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聽古典音樂讓你變聰明?「莫札特效應」是真的嗎?──《好聲音的科學》

PanSci_96
・2018/12/01 ・4923字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

一九九三年,以羅雪(Frances Rauscher)為首的一群心理學家,在聲譽卓著的科學期刊《自然》(Nature)上,刊登了一篇題為〈音樂與空間測試的表現〉(Music and Spatial Task Performance)的論文。

圖/論文截圖

這項研究是為了瞭解學生們,在花十分鐘做了下面三件事的其中一件後,於某項智力測驗上的表現如何:在這十分鐘裡,有的學生聽的是教人放鬆的指令,有的只是安靜地坐著,而其餘學生則聽了十分鐘的莫札特鋼琴曲。接著,所有人都做了同樣的測驗。

測驗結果顯示,聆聽莫札特音樂的那組學生,比聽放鬆指令或是什麼都沒做的學生,成績都要來得好,而進步的幅度,相當於比他們原本的智商高出了八或九分──這對他們來說可是很有用的。

在這項測驗中,學生們要看一些經過摺疊裁剪的紙張上面的圖形,並猜測這張紙在沒有摺過前是什麼樣子。這裡有一個類似的例子:你能看出下圖的紙張,在經過摺疊和裁剪後,會變成圖A到E中的哪個形狀嗎?(解答請見本章最後一頁)

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圖/出版社提供

問題在於後來發生的事。

要是當初羅雪博士及其團隊,將這項測試結果發表在某份不知名的心理學期刊上,那麼在她專業領域內的同僚就會閱讀,並將它加進眾多有關大腦運作的已知資料中,並勤於增修這些資料。但,《自然》可是首屈一指的期刊,許多非常新奇、甚至顛覆世界的科學發現都會刊登在這裡,也就是說,各家報紙媒體都會聘請專家學者(或至少是某個戴眼鏡的傢伙),按月詳讀其中的每篇文章,搜尋有關癌症療法,或是無需熨燙的褲子等各種新穎題材。

古典音樂可以提升智商?這說法實在太誘人了!

羅雪博士的發現,在經過這些戴著眼鏡的記者不斷散播後,媒體便充斥著古典音樂能提高智商的報導,而「莫札特效應」(Mozart effect)的說法也就不脛而走。但羅雪博士不但從未表示聆聽莫札特的音樂能提高智商,而且還對媒體那些短視的新聞從業人員解釋了好幾次,卻根本是徒勞。她所談的,不過是某些「技能」,與我們所想像特定行為的結果有關罷了。

當然,根本沒人關心她到底說了什麼。古典音樂能讓人變得更有腦的說法實在太誘人,因此可不能揭露實情,免得大家想像幻滅。

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圖/pixabay

之前有很長一段時間,各行各業人人都相信這套說法。

英國古典音樂廣播電台 Classic FM 還推出了一張名為《嬰兒音樂》的暢銷 CD。在美國,新罕布什爾州則贈送新手媽咪人手一張古典樂 CD,佛羅里達州還通過一項法案,要求州立的托育中心播放古典音樂,德州監獄甚至播放交響樂給受刑人聽,還因此引發許多淋浴時刺傷人的事件,因為大哥們竟為了拉赫曼尼諾夫和西貝流士孰優孰劣而起爭執。到了一九九○年代末期,由心理學家亞德里恩.諾斯和大衛‧哈格里夫斯在加州和亞利桑那州所進行的調查,發現每五個人中就有四個人知道莫札特效應。莫札特應該會感到很欣慰才是。

從那時開始,許多心理學家就開始探究智商與聆聽莫札特音樂之間是否有關聯。二○一○年,研究人員在檢視了各種與此主題相關,共有超過三千人參與的三十九項調查後,確定真的有所謂的莫札特效應──但卻跟莫札特一點關係也沒有。

從莫札特到史蒂芬金……也太不懷好意了吧。圖/imdb

多倫多大學的心理學家 E.格倫.夏倫柏格(E. Glenn Schellenberg)及其同事,針對這方面做了許多研究,在其中一項實驗中,他們將莫札特音樂換成了驚悚大師史蒂芬金(Stephen King)小說的錄音。這項做法看似奇怪,但夏倫柏格教授和他的團隊卻想藉此瞭解,是否音樂本身根本就不是重點。

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其實,重點是要讓心情變好

也許在做智力測驗之前,只要播放任何讓人愉快的東西,就能使人擁有好心情,並因此表現得更好。由於參與測試的都是大學生,不可否認地,這些大學生可能只是對史蒂芬金的小說,跟對兩百年歷史的鋼琴曲一樣喜愛罷了。我相信,若是學生們事前先聆聽一段音樂或故事,而非安靜地坐著的話,也會在相同的「紙張未摺前應該是什麼形狀」測驗上,有較佳的表現。測驗結束後,這些學生必須表明自己比較喜歡聽故事還是音樂。較喜歡聽故事的學生,在聽完故事後所做的測驗分數最高;同樣地,較愛好音樂的學生,則是在聽完音樂後做的測驗分數最好。

因此,我們現在不必再費神搞懂,為何莫札特的音樂能神奇地重整大腦模式,讓它變得更有效率了。因為,這個「莫札特效應」不過是一個眾所周知的道理罷了──處於正面的心理狀態,就能增進智力上的表現。

《阿瑪迪斯》劇照。圖/imdb

所謂「正面心理狀態」就是好心情加上適度的刺激。這裡的「刺激」指的是與沉悶相反的情緒。如果你處於不夠刺激的情境(覺得無聊或昏昏欲睡),你的大腦就沒辦法做太多事,此時要是有人突然拿智力測驗給你做,成績自然就會不好。

相反地,你也可能受到太多刺激,如太過興奮或緊張等,如此也會導致表現不佳。只有在處於適度刺激的狀態下,也就是在聽了故事或音樂後,再接受測驗,才會有最佳表現。最重要的是,你若愈喜歡這個故事或音樂,心情就會愈好,而心情好也有助於增進表現。當你心情不錯時,多巴胺的分泌就會增加,據說這樣思考時就會更有彈性,解決問題和做決定的能力也會變強。

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為了證實這一點,多倫多研究團隊開始嘗試在進行測驗之前,播放各式各樣的音樂,然後看看結果如何。不出所料,他們很快就發現了「舒伯特效應」,也就是出現了跟莫札特效應一樣的效果。雖然其他作曲家的作品也都產生了相同的效果,但研究團隊卻預測應該不會出現「阿比諾尼效應」。

義大利作曲家阿比諾尼(Tomaso Albinoni)是那種一曲成名走天下的音樂家之一,你或許曾聽過他那一千零一首作品〈慢板〉,但由於這首曲子實在太過悲傷和緩慢,因此不太可能讓你感到振奮,或是讓你擁有好心情。不用說,要是在做摺紙(剪紙)測驗前播放這首曲子的話,自然也就不會出現阿比諾尼效應了。

  • 其實,阿比諾尼恐怕是音樂史上唯一的「無曲」成名者。因為就連那首〈阿比諾尼之慢板〉,也極有可能是出自一九五○年代義大利音樂學家兼作曲家雷莫‧賈佐托(Remo Giazotto)之手。

在當初的測驗中所播放的莫札特作品,乃是以大調譜寫且曲速稍快,因而給人一種歡快的感覺。多倫多研究團隊曾嘗試以較緩慢的速度,以及將它變成小調(我們知道小調會激發較為悲傷的情緒)等方式,播放這首曲子的不同版本給受測者聽。他們用了各種版本做測試後,證實曲速較快的音樂更具激勵效果,而大調樂曲則會讓人心情更好,因此,速度快的大調樂曲就會讓人們在測驗時擁有最佳表現。

圖/pexels

之後當研究團隊在多倫多再也找不到受害(測)者時,便決定入侵英國。他們說服英國國家廣播公司(BBC),協助他們同時為大約兩百所學校裡近八千名學童做測試。他們將每一所學校中的十到十一歲學生分為三組,並分別集中在三間教室裡,且每間教室都準備了一台收音機。

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  • 第一組學童聽的是BBC第一電台(Radio 1)播放的流行樂團Blur的歌曲;
  • 第二組聽的是BBC第三電台播放的莫札特作品;
  • 第三組聽的則是心理學家蘇珊‧海拉姆(Susan Hallam)探討他們正在做的這項實驗的錄音。

在播放完畢後,學童們做了兩項關於空間能力的測試。在這項針對好心情(刺激)理論所做的實驗中,一如我們所料,這些學童在聽過最能刺激他們且最喜歡的播音內容後,所做的測驗結果也最好──因而現在又多了一個「Blur效應」了。

這一切重點在於,在接受下一個腦力挑戰前,你聽的是什麼內容並不重要,不論是莫札特、Blur的音樂作品還是史蒂芬金的小說都行,只要是你喜歡又具有溫和刺激效果的東西,就能短暫地提升大腦的性能。

進行這些測試的目的,是為了瞭解當人們因為聽了某些東西,導致精神與情緒變得更為高昂時,會產生什麼效果。雖然我們的精神和情緒通常是同時起落,但兩者卻並非總是息息相關。你可能既開心又想睡,也可能既開心又興奮。你的心情隨時都跟大腦分泌了多少多巴胺有關,而精神卻跟另一種截然不同、稱為「正腎上腺素」(norepinephrine)的化學物質有關。

大腦中可以以正腎上腺素為神經傳導物質的區域。圖/wikipedia

 

為了將情緒和精神這兩種心智效果分開來看,心理學家賈本葉菈‧伊利耶(Gabriela Ilie)以及威廉‧福德‧湯普森在二○一一年時,找了幾組人進行了一項實驗。他們請實驗對象在聽完為時七分鐘的古典鋼琴曲錄音後,接受幾項心理和創意測驗。其中有些人覺得這首鋼琴曲彈得很大聲、快速且音調高;有些人反而覺得這首曲子音量小、速度慢且音調低;至於其他組別則在音量、速度和音高上有各種不同的看法。此曲的節拍最具有提振精神的效果(較快的曲速所產生的刺激效果最好),而音高對情緒效果來說則比較重要(音高較高的曲子最能使人們感到開心)。因此這首樂曲在各組中,產生了不同程度的精神和情緒提振效果。

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蠟燭測試。圖/wikimedia

至於這些實驗對象所做的創意測驗,則是由心理學家當肯(Dunker)所提出的一項著名的蠟燭測試,以及麥爾(Maier)的雙索測試。在蠟燭測試中,受測者會拿到一盒圖釘、一組火柴棒,還有,想當然,一根蠟燭。受測者必須利用手中的物品,以避免讓蠟油滴到地板上的方式,將蠟燭固定在牆上。

(假如你現在有興趣的話,可在往下讀之前,先小試身手一下……)

這項測驗的標準答案是取出兩根圖釘,並扔掉其餘圖釘後,將空盒釘在牆上,然後再將蠟燭黏在盒子上。

圖/pxhere

至於雙索測驗則比較難搞,要是在做測驗當天剛好又沒什麼靈感的話,就更傷腦筋了。研究人員在天花板上掛了兩根不同長度的繩索,受測者必須要將兩根晃動繩索的尾端綁在一起。而難搞之處就是,你在抓住了一根晃動的繩索後,便無法碰到另一根。而你所能使用的輔助工具,就只有一把剪刀和一張椅子。

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(同樣地,在往下讀之前,你可先小試身手一下……)

我相信有些人會想到利用椅子,但其實並不需要。只要把剪刀綁在其中一根繩索上,然後讓它擺盪起來,接著,在抓住了另一根繩索後,等第一根繩索向你擺盪過來時,再把它攔截住。一旦兩根繩索都抓住後,就可以輕鬆地將兩端綁起來了。

最後一項測試則不太需要創意,這項簡單的腦力活動只要速度快便能完成。在電腦螢幕上有四百零八個幾何圖形,受測者必須找出並點選那個出現了五十八次的圖形。

心情好,創意佳,刺激就有好精神

那麼結果如何呢?是這樣的,當音樂並沒有讓情緒變得比較好,但卻大幅地提振了受測者的精神時,這些人在最後一項簡單的速度測試上的表現相當好,而在蠟燭和雙索試驗上表現較差。相反地,那些沒有得到什麼精神刺激,但情緒卻大幅改善的測試者,則在創意測驗上的表現較佳,而在簡單的圖形測試上反應較慢。因此,這項實驗的兩個結論是:

一、情緒改善能讓人變得更有創意;

二、增加刺激能讓人在簡單的思考活動上反應較迅速。正如我之前說過,當我們在聆賞音樂時,情緒和精神通常會同時起落,讓你兩種好處一次滿足。

目前,我們所探討的是在接受測驗前,聆聽音樂所產生的效應。但要是在你需要思考和專心做某件事,例如唸書或是填報稅單時播放背景音樂的話,又會如何?

 

本文摘自《好聲音的科學:領袖、歌手、演員、律師,為什麼他們的聲音能感動人心?》本事出版,2017 年 10 月出版。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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睡眠不足來杯咖啡?小心!這可能是個惡性循環——《人類文明》
天下文化_96
・2024/06/19 ・2251字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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咖啡因對大腦的影響

咖啡因是一種分子上的模仿大師。人類醒著的每一分鐘,腦中都會不斷增加腺苷(adenosine)這種化學物質,像是沙漏的沙子不斷累積,能夠告訴我們已經醒著多久,且會讓大腦運作逐漸放緩,創造出一種睡眠壓力,讓人體做好入眠的準備。所以醒著 12 個小時到 16 個小時,人就會感受到一種難以抗拒的誘惑,想回臥室躺著進入夢鄉。

然而,咖啡因的分子結構十分類似腺苷,能夠搶先一步與腺苷的受體結合,卻不會活化受體;這樣一來,反而是對這些腺苷受體形成一種化學封鎖。所以,只要你的腦中有大量咖啡因,腺苷就無法與受體結合,難以傳遞正常的訊號咖啡因就是靠著這種藥理作用來抑制睡意,使大腦保持警覺與專注。雖然腺苷依然不斷在大腦中堆積,只不過所發出的訊號就這樣被咖啡因給堵住了。但是,等到身體分解了咖啡因,腺苷就會宛如大壩潰堤,讓人感受到沛不可擋的睏意——這就是可怕的咖啡因崩潰(caffeine crash)。

植物合成咖啡因,原本是做為一種天然的殺蟲劑,避免葉子或種子遭到啃食,甚至還能殺死昆蟲。但奇怪的是,像是包括幾種咖啡類與柑橘類植物在內,有些植物的花蜜也含有咖啡因,花蜜原本該是用來吸引昆蟲授粉的。實驗結果顯示,咖啡因能夠增強蜜蜂的嗅覺學習能力,讓蜜蜂更能記得這些花的氣味,於是不斷回訪這些有著咖啡香氣的花朵。也就是說,這些植物等於是讓蜜蜂吸了興奮劑,引誘它們成為自己忠實的授粉者;可以說,正是咖啡因讓蜜蜂願意不斷嗡嗡嗡上工。

研究顯示,咖啡因是蜜蜂的興奮劑,可以讓他們願意不斷嗡嗡嗡上工。圖/envato

咖啡因的另一個作用是增加依核裡的多巴胺濃度,同時也會提高多巴胺受體的敏感性。這會刺激我們前面提過的中腦邊緣報償路徑,讓人在喝到一杯好茶或咖啡的時候,感受到愉悅的好心情;但也會讓人上癮。人類之所以愛喝咖啡或茶之類的飲料,是因為這能夠刺激大腦、抑制睡意;而且只要一開始喝了,就會因為咖啡因成癮而讓人維持這樣的習慣。於是回過頭來,我們就看到咖啡因對歷史產生了長久的影響。

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在啟蒙時代,咖啡在歐洲咖啡館裡刺激了知識份子的思想與話語;到了不斷變化的工業時代,則是茶讓英國工人階級的身心得以調適。工業革命淘汰了像是編織、打鐵這些傳統工藝,以龐大的機器加以取代。從煤氣燈到電燈泡,各種人造光源讓工廠開始能夠一路運作到深夜。而咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡,維持清醒專注,連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。茶裡面加的糖也能提供熱量,讓人在長時間的輪班期間維持體力。咖啡因就這樣將工人變成了更好的零件,更能配合那些永遠不知疲倦為何物的鋼鐵機器。

〔附注:出於類似的原因,戰爭時期的軍隊也會運用各種精神藥物。像是希特勒速度驚人的閃電戰,先是在 1939 年 9 月橫掃波蘭,接著在 1940 年初攻下法國與比利時。這一方面靠的當然是德意志國防軍裝甲師的機動性,坦克既配備了無線電裝置用於協調,還能得到德意志空軍轟炸機的空中支援。但另一方面,這項成功的背後還有另一項技術的支援:靠著合成興奮劑「甲基安非他命」(methamphetamine,分子結構類似腎上腺素),德軍能夠戰得更猛更久,而不會感覺精神倦怠或身體疲勞。安非他命的化學作用讓人進入高度警覺狀態,也大大提升了自信與攻擊性。閃電戰的成功,靠的其實也是部隊嗑了藥。就連希特勒本人也同時混打多種藥物(古柯鹼、甲基安非他命、睪固酮),提供作戰指揮時的體力。〕

咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡,維持清醒專注,連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。圖/envato

所以講到工業革命,工廠與磨坊的動力靠的是蒸汽機,但如果是操作機器的工人,靠的燃料就是東印度公司帶來的茶葉、加上來自西印度群島的糖。於是,茶的歷史深深植根於對勞工的剝削——從印度的茶園、加勒比海的甘蔗栽培園、再到英國的工廠,都壓榨著這些工人所有清醒的時分。

如今,若想要控制我們的睡眠清醒週期(sleep-wake cycle),咖啡因仍然是一項重要工具。這個科技社會的步調太過急促,不允許我們被動順應自己的生物時鐘,得主動加以調整,適應數位時鐘的要求。而很多人靠的就是自行攝取咖啡因,在每天上班途中把自己叫醒、讓自己能在辦公桌前熬夜趕工,或是在長途飛行後,把生理時鐘同步到新的時區。很多咖啡因成癮者都能自己調整這種藥物的劑量,一方面巧妙發揮咖啡因的正面作用,讓自己更能面對現代世界對專注力的需求,另一方面也能避免過度攝入造成的負面作用,像是焦躁不安、心跳加速、胃部不適。

然而,咖啡因雖然讓我們得以抑制大腦發出的睡意訊號,卻也成了現代人常常睡眠不足的一大主因。咖啡和茶就這樣和人類玩著兩面手法:我們喝咖啡和茶,是為了緩解長期的嗜睡;但造成這種情形的元凶也正是咖啡因。事實上,我們早上會想趕快來杯咖啡,讓腦子清醒一點、或是提振精神,很多時候其實是在緩解一夜難眠的戒斷症狀。

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——本文摘自《人類文明:生物機制如何塑造世界史》,2024 年 05 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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快樂的事物令人上癮?為什麼多巴胺讓你成「癮」?——《人類文明》
天下文化_96
・2024/06/18 ・2126字 ・閱讀時間約 4 分鐘

多巴胺與大腦的愉悅中心

腦幹是大腦最早演化出的區域之一,也是連結脊髓的關鍵。腦幹頂部有一組稱為腹側被蓋(ventral tegmentum)的神經元,而大腦中有一個控制行為的區域,稱為依核(nucleus accumbens),腹側被蓋與依核的溝通,是透過一群會釋放多巴胺的神經元,稱為中腦邊緣路徑(mesolimbic pathway);雖然這些神經元只占了大腦所有神經細胞的一小部分(不到 0.001%),卻對激勵人類生存與繁殖的行為至為關鍵。

人吃東西、解渴或做愛的時候,都會讓中腦邊緣路徑釋放多巴胺。而且觀看、甚至只是去想些色色的事情,就足以刺激多巴胺的分泌。某些讓人覺得心滿意足的事,例如第一章〈文明背後的軟體〉談過的復仇、或是打電玩獲勝,也能刺激我們的多巴胺系統。

人腦接收到這些報償訊號,就會感覺愉悅,因此常有人說多巴胺是大腦裡的快樂物質。在動物界,不是只有人類具備這樣的多巴胺釋放機制。所有哺乳動物都有這樣的中腦邊緣報償路徑,可說是大腦運作最古老而基本的其中一項功能。事實上,整個動物界都很常看到這種用多巴胺或相關神經傳遞物質,來影響行為的系統。

人類遇到快樂的事,中腦邊緣路徑就會大量分泌多巴胺。為了讓我們順利生存,大腦就會想去重複那些上次啟動多巴胺系統的行為,並避開那些曾經抑制多巴胺系統的舉動。圖/envato

只要遇上對人有利的情形,例如有吃有喝,或特別是意外之喜,中腦邊緣路徑就會大量分泌多巴胺;相對的,遇上對人不利的情形,例如接受到負面經驗,或是沒有得到預期的報酬,則會讓多巴胺濃度下降。所以,為了調整人類行為,好讓我們在自然棲地成功生存,大腦就會讓我們想去重複那些上次啟動多巴胺系統的行為,並避開那些曾經抑制多巴胺系統的舉動。所以,這套關於快樂與報償的神經化學系統,其實也就是一套關於學習的神經化學系統。

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這條多巴胺路徑也連結了腹側被蓋與前額葉皮質;前額葉皮質是大腦前側一個有皺摺的區域,人類的這個區域明顯大於其他動物。前額葉皮質掌管各種高階的「執行」功能,例如對特定目標做出決策與規劃,因此也同樣受到多巴胺報償系統的控制。

這套由多巴胺引導的機制,很有效的讓人類表現出有利於在自然界生存的行為。然而,等到人類發現可以用其他方式(也就是各種藥物)來刺激這套機制,目的並不是為了生存,那就開始出問題了。酒精、咖啡因、尼古丁、鴉片,這四種藥物會有效讓人腦的報償系統出現短路,引誘中腦邊緣路徑釋放多巴胺(或是抑制多巴胺的消退、又或是讓神經元表面的受體更加敏感),於是讓人感受到愉悅、甚至是狂喜,強度遠遠超出自然界能給人的快樂。然而,相較於像是「進食」這種自然觸發多巴胺的因素,由這些藥物產生的愉悅永遠不會讓人覺得已經滿足。

這些藥物會在中腦邊緣路徑產生錯誤的訊號,讓人誤以為這種行為大大有益於生存繁衍,於是推動學習機制,重新設計大腦的連線,來反覆追求這些行為。人的癮頭正是由此而生,讓人產生渴望與強迫的行為,追求立刻就要得到的滿足感,不像是在自然世界當中,總得付出一些代價(例如花時間狩獵),才能得到多巴胺的報償。

人類現在可能也困在成癮的快樂陷阱裡。圖/envato

科學家曾在 1950 年代做過實驗,以手術將電極植入大鼠的大腦深處,讓大鼠只要每次按下某個開關,就能刺激依核。結果發現大鼠開始出現強迫性按開關的行為,每小時高達兩千次。牠們不喝水、不吃飯、不睡覺,不做任何正常的行為,就只為了讓自己不斷感受那純粹的歡愉,直到最後不支倒地。

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可悲的是,人類現在可能也困在類似的陷阱裡,只不過並不是有個電極埋在大腦裡直接發出刺激,而是有些化學物質同樣瞄準了提供報償的中腦邊緣路徑。更糟的是,原本的天然植物產品現在還能提煉濃縮,甚至用化學手法提升效力,像是從鴉片原料合成海洛因(heroin)。比起過去口服的方式,現在透過口吸、鼻吸、甚至是直接注射到血管裡,就會讓活性物質更快對大腦發送一波衝擊,不但讓人更為狂喜,也讓人更容易成癮。

由於多巴胺系統會重新校正,經過幾次感受到重大報償後,多巴胺的釋放還是會回到基本水準。這稱為對藥物的習慣化,也是因此,才讓癮君子(不管習慣化的是咖啡因、還是古柯鹼)總會需要愈來愈高的劑量,才能感受到原本的興奮程度。正如神經內分泌學家薩波斯基(Robert Sapolsky)所言:「昨天還覺得是意想不到的快感,到今天就覺得理所當然,再到明天還會覺得怎可以此為滿。」於是不用多久,藥物曾經能夠帶來的愉悅就這樣消逝不再,繼續用藥只是為了避免戒斷時的種種不適。到頭來,這幾種藥物極有效的侵入大腦,劫持了原本能夠調整行為以利生存的報償系統,藥物濫用也成了人類普遍的弱點。

——本文摘自《人類文明:生物機制如何塑造世界史》,2024 年 05 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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