嗝很大的波霎

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。

本文由 國立臺灣師範大學 委託，泛科學企劃執行。 

先前我們介紹了多位為通信科技發展做出貢獻的科學家。現在，我們要深入探討無線通信的技術層面。

無線通信，顧名思義不像傳統的電話或電報那樣需要一條實體的線路來傳遞信號。但這些信號並非憑空傳遞，它們依賴的正是電磁波。

電磁波在現代社會無處不在，從微波爐、手機到基地台，這些設備都會發射電磁波。但其實即使沒有這些科技裝置，電磁波依然存在於我們周圍。什麼意思呢？答案就是：當我們白天走到戶外，看到的光，它其實也是電磁波的一種。

希望大家掌握了這些電磁波、頻帶、頻寬等基礎知識後，未來在閱讀相關的電信新聞時更加了解他們提到的術語，以及各種縮寫。以後無論是科技發展的動態還是市場新技術，都能更有概念地理解。

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參考資料

• 光到底跑多快？ NASA 科學家自製動畫告訴你
• 台灣 5G 頻譜拍賣塵埃落定：1421 億新台幣，電信商沒有贏家

宇宙中有一種高級的燈塔，叫做脈衝星(波霎)。它是質地緊密的中子星，以旋轉軸為中心每秒多次快速旋轉，朝太空幅射出電波和伽馬射線。最近，馬克斯-普朗克太空物理學研究所巧妙運用數據分析法，從費米伽瑪射線太空望遠鏡（Fermi Gamma-ray Space Telescope，以下簡稱”Fermi” 望遠鏡）的資料庫中撈出一個非常特殊的伽瑪射線脈衝星。這顆名叫J1838 – 0537的脈衝星很年輕，在電波頻段無訊號，它在受觀測期間曾發出一次很強的頻率突變(glitch)，這是有史以來在「只幅射出伽瑪射線」這類罕見的脈衝星當中所觀測到的最強的一次頻率突變。

只幅射出伽瑪射線的「純」伽瑪射線脈衝星，由於在天空中的位置、自旋週期的長短、本身隨時間經過所發生的變化等各種未知情況和因素使然，讓想辨識它的天文研究人員經歷到困難重重，只能由Fermi望遠鏡的巡天觀測的原始資料來判斷脈衝星在天空中的大約位置，像在一片漆黑的汪洋大海中檢查前述特性各種組態，花掉很驚人而大量的計算時間。然而在此之前，要想推估出伽瑪射線光子是在何時抵達探測器的隱性規律，這卻是唯一的途徑。

遇上這種費時的計算需求，就連高效能的電腦也很快就山窮水盡，因此，研究員念頭一轉，動用到當初設計用來處理「重力波」資料分析的演算法，藉以協助實現Fermi資料搜尋。新的演算法經過優化(optimize)處理，有了它的協助，很多先前掉失的訊號因此就又被找了回來。2011年11月，「愛因斯坦研究所」團隊（Albert Einstein Institute，簡稱AEI）就一口氣公佈了達9個之多的伽瑪射線脈衝星，全都是因為使用經過優化的演算法才找到的「漏網之魚」。現在這種方法再次幫助該團隊取得重大發現。

新發現的脈衝星位置在靠近盾牌座方向，按天球座標命名，名叫J1838-0537。年齡5千歲，是很年輕的脈衝星。每秒約自旋7次。研究人員在發現它之後，很驚訝的又發現，這顆脈衝星是在2009年以前才看得到的，2009年之後它就突然消失了。

經過很複雜的對比分析後，研究團隊得知，原來J1838-0537這顆脈衝星並未真的消失，只不過，在經過「頻率突變」(glitch)後，它的轉速比先前快了3,800萬分之一秒，這是個微小到幾乎可以忽略的變化，但是以伽瑪射線脈衝星而言，這卻已經是他們曾經量測到的最大一次頻率突變。並且這個突變還有一些後續的影響。

研究人員表示，「如果忽略不計這個突然冒出來的頻率突變，8小時後，我們的計算將完全丟失脈衝星的自旋，Fermi上所裝載的探測器將無法確知伽瑪射線光子抵達的自旋相位為何，中子星的所謂「閃爍」效應也將因而消失。」不過，要是研究人員的計算裡，將頻率突變考慮進去，並且修正自旋的變化值，這顆脈衝星就能再次從觀測數據中現出蹤影了。

頻率突變從許多年輕脈衝星身上都可觀測得到，但確切原因不明。天文學家認為發生在中子星地殼上的「星震」，或發生在恆星內部超流體與地殼間的相互作用可能可以為這個現象提供一個好的解釋。研究人員表示，這次偵測到的這個強大的脈衝星glitch(頻率突變)，將有助於他們更了解這些極緻密天體的內部結構。

在從Fermi的數據資料中取得上述發現後，研究人員隨後又將一座位於美國維吉尼亞州的綠堤電波望遠鏡指向了這個伽瑪射線脈衝星所在的位置。在近2小時觀察，並進一步分析了早先一次一個小時的觀測結果之後，發現在電波頻段內並未顯示任何有規律性的脈動輻射，因此他們確認，J1838 – 0537是一顆罕見的「純」伽瑪射線脈衝星。

雖然在電波波段無訊號顯示，觀測結果卻與主要觀測一些從太空深處幅射出極高能量伽瑪射線的H.E.S.S. 的觀測結果明顯重疊。(H.E.S.S. 是High Energy Stereoscopic System：高能立體系統的簡寫)，在與H.E.S.S.天文學家攜手合作的一次搜查中，曾在新發現的脈衝星附近，偵測到輻射源的延伸，但仍未能澄清其性質。

這顆脈衝星的發現表示H.E.S.S.所偵測到的伽瑪射線源為一「脈衝星風星雲」。星雲是由以近光速的速度運動的粒子所產生的，它在脈衝星極強的磁場中獲得加速。由於目前脈衝星的確切位置已知，所以H.E.S.S.未來可以考慮在這個星區裡進行一些更精確的測量。

目前為止，愛因斯坦研究所的ATLAS集叢已協助發現了10顆前所未知的伽瑪射線脈衝星，目前研究團隊還動員了更多計算力加入他們的行列。自2011年8月以來，Einstein @ Home計劃已為伽瑪射線巡天搜索計畫貢獻了很大的分散式計算力，甚至比ATLAS集叢的計算能力還高10倍，該研究所的研究員Bruce Allen認為未來在Fermi資料中「找到更不尋常的伽瑪射線脈衝星」的機會為「非常樂觀」。目前他們已將搜索目標擴大，其中之一是，能發現旋轉得更快速、週期在毫秒範圍內的伽瑪射線脈衝星。(Lauren譯）

關於本篇文章中出現的幾個名詞

脈衝星（Pulsar）: 是一種因超新星爆發而產生的緊密中子星，強磁場使它們幅射出電波和伽瑪射線，持續快速地自旋。有宇宙中的燈塔之稱。如果掃射出的輻射方向是朝向地球，這顆中子星看起來就會像一顆脈衝星。並非所有脈衝星都會有訊號同時出現在一種以上的波段中。有時偵測到的是電波脈衝星，因為只有電波訊號。有時後只週期性地偵測到伽瑪射線光子，那它就是伽瑪射線脈衝星。為什麼脈衝星有不同種類？最有可能的原因就是，中子星極強磁場所形成的發射區是朝向不同的方向。

令脈衝星更蒙神秘者還不僅止於此而已，在脈衝星年輕時期，它的旋轉持續卻不規律，譬如突如其來的「頻率突變」會對它的規律性造成干擾。只有5%的脈衝星具有這種頻率突變的現象。當頻率突變發生時，中子星旋轉會突然變快，隨之緩慢減速、於數週後回歸到舊的自旋週期。造成這種現象的原因還不清楚，不過精確的測量到這些頻率突變，必能幫助我們更多認識這種緻密的天體。

目前為止，天文學家大多是在電波波段中發現到脈衝星，如今因為Fermi望遠鏡的緣故，發現到的伽瑪射線脈衝星數量也越來越多。Fermi衛星從2008年開始在伽瑪射線波段透過大面積伽瑪射線望遠鏡(LAT: Large Area Telescope)觀測宇宙，發現了數以百計的新伽瑪射線發射源，其中許多都是前所未知的新脈衝星。

資料分析Data analysis:

對重力波探測器所取得的資料從事分析時，科學家必須倚賴非常有效率的演算法和高階運算能力，為什麼重力波的資料分析工作這麼特別？因為如果以目前的測量精確度來說的話，重力波訊號的強度幾乎和背景雜訊差不多，很微弱。

在LIGO-Virgo科學合作計畫(簡稱LVC)中，德英兩國合作的GEO600偵測儀也是合作項目的一部份，所有偵測所得的資料都會共同存檔，以供後續分析使用。單是一份資料檔案的大小就有500TB，總共有好幾份是儲存在多個不同的電腦集叢。偵測器網路一開始運轉時，每1秒鐘都會多產生出1MB的資料。

資料分析有好幾步驟，首先是在大面積的天空中巡天掃瞄、取得訊號，當某一方向出現特殊訊號時，再透過特殊運算法進一步以較窄而密的搜尋網格仔細探索該區，這意味著要花更多的運算時間。如果訊號得到證實，科學家們就會繼續分析時間特徵，例如，檢查它是否可以被分配到一個特定的脈衝星的週期。AEI研究所的科學家已修改演算法使它可用來搜尋一些重力波的持續來源，並且還成功地用它來尋找存在於Fermi數據中的伽瑪射線脈衝星。

Einstein@Home:這個計畫號召全球網民自願地將家用或辦公室電腦加入雲端計算，用雲端的威力來處理分析大量天文觀測數據。目前已經有32萬人參與。自2005年以來， Einstein @ Home一直在幫忙LVC科學合作計劃尋找重力波資料。

從2009年3月開始，Einstein@Home開始參與幫忙波多黎各的阿雷西博天文台和澳大利亞的Parkes天文台在觀測資料中尋找電波脈衝星，第一顆由Einstein@Home計劃找到的電波脈衝星於2010年8月找到，之後這個全球電腦網路系統又找到了40個新的電波脈衝星，2011年8月起協助Fermi衛星搜尋伽瑪射線脈衝星，「毫秒脈衝星」這種只在伽瑪射線波段能找得到的脈衝星也名列在它的搜尋目標之中。

圖１: 伽瑪射線脈衝星是一種結構緊密的中子星，在其極強的磁場中，帶電粒子被加速到相對論性速度（註：「相對論性速度」指的是運動速度與光速相近）。圖中可看得出在此過程中產生的伽瑪射線輻射區域（紫色），遠超過了中子星表面以外很遠的地方。從磁極發射出來的電波（綠色）呈錐形。又因為自旋環掃所經過的區域正好與地球視線方向一致，所以對一名地球上的觀測者來說，看來，脈衝星就像是定期在天空中閃爍著光芒的一座宇宙燈塔。

動畫來源http://www.nasa.gov/mov/600703main_07_Pablo_Pulsar_Animation.mov, Credits: NASA/Fermi/Cruz de Wilde

資料來源：中研院天文網[2012.08.09]

轉載自台北天文館之網路天文館網站