研究出「神奇的數字」米勒誕辰│科學史上的今天：5/4

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。

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。

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。

一段來自春秋戰國的故事

介紹這個成語，先要簡單談談周朝的歷史。

周武王建立的周朝，傳到周幽王，已是第 12 代。周幽王寵愛褒姒，做了不少糊塗事，弄得國家亡了，自己被殺。繼位的周平王，把國都從鎬京（今西安）遷到雒邑（今洛陽），史稱東周。遷都以前，史稱西周。

東周分為兩個階段，前期稱為｢春秋」，後期稱為｢戰國」。春秋時，周王仍有天下共主的名義，但已不能號令各諸侯國，於是北方邊疆民族開始騷擾中原。齊桓公在大政治家管仲的輔佐下，提出｢尊王攘夷」（尊崇周王，排除夷狄）的口號，藉以號令其他諸侯國，成為春秋時期的第一位霸主。齊桓公之後，還有四位霸主，史稱春秋五霸。

齊桓公提出的尊王攘夷，不只是個口號，還付諸行動。西元前 663 年，北方的孤竹國入侵燕國。燕國向齊國求援，齊桓公親自率軍出征。去的時候是春季，打敗孤竹國時已是冬季，從春暖花開到地上積雪，由於景物變化太大，以致找不到去時的道路。

大家正在不知所措的時候，管仲對齊桓公說：｢主公不要憂慮，據說老馬認識走過的路，讓我們試試吧。」於是挑選了幾匹老馬，讓牠們在前面行走，軍隊跟在後面，果然找到去時的道路。這個故事就是成語老馬識途的出典，記載在《韓非子》這本書上。

 因此，老馬識途的含意，比喻有經驗的人對事情較為熟悉。說到這裡，循例造兩個句吧。

 要不是他老馬識途，我們進入這片森林，肯定迷路。

你老馬識途，這次前往小琉球旅行，就由你帶隊吧。

短期記憶差，長期記憶卻超強

談到這裡，該談談老馬識途的科學意涵了。馬的短期記憶很差，只能維持十幾秒，因此馴馬時，馬犯了錯懲罰牠，可能早已忘記剛才做了什麼。然而，馬的長期記憶卻好得出奇，甚至比人類還要好。馬一旦學會某件事，就會永遠記得。實驗證明，馬可以在十幾年後，仍記得和牠相處過的人呢。

因此馬曾經經常走某一條路，牠是會牢記不忘的。不過由於馬的短期記憶不佳，所以先決條件是：要走過許多次才行。以管仲讓老馬帶路的例子來說，那些老馬肯定曾經在這一帶來來往往。章老師猜想，管仲挑選的幾匹老馬，或許是當地的老馬，而不是從齊國帶去的老馬。

馬的長期記憶力好，還有個故事可以證明。唐代宮廷訓練馬匹跳舞，稱為「舞馬」。西元 755 年，爆發「安史之亂」，叛軍攻陷長安，叛軍首領安祿山看過舞馬表演，擄去數十匹。安史之亂結束後，這批舞馬被唐軍接收，把牠們當成一般戰馬飼養。有一天軍中宴會，鼓樂聲響起，舞馬習慣性地隨著節拍跳舞，指揮官以為是馬怪，命令士兵鞭打，牠們仍然跳個不停，最後竟然被打死了。

試著背下這組數字：26535897932384626433。

三、二、一，好了，你能背出幾個數字？我猜不會超過 9 個，但也不會低於 5 個，平均而言，一般人能記得的個數就是 7 正負 2 這個區間。1956 年的今天，美國心理學家米勒（George Miller, 1920－2012）發表論文〈神奇的數字：7±2〉（The magical number seven, plus or minus two），論文標題正是他的實驗結果。

當時已經知道記憶可分為短期記憶與長期記憶，短期記憶像個暫存區，有用的資訊才放進長期記憶保存，其餘的就隨記隨忘，以免浪費大腦的寶貴資源。因此短期記憶的儲存容量不需要太大，但到底有多小？米勒透過實驗證明不管是數字、字母、顏色，或是事物，大部分人的短期記憶平均最多只能同時塞進七項。所謂「項」並不一定是一個字母、一個數字等基本單位，也可以是由幾個基本單位組成的「組塊」，例如我們記電話號碼時，會拆成 09xx-xxx-xxx 三個組塊。

米勒這個實驗的意義不只在於找出短期記憶的限制，更在於這個實驗本身所具的時代意義。因為當時的心理學是行為主義當道，主張只有明確客觀的外在行為才可以觀測，才值得研究；相對地，心智、記憶這些無形的東西看不見、摸不著，根本不符合科學。米勒就是在這樣的氛圍之下，甘逆潮流，另闢蹊徑，為心理學開拓出另一片天地，因而成為認知心理學的先驅之一。當他於 1960 年與同事布魯納（Jerome S. Bruner）在哈佛大學創立「認知研究中心」，名稱直接標榜「認知」，更等於是揚起大旗與主流的行為主義相抗衡了。

1986 年，米勒回到他最早的研究主題：語言。他結合多年來在認知心理學的研究，帶領普林斯頓大學的團隊開發出一套以語意作為關聯的大型文字資料庫──WordNet。如今在許多自然語言處理、搜尋引擎等程式語言或演算法中都可見到它的身影；Google 的 AdSense 廣告技術即是源自 WordNet。

米勒當年率先運用電腦進行認知心理學的實驗，晚年則反過來運用認知心理學開拓電腦與網路上的應用，真可謂是開創型的大師，也難怪被喻為二十世紀最有影響力的實驗心理學家之一。

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。