大腦地圖的起點：發現「布羅卡區」 │ 科學史上的今天：4/17

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。

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。

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。

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。

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？

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，同時產生抗發炎與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。

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。

大腦，是人類一大招牌特色。人類所屬的 Homo 曾經有過許多物種，最早的 Homo 誕生超過 200 萬年。新研究卻發現我們的額葉，要等到距今 170 萬年過後才形成。^{[1, 2, 3, 4]}

人類簡史

人類的演化並非一步到位，而是延續數百萬年的漫長過程。已知紀錄中，最早的 Homo 化石距今 280 萬年，出土於東非；但是 200 到 280 萬年前這段期間，化石非常稀少。到了 200 萬年前左右，有巧人（Homo habilis）、魯道夫人（Homo rudolfensis）、直立人（Homo erectus），至少 3 種近親共存。

非洲以外最早的 Homo 化石，出土於亞洲西南部的喬治亞 Dmanisi 遺址，距今大約 177 萬年，一般認為是直立人，或是類似直立人的型號。但是更早以前，也許已經有其他人離開非洲。例如黃土高原便出土過距今 210 萬年的石器。

至於亞洲東部的直立人和其他古人類，像是北方的藍田人、北京人，南方的爪哇人、佛洛勒斯人（Homo floresiensis），都是距今 170 萬年以內的事了。一百多萬年來眾多 Homo 們之間複雜的交流、繼承、遷徙、取代、合體關係，曖昧難解。

現代化額葉是什麼時候轉型的？

大腦的改變，是人類演化史上非常關鍵的部分。但是頭殼是硬的，有機會形成化石；大腦軟軟的，幾乎不可能變成化石保存，又該怎麼研究呢？

幸好有些時候，大腦的形狀會印在頭殼上，就像軟體動物的印痕化石。這類樣本雖然稀罕，總是比沒有好，能夠提供極為寶貴的線索。

新研究比較不同地點、年代的古早頭殼，分析大腦組織的方式，特別是額葉（frontal lobe）。

額葉與認知、語言等功能有關，裡頭的布羅卡區（Broca’s area）對語言至關重要，可謂人之所以為人的一項基礎。

大腦是個很棒的東西，但是早期 Homo 的大腦不一樣

分析對象不只各色 Homo，也包括更資深的南猿。南猿超過 400 萬年前誕生，衍生出許多物種，一直到 200 萬年前全部滅團。Homo 當初應該就是由某群南猿改版而來，和其餘南猿共存了相當一段時間。

比較結果是：南猿的額葉和黑猩猩相似；而且連末代南猿，198 萬年前住在南非的泉源南猿（Australopithecus sediba）也不例外。上述結果並不意外，畢竟南猿的身體構造、體型、腦容量等特徵，和黑猩猩相去不遠。

那麼 Homo 呢？距今 200 到 280 萬年前期間欠缺樣本；約 200 萬年前的巧人，和南猿差別仍然有限；

值得玩味的是，已經離開非洲，喬治亞 177 萬年前的直立人，額葉組成竟然也還沒什麼改變！

之後大家都有了升級改版的額葉

要一直到距今 150 萬年前之後，才有明顯的轉變。在此之後，不論非洲的直立人、亞洲的直立人，或不太像是直立人的任何其他人，額葉組成都更接近我們。

此一階段另一顯眼的變化是，各地古人類的腦容量都變得更大。由此看來，額葉改版似乎和腦容量增大的趨勢一致。但是距今不是太久的 2 種小腦袋古人類：南非的納萊迪人（Homo naledi）、東南亞外海島上的佛洛勒斯人，卻可能也配備現代版額葉。

距今 20 多萬年的納萊迪人，以及數萬年前的佛洛勒斯人，某些形態特徵相當原始，生存年代卻相對晚近，因此難以判斷與其他人的關係，也不清楚他們的額葉在何時發生轉變。不過應該能夠判斷：腦容量和額葉組織的關係，並非完全一致。

另一點較為肯定的是，

距今 280 萬年前 Homo 首度誕生的時刻，額葉尚未改版，甚至到了一百萬年後，最早離開非洲的直立人也還沒有。額葉重組似乎發生在距今 150 到 170 萬年前，普及化是 150 萬年以後的事。

額葉組織再造，才能製作更複雜的石器？

不可忽略，額葉改變的年代，和石器技術發生轉型，更複雜的阿舍利（Acheulian）誕生的時期一致。

至今知道最原始的石器，拉米關（Lomekwian）出現於東非的肯亞，距今 330 萬年，不過僅限一時一地。超過 258 萬年前誕生的奧都萬（Oldowan），一直延續使用到幾萬年前。相比之下，176 萬年前首度於東非現蹤的阿舍利，手藝更為複雜。

從簡單的奧都萬到複雜的阿舍利，經過不短的 80 萬年，原因眾說紛紜。近來有研究指出，製作奧都萬或阿舍利時大腦的狀態不一樣，生產阿舍利時有更多腦區活躍（狀態和彈鋼琴意外類似）。

另一研究則認為，必需具備相當的溝通能力，才能傳承阿舍利的技藝。綜合來說，就是

需要更進階的認知與溝通能力，才能順利發展出阿舍利風格的石器。

• 延伸閱讀：短篇 會溝通才能成為高級工具人

• 延伸閱讀：短篇 製造石器時的腦袋狀態，跟彈鋼琴類似！

最早的阿舍利出土於 176 萬年前，周圍沒有化石，不清楚工具人是何許人也。不過可以確定在阿舍利尚未發明以前，直立人已經離開非洲，而喬治亞直立人，以及之後亞洲東部的直立人，都沒有生產過阿舍利。

然而，假如說額葉改版，導致石器轉型，繼續追究下去就會面臨一個矛盾。原始版額葉的人，確實都只能做出簡單的奧都萬；但是升級版額葉的人，不見得就會生產阿舍利，仍有像東南亞的直立人－爪哇人那般，滿足於奧都萬。

論文推論是，較早的喬治亞直立人，和較晚的亞洲直立人之間沒有繼承關係；爪哇人這類亞洲直立人，是祖先在非洲升級完額葉以後，才再度離開非洲的移民後裔。如果論文的推論正確，他們配備改版過的腦袋，卻不會使用升級後的石器，將是個有趣的問題。

大腦是個很棒的東西，我希望每個人都有一個。

延伸閱讀

• 人類對自身起源的百年追尋
• 非洲200萬年前的人種多樣性：巧人、魯道夫人、直立人
• 200萬年前最早的直立人，有泉源南猿和粗壯傍人鄰居
• 至少 210 萬年前，已經有「人」移民東亞
• 短篇 誕生於176萬年前的阿舍利石器
• 大腦地圖的起點：發現「布羅卡區」 │ 科學史上的今天：4/17
• 曾是智人祖先的鄰居？納萊迪人新發現
• 哈比人的奇幻漂流 佛洛勒斯島洞窟裡的大謎團
• 莫維斯線與竹子假說：東方真的比較落後嗎？

參考資料

1. de León, M. S. P., Bienvenu, T., Marom, A., Engel, S., Tafforeau, P., Warren, J. L. A., … & Zollikofer, C. P. (2021). The primitive brain of early Homo. Science, 372(6538), 165-171.
2. The enigmatic origins of the human brain
3. Modern human brain originated in Africa around 1.7 million years ago
4. Our earliest ancestors weren’t as brainy as we thought, fossil skulls suggest

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。