壓力大，小鼠也會掉毛髮！科學家找出關鍵的生髮訊號，讓小鼠成功長毛！

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

本文由 蓓麗嘉國際 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳彥諺，皮膚專科陳昱璁醫師

看似無用的頭髮，除了防曬、保暖的功能外，還有外表上的美觀作用。「美觀」雖然乍看之下並不實用，但是，如果生得一張好看的臉，偏偏頂上荒涼，好看的外貌卻極容易因此而消減幾分。

以往在治療禿頭上，有四種主要方法：改善作息、塗抹含有米諾地爾（Minoxidil）成分的生髮水、口服抗雄性禿之藥物、植髮手術。不過，隨著科技進步，科學家們也不斷地探索著新方法！

目前除了上述四種常見方法外，還有另一種安全且可居家執行的療程，是以「低能量雷射療法（LLLT）」來照射頭皮，進而達到讓落髮毛囊重回生長期的方式。

什麼是低能量雷射療法（LLLT）？

低能量雷射療法，全名叫做 Low-Level laser(light) therapy。這是一種運用低功率雷射（通常是紅外線）來治療特定症狀的治療方式。低能量雷射與傳統雷射並不相同，傳統雷射是高能量的雷射，常用單位是瓦特（Watt），大多用在切割或止血等大手術上。然而，低能量雷射是能量較低的雷射，具有安全性外，用途也更加廣泛，常用於減輕疼痛、治癒傷口、神經再生等。

不過，會發現低能量雷射也許能增生毛髮，其實完全是歪打正著的結果，為何會這樣說呢？有個故事小插曲是發生在 1960 年代後期，匈牙利醫生恩德雷・梅斯特（Endre Mester）原本在進行一系列實驗，想證明雷射光到底會不會致癌。

他將小鼠背部毛髮剃光，再使用低功率紅寶石雷射光（694nm）照射，結果，小鼠並沒有因為照射雷射光而得到癌症，出乎他的預料，雷射光的照射，反而改善了小鼠背部剃毛區域的毛髮生長狀況。

這項發現，也引起了學界對於 LLLT 治療禿頭的關注。近年來，實際研究成果中也指出了患有雄性禿症狀的患者，在經過定時定量的低能量雷射照射下，能有效改善部分受試者的禿頭狀況。

雷射光與 LED 的差異

LED 光源就是家裡的省電燈泡，這些燈泡發出的光，波長較雷射光廣泛，也沒有特定方向性，此外由於光波的相位並不統一，會互相干擾影響光波的能量。

雷射光源的產生是來自雷射二極體，通過電流產生光後會在共振腔中共振，產生更多同波長的光。因此，雷射光源的波長較為單一，具有高度指向性，且相位一致，更容易控制能量。而這些性能也反映在價格上，雷射光源每 nW 的成本，更是高於 LED 光源近 100 倍。

皮膚專科陳昱璁醫師表示：「造成落髮常見的因素包括：雄性禿、壓力、產後落髮甚至是打完疫苗或確診後的副作用都有可能引發落髮，目前通過台灣衛福部核准改善落髮的治療方式有生髮水、口服藥、低能量雷射與植髮手術，而低能量雷射的優點是非侵入、無顯著副作用、可居家使用的生髮器材，不過，若雷射波長不同會造成波長干擾，建議民眾使用 650nm 單一雷射光，至於適合用什麼樣的方式治療建議民眾到門診由專業醫師評估。」

在傳統的髮療法當中，皆存在著潛在的副作用風險，比如，使用含米諾地爾的生髮水，有可能會造成頭皮刺激不適，初期使用也可能有掉髮增加的情形，女性也偶有出現臉部多毛症的狀況；而口服藥常見副作用包含性慾減低、勃起異常、不孕等副作用。

陳昱璁醫師也提到：「雷射生髮帽屬醫療器材，若不當使用仍會造成傷害之虞，因此不鼓勵民眾自行購買，若有異常落髮徵兆，建議尋求專業醫師諮詢，才能對症下藥，找到符合自身需求的療程。」

所以頭髮禿禿別害怕！遇到落髮難題，不要遲疑，及早開啟適合的療程，才能盡早回歸頂上的繁榮景象。

※ 以上屬醫療資訊分享，任何療程效果與副作用因人而異，如有需求請以專業醫師建議為主。

憂鬱症及焦慮症是現代社會中常見的精神疾病，導致這些疾病的主因，不外乎聯想到大腦中結構或傳導物質發生異常，以及受到外在因素的刺激（例如家庭突發重大變故、失業、失戀等）。但其實，腸道也是造成這些疾病的兇手之一喔！阿可是……腸道和大腦位置相差這麼遠，怎麼導致疾病？腸道菌還在當中摻一咖？好奇嗎？那就把你的眼球留下來，看完以下各種酷研究吧！

腸道是「第二個大腦」

眾所皆知，大腦的神經細胞數排名第一多（成千上億個），那麼誰是第二名呢？答案是，腸道神經系統（Enteric Nervous System，ENS），想不到吧！這個神經系統的成員包含食道、胃、小腸、大腸裡裡外外的神經網絡，神經細胞數量甚至多於脊髓（脊髓有約一億個神經細胞），而且還不用聽從大腦這個總指揮官的命令，就可以獨立運作。

早在哺乳動物胚胎發育神經系統時期，腸和腦就是從同一個組織——神經脊（neural crest）發育而來的，神經脊分成頭、尾兩側，它的前驅細胞往尾側走，漸漸發育成所謂的腸道神經系統（也稱腹腦），剩下頭側就發育成中樞神經系統（大腦）。

所以別以為你的大腦和腸子是遠房親戚喔，他們其實是兄弟姊妹（？），那他們有聯繫彼此的方式嗎？ㄟˊ還真的有，叫作腸－腦軸線（gut-brain axis），這個線有什麼特別之處？它影響了人體什麼功能？且聽以下說明。

腸-腦軸線是什麼？

腸－腦軸線（gut-brain axis）是腸道與大腦溝通的雙向聯繫管道，但事實上參與此管道的調控者不只有腸子和大腦，裡面還包含各種微生物群（尤其是腸道菌）及肝臟，所以準確來說是菌－腸－肝－腦軸線（microbiota-gut-liver-brain axis）。

如果這條線堪比四通八達的高速公路，這條高速公路可說是連接許多「道路系統」，包含中樞的神經、內分泌、免疫系統，其中也涵蓋負責調節壓力的下視丘-垂體-腎上腺軸（Hypothalamus-Pituitary-Adrenocortical Axis, HPA Axis），沿著高速公路往下走，連接了自律神經系統（交感、副交感、腸神經系統）。

這條高速公路真的是全身走透透，也代表它會影響超多層面的生理機制，許多疾病都跟它搭上線，尤其近年研究發現菌－腸－肝－腦軸線跟精神疾病有著密切連結。如果覺得這個關係太複雜（貴圈太亂），那我們就用以下研究者的角度來理清此網絡調控者們之間的愛恨糾葛吧！

腸道炎如何讓大腦「炎上」？

2021 年 10 月一篇在《科學》 （Science）期刊發表的一篇研究正熱烈探討腸道發炎導致憂鬱、焦慮症的分子調控機制，起初 Simona Lodato 及 Maria Rescigno 等學者們觀察過去研究 ^[1]，發現在加拿大曼尼托巴大學的發炎性腸道疾病患者資料庫（University of Manitoba inflammatory bowel disease database）中，發炎性腸道疾病（Inflammatory bowel disease，IBD，包含潰瘍性腸炎及克隆氏症）患者群中約 4 成的患者出現精神疾病，尤其是焦慮症、憂鬱症及認知能力下降。這不禁讓這群學者們開始好奇，腸道發炎是否會導致這些精神疾病？

從研究結果發現 ^[2]，潰瘍性腸炎的患者們及模擬此一疾病的小鼠們都有受損的腸道血管屏障（gut vascular barrier, GVB），腸道血管屏障可說是連結腸道和肝臟的門衛，負責過濾人體攝取的營養物質，將造成威脅的細菌拒之門外，一旦它壞掉了，便會門戶大開，而在腸道中的外來入侵菌及被召集的免疫細胞軍團們，以及它們所造成發炎反應，便會直搗肝臟，戰火甚至還擴及到了大腦。

不過，大腦內部可不是閒雜人等可以過去的，當腸道發炎時，體內會產生 Wnt／β-catenin 信號提前為大腦通風報信，並關起連接大腦與身體的大門－腦脈絡叢的血管屏障（vascular barrier in the brain choroid plexus, 以下簡稱 PVB），在正常狀態下，這道門是允許 70 kDa 的大分子進入大腦以便大腦能與身體其他地方互通訊息，但基於保護大腦，這道門關閉了！

雖然大腦懂得保護自己是好事，不過相對來講，這一反常態的舉動也造成了後續的損傷。從小鼠實驗的結果來看，關閉 PVB 的小鼠組別相較於正常開啟 PVB 的小鼠組別，他們所表現出的焦慮行為較高，甚至還會產生短期記憶受損。

以上，都是從「現象觀察」至「整體機制」的探討，但是，造成這一切的主使者究竟是誰？把主使者揪出來能改善這一切嗎？好奇的話，就繼續給它看下去！

區區腸道菌，竟可操縱大腦主控權？

我們都知道腸道菌大致分成好菌及壞菌兩種，好菌讓你擁有好的代謝及吸收營養的能力，壞菌讓你便秘、拉肚子樣樣來。不過，這些菌不只掌管消化，他們也會左右人的大腦喔！國立成功大學生理學科暨研究所的吳偉立教授所帶領的研究團隊，也在 ⟪自然⟫（Nature）期刊中發表了一篇關於腸道菌透過調控腦神經元影響社交行為的研究 ^[3]。

他們發現，無論是無菌鼠還是吃了廣效性抗生素的小鼠，當遇到陌生鼠時，他們與陌生鼠的社交互動能力都較一般小鼠低，暗示著微生物菌群可能會影響小鼠的社交能力。

此外，將小鼠的腸道菌移除會活化其特定腦區活動，而這些腦區都與社交能力的反應有關。同時，他們體內的皮質酮 （corticosterone）也較一般小鼠高。上文提及腸-腦軸線涵蓋了下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA Axis），皮質酮 （corticosterone）就是當哺乳類動物感受到壓力時，腎上腺皮質所產生的激素，適量的皮質酮有助於身體在壓力下回復平衡，但是過多的皮質酮就會造成憂鬱症及創傷後心理壓力緊張綜合症等精神疾病。

更值得注意的是，特定的腸道菌群例如糞腸球菌（Enterococcus faecalis）居然能使服用廣效性抗生素的小鼠體內過量的皮質酮恢復至正常水平，甚至恢復社交能力。可見腸道菌的威力不容小覷阿～

除了吳教授的研究，密西根州立大學的神經學家 Rebecca Knickmeyer 也發現，嬰兒體內的腸道菌群差異會影響他們對於新事物感到恐懼的反應 ^{[4, 5]}。恐懼，是人類感受到威脅時所產生出來最直覺的反應，也算是一種警戒、自我保護的表現，但是過度的恐懼就會繁衍成焦慮及憂鬱。

因此學者們想以恐懼反應為指標，測試這些未經世事的嬰兒們在遇到一系列的萬聖節面具時所產生出來的反應，包含臉部表情、聲音、肢體動作、驚嚇反應等都是評分依據。從研究結果發現，整體腸道菌群失衡（某些特定菌種雄霸一方）的嬰兒跟腸道菌群平衡的嬰兒相比，較易表現出對面具的恐懼感。

特別的是，學者們還仔細分析出這些嬰兒中的特定腸道菌的數量會決定恐懼反應的產生。例如降低擬桿菌 （Bacteroides），增加韋榮氏球菌（Veillonella）、戴阿利斯特桿菌（Dialister）、雙歧桿菌 （Bifidobacterium）、乳酸桿菌 （Lactobacillus）及一種未命名的梭菌屬（Clostridiales）的數量都會增加恐懼反應，可見腸道菌的幫派之間也足以搶佔人體的精神主控權。

揭開精神疾病與腸道的秘密連結

綜觀上述研究，相信大家都發現無論從分子調控、生理學、行為學來看，腸道菌群的種類會默默影響著人的精神狀態，而且搭上腸－腦軸這條高速公路，要控制大腦就並非難事啦！所以這也就是所謂蝴蝶效應，可謂牽一「菌」而動全身。

既然腸道菌會影響憂鬱、焦慮症，那麼將來可望透過改善體內腸道菌種來治療精神疾病嗎？一篇發表在《英國醫學期刊》（British Medical Journal）的研究 ^[6] 確實發現透過攝取食物所產生的益生菌能緩解憂鬱和恐慌症症狀，因此未來是否能研發出一種「百憂解」的治療性腸道菌，嗨呀～值得期待一波啦～

1. Bernstein, C N et al. “The prevalence of extraintestinal diseases in inflammatory bowel disease: a population-based study.” The American journal of gastroenterology vol. 96,4 (2001): 1116-22. doi:10.1111/j.1572-0241.2001.03756.x
2. Carloni, Sara et al. “Identification of a choroid plexus vascular barrier closing during intestinal inflammation.” Science (New York, N.Y.) vol. 374,6566 (2021): 439-448. doi:10.1126/science.abc6108
3. Wu, Wei-Li et al. “Microbiota regulate social behaviour via stress response neurons in the brain.” Nature vol. 595,7867 (2021): 409-414. doi:10.1038/s41586-021-03669-y
4. Carlson, Alexander L et al. “Infant gut microbiome composition is associated with non-social fear behavior in a pilot study.” Nature communications vol. 12,1 3294. 2 Jun. 2021, doi:10.1038/s41467-021-23281-y
5. Fear Response in Babies May Be Shaped by Their Gut Microbiome, Study Reveals
6. Noonan, Sanjay et al. “Food & mood: a review of supplementary prebiotic and probiotic interventions in the treatment of anxiety and depression in adults.” BMJ nutrition, prevention & health vol. 3,2 351-362. 6 Jul. 2020,　doi:10.1136/bmjnph-2019-000053
7. 「腸道菌透過腦部神經元調控社交行為」之專家意見- 台灣科技媒體中心
8. 腸腦軸線：連接您的大腦和微生物群
9. 腸-腦軸線 (The Gut-Brain Axis)：身體裡的第二個大腦?!
10. 腸道是第二大腦、腸神經系統、腸道菌叢
11. 菌腦腸軸| 腸道菌如何控制你的大腦與情緒
12. 腸道竟是你第二大腦七個令人驚奇的事實
13. 蝴蝶效應：腸道微生物透過腸-腦軸影響焦慮或憂鬱情緒