老鼠見色忘友是先天還是後天的呢？

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

憂鬱跟冷的聯想

著名的臨床心理師貝克（Aaron Beck）曾寫電子郵件告訴我，他臨床治療的患者常說他們覺得冷。或許沒有人對這點感到意外，畢竟覺得冷與感到憂鬱似乎「很自然」就湊在一起了。然而，這並沒有告訴我們，讓兩者如此明顯相連的生理機制是什麼。

1970年，韋克林（Anthony Wakeling）與羅素（Gerald Russell）做了一項研究，探索十一位罹患神經性厭食症的女性患者的體溫調節。

神經性厭食症是一種可能危及生命的飲食障礙，其特徵是自我限制飲食、過激的減肥欲望、非常害怕體重增加（該研究也找來十一位健康的女性作為對照組）。雖然多數的厭食症患者體重過輕，但她們還是認為自己太胖。儘管她們已經吃得很少了，有些人還會催吐或濫用瀉藥。我們知道神經性厭食症可能導致心臟受損、骨質疏鬆症、不孕，或其他與營養不良有關的疾病。

那十一位患者在住院期間於營養不良狀態下接受檢測，隨後又於進食後再次接受檢測；這些測試包括衡量口腔與皮膚的溫度在接受熱刺激與標準膳食之後的反應。

研究人員發現，這些患者基本上對任何類型的溫度變化都不太敏感。因此，神經性厭食症似乎與體溫調節能力受損有關。臨床證據與體溫控制失調是一致的，患者的四肢冰涼發青，組織與微血管床受損，常喊冷。事實上，一些嚴重營養不良的人會出現體溫過低的現象，甚至可能致命。

研究這些厭食症族群往往很困難，因為大樣本取得不易；樣本小則意味著，目前為止我們的結論大多只是推測。但我們的理論性推論呼應了一個概念：食物攝取是由下視丘的結構所調節的，下視丘也正是調節溫度的地方。

以手術破壞下視丘內的核（名稱是腹內側核〔ventromedial nucleus〕）會導致老鼠暴飲暴食及肥胖；老鼠下視丘的極外側部分（即遠離那個核）雙側受損時，會導致老鼠節食，把自己餓死。新的研究已把這些結果延伸應用到其他物種上，例如，山羊與老鼠的研究都顯示，腹內側核涉及食物攝取的調節。

注意，人類大腦中的下視丘很小，所以很難研究。不過，觀察顯示，人類的這個大腦結構出現病變時，可能使人變胖或消瘦。

前面提過，下視丘的一部分在體溫調節中負責扮演主恆溫器的角色；但我們也提過，下視丘不只是恆溫器而已，它也調節多種基本的代謝流程、睡眠、疲勞、晝夜節律與依附行為。這裡需要再次提醒大家，研究人員必須避免陷入反向推論的陷阱。

下視丘很複雜，一個神經區域不只負責一種行為或機制。我們知道，身體承受熱壓力時，它的視前區是散熱控制部位。食物攝取與體溫調節之間的關聯不是偶然的，兩者都攸關新陳代謝，也都參與身體能量平衡的間接控制。韋克林與羅素研究厭食症患者時，推測食物攝取調節失靈可能與無法調節體溫有關。

早期關於神經性厭食症的病因，理論是強調心理根源，例如童年遭到性侵、在功能失調的家庭成長所造成的情感創傷。一般認為導致神經性厭食症的其他心理因素，還包括焦慮、孤獨、自卑、憂鬱。以文化身體理想意象為基礎的社會原因，在過去也是重要因素。

厭食症跟憂鬱症的關聯

最近，研究探索了基因因素（這種疾病有很高的遺傳性）以及「下視丘─腦下垂體─腎上腺軸」的過度活躍（導致無法妥善地調節荷爾蒙）。有些人認為厭食症與憂鬱症之間是因果關係，但兩者的關聯其實沒那麼直接。

早期的憂鬱症理論就像厭食症理論一樣，把憂鬱症視為一種心理失調，但最近的研究是探索身體失調與社交情境的失調。在這方面，醫學與心理學都穩定地朝著一條漫漫長路發展：持續把神經運作視為身體現象，把大腦、神經系統與其他身體組成視為包含在單一生物的整體內。

以前的理論認為，大腦是所有心理疾病的源頭。這類理論雖然還沒被完全推翻，但越來越多人認為，把情緒障礙（尤其是憂鬱症）視為涉及中樞神經系統、周圍神經系統以及所有影響中樞神經系統的身心失調，可能比較正確。這反映了一種仍持續發展的心理健康觀點，不僅源自於大腦，而且源自一個更大、涵蓋更廣的系統，而那個系統會配合實體與社交環境進行調適。

換言之，從身體到中樞神經系統的輸入，在認知與情緒狀態中都扮演關鍵要角。來自周邊的輸入，其中包括溫度感覺訊號，那些訊號可能對幸福感與憂鬱感有很重要的影響。

傳統上，理論是把焦點放在體溫調節的生理面，也就是達成與維持恆定。不過，最近的研究以證據顯示，調節體溫所涉及的神經機制與情緒狀態的關聯，遠比傳統理論所想的更密切。

溫暖的好處

我們已經看到，接觸實體冷熱與有關社交冷熱的認知及情感行為相關。最近，許多對嚙齒動物做的研究顯示，實體溫暖會刺激血清素的分泌；在大眾文化中，這些神經傳遞物質與產生幸福感、快樂感、甚至欣快感有關。這個觀點確實有些道理，雖然生物化學與生理上的現實複雜得多。

總之，臨床前的嚙齒動物研究顯示，啟動分泌血清素的神經元，身體溫暖後就會產生類似抗憂鬱藥的效果。因此，我們可以推論，溫度感覺通路與掌控情緒的大腦系統會相互作用，無法妥善調節溫度可能與情感疾病（affective disorder）有關。最耐人尋味的是，研究顯示，提供實體溫暖（即啟動溫暖的溫度感覺神經通路）可能有治療情感疾病（包括憂鬱症）的療效。

我們知道，有情感疾病的人，對溫度有不同的感知，對皮膚溫度變化也有不同的反應，他們不見得能調節體溫。有些研究人員甚至認為，膚電傳導程度可能是辨識憂鬱症的特徵。情緒與溫度看似具有許多關聯，不過，根據現有的證據，我認為目前並沒有簡單的生物特徵可以判斷心理症狀。

不管有沒有具體的生物特徵，憂鬱症患者似乎都有調節體溫的問題。這現象呼應了貝克在電子郵件中的臆測：憂鬱症患者對溫度的反應確實變了。

對無害的溫度刺激產生負面的情緒反應，可能也與憂鬱症有關，因為憂鬱症會弱化一個人對舒適溫暖的感知，但強化一個人對不舒適高溫的感知。研究也顯示，憂鬱症患者比健康的人更少流汗，可見降溫機制運作不良。

2009 年，一項研究綜合分析了三個獨立實驗室的研究結果，總共涉及 279 位憂鬱症患者與 59 位健康的參與者。綜合分析的結果顯示，膚電傳導性較低導致出汗減少，可能是憂鬱症患者自殺風險的一個指標。研究顯示，傳入的熱感應訊號，會刺激血清素合成系統以及與憂鬱有關的大腦區域。這表示，憂鬱症患者的體內降溫機制運轉不良。

2007 年的一項研究，檢視了非典型憂鬱與自我安慰行為之間的關係（例如想吃巧克力之類的療癒美食、想洗熱水澡）。

研究結果顯示，社交因素、體溫調節、憂鬱症之間可能有關聯。這些行為是用來對抗皮膚溫度低或社交冷淡嗎？它們可能是為了觸發降溫機制，以降低交感神經與情緒的促發，以及核心體溫嗎？還是這兩種動機都存在呢？

回想一下前面的實驗：社交排擠導致皮膚溫度降低，但拿著熱飲又減少了社交排擠的負面影響。我相信身體溫暖可以抒解一些憂鬱感，但真正的解方當然複雜得多。那取決於社交環境、溫度，以及你因應這些因素的方式之間的關係。在未來幾年裡，我相信會有新的技術讓我們詳細研究這些關聯。

——本文摘自《做個有溫度的人：溫度如何影響我們的生活、行為、健康與人際關係》，2022 年 9 月，時報出版，未經同意請勿轉載。

你是那種喝水都會胖的人嗎？看著那些不需飲食控制和運動，就能享受美食並且保持好身材的人，是否感到羨慕忌妒恨？近期發表在 Science 上的研究顯示，如果擁有某些基因的變異，就有潛力成為吃不胖的天選之人（ Akbari et al., 2021）。

肥胖對健康的隱患

肥胖是一個在全球範圍內不斷增長的巨大健康隱患，根據世界衛生組織的統計，2016 年全球肥胖人數已是 1975 年的近 3 倍；2016 年，18 歲及以上的成年人中，過重者超過 19 億，其中肥胖者超過 6.5 億人。

肥胖的定義為可損害健康的異常或過量脂肪累積，而常用於定義肥胖的指標為身體質量指數 （Body Mass Index, BMI）。根據世界衛生組織的定義，BMI ≧ 25 時為超重、BMI ≧ 30 為肥胖。不過由於 BMI 未必表示不同的個體有相同的肥胖程度，因此常會合併其他標準如腰臀比或其他心血管症風險因子一起評估。

研究指出，肥胖者罹患心血管疾病、第二型糖尿病、退化性關節炎以及部分癌症的風險較高，也因此肥胖者的預期壽命較短。而全球因肥胖所造成的醫療支出逐年攀升，因此各國政府近年都積極推動減重的相關指引，期望能降低肥胖對醫療與經濟所造成的負擔。

想對抗肥胖，得先知道是怎麼胖的

肥胖的根本原因，是能量攝取與消耗間的不平衡所導致。簡單來說，就是熱量攝取太多而身體活動太少，這就導致脂肪的過量累積。在高熱量食物取得容易、工作形式轉為久坐與交通便捷的生活形態下，現代人想變胖並不難。雖然大部分人在飲食控制與運動的幫助下，都能有效地控制體重，但一個人是否容易發胖，還有很多因素必須考慮，從環境、生活型態、工作壓力到基因遺傳等都是會影響人發胖的因素。這些因素中，科學家對的基因遺傳更感興趣，因為了解造成肥胖背後的分子機制，就能為治療肥胖提供合適的藥物標靶。

事實上，先前已有不少研究找出與肥胖相關的基因。例如科學家透過研究早發性肥胖症^[註1]患者的基因組，就找出有 20 多個基因對 BMI 有影響。另外通過全基因組關聯研究 （Genome-Wide Association Study, GWAS ） ^[註2] ，也發現了數百個常見的基因變異對 BMI 有一定程度的影響。不過在先前的研究中，其樣本數通常不大，因此找到的基因是否有代表性，或者是否能成為藥物開發的標靶，仍有待商榷。

為了能更好的找出肥胖相關基因，並在其中找到好的藥物標靶，雷傑納榮製藥公司 （ Regeneron Pharmaceuticals ） 與紐約醫學院、杜克大學和賓夕法尼亞大學組成聯合研究團隊，進行了迄今針對肥胖研究規模最大的 GWAS 分析，希望能找到造成肥胖的關鍵基因。

GWAS 揪出肥胖關鍵基因 —— GPR75

研究團隊收集來自墨西哥、美國和英國共 645,626 名受試者的資料，並對其基因組進行定序。通過比較 BMI 的高低與受試者的定序結果，研究人員找出 16 個基因的變異，與 BMI 的影響有著高度關聯。

這 16 個基因中，有 5 個引起研究團隊的興趣。這 5 個基因分別是 CALCR、MC4R、GIPR、GPR151 和 GPR75，因這 5 個基因不僅都是 G 蛋白偶聯受體 （G protein-coupled receptors, GPCRs）^[註3]，也都在調節食慾和新陳代謝的下視丘中表現，這讓它們非常適合做為治療肥胖的標靶。

在進一步分析後，研究人員將目光放在 GPR75 這個基因上，原因是該基因的功能喪失型變異 （ loss-of-function variant）^[註4]與較低的 BMI 之間有著最大的關聯。分析結果顯示，每 3000 人中就有 1 人帶有 GPR75 的變異，而擁有這個變異的「天選之人」似乎天生就不容易發胖，他們的 BMI 比普通人低 1.8、體重比普通人要輕 5.3 公斤、肥胖的機率也比普通人低 54%。

但上面的結果是根據定序分析所得出的，那麼 GPR75 在生理上是否真的對體重有重要影響呢？為此研究團隊用小鼠實驗來驗證。

研究人員將小鼠的 GPR75 基因剔除，模擬出 GPR75 的功能喪失型變異，並以高脂肪飲食餵養基因剔除小鼠與正常小鼠 14 周後，觀察兩者的體重是否會產生差異，而結果令他們相當驚奇。他們發現基因剔除小鼠的體重要比正常小鼠輕 44%，並且擁有更好的血糖控制能力、對胰島素的敏感也更高。基於這些結果，研究團隊認為 GPR75 確實是極具潛力的肥胖治療標靶。

雖然研究團隊找出 GPR75 這個基因有治療肥胖的潛力，現在的研究也指出人體內會活化 GPR75 的潛在分子。但遺憾的是，活化 GPR75 並不能達到減肥的目的，抑制 GPR75 才能達到。因此研究團隊的下一步，便是找到能關閉 GPR75 的方法，藉此來觀察是否能有效對抗肥胖。

而在這篇研究發表後，Science 也發表對這篇研究有著高度評價的專文（ Yeo & O’Rahilly, 2021），認為這項研究不僅找出造成肥胖背後的新基因，也為治療肥胖的藥物開發以及分子機制提供了新的思路。不過在專文中也指出該研究的不足，例如只用 BMI 做為衡量身體胖瘦以及健康程度的指標並不精確，還需要更多其他因素進行分析。

雖然擁有 GPR75 變異的天選之人並不多，但隨著研究對肥胖有更多的認識，未來或許吃不胖將不再是讓人羨慕忌妒恨的能力，只需一顆小藥丸，人人都能輕鬆達成！不過在那天來臨前，多注意自己的飲食組成，然後規律運動，這才是保持身材和健康的不二法門〜

註釋

1. 早發性肥胖症：其定義為在十歲前就發生肥胖，且 BMI 較平均高出 3 個標準差以上的患者。能造成這種症狀的疾病有很多，如小胖威利症候群、科恩症候群等。
2. 全基因組關聯研究：是指在人類全基因組範圍內找出存在的序列變異，並從中篩選出與疾病相關的變異。
3. G 蛋白偶聯受體：是人體中最大的蛋白質家族，其基因數占了人類基因的 2～3%，擁有 826 個成員。因 GPCRs 在細胞內的訊息傳遞扮演著十分重要的角色，也參與了人體許多的生理活動，因此也成為許多藥物作用的目標。
4. 功能喪失型變異：是指該基因產生的變異，會讓基因表現不明顯，或者使基因的產物蛋白質失去功能。

1. Akbari P et al. Sequencing of 640,000 exomes identifies GPR75 variants associated with protection from obesity. Science. 2021 Jul 2;373(6550):eabf8683.
2. 肥胖和超重
3. 肥胖症
4. Yeo GSH, O’Rahilly S. Finding genes that control body weight. Science. 2021 Jul 2;373(6550):30-31.