斯佩里誕辰│ 科學史上的今天：8/20

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

一刀切開大腦的糾葛！

我挺幸運，1970 年代末期身為大學生的我，親眼目睹神經科學邁向主流，舉世聞名的裂腦手術也備受矚目：史培利（Roger Sperry）博士將數名癲癇病人左右腦之間的連結切斷。

我保守一點說好了，他的研究迷得我神魂顛倒。

史培利施以連合帶切開術（commissurotomy），將胼胝體切斷，連結兩個大腦半球之間的近三億條神經軸突纖維束於是斷開，成功防止不正常放電情形波及另一個半腦。

裂腦手術還揭開另一項優勢：葛詹尼加（Michael Gazzaniga）博士對這類病人執行心理實驗，深究胼胝體切斷後、兩半腦分別運作的模式，研究結果斐然。

我這初出茅廬的神經科學家，尤其著迷於這些實驗有如《化身博士》（Strange Case of  Dr. Jekyll and Mr. Hyde）的故事：兩個大腦半球在心理學及解剖學上的能力涇渭分明。顯然兩個半腦中間的連結切斷後，裂腦病人的行為就像是兩個獨特的人格，表現通常背道而馳。

左右腦分開後，會發生什麼事？

部分病人身上，「占據」右腦的人格表現出的意向與行為，會與「占據」左腦的人格恰恰相反。舉例來說，一名男士想用左手（右腦）打老婆，右手（左腦）則同時保護老婆。其他時候顯然也出現相同狀況：他一手使勁拉下褲子，另一手卻同時替自己拉上。

另一名病人剛好是個孩子，則是左右腦言詞不一致。問及人生目標時，他右腦說長大想當賽車手，左腦卻想當製圖師。

還有一位病人提到，她每天早上選衣服時，都要爭鬥一番，左右手好比同極相斥的磁鐵，各有既定喜好，早就描繪好自己當天該穿什麼。她去雜貨店買吃的，兩個半腦想要的食物也天差地別。她手術過後一年多，才有辦法駕馭單一意向，有意識的遏止兩個意見相左的人格在內心激烈交戰。

你讀到這些故事，務必了解，這些經過連合帶切開術的病人在解剖學上和你我的唯一差異，在於我們的兩個大腦半球之間有胼胝體連結，互相溝通。

科學家理解到，以神經解剖學而言，大部分的連合纖維本質屬於抑制性，運作時，訊息是從一個腦半球的某組細胞，跑到另一腦半球對應的那組細胞。兩個腦半球的細胞隨時為活躍狀態，但對應的腦半球細胞群卻是分別處在支配與抑制的狀態。

如此一來，一個腦半球即有能力抑制另一個腦半球對應的細胞群，支配特定細胞群的功能。例如，我們專心聽某人所說的詞彙及意義時(左腦)，比較不會專注於對方的語調變化或情緒內容（右腦）—— 但這反而是對方真正打算溝通的事情，反之亦然。譬如，有沒有人曾對你大吼，說你根本沒聽到重點，而你錯愕不已？

既然上天給你一對腦，為何只用一邊呢？

1970 年代和 1980 年代，社會上對裂腦研究的反應有點過於熱烈，著重開發「右腦」或「左腦」的社群課程如雨後春筍冒出，許多學校甚至積極投入，設計出可以刺激一個半腦或兩個半腦的課程。

左腦人及右腦人的刻板印象進入主流：左腦人表現較有條理、準時、注重細節，右腦人點子多、創新、運動發達。

可惜，在大家痴迷左右腦之際，許多家長想讓孩子贏在起跑點，策略卻是讓孩子接觸適合其天賦的課程。沒錯，這合情合理，畢竟家長希望孩子因拿手之事獲得回報。

不過，若家長希望孩子全腦、全方位均衡發展，較完善的方式應該是鼓勵孩子參與自己並不拿手的活動。例如，若孩子具左腦優勢，擅長科學及數學，可以鼓勵他們參加戶外活動，到林間探索與蒐集資料，也可以引導擅長運動及藝術的孩子發揮創意，設計超酷的科展作品，參加衡量某類表現的科學展覽會。

由於過去四十年來，家長只著重激發單個半腦的優勢，造成孩子的能力朝向兩極端發展。目前有些著作及教學技巧專門開發不慣用的腦半球，例如至今仍廣為使用的經典之作《像藝術家一樣思考》（Drawing on the Right Side of the Brain）。

另外，你不必費勁就能發現，行銷人員如何善用策略，瞄準我們對右腦或左腦的偏好。就連電腦作業系統也符合這種分野：一般認為 蘋果產品直指右腦創造力，任何微軟的可笑產品則直指左腦分析力。還記得黑莓機嗎？這機子則是用來讓我的右腦哀哀叫。

• 延伸閱讀：左右腦的理性與感性是真的嗎？兩個腦半球到底是怎麼分工進擊的？──《打破大腦偽科學》

左、右腦獨立運作？這是迷思！

依此種刻板印象推廣的科普知識五花八門，旨在開發左右半腦的潛能。除此之外，也有成山成海的實證科學，清楚描繪左右半腦在解剖學及功能上的差異。

如想知道半世紀以來，科學家在巨觀與微觀方面發現了哪些差異，英國精神科醫師麥基爾克里斯特（Iain McGilchrist）博士的《主人與使者》描寫得深入淺出，亦蒐羅最新的研究內容。

如想了解哈佛精神科醫師如何與左右腦人格合作，協助精神病人復原，不妨閱讀薛佛（Fredric Schiffer）博士的《雙腦革命》，著實教人大長見識；該書甚至敘述了兩個人格有多麼相異：其中一個人格體驗到的疼痛感，另一個人格真的會感覺不到，或是也不會表現出來。

若想知道處理心理健康問題的替代工具，史華茲（Richard Schwartz）博士的內在家族系統值得一試；該模型有助辨識一個人的部分性格，以便互相合作，找出健康的解決之道。上述書籍與工具皆發人深省，可幫助大家知曉大腦的奧祕。

本來左右腦就會持續造就任一經驗時刻的整體經驗，所以我的意思並不是左腦或右腦獨立運作。

現代科技顯示，任何時刻兩個半腦顯然皆會造就神經系統的輸入、經驗與輸出。然而如我先前所述，腦細胞的標準做法，就是支配並抑制對應部位的腦細胞，因此，除非死亡，腦部在任何情況下，都不是全開機或全關機的狀態。

人類的性格，究竟是怎麼被塑造出來的？

想了解大腦運作，自然會提出這問題：「一群腦細胞到底怎麼可能合作打造一種人格？」我可不是第一個提出這問題的人，我也不是第一個經歷腦部創傷、性格大變、創傷細胞復原然後重拾舊迴路、舊技能組合、舊人格特質的人。

不過，我大概是第一位歷經腦部創傷及復原、踏上求解之路的神經解剖學家，率先深入探查自己大腦神經與心理方面的運作模式，並獲得四大人格的獨到見解。

腦細胞是美妙的小生物，形態大小各異，其設計說明了執行特定功能的能力。例如，位在兩個半腦主要聽覺皮質區的神經元具有獨特形狀，能處理聲音資訊；其他連結不同腦部區域的神經元，形狀也適合其功能，運動系統的神經元更不例外。

值得注意的是，從神經解剖學的角度來看，每個人的腦部神經元本身以及互相連結的方式，基本上並無二致。

從結構上來看，每個人的大腦皮質最外層的隆起與溝渠根本一模一樣，而且相像到——如果你腦部特定區域受損，我腦部該區域也受損，那我倆喪失的功能也一模模一樣樣。以運動皮質為例，如果你和我某個半腦的特定細胞群都受損，我們的身體超有可能在同樣的部位癱瘓。

左腦、右腦到底有甚麼差異？

左右半腦固有功能的差異在於，神經元處理資訊時，各有獨特方式。

先說左腦，左腦神經元其實是以線性方式運作：會先接收一個想法，拿這個想法和下一個想法互相比較，接著再拿這些想法的副產物和再下一個想法互相比較。

由此可知，左腦能以次序方式思考。例如，我們知道必須先發動引擎，才能打檔。左腦可是令人嘆為觀止的序列處理器，不僅創造抽象的線性（例如1 + 1 = 2），還為我們展現出時間性，將時間以線性感，分割成過去、現在與未來。

右腦神經元則完全不是用來建立線性次序，反而有如平行處理器，可引進多條資料流，同時顯示單一的複雜經驗時刻。記憶是由兩個腦半球共同創造，右腦則替記憶的創造成果增添深度，豐厚了此時此地的面貌。

儘管許多腦細胞負責執行顯而易見的工作，例如理解語言或呈現視覺，其他神經元卻負責創造想法或情緒。

「模組」這詞就是用來說明哪組神經元和其他神經元互相連結，並以集合體的形式共同運作。我們大腦中的四大人格，即是以特定且獨特的神經元模組運作。

——本文摘自《全腦人生：讓大腦的四大人格合作無間，當個最棒的自己徒》，2022 年 ８ 月，天下文化，未經同意請勿轉載。

在你決定打開臉書，宣告你看到的是粉紅／白，或是灰／綠色之前，想讓你知道：不管你看到甚麼顏色，這都跟你是左腦人或右腦人無關。

什麼？不是都說左腦掌管理性與邏輯，右腦掌管感性與創意嗎？

事實上，左右腦理論從未被神經科學界證實，近來也有許多研究證明了左右腦的運作，根本就不存在這樣明確的分界。左右腦理論可以說是完全過時且沒有科學實證的理論。

左右腦理論的起源

左右腦理論最早可以追溯到大約 1953 年左右，與諾貝爾獎得主羅傑·斯佩里醫師（Roger W. Sperry）的研究有關。我們現在已知人類的大腦有左右大腦半球之外，中間還有相互連結的胼胝體，作為左右大腦溝通的橋樑。但在羅傑·斯佩里醫師的時代，左右大腦半球相互溝通的機制還非常神秘。

當時羅傑·斯佩里醫師相當著迷於 一種叫做「眼間信號轉移」的現象。這個現象會先請受試者將一隻眼睛遮起來，用單眼學會某個新的動作，然後再切換到另外一隻眼睛，受試者一樣能夠立刻學會這個動作。羅傑·斯佩里醫師試著將貓的胼胝體切斷後，並對調了貓的左右視神經，嘗試將貓的眼睛遮起來後，教會貓咪分辨三角形與方形。羅傑·斯佩里醫師發現隨著遮住的眼睛不同，左眼和右眼似乎可以學會完全不同的技能（例如：在一堆三角形中辨識方形，而另外一隻眼睛可以學會在一堆方形中辨識三角形，彼此互不干擾）。

另外羅傑·斯佩里醫師也在這個著名的「裂腦實驗」中，發現切斷胼胝體，也許能夠協助治療癲癇患者。癲癇患者大發作的時候，腦部錯誤的放電，會四處發散，透過胼胝體的傳導，影響另一個大腦半球。羅傑·斯佩里醫師認為，如果提前將患者的胼胝體切斷，自然能阻止電波的傳遞，將電波影響的範圍縮小，控制病情。事後羅傑·斯佩里醫師與他的團隊也做了許多接受裂腦手術的自願者，在語言、運動、感覺等各方面的試驗，徹底改變了人們對於大腦與行為的理解，也因此獲得諾貝爾獎。

雖然這些接受裂腦手術的患者，癲癇的狀況獲得控制，但隨之而來，也產生許多其他的問題。由於缺乏了胼胝體，左右腦無法相互協調。常常會出現「右手在扣釦子，左手在解扣子」的情形。病人的運動、語言等功能更受到無可復原的改變，生活品質大受影響。

而裂腦實驗的結果，也從大腦的不同區域可能有不同功能，到被誤解為「左腦處理語言，右腦處理藝術」，形成左右腦理論，甚至是各種心理測驗等，被瘋狂地在商業、心理、教育等領域過份誇張地渲染，被錯誤地推導成各種未經證實的理論。

• 以語言為例，左右大腦處理語言的區域分布極為複雜，並非完全由左大腦主管。

人類多半時間都是全腦人

近年來，由於影像科技的發展，科學家已經可以透過 fMRI或腦波等工具去探索大腦的功能。結果發現，不僅是語言功能、運動功能甚至是更複雜的創意發想能力、藝術天分等等，幾乎都是左右大腦共同相互協作的結果。無論是在神經科學、心理學或是解剖學等領域，都沒有證據支持左右優勢半腦的說法。沒有誰是完全的左腦人或右腦人，人類多半時間都是「全腦人」。

至於有些人會看到特定顏色組合，有些人甚至可以再這樣的顏色組合中切換，很多時候是眼睛接受顏色、亮度的差異，是因為每個人感知顏色的能力不同、大腦受到周邊環境影響，解釋視覺訊號的結果不同，也跟左右腦的運用沒有關係。

• 本文轉載自作者 Medium 你既不是右腦人，也不是左腦人