羅巴契夫斯基誕辰｜科學史上的今天：12/1

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。

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。

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）。

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。

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。

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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。

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。

歐幾里得的《幾何原本》是數學史上影響最深遠的經典鉅著，全書僅以五個公設就推導出各種幾何學定理。所謂公設就是不證自明的事實，自西元前三百年至十九世紀初，兩千一百年來無人質疑其真實性，頂多覺得其中第五公設（也就是平行公設）的敘述不夠簡明直觀，似乎可以從其它四個公設中推導而出。

帝俄時期的數學家羅巴契夫斯基也是這麼想，但他百般嘗試後也跟前人一樣無功而返。不過他不肯就此放棄，反而轉念想道：也許根本不存在第五公設的證明。於是他採取一條截然不同的路徑：歸謬法。乾脆先假設第五公設是錯的，也就是過線外一點可作出不只一條與原來直線不相交的線；如果第五公設可由其它公設得證，那麼用這否定命題和其它公設展開推演，一定會產生邏輯矛盾；相反地，若沒有邏輯矛盾，就代表第五公設是不可證的。

沒想到羅巴契夫斯基真的推導出一個毫無矛盾的全新幾何系統；雖然也會產生一連串古怪的命題與定理，但這個系統的完備性和嚴密性與歐氏幾何毫無二致。他慎重地將它命名為「虛幾何」，如今我們則以他的姓氏稱之為「羅式幾何」，或是「雙曲幾何」，因為它適用於馬鞍狀的雙曲平面。

1826年，羅巴契夫斯基在他任職的喀山大學（Kazan University）舉行的學術會議上發表論文，與會者都不以為然而冷漠以對，畢竟他的理論不但挑戰兩千年來正確無誤的歐氏幾何，也違背平常的生活經驗。其實這些同事的反應還算客氣，當羅巴契夫斯基在六年後將更完整的論文交予科學院審查，得到的就是猛烈的抨擊與嘲諷。他最後失去教職，雙眼也逐漸失明，終於在1856年抑鬱而終。

在他死後才出版的「數學王子」高斯的通信錄中，才披露出原來高斯早就涉獵非歐幾何研究，但也因擔心引起軒然大波而不敢公開發表。他也在給朋友的信中對羅巴契夫斯基的論文時大加讚譽，卻懼於同儕壓力而未予以聲援。一直要到1868年義大利數學家貝特拉米（Eugenic Beltrami）指出非歐幾何可以在歐幾里得空間的曲面上實現，羅巴契夫斯基的研究才得到平反，引起學術界的深入研究。

1893年，為了紀念他百年誕辰，喀山大學在校園內為他立起全世界第一座數學家的雕像，以紀念這位「幾何學的哥白尼」。

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。

一個不到30歲的年輕人，創建出全新的幾何體系，讓縱橫二千年的歐氏幾何從絕對真理變成特例；然後在他死後50年，還幫了愛因斯坦在物理界提出革命性的廣義相對論，將主宰二百多年的牛頓萬有引力定律踢下王位。他，就是出生於漢諾威王國的數學家黎曼。

黎曼雖然自小就展現數學的天分，但因擔任牧師的父親期望他繼承神職的衣缽，進入哥廷根大學後只能念神學與哲學。不過，「數學王子」高斯就在此任教，喜愛數學的黎曼怎能錯過！而高斯也識出黎曼這個學生非同小可，積極鼓勵他放棄神學，投身數學。或許是衝著高斯的名聲，黎曼終於獲得父親的首肯，改念最愛的數學，並在高斯的指導下完成論文，於1851年獲得博士學位。

1854年，黎曼在首次的演講中發表了顛覆歐氏幾何的黎曼幾何。雖然之前已經有俄羅斯數學家羅巴切夫斯基（Nikolai Lobachevsky）質疑平行公設，而提出「直線外一點可作出兩條以上平行線」的雙曲面幾何，但他仍只是以二維的觀念在雙曲面上重建歐幾里得的相關定理。黎曼才是革命性地引進拓樸的概念、定義出張量與曲率，建構出可描述空間的完整計算工具。愛因斯坦原本一直不知如何描述被扭曲的時空結構，經數學家朋友向他介紹黎曼幾何後，愛因斯坦才得以推導出重力場方程式，完成廣義相對論。

除了黎曼幾何之外，黎曼還留下很多重要的知識遺產，這從數學中有一堆以他為名的專有名詞就可看出。而他提出的黎曼猜想，不但是希爾伯特於1900年列出著名的23個世紀問題之一（希爾伯特曾表示如果他沉睡千年後醒來，第一個要問的就是黎曼猜想得到證明了嗎？），也名列克雷數學研究所懸賞百萬美元的七大問題，至今百餘年仍無人能解。

可惜黎曼這些重要的數學成就並未為改善他的經濟狀況，他一直擔任沒有薪水、只能向學生收費的講師，因此收入微薄，生活困苦，直到33歲才當上有固定收入的正教授，但身體健康早已惡化，最後不到四十歲就因肺結核不治死亡。不禁令人感嘆他若非英年早逝，不知還會作出多少重要的貢獻！

&nbsp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。