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睡著還能繼續飛?一探鳥類世界的奧秘!──《噢!原來如此 有趣的鳥類學》

麥浩斯
・2020/11/19 ・1716字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 429 ・四年級

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感知味道的味覺

小鳥可以感覺食物「好不好吃」嗎?當然可以,只是沒有那麼敏感。鳥類和我們人類一樣有化學物質的受器「味蕾」,通常是 300 個左右,人類大約是 1 萬個,但鳥類的味蕾不是長在舌頭上,而是在鳥喙內部,或是在口腔深處。

一般來說,味覺是保護自己的重要功能,不只是要判斷口中的食物「好不好吃」,更是要判斷「能不能吃」,遇到可能危害健康的食物,就要趕緊吐出來,否則吞下肚就來不及了。因此,當小鳥把某些「難吃」的昆蟲或果實吐出來,就是在保護自己。這和我們吃到過度刺激的食物一樣(例如太辣、太鹹或太甜),都會讓你有種想要馬上吐出來的衝動。

有趣的是,有些小鳥還真的會瞬間就把食物吞下去了,這樣一來,吃到危險的食物怎麼辦?也許,鳥類的味覺反應很快,或是食物入口前就先好好判斷能不能吃,而先觀察同伴的反應也是方法之一。

例如,大山雀看到同伴吃下某個食物覺得難吃而吐掉、甩頭等踩到雷的反應後,有 32% 的大山雀會學習到那個食物似乎不太妙,而選擇吃別的食物。這樣的學習行為除了保護自己,也可能影響同伴的覓食行為。

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辨別氣味的嗅覺

要填飽肚子,除了利用眼睛尋找獵物、仔細聽出獵物的動靜,有一些鳥類擁有敏銳的嗅覺,是用聞的方式找食物!

如紐西蘭的國鳥鷸鴕,因為無法飛行、視力也不好,夜行性的牠們靠鳥喙前端的鼻孔在土壤和落葉間嗅聞蟲的氣味,地表下 3 公分的蚯蚓也聞得到;吃屍體的紅頭美洲鷲,即使在天上飛也能聞到森林裡被落葉覆蓋的腐肉;一些嗅覺沒那麼敏銳的黑美洲鷲等鳥類還會尾隨紅頭美洲鷲去找食物。另外,海燕、信天翁等海鳥,在汪洋大海上也是依靠敏銳的嗅覺尋找食物,漂泊信天翁甚至從 20 公里外就可以聞到氣味。

而藍鸌即使在一片漆黑的環境下,也可以透過氣味找到自己位於海邊的地下巢洞,甚至還能分辨出自己蛋的氣味。這些嗅覺敏銳的鳥種,位於前腦裡負責感知嗅覺的嗅球也比一般鳥類大得多!

不只如此,鳥類整理羽毛時,會用尾羽基部尾脂腺分泌的油脂塗抹全身羽毛。尾脂腺中有各種細菌,產生不同的氣味混合後形成自己的氣味,如果菌相改變,油脂塗抹到羽毛後,身上的氣味也將跟著改變,甚至會影響配偶的選擇。

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半睡半醒的睡眠

跟大部分的動物一樣,鳥類也需要睡眠。厲害的是,牠們可以半睡半醒,讓一側的腦半球休息,另一側的腦半球仍然保持運作!

鴨子在睡覺時,可以睜著一隻眼睛注意天敵;軍艦鳥也可以讓一側腦半球保持清醒、另一側腦半球休息打盹,在海上連續飛 2 個月不落地;普通雨燕甚至可以在天上飛行超過 10 個月,不只睡覺,連吃喝拉撒還有交配都可以邊飛邊完成。

有些鳥類在夜晚睡覺時,因為無法覓食且環境溫度降低,會進入類似冬眠的省電模式,稱為「螫伏」(torpor),透過降低體溫及代謝速度,減緩能量的需求及消耗。例如蜂鳥的體溫從白天約 40°C,到夜晚「螫伏」狀態時可以降至 20°C;心跳則從每分鐘超過 1,000 次,降到 48 至 180 次。進入「螫伏」狀態的蜂鳥,早上醒來後也需要比較多時間暖機。

──本文摘自《噢!原來如此 有趣的鳥類學》麥浩斯出版,2020 年 10 月 22 日
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麥浩斯
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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鑑識故事系列:Mark Bonnstetter 夢遊無罪
胡中行_96
・2023/11/27 ・3069字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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睡覺的時候,感覺有人手伸入她的睡褲,輕撫腹部。[1, 2]女子睜開雙眼。輕聲喚不醒身旁的男友,轉而大叫他起來開燈。突然亮起的光線下,一個約莫 178 公分高,85 公斤重的男人,站在床尾,自稱是對面鄰居。[1]

非當事人。圖/Adi Goldstein on Unsplash

感恩節週末

2006 年,38 歲的 Mark Bonnstetter 跟著懷孕的太太回娘家,[1, 2]期間第 3 個小孩誕生。全家多待一週後,[1]只有於東伊利諾大學(Eastern Illinois University)擔任首席運動傷害防護員的他,[1, 3]因為工作而提前在感恩節週末,回到伊利諾州 Charleston 市的 Woodfield 巷。[1, 2]返鄉過節的左右鄰居趁便請託,要他每日代為開燈,佯裝屋主在家,以防宵小。[1]

11 月 25 日那天,[1, 2, 4]Bonnstetter 晚上 6 到 9 點要工作。假期夜間照顧孩子,害他缺乏睡眠,還未及補足。逼得 Bonnstetter 早餐喝 2 杯咖啡;9 到 11 點再 2 杯;下午飲用 2 瓶 Diet Cokes;上班時又灌了大量 Diet Pepsi,好不容易才撐到收工。回到家即便不早,他仍記得幫忙鄰居點燈。終於就寢,卻沒睡好。凌晨 3 點醒來,睡著之後,又被聲音吵醒。[1]

循著噪音的源頭,Bonnstetter 望向窗外:對面沒有請他看家的那戶,燈亮著,前門微開。心懷守望相助的責任感,Bonnstetter 前去查勘。進入屋內,巡過一個又一個房間,關掉廚房的燈,再往主臥室走…。[1]

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他聽到女性微弱的說話聲,變成喊叫。房裡的燈光,瞬時明亮。Bonnstetter 被請離,走著、走著,流連於廚房。女子不得不親自把人領到門口,再目送他跨過馬路返家。Bonnstetter 躺回床上,一覺天光。醒來後,整個過程忘得乾淨,照常出門上班。另一邊,女子的母親回來,聽說此事,通報警方。[1]

夢遊病史

Bonnstetter 跟他哥,童年時共睡一房。除了爸媽之外,兩人也是彼此夢遊(parasomnia;sleepwalking)的目擊者。[1]兒童夢遊的人口比例,較成年人高:學齡前約有 1%;學童則為 2% 左右。發生的頻率,通常一週幾次。少數成人受藥物或酒精影響,抑或是睡眠品質不佳時,也會夢遊。[5]Bonnstetter 雖然沒酗酒,但是妻子與岳父母,卻不時見他在夜間晃蕩。有一回到外地參加體育賽事,住同個旅館房間的醫師,發現 Bonnstetter 迷糊地邊走邊咕噥。安全起見,還特別知會當地警方。[1]

以往頂多是在屋裡「巡邏」,或探查窗外情況,Bonnstetter 的動機似乎出於保護家人,避免他們被不存在的危險傷害。這算是成人夢遊的典型之一。[1]眼神呆滯地四處走動之餘,有些人還會執行複雜的動作,像是進食、說話或者操作機器。[6]Bonnstetter 就偶爾會無厘頭地搬弄物品,例如:溫柔地把時鐘擺在嬰兒床上。過去不管是哪種情形,結果都無傷大雅。然而感恩節的意外,竟破天荒地鬧成了刑事案件。[1]

逮捕、起訴

11 月 28 日,Bonnstetter 遭警察逮捕。[2]他放棄保持緘默的權利,反覆否認性侵,只想向受害者致歉。原以為基於先前醫師通報的夢遊紀錄,警方能理解並放人,[1]沒想到 12 月 11 日 Bonnstetter 還是被起訴了。[2]據說罪名包括非法入侵、性侵,以及蓄意強姦未遂。[1]另一說是沒有被控性侵,但加上侵入竊盜。[4]

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睡眠檢查

Bonnstetter 的律師建議他做睡眠檢查(polysomnography;sleep study)。[1, 2]廣義來說,涵蓋睡覺時的腦波、血氧、心律、呼吸,以及眼睛和腿的活動等;[7]而這裡大概會著重能提出證據的項目。Bonnstetter 最先拜訪的睡眠實驗室,聽說官司進行中,便拒絕了。於是,他改去若許大學醫療中心(Rush University Medical Center),找專治睡眠障礙的神經科醫師和心理師。[1]

2007 年 8 月 16 日的檢查報告,指出 Bonnstetter 罹患輕微的姿勢阻塞型睡眠呼吸中止症候群(positional obstructive sleep apnoea syndrome),[1]也就是躺著比較吸不到氣,側睡會好得多。[8]隔天計劃要再現出事那天的條件,攝取過多咖啡因,然後觀察睡眠。然而,這種作法須要大學研究委員會核可,訴訟在即,Bonnstetter 跟太太絕不能等。[1]

夢遊的條件

該醫療中心,受辯護律師委託出庭作證的 Rosalind Cartwright 醫師,手邊數據不足,只好拿既有資料,比對診斷標準。[1]睡眠有 4 個階段,前 3 個從 N1 到 N3,為非快速動眼期(non-rapid eye movement cycle;NREM);末了的則是快速動眼期(rapid eye movement;REM)。[9, 10]一般人每晚會以 N1、N2、N3、N2、REM 的順序,重複 4 至 5 輪。[9]典型的夢遊,起始於剛入睡的幾小時,即非快速動眼期的N3。[6, 9]Bonnstetter 不確定意外當天何時就寢,僅從下班時間和幫鄰居點燈等,估計應該是午夜。他可能3點和之後各醒來一次。而根據被害人的說法,Bonnstetter 約莫於早上 4 點半至 5 點之間,擅闖民宅。由此或許能勉強推測,事發時間在第二輪的非快速動眼期。[1]

為求更精確的診斷,Bonnstetter 睡眠檢查的光碟,被送往史丹佛大學(Stanford University)。該校以Christian Guilleminault 為首的 3 名醫師,於 2008 年 3 月 3 日的報告裡,寫道Bonnstetter整晚的第一輪非快速動眼期,腦部慢波活動較一般的平均值低。文獻指出,若再加上下列兩個條件,就有可能導致夢遊:[1]

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  1. 之前的睡眠剝奪,讓現在更需要慢波睡眠(slow-wave sleep)[1]也就是非快速動眼期的 N3[9]的確,感恩節那幾天,Bonnstetter 沒睡飽,迫切渴求補眠。[1]
  2. 有某個同步的刺激,提升從慢波睡眠醒來的機會。事發前 Bonnstetter 在 14 個鐘頭內,攝取 826 毫克的咖啡因。咖啡因會阻斷腺苷受器(adenosine receptors),睡眠剝奪後,緩慢接收 600 毫克,就足以促進清醒。甚至有研究認為,夢遊時的暴力行為,跟過量的咖啡因有關。好在他敦親睦鄰,沒有大打出手。至於輕微的睡眠呼吸中止症候群,也是會使他醒來的原因之一。[1]

除此之外,Bonnstetter 在非快速動眼期,睡睡醒醒的循環交替異常頻繁,是夢遊者典型的症狀之一。[1]

無罪釋放

2007年初,東伊利諾大學的實習刊物《每日東部新聞》(The Daily Eastern News),質疑 Bonnstetter 何以持續任職,還討論他是否曾與運動員單獨接觸。文章內容鉅細靡遺,不僅有律師和學校多位主管的名字,連被告與受害者的完整住址,都寫得一清二楚。[2]想必在校內及附近社區,掀起軒然大波。

2008 年 10 月 24 至 27 日,案件開庭。[1, 11]辯護律師以圖表說明,夢遊者跟正常人在非快速動眼期的慢波差異。陪審團專注聆聽,Bonnstetter如何意識矇矓地誤闖民宅。檢察官則以Bonnstetter在燈亮後,還能自我介紹為由,駁斥此番論述。律師隨即強調夢遊後的失憶,證明被告當時的精神狀態不佳。雙方一來一往,嚴密攻防。[1]26日《每日東部新聞》立場轉變,大量引用Rosalind Cartwright醫師等專家證人的說法,解釋夢遊的可能性。[4]27日,陪審團採信醫學證據,在傍晚6點做出無罪判定。[11]

洗清冤屈的Bonnstetter,後來繼續在原部門服務,並逐步升遷。[3]Rosalind Cartwright和Christian Guilleminault醫師,則於2013年7月的《臨床睡眠醫學期刊》(Journal of Clinical Sleep Medicine)上,介紹此案背後的學理根據。[1]

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參考資料

  1. Cartwright RD, Guilleminault C. (2013) ‘Defending sleepwalkers with science and an illustrative case’. Journal of Clinical Sleep Medicine, 9(7):721-6.
  2. Daniels M. (12 JAN 2007) ‘Bonnstetter working despite charges’. The Daily Eastern News, Eastern Illinois University, U.S.
  3. Mark Bonnstetter’. The Eastern Illinois Panthers, Eastern Illinois University, U.S. (Accessed on 14 NOV 2023)
  4. Di Benedetto S. (26 OCT 2008) ‘Doctor says Bonnstetter was likely sleepwalking’. The Daily Eastern News, Eastern Illinois University, U.S.
  5. Parasomnias: Sleepwalking’. Johns Hopkins Medicine. (Accessed on 15 NOV 2023)
  6. American Psychological Association. ‘Sleepwalking Disorder’. APA Dictionary of Psychology. (Accessed on 15 NOV 2023)
  7. Polysomnography (sleep study)’. (17 FEB 2023) Mayo Clinic.
  8. Srijithesh PR, Aghoram R, Goel A, et al. (2019) ‘Positional therapy for obstructive sleep apnoea’. Cochrane Database Systematic Review, 5(5):CD010990.
  9. Patel AK, Reddy V, Shumway KR, et al. (07 SEP 2022) ‘Physiology, Sleep Stages’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  10. Newsome R, Singh A. (15 May 2023) ‘Slow-Wave Sleep’. Sleep Foundation.
  11. Mellendorf K. (27 OCT 2008) ‘Bonnstetter found not guilty’. The Daily Eastern News, Eastern Illinois University, U.S.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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找出品酒的「底層邏輯」——我們的身體如何品出酒品的獨特感受?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/10/27 ・1234字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 財政部國庫署 委託,泛科學企劃執行。

你注意到了嗎?在品酒時,品酒師不會一口乾,而是充分觀察、品嚐後才會下肚。這些動作可不是單純裝模作樣,而是有科學根據的。品酒有五個基本動作:觀察、搖晃、聞、啜飲與漱口、吞嚥,究竟我們的感官跟大腦是怎麼接收酒的訊號呢?

從最簡單的「嗅覺」開始,酒杯湊近口鼻、進入口腔,我們可以聞到「外部」和「內部」的香氣。外部指的就是用鼻子聞到的香氣,是先穿越鼻孔到達嗅上皮組織,形成我們所熟悉的正鼻嗅覺。而內部呢?那些已經在我們嘴巴裡的酒液,會走鼻咽和後鼻孔這條路,最終到達嗅覺粘膜。即使這口酒已經被喝下去,只要輕輕呼口氣,也依然能「聞」到酒味。

圖/giphy

另外,口鼻之間的通道,也就是鼻咽,在吞嚥的過程中會關閉,所以在吞嚥時會有一種「味道好像弱掉了」的錯覺,但其實只是你暫時無法靠鼻間的任何通道呼吸而已。這也是為什麼品酒師會要把酒液含在嘴巴裡漱口,甚至還會打開嘴巴吸一口氣。

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緊接在嗅覺之後的「味覺」,則是重頭戲!食物進到嘴巴,溶解在唾液中,啟動了味覺受器。人類可以透過味蕾的受器感受到「鹹、酸、苦、甜、鮮」五種味道。不過,也有部分的人不喜歡酒的原因,正是因為味覺。美國賓州大學農學院過去研究發現,人體中的苦味受體來自基因 TAS2R13 和 TAS2R38,辣椒素受體則來自基因 TRPV1。因此不同的基因表現,影響著人們對這兩種味道的感受,也決定了他們的攝取喜好。

圖/giphy

講完了嗅覺和味覺,別忘了品酒前的「觀察」。事實上,人們對風味的知覺基礎,來自多重感官的整合。當我們在觀看一杯酒的色澤和濁度時,大腦已經在默默「品嚐」它了。就像是望梅止渴、看到好吃的大餐肚子就先餓了起來。

除上述提到的「身體」感官,其實喝酒的時段、溫度、聲音、順序也會影響我們「心裡」的感受。但話說回來,在品酒前,最重要的應是選擇安全以及衛生的酒品來源,就是要慎選合法的販售業者,並挑選標示內容清晰、完整的酒品。

財政部自 2003 年起委託專業執行機構共同推動「優質酒類認證」制度,從原料、製程、品管、後續追蹤等層層把關,最後通過優質酒類認證技術委員會審查的酒品,才能被授予使用 W 字型認證標誌。因此,選購有 W 認證標誌的優質酒品,可以讓我們在品飲時更加安心!

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 資料來源:財政部國庫署 廣告

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