甜點的奇幻旅程

• 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。

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託，泛科學企劃執行。

• 文 / 陳彥諺

《烘焙東西軍》熱映開播啦！這一集真的很「熱」，因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤！麵！包！

第一位華麗登場的，是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」，另外一位古意老實、動作慢條斯理的，則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決！

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅，其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好，是好快、好吃、好美！為何會這麼說呢？

食品添加物存在於食品中許久，早期因為食物加工技術不夠精良，為了食品安全無虞，便添加可以讓食物安定的添加物，延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等，因此，長期以來受到業者及消費者的偏愛。

不過，近來由於食安事件頻繁，食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷，在追求好吃、好快、好美的背後，卻可能造成身體上的負擔與健康風險！製造過程是否安全合理？乾淨衛生？也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭，消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份，開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒，能夠透過改善製程，有效減少添加物的必要性。終於，在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下，古意老實、耗費工時的無添加師傅，多年以後，開始受到矚目啦！

在這場世紀對決中，有添加師傅在民眾都還來不及反應時，就已經做好了熱騰騰的麵包，每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁，簡直是施了魔法一樣！但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包，難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎？

反觀無添加師傅，他按部就班的從麵粉開始精心挑選，接著再逐一加入可以溯源的材料，接下來，順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了，無添加師傅仍然不為所動，他循序漸進，寧可耗時製作，堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持，那是因為他秉持著麵包不用任何添加物，不講求快速便利，用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法，做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃，更重要的是每一口都吃的健康又安心！

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮，無添加師傅的則是外表非常質樸。

不過，當評審們吃下麵包後，外表質樸的無添加師傅，竟然擄獲了評審們的心！

怎麼辦到的呢？這是因為花了較多時間製作的無添加麵包，保濕度較佳，口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐，會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊！他不同於外表上看起來質樸敦厚，只要用心切開，裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果，是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」，是怎麼來的？

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」，是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福，2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」，也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」，更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序，取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」，並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包，都只能做到製程及配料上的無添加；而追求極致的家樂福，自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始，掌握源頭，做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

這是一款依循歐盟規範，取得 A.A. 無添加標章，第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包，嚴選在地好食材、講求動物福利，選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢，以醜蔬果製作配料，減少食材浪費，更導入環保包材，友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決，我們看到了，天公疼憨人，穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程，受到消費者的青睞——這一場對決，由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包，「無添加師傅」獲勝。

• 文／雅文基金會聽語科學研究中心 張殷綮 研究助理

在美國哈佛大學心理學教授平克（Steven Pinker）的眼裡，音樂不過是一塊「聽覺的乳酪蛋糕」（auditory cheesecake），對人類的生存、繁衍一點用處也沒有，只是在演化的路上被選擇出來的娛樂附屬品。然而，音樂卻承載著人類的歷史文化，具有豐富多變的形式。

在淵遠流長的時間長河下，難道音樂真的一點用武之地也沒有嗎？喔不，誤會可大了！其實音樂就像一塊生乳酪蛋糕，只要將其中的基本元素加以烹調，就能變成像是說話、唱歌般的輕乳酪和重乳酪蛋糕！高熱量會讓大腦 up up 動起來消耗卡路里，不僅會分泌多巴胺，還能強健體魄，就讓我們來告訴你關於聽覺乳酪蛋糕可能會讓你很意外的 point 吧！

音樂、說話和唱歌，就像是生乳酪、輕乳酪和重乳酪蛋糕

試著打開 Google 翻譯，請 Google 小姐唸唸看「紅鯉魚與綠鯉魚與驢」或是「紅鳳凰黃鳳凰藍鳳凰粉紅鳳凰」，你是否發現，相較於真實語言，少了那麼點韻味呢？其實，口說語言的自然語韻就蘊含著音樂成分，節律及語調不僅暗藏著溝通線索，其中的音高、節奏與音量變化所組織而成的旋律，還能夠製造情緒的張力！

音樂的發展其實和語言同步，人類約需要花費 25 到 50 毫秒來辨認不同樂器的音色，而在提取話語中每一個音節的音素，所耗費的秒數也差不多。在媽咪的子宮時，我們就透過媽咪的聲音進行聽能訓練，學著將聲音與情緒連結。

初來乍到這個世上時，我們更是保留了對於各種聲音的敏感度，直到 6 個月大時，才逐漸被身處的文化習染，偏好特定的語言與音樂表現形式，為日後的發展奠下基石。因此，我們從小講話就不像 Google 小姐平直呆板，而是能隨著自身的狀態與情緒發聲（ENT & Audiology News, 2016; Brandt et al., 2012）。

原來，一字一句，不僅是平上去入的分別，還有著音高的起伏、節奏的快慢、音量大小的變化，宛如歌唱一般。我們很自然地懂得要將「紅鯉魚與綠鯉魚與驢」的「與」放輕，也懂得在不同顏色的「鳳凰」之間稍作停頓。如果想強調某個詞彙，便會加重語氣，比如在句末把「驢」字拉長，同時拔尖聲音、提高音量。如此一來，就更能讓聽者注意到「驢」的存在——「池塘裡明明游著紅鯉魚與綠鯉魚，怎麼突然出現驢子呢？」

由此看來，音樂、歌唱和說話的核心元素似乎沒有太多不同。透過這些高低起伏的韻律、有快有慢的節奏等特徵，都能讓對方聽得更輕鬆、理解更順暢！

享受蛋糕前，大腦得要 one more two more 動起來

要感受旋律的音高與和聲變化，需要倚靠聽覺系統順利運行，但大腦這台超級電腦可沒那麼簡單。一首曼妙的舞曲通常需要結合不同的腦區互相合作，溝通往來，例如「音調」便可能同時牽涉到小腦與前額葉皮質的運作（The Kennedy Center 50, n.d.）。那麼，音樂當中許多不同的組成元素，又分別由哪些腦區協調、操控呢？

嘻哈歌手動感又富含節奏性的饒舌歌曲，平平仄仄平，自成韻律，是音樂中不可或缺的元素。不管是用手指頭輕輕叩打桌面，還是拿起鼓棒奮力向鼓面一擊，都會牽涉到小腦和運動皮質的運作。從西方的古典音樂到藍調、民謠，甚至是爵士樂與搖滾樂，不同的音樂風格都有既定的模式，久而久之，人們便有了預期心理，而大腦的前額葉皮質便有偵測節奏是否規律，判斷音程、調性是否合理的功用。

然而，也正是這種機制的存在，人們對意想不到的編曲會感到驚喜，而情緒的引發又有賴於小腦、伏隔核和杏仁核的運作。如果要在音樂會演奏一場曲目，更是會牽涉到小腦、視覺皮質、感覺皮質與運動皮質的同步運作，就算有譜可以偷瞄一眼，也必須練到滾瓜爛熟，讓記憶能儲存到海馬迴。畢竟，不看指揮，指揮可是會生氣的呢（The Kennedy Center 50, n.d.）！ 

既能像乳酪蛋糕帶來愉悅，又能像彈力帶般健腦凍齡

近來健身風氣盛行，上班族坐久了，下班都需要活絡筋骨，而音樂也像是大腦聽覺系統的健身器材，讓每一條聽覺神經更為強健、敏銳。

所謂的音樂訓練講究主動參與，是一種高強度的認知訓練，不僅講求每一個音符和表情符號都要達到有效的情緒溝通與渲染效果，還必須對聲音的細節，諸如音高、時值、音色等，保持敏銳的感受力，甚至涉及工作記憶（working memory）、執行功能（executive function）以及多重感官的整合，學會如何分辨不同的聲部，跟著主旋律，與其他歌手、樂手合作表演。每一次的練習，都是在強化耳蝸、腦幹與聽覺皮質間的迴路，形成一反饋系統——這就是為什麼音樂家對於聽覺訊號會特別敏感，甚至能預測音樂進行走向的緣故（Kraus & Chandrasekaran, 2010）。

在神經科學的研究中，就發現音樂家的腦波活動異於常人，不但對高音出現更明顯的反應，在偵測非語言訊號（像是嬰兒的哭鬧聲）等，反應也比未接受過音樂訓練的人強烈。大量的聽覺刺激使音樂家對於言語中的基礎頻率、時值變化、諧波組成成分，以及子音過渡到母音的起始點更為敏銳，甚至是在聽覺相關的注意力、記憶力都有較好的表現，能在嘈雜的環境中辨識語音。音樂訓練可說是練就了音樂家耳聽八方的能力，促進其聽能技巧的發展（Kraus & Chandrasekaran, 2010）。

不用人人都是蛋糕師傅，純享用也可以

相信學音樂的人一定對「我沒學過音樂啦！不懂啦！」這句話不陌生。不管是樂團主唱還是合唱團員，也時常聽到對方聲稱自己不會唱歌，彷彿音樂訓練是一種標誌，是享有特權的人才能擁有的專利。

然而，生活周遭中的音樂俯拾即是，不管是戴著耳機播放自己建立的最愛清單、關注最新的歌曲排行榜，還是看電影、玩遊戲時，使人身歷其境、驚心動魄的背景音樂，或是唱卡拉 OK、參加演唱會時，不自覺的身體律動等等，都會讓人潛移默化，足以吸取對特定文化背後所富藏的音樂相關知識（Putkinen et al., 2013）。

研究更指出，早年的音樂活動可能會帶動聽能技巧與注意力的發展，進而對學齡後的語言表現造成正面影響。而在電生理訊號的研究中，參與音樂活動的多寡又與 2 到 3 歲孩童對聽覺刺激反應的偵測能力相關。此時，你是不是正回想著小時候有沒有乖乖去操場跳早操，然後好好上音樂課、吹直笛呢（Putkinen et al., 2013）？ 

關於聽覺乳酪蛋糕可能讓你很意外的 point

音樂的「健耳」功效也常用在聽損療育。相較於正常耳蝸有著高達 3,500 個毛細胞，能處理 20 到 20,000 赫茲間的聲音頻率，人工電子耳只有 12 到 22 個電極來處理 200 到 8,500 赫茲之間的語音頻率。

因此，配戴電子耳的人，面對較為細緻的聲音處理（如語言韻律與情緒感知）需要更大的音高變異性，才能察覺其中的分別；另外，有研究指出，在分辨中文聲調時，這些人也會遇到困難（Jiam & Limb, 2020）。

此時，在聽能復健中導入音樂便十分重要，因為許多歌曲就涵蓋大量重複、輪替的編曲技巧，不僅能讓聽損者仔細聆聽，也有說唱的機會，更能增加互動性、增強自信心、提升社交生活品質（Torppa & Huotilainen, 2019）。

人在年老時，聽覺神經的反應會逐漸下降，但根據陸續進行中的相關研究，晚期音樂的介入還是能達到終身音樂學習的效果，只是幅度較小。此外，音樂不僅有抗老化的作用，還能提高老人家參加社交活動的機會。透過節奏來帶動感官認知與運動整合，還能防止老人家摔倒（Kraus & White-Schwoch, 2017）。

此時此刻，你是不是想打開音樂軟體，盡情地享受這塊營養又美味的乳酪蛋糕呢？

參考文獻

1. Brandt, A., Gebrian, M., & Slevc, L. R. (2012). Music and early language acquisition. Front. Psychology, 3:327.
2. Garrido, C. (2016). Why does music move us? Music as auditory signals of emotion. ENT & Audiology News.
3. Jiam, T. N., & Limb, C. (2020). Music perception and training for pediatric cochlear implant users. Expert Review of Medical Devices, 17:11, 1193-1206.
4. Kraus, N., & Chandrasekaran, B. (2010). Music training for the development of auditory skills. Nat Rev Neurosci, 11, 599–605.
5. Kraus, N., & White-Schwoch, T. (2017). Music Keeps the Hearing Brain Young. Hearing Journal, 70(11), 44–46.
6. Putkinen, V., Saarikivi, K., & Tervaniemi, M. (2013). Do informal musical activities shape auditory skill development in preschool-age children?. Front. Psychol., 4:572.
7. McCollum, S. (2019). Your Brain on Music: The Sound System Between Your Ears. The Kennedy Center.
8. Torppa, R., & Huotilainen, M. (2019). Why and how music can be used to rehabilitate and develop speech and language skills in hearing-impaired children. Hearing Research, 380:108–122.

本文由衛生福利部食品藥物管理署委託，泛科學企劃執行

喜好甜味是人類天生的本能，因為甜味通常代表糖份，也就是生物體的能量來源。而甜點，就是奢侈地應用糖、麵粉、雞蛋以及奶油，加上「空氣」一同打造出的魔法。

一般的蛋糕是怎麼製成的？

所有的蛋糕製作都是由「混合材料」完成蛋糕糊開始。但要完成蓬鬆的蛋糕，並不是將材料混合、攪拌在一起就搞定了喔！重點是在混合的過程中，要將空氣打入液體材料、讓材料間出現小氣孔，最後才會出現蓬鬆、體積變大的「打發」的狀態。

除了利用物理方式打發材料之外，加入「膨脹劑」也可以達到同樣的效果。最常見的膨脹劑包括小蘇打（即碳酸氫鈉）或泡打粉（又稱發粉），它們皆是藉由酸鹼中和產生二氧化碳，在材料中製造出小氣孔，讓蛋糕膨鬆柔軟。

小蘇打需要與蛋糕材料中的酸性物質（如檸檬汁）作用；而泡打粉主要成分便是小蘇打等鹼性鹽類加上酸性物質如塔塔粉（亦稱酒石酸氫鉀），遇到蛋糕中的水分就能產生中和反應，放出二氧化碳。

部分種類的泡打粉中會含有硫酸鋁鈉或硫酸鋁鉀，也就是俗稱的明礬，其反應速度較慢，讓氣泡不會在進入烤箱前逸散，使得蛋糕成品較蓬鬆。過去曾有一些討論認為鋁離子與阿茲海默症可能有關聯，但是當前科學共識仍然認為這部分缺乏具體證據。假如還不放心，目前市面上也有標示「無鋁」的泡打粉可以選購。

當蛋糕材料混合完畢，就可以倒入模具、送入烤箱中烘焙囉！當麵糊內的空氣受溫度膨脹、水分也開始蒸發，氣孔進一步變大；加熱到攝氏 80 度左右，蛋白質開始凝固成型，澱粉與材料中的水分產生「糊化反應」。在烘焙最後階段，麵糊大致固化，蛋糕持續加熱、乾燥的表面會出現「褐變」讓蛋糕散發出香噴噴的香氣。

看到這裡，就可以發現到蛋糕的製作其實就是一連串精采的化學反應。而食品添加物參與其中，往往能夠讓製作成果更加穩定。除了運用膨脹劑讓蛋糕鬆軟，還會添加乳化劑創造濕潤的口感。此外，由於天然香料的品質並不穩定，為了創造穩定的口感與品質，通常都會加入人工香料與色素，調整風味及色澤。

熱空氣的氣息「舒芙蕾」

談到蛋糕必備鬆軟的口感，就不能不介紹一下近年來很熱門的「舒芙蕾」。

舒芙蕾是將蛋白與糖完全打發為「蛋白霜」後，混入麵粉等材料攪拌均勻，再送入烤箱，或是以煎鍋加熱。由於完整打發的蛋白體積會是原來的 3 倍以上，使得舒芙蕾成品中空氣的比例很高，帶來了鬆軟有如「熱空氣」的口感。

結合泡芙皮與卡士達醬的泡芙

另一個以鬆軟口感征服甜點世界的「泡芙」主要可以分成兩個部分：外殼的泡芙以及內餡。烘烤泡芙時，會先以高溫使得麵糊外殼熟透固化，而後續加熱則是能讓飽含水分的麵糊產生的水蒸氣逐漸向內部聚集，最終讓泡芙內部形成獨具特色的中空結構，而這個空間可以填入美味的內餡。

泡芙最常見的內餡「卡士達醬」是由牛奶、糖、雞蛋和少量澱粉混合煮至濃稠凝固而成的醬料。在傳統的製作方法中，來自雞蛋的蛋白質散佈在醬料中形成細網，與充分膠化的澱粉分子混合在一起，並且被大量的水分子與糖分包圍，因而營造出柔軟而滑順的口感。

製作卡士達醬需要精準掌握製作溫度與時間，可說是甜點界的一大考驗。在食品工業發達的今天，也有速成的「卡士達粉」，只需將粉末與水或牛奶等液體混合，就可以快速便捷完成可口的醬料。

卡士達粉主要由奶粉、牛奶香料、糖份加上「粘稠劑」，例如鹿角菜膠、羥丙基甲基纖維素、或是乙醯化磷酸二澱粉組成。羥丙基甲基纖維素這類粘稠劑溶於水會形成凝膠，提供卡士達醬不可或缺的滑順口感。而包括乙醯化磷酸二澱粉在內的食用化製澱粉（俗稱修飾澱粉），其實就是將穀粒或根部（如玉米、米、小麥、馬鈴薯等）之天然澱粉以少量化學藥品處理，改變其物理特性，如提高保水性、抗老化等。

混合雞蛋與乳酪的甜點：乳酪蛋糕 + 提拉米蘇

不同於其他甜點，「乳酪蛋糕」在烘烤時反而是盡可能避免膨脹，以較低的烘烤溫度讓蛋白質、油脂與糖彼此結合，才能創造如綢緞般、天鵝絨般的滑順口感。

泡芙裡的卡士達醬和乳酪蛋糕都擁有濕潤、細緻綿密的口感，創造這種口感的功臣就是乳化劑。其實，蛋糕材料中的蛋黃就是擔任乳化劑的角色，可讓水份與油脂混合在一起，不至於發生分層或出油的情況。常見的乳化劑包括脂肪酸甘油脂、脂肪酸丙二醇酯等等。

最後一道甜點「提拉米蘇」，和前述甜點最大的差別在於：它不會進烤箱，只會進冰箱。提拉米蘇傳統的製作步驟，需要完成由咖啡酒、砂糖及蛋黃煮而成的蛋黃醬，加上蛋白與砂糖充分打發而成的蛋白霜、以及馬斯卡朋乳酪，三者充分攪拌後，再以餅乾或海綿蛋糕為底組合在容器中，放入冰箱冷藏數個小時而成。

提拉米蘇傳統配方使用生蛋白製作蛋白霜，過去曾有因沙門氏菌污染液蛋製作提拉米蘇蛋糕而導致食物中毒的事件，提拉米蘇又未經加熱，一旦吃下肚，人們就可能感染沙門氏菌，建議最好使用衛生品質良好之液蛋的原料。近年來，也有使用吉利丁配方、所有食材經過高溫加熱的提拉米蘇食譜，相較之下食品安全性更高。

甜點原料中的食品添加物

看到這兒一定會有人注意到，若是講究甜點的成果穩定度，幾乎很難避免食品添加物的存在，那如果親自動手是否就可以完全避開食品添加物呢？

呃，其實有點難。

例如，有些麵粉也會加入添加物，包括澱粉液化酵素、維生素 C 或黃豆粉。因為澱粉液化酵素與維生素C 均可以強化麵團的發酵，黃豆粉內含酵素不僅能促進發酵，也會讓麵粉較白。

其次是甜點必備的油脂。「油脂」氧化會產生油耗味，嚴重影響產品風味，因此在油脂處理的過程中通常會添加抗氧化劑（如維生素E）來降低氧化的速度。

關於烘焙用油脂，自 2017 年 7 月 1 日起，只有真正來自乳品提煉而成的油脂製品可以被稱為「奶油」，因此不再有「植物性奶油」這樣容易讓人混淆的稱呼；而且根據食藥署的規定， 2018 年 7 月1 日起食品中不得使用不完全氫化油，從而降低來自食用油的人工反式脂肪攝取量。所以，民眾只要選購有明確成分標示的商品，並且適度食用，不必過度擔心烘焙食物裡的添加物或反式脂肪會危害自身健康。

其實，食品添加物的誕生與運用背後都有理性原因，天然材料容易受限於天氣或產地，造成風味、品質落差，對於製作細節決定品質的甜點而言更是如此。若能借重食品添加物的功效確保產製流程、成果口感維持一致，不僅能讓甜點品質更穩定，更能利於運輸與保存，讓民眾安心食用。

參考資料：

1. 食物與廚藝：麵食、醬料、甜點、飲料；大家出版社；2010/03/15。
2. 食物與廚藝：蔬、果、香料、榖物；大家出版社；2009/12/14。
3. 學起來可以用一輩子！認識每天都在吃的「食品添加物」
4. Brooker, B. E. (1993). The stabilisation of air in cake batters-the role of fat. Food Structure, 12(3), 2.
5. Brooker, B. E. (1993). The stabilisation of air in foods containing fat-a review. Food Structure, 12(1), 12.
6. 食品藥物消費者知識服務網《食品營養成分資料庫》
7. 衛生福利部公告〈市售奶油、乳脂、人造奶油與脂肪抹醬之品名及標示規定〉
8. 衛生福利部公告〈食用氫化油之使用限制〉
9. 食品添加物業者手冊