大又要加強橫桿與細線,如此一來又不易轉動;同樣地,橫桿與細線也都須不斷調整至適當大小。而橫桿本身也有引力,鉛球又可能受到地球磁場影響,都得納入考慮。更頭痛的是氣流的干擾;身體移動會帶動氣流,光源乃至體溫所造成的溫差也會產生氣流。於是卡文迪許把實驗器材在黑暗密閉的房子,人在屋外操縱大鉛球,同時透過嵌在牆讓的望遠鏡觀測紀錄,光源也是從屋外經由透鏡投射到指針上。
最後卡文迪許算出地球密度是水的5.48倍,與實際的5.52倍相差無幾;難怪在他之後一百年間很多科學家以更好的器材與技術重作實驗,結果卻未見精進。最大的進展反而在於實驗目的本身──從地球密度轉為重力常數G。

卡文迪許的實驗展示了科學的重大突破不一定都是來自天才的頭腦,也可能出自亞斯伯格症候群那般心無旁騖的專注與一絲不苟的堅持。

*摘錄自《如何幫地球量體重?》/貓頭鷹出版社

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本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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《非常律師禹英禑》: 你或許知道什麼是「自閉症」,但你了解什麼是「自閉症類群障礙」嗎?
Bonnie_96
・2022/08/03 ・2582字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「G.I.A.N.T! P.E.N.G.S.O.O!」這是最新韓劇《非常律師禹英禑》女主角禹英禑為了同樣患有自閉症的當事人,大唱 Pengsoo 之歌。就讓我們來一起認識什麼是自閉症? 

「我叫禹英禑,正著唸、倒著唸都一樣,黑吃黑、多倫多、石榴石、文言文、鹽酸鹽、禹英禑。」《非常律師禹英禑》女主角禹英禑的自我介紹,近來讓許多觀眾深受吸引。

「我叫禹英禑,正著唸、倒著唸都一樣,黑吃黑、多倫多、石榴石、文言文、鹽酸鹽、禹英禑。」圖/IMdb

在今年 6 月底《非常律師禹英禑》開播後,已連續兩週穩坐影音串流平台 Netflix 非英語節目的收視冠軍。目前在台灣、韓國、印尼、馬來西亞、新加坡、泰國等國,都獲得蠻高的關注。

《非常律師禹英禑》劇情講述,患有自閉症類群障礙的菜鳥律師禹英禑(朴恩斌 飾演)在大型律師事務所的生存記。她也努力在社會和職場間打破成見,學習與人互動。

什麼是自閉症?自閉症類群障礙又是什麼?

過去大眾熟知的自閉症、亞斯伯格症等,目前在 DSM–5(《精神疾病診斷與統計手冊》第五版)中已整合成為「自閉症類群障礙」(Autism Spectrum Disorder,簡稱 ASD,又稱自閉症譜系障礙)的類別中。

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自閉症類群障礙是一種由先天腦部功能受損而引起的發展障礙,多好發於兒童早期。主要臨床特徵有:情緒表達困難、社交互動障礙、語言和非語言的溝通有困難,以及會出現刻板和重複性的動作與行為。

自閉症類群障礙是一種由先天腦部功能受損而引起的發展障礙,多好發於兒童早期。圖/Pixabay

過去在 DSM–IV-TR 中有四個診斷類別,分別為:

  • 自閉症
  • 亞斯伯格症
  • 未分類的廣泛性發展疾患
  • 兒童崩解性疾患

到了 2013 年出版的 DSM–5 中,這四個診斷類別都被整合在「自閉症類群障礙」中。

這裡提到的 DSM 是由美國精神醫學學會(American Psychiatric Association)所出版的《精神疾病診斷與統計手冊》(The Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,簡稱 DSM),主要提供心理健康專業人員使用的正式診斷系統。

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經歷了數次分類和修改,最終整合了「自閉症類群障礙」

DSM 最早在 1952 年出版後,中間就歷經五次的修改。從 DSM–IV-TR 到 DSM–5 對於病症、病因的診斷都有大幅度地改動。但為什麼過去在 DSM–IV-TR,將自閉症細分成四個不同診斷類別,到了 DSM–5 卻整合成「自閉症類群障礙」?

這是因為過去自閉症、亞斯伯格症、未分類的廣泛性發展疾患、兒童崩解性疾患,這些障礙症具有類似的臨床特徵和病因,只是在嚴重程度上有差異。因此,到了 DSM–5 以「自閉症類群障礙」一種類別來整合。

自閉症類群障礙會依照外顯行為、能力等嚴重程度進行評估,會有像是《非常律師禹英禑》女主角禹英禑的「亞斯伯格症」,也會有在 3 至 4 歲以前發展正常,後來出現語言、社會功能等發展和行為退化的「兒童崩解性疾患」。這也是為什麼在「自閉症類群障礙」的英文中,有 Spectrum (光譜)一詞,也說明自閉症類群障礙的多樣性

奧地利醫師 Hans Asperger (漢斯.亞斯伯格),亞斯伯格症便是以他的姓氏命名。圖/wikipedia

亞斯伯格症是自閉症的亞型,最早由奧地利醫師 Hans Asperger 在 1944 年提出的。有亞斯伯格症的兒童在語言發展上,並沒有明顯遲緩現,在智商表現上也和常人一樣。他們也會想要主動與他人建立關係、互動,只是在社交技巧上較為笨拙。

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另外,嚴重程度較輕、也時常和亞斯伯格症一起提到的「高功能自閉症」(High-Functioning Autism)。主要具有高功能自閉症的兒童在早期語言發展有遲緩的狀況。在言語表達、人際關係的維持上,會比亞斯伯格症更困難。

自閉症類群障礙會有哪些臨床特徵?

DSM–5 對自閉症類群障礙的診斷標準,包含在社會溝通及社會互動上有缺陷、有侷限且重覆的行為、興趣或活動模式,以及症狀會限制、干擾目前功能。(更多詳細內容,可參閱 DSM–5 )

其中,有三個比較常見的臨床特徵,包含社交與情緒困擾溝通缺損,以及重複的儀式化行為

DSM–5 統整自閉症類群障礙有三個比較常見的臨床特徵,包含社交與情緒困擾、溝通缺損,以及重複的儀式化行為。圖/IMdb

自閉症類群障礙兒童在社會互動、情緒表達上會有困難。像是,不太會主動接近他人或主動和其他小孩一起玩耍、對外界事物不感興趣、對他人的存在或環境的改變都不太容易察覺到,也比較少會分享自己興趣或情緒。

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在語言和非語言的溝通上,自閉症類群障礙兒童在口語溝通表達能力、說話內容、速度等上都會有困難,也比較少出現眼神注視。像是,出現容易重複語句,沒有回答到對方問題的「鸚鵡式仿說」(echolalia),或是出現以第二或第三人稱來稱呼自己的「代名詞反轉」(pronominal reversal)的狀況。

重複的儀式化行為是自閉症類群障礙兒童明顯的臨床特徵之一。對周遭環境的擺設或特定事物,堅持照自己的一套順序排列、擺放,保持同一性。像是,用特定顏色的馬克杯喝牛奶等。如果改變物品的陳列位置有變動,他們會感到苦惱。

一名患有自閉症的孩子將他的鴨子玩具依序排列成一排。圖/Wikipedia

另外,也會有儀式化的手部動作、其他節奏性動作,像是不停搖擺身體、拍手等動作。這部分在《非常律師禹英禑》中,也可以看見。依據自閉症類群障礙兒童的嚴重程度不同,而會有不同的臨床特徵。

不論是《非常律師禹英禑》,或是其他以「自閉症類群障礙」為題材的戲劇,都讓大眾更進一步認識自閉症類群障礙的多樣性、理解他們正為生活做出的努力。

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參考資料

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Bonnie_96
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