想要控制夢境？讓專業的電一下，召喚「清明夢」降臨吧！

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

「我們正在做夢？」「妳其實是在進行中的工作坊睡覺，這是共享夢境的第一課。保持冷靜。」^[1]電影《全面啟動》（Inception）於夢裡互動的概念，被美、德、法和荷蘭的科學家，以非常初階的形式實現。2021 年 4 月《當代生物學》（Current Biology）期刊的論文，稱之為「互動式做夢」（interactive dreaming）。^[2]

清醒夢

一個人睡醒後，描述的夢境記憶，多半相當殘破。要是做夢時，能與科學家雙向對談，勢必有利研究。然而，人們易於接受夢裡的經歷，鮮少在當下檢視批判，根本沉迷其中。^[2]就像電影預告片所言：「在夢裡，我們覺得真實；醒來後，才明白事有蹊蹺。」^[1]唯獨於睡眠的快速動眼期（rapid eye movement sleep），某些人會有罕見的清醒夢（lucid dreams），意識到自己正在夢境之中。這種情形似乎提供了科學家即時訪談的契機。無奈清醒夢一般為自然發生，時機難以掌控。^[2]倘若能將任何夢境，轉換為清醒夢，那就方便得多。

標的清醒再活化

電影畫面上，陀螺不合理地無止盡旋轉，主角提醒他的雇主：「這個世界不是真的。」^[1]陀螺是否會停止並倒下，為《全面啟動》中判定虛實的經典線索。換句話說，也是由做普通的夢，轉變為做清醒夢的關鍵。臨床試驗中，進行標的清醒再活化（targeted lucidity reactivation）時，這類線索就是聲音或光線等感官刺激。受試者先認識設定來代表清醒的線索，並於即將入睡前加強此連結；睡著且進入快速動眼期後，科學家再次給出的線索，會暗示正在做夢的受試者保持清醒。^[2]

就拿此研究裡，美國組的流程為例：首先，科學家設定短促輕柔（650 ms；40－45 dB），音調漸升（400、600和800 Hz）的「嗶、嗶、嗶」三個音，作為線索。訓練受試者將之與清醒的狀態連結。再告訴他們這個線索會出現在睡覺時，以促成清醒夢。接下來的 15 分鐘內，反覆播放 15 次。前 4 次搭配語音指示：「當你聽到線索，你就會清醒。專注於你的思考，並注意心思的流向…（停頓）現在觀察你的身體、知覺和感受…（停頓）觀察你的呼吸…（停頓）維持清醒，保有批判的意識，注意此經驗在哪方面與你平常清醒時不同。」^[2]

受試者通常會在 15 次「嗶、嗶、嗶」結束前睡著。科學家一旦偵測到他們進入快速動眼期，就會以 30 秒為間隔，再度重複播放。當受試者以事前約定好的眼球運動，通知外界他正在做清醒夢，或是在 10 次「嗶、嗶、嗶」後，仍然毫無動靜，互動測試便開始進行。^[2][註]

互動式做夢

美、德、法和荷蘭的科學家，總共招募了 36 名志願者。他們涵蓋下列 3 種類型：^[2]

1. 數名具清醒夢經驗的人。^[2]
2. 幾個雖無經驗，但訓練後能做清醒夢的健康人士。^[2]
3. 白天睡眠過多，容易突然進入快速動眼期，又常做清醒夢的猝睡症（亦稱「嗜睡症」；narcolepsy）患者1名。^[2]

他們在做夢時答覆提問；醒來後立即報告夢境與感受。期刊論文中，列舉了下面幾個例子。^[2]

美國組：計算

曾有過 2 次清醒夢的 19 歲美國受試者，在 90 分鐘的白天睡眠過程中，回答簡單的計算問題。首先，他以 3 次連續的眼球左右運動，表達自己進入了清醒夢。於是，科學家就問他「8 減掉 6」等於多少。約莫 3 秒內，他做了 2 次上述的眼球運動。科學家馬上又重複問題，他也再度用相同的方式，給予正確答案。^[2]

醒來之後，這名美國男子分享其經歷：「本來是夜間，於一處停車場。…然後是白晝，我在電玩裡。…我想，好，大概是在做夢。接著很怪…我失去對全身肌肉的控制。有一陣血流洶湧的浪濤聲，朝我的耳朵襲來。」此外，他依稀記得當時的題目與答案。^[2]

德國組：計算

在德國，也有曾做過清醒夢的受試者。這名 35 歲的男子，在夜間睡眠的快速動眼期，以眼球運動表示自己進入了清醒夢。科學家就用 LED 燈改變房間的光線，來發出摩斯密碼。那串訊號的意思是「4 減去 0」，事前受過訓練的男子，則以 4 次左右交替的眼球運動答覆。看起來是答對了，但是他醒來後說，以為題目是「4 加上 0」。^[2]

德國男子覺得夢裡的場景，可能是物理治療診所。四周無人，只有架子、櫥櫃和醫師的座椅。當診間的燈光忽明忽滅，他「意識到閃爍的訊號來自外面」，便運動眼球作答。之後，男子尋找發光工具，弄到一只碗。裏頭盛滿的水，竟像魚缸燈管般發出明滅光芒。他知道，又是訊號。偏偏無法判讀，還不小心在解碼時把碗摔破。^[2]
　　
他離開診間，看室外有無發光工具，卻在抬頭時見到雲彩變化多端：黃澄澄的陽光，灑在淺灰的烏雲上。亮度多元，飄移迅速。他明知是計算題的訊號，卻再度錯失解碼的時機。^[2]

荷蘭組：計算

26 歲的荷蘭受試者，因為記得夢中的細節，並正確回答「1 加上 2」等於「3」，而感到自豪。可惜她在 134 分鐘晨眠的清醒夢起始點，沒有通知科學家，所以儘管 5 題對了 2 題，數據並未允予採計。^[2]

「我必須記得事情」，她在夢裡這麼想著，並聽到科學家的聲音。「我坐進車裡…」，那些題目「感覺像是某種車上的廣播」。^[2]

法國組：是非題

法國組招募到 1 名 20 歲的猝睡症患者，他於 16 歲確診，每天平均做 4 次清醒夢。論文形容他「做清醒夢的能力卓越」，能輕易控制夢境。在 20 分鐘白天小睡的第 1 分鐘，他就火速進入快速動眼期，並且於 5 分鐘後開始做清醒夢。科學家問是非題，請他收縮臉部肌肉作答：顴肌（zygomatic muscle）代表「是」；而皺眉肌（corrugator muscle）則為「非」。^[2]

「我聽到你的聲音，你簡直像上帝。」猝睡症患者回憶夢裡的派對上，出現猶如電影旁白，來自外面的幾個問題，例如：愛不愛吃巧克力；是否唸生物學；還有會不會講西班牙語。「最後一題我不確定，因為我的西班牙語不流利…終究我決定答『否』，然後回到派對裡去。」^[2]

法國組：觸覺

這名法國的猝睡症患者，還有參與觸覺等其他測試。他在清醒夢的過程中，以收縮皺眉肌的次數，來表達自己的手被科學家輕觸了幾下。其答案有時正確，有時錯誤，還有的模稜兩可。^[2]

雖然沒有全部答對，但能有此成績，說來也頗不簡單。畢竟他當時正在清醒夢中打怪，並且對自己「能一心這麼多用」，感到吃驚。^[2]

互動式做夢的成功率

「這或許可行。」《全面啟動》裡，討論任務計劃時，不意外地下一句台詞就是：「或許？我們需要比『或許』更肯定。」^[1]在此研究中，四個國家的團隊，總共做了 57 場互動式做夢的嘗試：26% 的場次裡，受試者依照指示，告知科學家自己進入了清醒夢；而這些成功案例中的 47%，至少答對 1 個題目。整個臨床試驗的答題正確率，僅約 18.4%；多數則是連反應也沒有，其比例高達 60.1%。^[2]

目前互動式做夢，仍有一些技術侷限，比方說：外界的提問在夢裡走樣；夢境描述依然仰賴事後回顧；受試者在清醒夢與沉睡的狀態間擺盪；或是標的清醒再活化的聲光，把人叫醒等。不過無論如何，科學家已經得知提問的聲音，如何在夢中呈現：有些像天外之音；有的則會合理化地融入夢境。而且研究結果不僅證實做夢者與外界互動的可能，更展現睡夢中的認知能力。有別於以往，只能在人醒著的各種狀態下試驗；將來科學家應該有機會，比較包含清醒夢在內，不同清醒程度的認知表現，甚至影響夢境內容，來治療心靈創傷或增強學習效果。^[2]

備註

美國與荷蘭兩組，皆採取標的清醒再活化，但細節稍有差異；法國的猝睡症患者天賦異稟，無須借助外力；而德國組則是睡著後被叫醒，然後又回去睡覺，並在之間做自我暗示的夢境辨識等練習。^[2]

參考資料

1. ‘Inception (2010) – Quotes’. IMDB. (Accessed on 15 FEB 2023)
2. Konkoly KR, Appel K, Chabani E, et al. (2021) ‘Real-time dialogue between experimenters and dreamers during REM sleep’. Current Biology, 31 (7): 1417-1427, e6.

我走在一個陌生的街道上，周遭除了行人之外，還有大大小小的動物一起在行走著，彷彿這一切非常自然。突然間後面傳來轟隆巨響，所有人都開始往前奔跑，我也跟著跑。心臟急速跳著，感受到強烈的恐懼感。
跑著跑著突然意識到，這並不是現實啊，我是在做夢啊，那我幹嘛跑呢？於是停下腳步，坐在旁邊的咖啡廳喝起咖啡來，看著一群人跟動物在奔跑────

想在夢中為所欲為？不是人人都辦得到

我們所做的「夢」大多都是不由自主地演示著某個人生橋段，彷彿進入另一個人生，儘管劇情荒謬也不會覺得有任何異狀；尋常的夢大抵如此，但卻有一種特別類型的夢是你在夢中卻知道自己在做夢，有時甚至還能控制夢中的行為，這種夢稱為清明夢或清醒夢（Lucid dream）。就像電影「全面啟動」那樣，在夢中可以自己行動也可以有自己的想法與意識。

這聽起來很不錯吧，感覺能在夢中為所欲為（誤）體驗許多截然不同的人生經歷，不少人聽了都很希望自己可以體驗看看這種夢。但可惜的是，有些人可能終其一生只有少少一兩次的經驗，甚至完全沒有；而有些人卻一個月就有兩三次清明夢；顯然這有極大的個別差異，不是想做就能做得到的。

但既然許多知覺經驗因腦而起，大腦又是長在自己身上，除了行為訓練之外，有沒有方法能直接從大腦著手、來全面啟動清明夢呢？

用電流刺激讓清明夢降臨！？

先前研究已發現當發生清明夢時，大腦會有明顯較多的 gamma 波，主要在額葉與顳葉的部份，因此就有研究者想到：透過外在刺激給予 gamma 波或許可以造成清明夢？結果發現真的可以耶～只要透過 40Hz 的電刺激，就可以讓人體驗清明夢！

研究找了 27 個年齡 18-26 歲、從未經歷清明夢的參與者， 利用跨顱交流電刺激（transcranial alternating current stimulation，簡稱 tACS）來給予刺激，這是一種以特定頻率的電流去調控大腦皮質層活動節奏之電刺激技術。 為了確認哪種頻率的訊號比較有效，分別用了 2, 6, 12, 25, 40, 70 與 100 Hz 的刺激，還有幾次會假裝給刺激但實際上沒有，以作為效果對照用。

參與者要在實驗室睡 4 個晚上，上床後一直睡到凌晨 3 點都不會被打擾。從 3 點開始給一個 2-3 分鐘的 tACS，但不能因此而中斷睡眠否則就算該次失敗。在刺激結束後 5-10 秒喚醒參與者，請他報告夢境內容以及完成一個評估睡眠與意識的量表（LuCiD scale）， 此時詢問的研究者並不知道接受的是哪種刺激，以避免詢問時主觀上的影響。 每個晚上重複 3-7 次的這樣的測試。

結果發現，在給予 40Hz 的刺激後喚醒所報告的 44 個夢境中，有 34 個是清明夢，比率高達 77%！而給予 25Hz 的刺激後也會有 57% 的機率（15/26），其餘頻段會造成的機率都不高，低頻波段甚至完全沒有。

可以有如此高的機率是相當令人驚訝的，要知道所找的這群人都是從未有過清明夢經驗的。研究者之一哈佛大學醫學院教授 Allan Hobson 對此也相當振奮，認為這是瞭解人類意識的一大進步。他一直致力於研究夢境，也嘗試持續紀錄自己的夢境並做分析。

• 延伸閱讀：全面啟動清明夢

如果未來真的有能夠讓你做清明夢的儀器，你會想試試看嗎？筆者倒是很躍躍欲試啊！但投資都有一定風險 基金投資有賺有賠 ，做清明夢看來是很有意思，但科學家其實還不太清楚是否會有些不好的副作用。有些臨床報告顯示，常做清明夢的人睡眠品質較差；那如果透過外力或訓練讓人可以做清明夢，是否也會影響睡眠品質呢？在這篇研究中並未對此加以探討。因此建議大家，比起追求清明夢，還是先顧好自己的睡眠比較重要喔～

參考資料：

• Voss U, Holzmann R, Hobson A, Paulus W, Koppehele-Gossel J, Klimke A, Nitsche MA. Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nat Neurosci. 2014 Jun;17(6):810-2. doi: 10.1038/nn.3719

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身為人類白天我們醒著時會因吃到美食產生小確幸，會因想起過往記憶而五味雜陳；到了夜晚，即使睡著了還是能在夢境裡繼續體會人生；這背後並不是腦袋中有甚麼神秘外星人在操縱著，而是大腦小劇場正在上演著……

蔡宇哲老師：小劇場的幕後–夢的科學

請問各位昨天有做夢嗎？

夢是在睡眠當中所發生，但其發生的時期多是出現在睡眠中的速眼動期（REM）。說到速眼動時期發現的背後有著一個非常有趣的故事。1953年有一位博士生阿瑟林斯基（Aserinsky）想研究睡眠但不知道做什麼才好，因此決定直接整晚坐在兒子旁邊觀察他睡覺，結果發現約每隔一小時兒子的眼球就會快速轉動。後來進一步發現，如果把人從速眼動期叫起來問他剛剛發生什麼事，此時有很高的機率會回答說是在作夢喲。（睡眠的故事-速眼動睡眠的發現 http://ppt.cc/ZHcyi）

發現了速眼動期之後，科學家好奇那眼球轉動是否跟夢境情節有關係？他們研究的做法是在受試者眼球開始轉動時，立刻將其喚醒並詢問他剛剛的夢境為何。但這做法有其偏誤那便是醒來立刻回憶的答案，雖然說可能是剛剛發生的夢境，但也有可能是前好幾段夢境的記憶，而非眼球轉動時的夢中情境，因此以眼球轉動研究夢境的準確度一直受到質疑。

直到2015年開始有研究，將夢境時的腦神經活動量當作是參考依據，雖然還是無法百分之百肯定眼球轉動方向與夢境是否有關係，卻也算是在該領域研究上的突破。（研究新聞 http://ppt.cc/1OVln）

為什麼我們常常不記得自己的夢境？

大腦運作分成三階段：1.清醒  2.n-REM  3.REM，當人進入睡眠時後兩狀態會輪流切換（如下圖）。

通常我們只記得醒來前最後一段REM所做的夢境情節，那是因為在更前面REM階段所產生的夢境記憶因狀態的轉換，導致只要一切換夢境被蓋過無法形成記憶。醒來後，最後一個夢境也要趕快寫下來否則很容易遺忘，這也是夢境研究難以執行的地方。

為什麼我們做夢？

神經科學有研究發現夢境有幫助白天所累積情緒的處理。另外夢境也對靈感啟發有幫助，知名例子如苯環的發現便是其一，那要如何證明夢境對靈感有幫助呢？

首先心理學家找一群人來，讓其中一部分醒著不睡覺，另一組睡覺但不進入速眼動，第三組人則是睡覺也有速眼動；接著在三組醒來後讓其做遠距聯想力測驗（測靈感的方法），結果發現第三組有睡覺且允許產生速眼動睡眠者表現比較好。

另外有一群研究者好奇夢境的發生是否會受到外界訊息所影響？研究者同樣找一群人來睡覺，分別在其睡著時灑水、打光線、製造聲音給刺激，接著將做夢者叫醒詢問其夢境是否跟這些外在刺激有關聯。有趣的是發現當給聲音在受試者回應夢境中有爆炸聲，給光線在夢境中有火災，灑水在夢境中常會由晴轉雨。但時至今日21世紀有app的協助，有一群人利用手機來研究外在刺激如何影響夢境…..不過真的有效果嗎我們先欣賞娛樂就好XD

夢遊跟夢境關嗎？

其實夢遊跟夢境沒有關係，若用簡單概念來解釋的話，大腦進入非速眼動期（NREM）時理應不會有任何動作的執行，但有時候我們的腦中機制出現異常，導致本該不反應的時期卻出現了動作，引此才有夢遊而非因為夢境情節導致。

清明夢（Lucid Dream）

所謂的清明夢簡單來說—你知道自己正在做夢甚至能夠控制夢中情節。

研究者好奇為何有人比較容易做清明夢，就邀請了那些會人來實驗室睡覺給他們看。那要如何確定對方是真的有能力做清明夢呢？有趣的研究方法是，研究者告訴睡覺者如果你知道自己正在做夢時，那就做個訊號讓我知道好比讓眼球上上下下轉動兩次；除了行為觀察外，還將其放入fMRI中記錄其做清明夢時腦中反應有何不同，發現做清明夢者大腦中的前額葉自我控制監控區，及枕頂葉交接處與第一人稱感受有關的腦區比較活躍。

在清明夢中有辦法學習嗎？有研究者讓會做清明夢者在夢中練習投硬幣的動作訓練，找了20個清明夢者其中有7人還真有在夢中有練習投硬幣動作，醒來之後發現這七人醒後動作確實進步了，雖然比不上沒睡覺但持續練習的那組人，但確實夢中可以有簡單的動作學習。

聽起來這麼酷，要如何訓練自己做清明夢呢？有些科學家給了些建議方法（不知道有沒有效就是啦），若白天時候多看錶且仔細觀察時間的流動，在夢中比較容易進入清明夢，另一方法是在早上清晨定鬧鐘，強迫自己先別進入最後一個REM時期，醒來後先整理思緒冷靜一段時間後再回去睡覺比較容易做清明夢。

但是呢，這些方法蔡宇哲老師都沒試過…..即使知道這些有趣小方法但身為一個科學的睡眠專家，我們並不確定這樣的清明夢訓練是否會干擾做夢休息的機會，又或者會干擾睡眠運作，因此還是就先讓腦袋好好休息做個夢吧！

黃揚名老師：你以為你懂情緒嗎？（資源—–> 講座投影片）

說到情緒會想到甚麼？

第一個很直觀的是從表情觀察，有時不由自主在喜歡女生前會充滿愛意，遇到討厭的人就充滿恨意。另外一個方法透過聲音也能夠感受到情緒，日常生活中的對話可能會因語調不同而表達迥異的內涵。

肢體動作也能夠當作是情緒表達的管道之一，比起聲音或表情肢體更容易出賣我們。除此之外，描述心情感受也是談到情緒時最常想到的，以及生理反應好比緊張時手掌會冒汗。

講這麼多情緒到底是什麼呢？

學者百科（scholar pedia）：「情緒是由一個特定的刺激所誘發的複雜反應，這個刺激可能是來自外在或內在。」因此簡單來說情緒可能是受到生理、心理想法等等內外在刺激所誘發的複雜反應。

從最近很紅的電影《腦筋急轉彎》中的例子，我們來更進一步認識何謂情緒；根據電影的版本基本上有五種基本情緒，看哪個情緒控制主控版就會產生該種情緒，不過這樣看來似乎不需要外在的刺激就能有情緒？聽起來怎麼怪怪的……

・爭議一：到底有幾種情緒只有五個類別嗎？

若把這問題拿去問心理學家，他們可會有很多種說法。根據Paule Ekman的情緒類別分類，多數的研究者會認為其實有六個類別電影中少了「驚訝」。但將情緒給壁壘分明地分類真的合適嗎？

・爭議二：情緒真的是有內在精靈所引起嗎？

先想想一個情境當你在荒郊野外聽到熊吼，是先有生理反應才察覺恐懼情緒，又或者是你先感到恐懼才拔腿跑呢？另外，生理回饋對情緒的影響超乎想像，好比生氣時為什麼要深呼吸；難過時為什麼要大聲吶喊？

到底情緒怎麼來，一派說法是先有外在刺激引發情緒而後做反應，另一派則是你先解讀了生理變化，之後才有情緒的辨認。雖然目前沒有統一定論，但大部份的學派論點皆是將焦點擺在主觀感受上面，很多理論都是於此做爭辯。

要如何解釋莫名的情緒感受？

如果情緒真的有類別，那為何有時候就是明明感覺得到情緒，卻怎樣也描述不出來？

有一研究是透過平面表情來判斷網球選手的輸贏（笑吧你！真心的笑不會換絕情：http://pansci.asia/archives/43111），對有些人來說很困難但這並不是我們的錯，畢竟日常生活中在展演情緒時可是立體呈現，還會加上更多肢體動作的搭配。對於情緒的分辨，雖然沒辦法很精確的以六大類別來套用，但卻可由臉部肌肉與微表情的熟悉練習提升情緒的識別。

除此之外，還能夠透過聲音、音樂、旋律甚至是文字描寫來解讀傳達情緒。目前也有許多穿戴裝置想利用生理回饋來了解你我情緒，好比偵測流汗程度、呼吸快慢與血壓等等。

情緒的影響

先前有一個很爭議的研究，有關臉書朋友圈的動態影響力，發現當朋友圈都是發正向快樂的文章時，你也較容易發快樂的動態；反之朋友都是負向悲傷時你也較容易發類似文章。

最後讓大家想一想，情緒有必要那麼複雜嗎？十年前應該沒有人聽過「囧」那為什麼現在就有這樣的形容，難道是之前的人並沒有經歷過這種情緒，其實不然因為情緒一直都存在，只是我們人類創造出許多形容詞來幫助自己辨別而已。（瞭解更多 http://pansci.asia/archives/83510）

大腦小劇場 Ｑ＆Ａ：

1.情緒的辨別是天生的嗎？

黃揚名：有些情緒反應是天生的，但很多的辨別的標籤形容詞都是從有意無意間學習而來。

2.做太多夢會不會不好？

蔡宇哲：基本上過猶不及但也別睡太少，每個睡眠階段都有其固定百分比。補充一點速眼動睡眠並非真的是清醒雖然他有夢境，而睡眠時再清腦中廢物時，主要是在非速眼動期而容易做夢的速眼動期間。

3.夢境中會有圖像，但對於剛出生孩子來說尚未有太多外在刺激的經驗，那他們是如何做夢？

蔡宇哲： 基本上大部分學者認為嬰兒不做夢，推論是這些情節必須要有記憶、語言等功能協助，因此剛出生小孩做不到其大腦還未發展完全。

4.剛剛提到清明夢跟大腦前額葉有關，那如果回家自己拿電流電一電會有效嗎？

蔡宇哲：我認為是有機會啦雖然尚未有研究證實，不過在睡前用電刺激腦應該會比較不容易睡著呀！

我走在一個陌生的街道上，周遭除了行人之外，還有大大小小的動物一起在行走著，彷彿這一切非常自然。突然間後面傳來轟隆巨響，所有人都開始往前奔跑，我也跟著跑。心臟急速跳著，感受到強烈的恐懼感。
跑著跑著突然意識到，這並不是現實啊，我是在做夢啊，那我幹嘛跑呢？於是停下腳步，坐在旁邊的咖啡廳喝起咖啡來，看著一群人跟動物在奔跑────

想在夢中為所欲為？不是人人都辦得到

我們所做的「夢」大多都是不由自主地演示著某個人生橋段，彷彿進入另一個人生，儘管劇情荒謬也不會覺得有任何異狀；尋常的夢大抵如此，但卻有一種特別類型的夢是你在夢中卻知道自己在做夢，有時甚至還能控制夢中的行為，這種夢稱為清明夢或清醒夢（Lucid dream）。就像電影「全面啟動」那樣，在夢中可以自己行動也可以有自己的想法與意識。

這聽起來很不錯吧，感覺能在夢中為所欲為（誤）體驗許多截然不同的人生經歷，不少人聽了都很希望自己可以體驗看看這種夢。但可惜的是，有些人可能終其一生只有少少一兩次的經驗，甚至完全沒有；而有些人卻一個月就有兩三次清明夢；顯然這有極大的個別差異，不是想做就能做得到的。

但既然許多知覺經驗因腦而起，大腦又是長在自己身上，除了行為訓練之外，有沒有方法能直接從大腦著手、來全面啟動清明夢呢？

用電流刺激讓清明夢降臨！？

先前研究已發現當發生清明夢時，大腦會有明顯較多的 gamma 波，主要在額葉與顳葉的部份，因此就有研究者想到：透過外在刺激給予 gamma 波或許可以造成清明夢？結果發現真的可以耶～只要透過 40Hz 的電刺激，就可以讓人體驗清明夢！

研究找了 27 個年齡 18-26 歲、從未經歷清明夢的參與者， 利用跨顱交流電刺激（transcranial alternating current stimulation，簡稱 tACS）來給予刺激，這是一種以特定頻率的電流去調控大腦皮質層活動節奏之電刺激技術。 為了確認哪種頻率的訊號比較有效，分別用了 2, 6, 12, 25, 40, 70 與 100 Hz 的刺激，還有幾次會假裝給刺激但實際上沒有，以作為效果對照用。

參與者要在實驗室睡 4 個晚上，上床後一直睡到凌晨 3 點都不會被打擾。從 3 點開始給一個 2-3 分鐘的 tACS，但不能因此而中斷睡眠否則就算該次失敗。在刺激結束後 5-10 秒喚醒參與者，請他報告夢境內容以及完成一個評估睡眠與意識的量表（LuCiD scale）， 此時詢問的研究者並不知道接受的是哪種刺激，以避免詢問時主觀上的影響。 每個晚上重複 3-7 次的這樣的測試。

結果發現，在給予 40Hz 的刺激後喚醒所報告的 44 個夢境中，有 34 個是清明夢，比率高達 77%！而給予 25Hz 的刺激後也會有 57% 的機率（15/26），其餘頻段會造成的機率都不高，低頻波段甚至完全沒有。

可以有如此高的機率是相當令人驚訝的，要知道所找的這群人都是從未有過清明夢經驗的。研究者之一哈佛大學醫學院教授 Allan Hobson 對此也相當振奮，認為這是瞭解人類意識的一大進步。他一直致力於研究夢境，也嘗試持續紀錄自己的夢境並做分析。

• 延伸閱讀：全面啟動清明夢

如果未來真的有能夠讓你做清明夢的儀器，你會想試試看嗎？筆者倒是很躍躍欲試啊！但投資都有一定風險 基金投資有賺有賠 ，做清明夢看來是很有意思，但科學家其實還不太清楚是否會有些不好的副作用。有些臨床報告顯示，常做清明夢的人睡眠品質較差；那如果透過外力或訓練讓人可以做清明夢，是否也會影響睡眠品質呢？在這篇研究中並未對此加以探討。因此建議大家，比起追求清明夢，還是先顧好自己的睡眠比較重要喔～

參考資料：

• Voss U, Holzmann R, Hobson A, Paulus W, Koppehele-Gossel J, Klimke A, Nitsche MA. Induction of self awareness in dreams through frontal low current stimulation of gamma activity. Nat Neurosci. 2014 Jun;17(6):810-2. doi: 10.1038/nn.3719

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