0

10
0

文字

分享

0
10
0

你所不知道的椎間盤——椎間盤突出應力分析|2021 數感盃|高中專題|銀獎

數感實驗室_96
・2021/12/25 ・3156字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者:吳芳瑜、周盈妤/永春高中

數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後,一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習,運用數學知識,培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力,盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。
本文為 2021 數感盃青少年寫作競賽/高中組專題報導類佳作之作品,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

我從高一就加入熱舞社,認識一位二十多歲的舞蹈老師。某次練習時,他說他因為一次空翻失誤,造成了椎間盤突出;後來,聽到一位籃球教練,因長期的運動,也有著椎間盤突出的問題;而身邊也有幾位長輩年輕時經常搬重物,導致了椎間盤突出。 

我開始好奇,到底甚麼是椎間盤突出?查了資料才發現,許多從事搬重物的工作者、年輕的運動員,都飽受「腰痛」以及四肢發麻的困擾;而經過檢查發現,這些腰痛及四肢發麻等問題,都是「椎間盤突出」造成的。 

圖/envato elements

有些健康網站或新聞建議了蹲下再搬重物的姿勢,避免造成椎間盤突出問題。而我們試著用簡單的模型,探討這些生活中「不同姿勢對椎間盤所造成的壓力」的問題。 

壹、脊椎結構 

首先,我們先來大致的了解一下脊椎的結構,每個人身上都有 33 塊脊椎骨,分別有 7 塊頸椎、12 塊胸椎、5 塊腰椎、5 塊薦椎、4 塊尾椎。每一節脊椎都會由椎間盤、小關節及韌帶連接。 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(一)椎間盤 

連接上下兩塊脊椎骨,具有保護、緩衝的功 能,從內到外的結構分別為:髓核、纖維環 、軟骨板(終板),其中髓核是椎間盤最重 要的部分,內部為膠狀物質,可隨外部壓力 改變形狀,負責緩衝的功能。

(二)小關節 

主要負責穩定兩相鄰脊椎,其表面有相對的軟骨 (作為骨頭的緩衝),周圍有關節滑囊(潤滑)。

貳、甚麼是椎間盤突出?  

俗稱為「椎間盤滑脫」是指位於椎間盤中間、成果凍狀的「髓核」受到擠壓,壓迫到神經、韌帶、脊髓硬膜,或是從外層纖維環的裂縫流出來。大致上可以分成二種情況:

圖/《背部保健學習百科》

參、椎間盤突出受力分析  

由於我們無法拿實際的骨頭做測量,因此我們詢問生物老師,老師幫我們去保健室取得腰椎模型,得到腰椎長約 3 公分,寬 2 公分,椎間盤間距約為 1 公分。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們先以長方形的假設對脊椎截面進行討論:脊椎未彎曲時,完整承受正向力的截面積約為 6cm² = 0.0006m²

腰椎測量。圖/作者提供

接下來我們考慮一位身高 170 公分,體重 60 公斤的人,要抬起重量 10kg = 100N 的物體;又假設上半身重量佔全身重量的 75%,則此人上半身重量為 60×75% = 45kg = 4500N

因為多數的椎間盤突出發生在尾椎的位置,所以我們用尾椎第三節及第四節進行討論。如下圖所表示,當我們在彎腰的時候,上方的脊椎對下方脊椎的夾角為 θ,則下方脊椎的垂直受力面積為 2× cos θ × 3(cm2),我們先計算下方接觸面所承受的壓力。

我們會使用正向應力的公式:  \( \sigma =\frac{P}{A}(Pa\, or\, N/m^{2}) \)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(一)不彎腰 

假設搬重物時,直接下蹲,且脊椎沒有任何彎曲,則此時的彎曲角度為 0°,椎間盤單位面積所承受的力為 (100+4500)÷0.0006=7666666Pa 

(二)單膝彎腰 

假設搬重物時,單膝彎腳下蹲,且稍微彎腰,考慮此時脊椎彎曲角度約為10°,那麼椎間盤單位面積所承受的力為 (100+4500)÷0.0005908=7786052Pa 

(三)站立彎腰 

假設搬重物時直接彎腰,考慮此時脊椎彎曲角度達到最大限度,約為 30°。那麼椎間盤單位面積所承受的力為 (100+4500)÷0.0005196=8852963Pa 

脊椎不同彎曲角度之受力分析 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

接下來我們進一步考慮椎間盤內部,如下方示意圖。其中 AB 線段從 A 處開始依序通過了纖維環、髓核,再到達前方 B 處的纖維環;C、D 是線段通過髓核的兩側端點;O 是脊髓中點。經剖面圖測量估計, \( \overline{AC}:\overline{CD}:\overline{DB} \) ≒ 1:4:1

圖/《背部保健學習百科》

假設上方正向力的大小是 F,在脊椎未彎曲的情形下,也就是 0° 時,受力是平均的,所以每一個部分的平均正向應力皆相同。若有彎曲的狀況,考慮從 A 點到 B 點的範圍,從 0 均勻增加到 2F 的受力分布;在這個狀況下,雖然平均受力仍然是 F,但在  \( \overline{AC} \) 、  \( \overline{CO} \) 、  \( \overline{OD} \) 、  \( \overline{DB} \) 四個對應範圍的正向應力也會有所不同,受力範圍也個別不同。

可推算出各範圍正向力: \( \overline{AC}\approx \frac{F}{6} \) 、 \( \overline{CO}\approx \frac{2F}{3} \) 、 \( \overline{OD}\approx \frac{4F}{3} \) 、 \( \overline{DB}\approx \frac{11F}{6} \) 。

以下是各個對應範圍的正向應力分析:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

從上面表格中可以發現,用錯誤的姿勢搬重物,對於纖維環的壓力甚至可能達到正確姿勢的  \( \frac{21153}{1666}\approx 13 \) 倍以上!

在一開始討論的例子中,F 的值是 4600N,水深增加 1m,壓力大約就增加 101.3hPa,所以 m=xF÷100÷101.3hPa,換算出這些壓力對應到在海裡大約是多少深度: 

肆、結論  

由上表得知當脊椎彎曲 30° 時,  \( \overline{DB} \) 部分纖維環所承受的壓力是 0° 時的 13 倍,且超過了 人體極限的 32 倍(人類自由潛水最深紀錄為 300m),換算成海的深度就接近世界上第六深的海溝——克馬德克海溝(深度約 10047 m)的底部,難怪對椎間盤會造成這麼大的傷害! 

所以我們要用正確的姿勢搬重物,對椎間盤造成的傷害也會大幅的降低,透過這次的數學模型分析,我們才了解到錯誤的動作會對椎間盤承受的壓力有多大,因此希望大家好好保護自己的脊椎,不要再直接彎腰下去拿重物了! 

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

引注資料: 

文章難易度
數感實驗室_96
60 篇文章 ・ 40 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

2

12
3

文字

分享

2
12
3
科學實證「心情不佳真的會造成消化、皮膚發炎、心血管健康問題」,但為什麼?
PanSci_96
・2023/05/28 ・3156字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

你一定聽過安慰劑效應,但到底為什麼會有呢?這個謎團難倒了好幾個世代的科學家,超過百年依舊未解,直到最近,終於揭開了一部分謎底。

生醫圈非常振奮,認為一旦破解祕密,就能知道壓力為什麼會讓人生病!更棒的是,還有機會打造出嶄新療法,治療困擾無數人的疾病和癌症!?難道可以靠「轉念」來治病嗎?

安慰劑效應,指的是患者即使吃到或注射的不是真正的藥,對於外來病原體或體內病變的抵抗力竟然也會變好,讓身體好轉。有很長一段時間,科學家對這個現象背後的原理一無所知。

有兩個問題和解開安慰劑效應之謎有直接關係,乍聽之下都是非常不起眼的問題,可是只要多想兩三秒鐘,就會發現居然回答不出來。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

小感冒、腸躁症、安慰劑,藏著同一個答案

你一定有過這樣的經驗:感冒以後沒食慾、提不起勁、只想攤平在沙發上,為什麼會這樣?不就是因為病原體攻進身體裡才造成我們「覺得」不舒服嗎?但是再仔細想想,細菌或病毒根本沒有直接攻擊到腦部,那為什麼會冒出這些討厭的感覺?

再來,不少人一緊張就容易拉肚子,或是肚子痛、脹氣,也有人相反,一緊張就便祕,這些都是大腸激躁症(irritable bowel syndrome),簡稱腸躁症的常見症狀。但是,為什麼發生在大腦裡面的情緒會直接刺激遠在腹腔裡的腸子呢?

針對第一個問題,2022 年 6 月《Nature》一項研究發現,只要刺激腦部下視丘的特定區域,即使體內沒有病菌,小鼠也會發燒和食慾不振。換句話說,感染會引發免疫細胞攻擊病原體,導致體內發炎,腦部不必碰觸到病原體,只要透過血液等途徑感知到發炎的刺激,就會出現不舒服症狀。

感冒時沒食慾、提不起勁、只想攤平在沙發上。圖/Envato Elements

至於第二個,發表在 2021 年 11 月《Cell》期刊的研究指出,小鼠如果腸道曾經發炎,刺激腦島皮質(insular cortex)就可以使發炎狀態重現;也就是說,大腦會保有免疫系統活動的記憶,以後只要活化同一群神經細胞,就能在腸道重啟一樣的免疫反應。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2023 年 2 月底《Nature》一篇評論文章說,科學家懷疑這種神經機制是身體為了抵抗可能發生的威脅,事先做好準備,但也會聰明反被聰明誤,在沒有原始觸發因素的時候自行啟動,例如壓力使腸躁症的症狀惡化,說不定就屬於這類情況。

這些發現透露了什麼線索呢?

病得輕重、多快復原,是腦在掌控

安慰劑效應和前面這兩個問題都指向一個方向,三個現象裡不斷出沒的——免疫系統。

科學家發現,目前所有的證據都指出,大腦和遍佈全身的神經,實際上是用一種還不太清楚的方式和免疫系統綁在一起。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

也可以換一種說法:喜怒哀樂的情緒及正負面心態究竟是如何和身體連結,已經發現至少有一條路徑是透過神經系統和免疫細胞的緊密互動。

2022 年 5 月底,《Nature》刊登一篇報告,介紹了美國哈佛大學醫學院的研究團隊利用「光遺傳學」和其他技術,畫出小鼠腦部和全身的白血球如何「互動」的地圖,這讓我們有機會進一步揣測人體裡發生的事。

所謂的光遺傳學,可以簡單想像成把設計好的蛋白質基因植入想要觀察的神經元細胞裡,這種蛋白質一旦照到特定波長的光就會啟動,刺激神經細胞跟著活化,這樣就可以非常精細地一次只操作單一種神經細胞,畫出解析度相當高的大腦圖譜。

身心透過神經系統和免疫細胞緊密互動。圖/Envato Elements

團隊很驚訝地發現,腦部透過兩種方式指揮免疫系統,一種是大腦控制身體動作的運動迴路(motor circuits)發出訊號刺激骨骼肌,釋出能吸引嗜中性白血球這種免疫細胞的細胞因子,誘導原本在骨髓裡的嗜中性白血球快速移動到感染或受傷的部位。另一個則是腦部的下視丘腦室旁核(paraventricular hypothalamus)會分泌特定的化學分子,命令腎上腺分泌激素,快速引導單核球和淋巴球從淋巴結、脾臟、血管等位置移動到骨髓。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

無獨有偶,2022 年 4 月底,德國和其他歐洲科學家組成的跨國團隊也在《Nature》上發表研究結果,直接表明動脈發生粥狀硬化的過程可能部分受腦部控制;也就是說,他們發現了神經、免疫和血液循環這三個系統是怎麼樣融合在一起的。

動脈粥狀硬化是血液裡的膽固醇堆積在血管內側,形成斑塊,在局部區域會有慢性發炎,血管也會愈來愈窄。斑塊一旦剝落就變成血栓,是造成中風、心絞痛和心肌梗塞的關鍵因素,目前還沒有醫療技術可以逆轉病人的動脈硬化。

研究團隊發現,小鼠動脈血管壁外層的神經纖維會傳訊號到腦部,也會接收腦部發來的訊號,免疫細胞會大量聚集在神經末梢周圍,人體也有類似的現象。他們以小鼠做試驗,用化學方法或手術切斷神經聯繫,免疫細胞迅速就地解散,血管斑塊的堆積速度也跟著減慢。

懂得向大腦求助

大腦能指揮身體抵抗病痛,這合理的解釋了你我大概都有過的切身之痛,那就是當滿腦子塞滿消極的情緒如壓力、焦慮的時候,特別容易生病,例如感冒、腸胃炎、皮膚癢等等。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

更有趣的是,反過來說,如果創造出積極的情緒,對於抵禦疾病是不是也有用呢?答案可能也是肯定的。

積極的情緒有利於對抗疾病。圖/Envato Elements

過去就有報告指出,加入支持團體和接受一些心理療法的乳癌患者,可以延長存活時間,在其他幾種癌症像是肺癌、惡性黑色素瘤、胃腸道癌症研究上也有提出類似的現象。

因此,現在世界各地有多個研究團隊正在鑽研如何善用「身」和「心」的力量,結合起來一起治好病痛。

例如癌症腫瘤會以釋放神經訊號、分泌化學物質等方式,造成患者的新陳代謝機制和睡眠大亂,美國紐約冷泉港實驗室的團隊發現刺激罹癌小鼠下視丘的特定區塊,可以把代謝和睡眠週期「喬」回來,有助於幫助癌症病人的復原過程變舒服。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而以色列理工學院團隊則把焦點放在位於中腦的腹側被蓋區(Ventral Tegmental Area, VTA)。VTA 是腦部的獎勵中心,含有分泌多巴胺的細胞,和期望、動機、喜好等情緒有關,也就是讓我們會感到快樂、振奮而去做出實際行動的腦部區域。該團隊發現,刺激 VTA 可以驅動免疫系統,使小鼠肺部和皮膚的腫瘤縮小,他們現在要把成果從小鼠用到人身上。

也有一個團隊是從迷走神經(vagus nerve)下手。迷走神經是副交感神經系統的主要成員,從腦一路向下走過心、肺、胃,一直延伸到大腸,已知和調節免疫反應有關。有一家新創企業 SetPoint Medical 運用他們的技術,研發一種大小像膠囊的神經刺激裝置,植入脖子的迷走神經旁邊,可以無線充電、還可以用 iPad 的程式調整刺激強度,目標是治療類風濕性關節炎、克隆氏症(Crohn’s disease)等自體免疫疾病。

「身心一體」除了個人感受,也有生理學上的意義。圖/Envato Elements

「身心一體」,用比較感性的話來說就是:心靈受苦,身體也受苦。原來,這件事不只是主觀的個人感受,其實它有生理學上的道理。

或許,更重要的是,讓明明覺得不舒服卻一直檢查不出病因的人知道,自己的感受並非無病呻吟,也不是想逃避壓力或做錯事情,而是一體的身心真的在發出警報,或許這就是最大的安慰了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

所有討論 2

0

7
3

文字

分享

0
7
3
當壓力比山大,你需要安靜的力量!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2023/04/24 ・2200字 ・閱讀時間約 4 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 文/王冠雅(雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員)

翻開行事曆,總有開不完的會、做不完的報告,真的是壓力山大。雖然身旁的人都輕聲說話,周遭的環境也沒有過度喧鬧,但不知為何,就是什麼聲音都不想聽到!

沒錯,當我們身心充滿壓力、腦袋滿載的狀態下,腦中的思緒(或是雜訊)總喋喋不休,即便是平時熱愛的旋律都會聽不下去。在無法緩和壓力的狀況下,身心壓力就持續拉高。此刻,或許可以問問自己:

「今天,你累了嗎?」

不過咖啡或能量飲料可能都不是正解,你需要的,是去感受「安靜的力量」。

靜不下來,有時是周遭的聲音,有時可能是腦海中喧囂的壓力。
圖/freepik

壓力來襲,全身心都要一起扛

首先,讓我們先來一起認識「壓力」究竟為何物!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

壓力其實是生理或心理受到脅迫的狀況下所引發的個體狀態。任何的壓力對我們的身體來說都可能是一種威脅。當接收到「壓力」的訊息,大腦就如同一個中央指揮中心,會本能地激發身體激素,開啟戰鬥或逃跑的生存機制。

像是在開車時,路邊的小巷子突然衝出一台疾駛的摩托車,我們能隨即透過身體調適壓力的本能,而瞬間激發出一連串的荷爾蒙,迅速地做出迴閃的反應行為,並敏捷地應對突如其來的意外威脅。

除了係關生命安全的壓力,那些會對我們日常生活、工作有所影響的壓力也會被身體視為一種威脅。特別是在數位科技的黃金時代,在過度追求速度、效率、產值,或是在處理家庭和人際關係、工作及課業問題所積累出的情緒,都容易成為長期的慢性壓力。

想耳根清靜,多半是聆聽也成了一種壓力

當我們備感壓力時,哪怕是冷氣的滴水聲,或是慣常的風扇運轉聲,都可能變得難以忍受,更別說是有點大聲的說話音量,更容易讓人倍感刺耳。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

事實上,壓力與聽覺是密切關聯。

長期研究壓力的科學家 Dan Hasson 和他的研究夥伴,對具有慢性情緒衰竭(Emotional Exhaustion,意指在長期壓力下身心俱疲的精神狀態)的受試者進行誘發壓力的實驗,包括 208 名女性和 140 名男性(年齡區間為 23-71 歲,分別具有低、中、高的情緒疲憊程度)。

試驗過程會讓受試者承受短期的壓力實驗,並從中了解他們是否對聲音更加敏感。結果發現,身心俱疲程度較高的女性經過誘發壓力後,對聲音會更加無法忍受(男性受試者雖有類似的反應,但在統計上並不顯著)。有一些受試者甚至聽到正常談話的音量(約 60 分貝),便開始覺得聲音太大,而感到不適。

此外,當壓力襲來,身體會非常有感,是因為大腦與身體會企圖去平衡、調適我們所感受到的壓力。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

倘若大腦一直對壓力保持警覺,身體則需要長時間維持高度戒備,且繼續啟動調控壓力代謝的荷爾蒙系統。如果長期處於慢性壓力的狀態,身體便會像空轉的馬達般虛耗運作,並產生過量的腎上腺素到血液,讓耳朵內的血液循環變差。然而,耳朵中脆弱的內毛細胞(Inner hair cells),仰賴充分的血液循環來接收足夠的氧氣與養分,若因日復一日地高壓讓血液循環長期受阻,以至於內耳的毛細胞供血不足,嚴重的話,將會導致聽力受損。


因此,若是身處在壓力風暴中,即便是聆聽一般的說話聲、用腳踩踏的節奏或是空調的低頻聲,都能令人感到煩躁與不耐。這可能是壓力所導致的焦慮及疲憊已經讓感官過載,才無法良好地調整自己,更失去了與他人對話的能量。

走出戶外、接近大自然,可以有效地洗滌日常生活中所積累的壓力與情緒。圖/freepik

心靜自然涼,用六分半分鐘補充「靜能量」

許多研究證實,待在安靜的環境,將有助於恢復我們的神經系統、提升能量並調節身心狀態。不論是待在室內或戶外綠意盎然處,只要安靜地待上六分半鐘,便能有效放鬆身心。在靜謐的自然環境中,我們的身心與意識會出現類似冥想時的泰然,因此在戶外的綠地放鬆,會有更顯著的效果!

在忙碌的現代生活,壓力難免罩頂,若能經由自我的良好覺察,辨識內心的喧囂,進一步理解哪一種外在刺激、內在情緒成了壓力來源,並適時地自我關照、調養,定期放鬆及運動,將能讓身心保持安寧與健康。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考文獻

  1. 鄧夙舫。(2008,9月19日)。壓力是什麼?衛生福利部桃園療養院。https://www.typc.mohw.gov.tw/?aid=509&pid=44&page_name=detail&iid=100
  2. Harvard Health Publishing. (2020, July 6th). Understanding the stress response. Harvard Health Publishing. https://www.health.harvard.edu/staying-healthy/understanding-the-stress-response
  3. Hasson, D., Theorell, T., Bergquist, J., & Canlon, B. (2013). Acute stress induces hyperacusis in women with high levels of emotional exhaustion. PloS one, 8(1), e52945. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052945
  4. Teague, T. (2019, May 20th). A Link Between Stress and Hearing Loss. Hearing Consultants. https://hearingconsultants.com/a-link-between-stress-and-hearing-loss/#:~:text=Stress%20can%20Cause%20Hearing%20Loss,of%20oxygen%20and%20other%20nutrients
  5. 簡婉曦。(2021,1月27日)。【焦慮腦學】有一種恐懼,害怕聲音可能存在。VOCUS。https://vocus.cc/article/6011126efd89780001410d53
  6. Zorn, J & Marz, L.(2022). Golden: the power of silence in a world of noise. Harper Wave.
  7. Kirste, I., Nicola, Z., Kronenberg, G., Walker, T. L., Liu, R. C., & Kempermann, G. (2015). Is silence golden? Effects of auditory stimuli and their absence on adult hippocampal neurogenesis. Brain Structure & Function, 220(2), 1221–1228. https://doi.org/10.1007/s00429-013-0679-3
  8. Pfeifer, E., Fiedler, H., & Wittmann, M. (2020). Increased relaxation and present orientation after a period of silence in a natural surrounding. Nordic Journal of Music Therapy, 29(1), 75–92. https://doi.org/10.1080/08098131.2019.1642374
雅文兒童聽語文教基金會_96
55 篇文章 ・ 222 位粉絲
雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

0

3
3

文字

分享

0
3
3
壓力,讓綿羊更親密
胡中行_96
・2023/02/23 ・1937字 ・閱讀時間約 4 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

生活中,無處不是壓力:上下班通勤、陌生互動、遭狗追逐、天災人禍,以及定期電動除毛。起伏跌宕都在汗水與喘息間完成,日復一日。承擔澳大利亞牧業重擔的主角,向來行程滿檔,抗壓性要夠強。參與國家級科學研究的成年雌性美麗諾綿羊(Merino ewes),更是於 2021 年秋冬,展現成熟堅韌的心理素質。[1]

澳洲的非當事綿羊。圖/Christopher Burns on Unsplash

親疏遠近

澳洲聯邦科學暨工業研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,簡稱CSIRO)的學者,從 5 個羊群中,各揀 14 隻,也就是總共 70 隻的雌性美麗諾綿羊,並額外預留幾隻備用。牠們的年紀介於 3 到 6 歲之間,健康且無身孕。在飲水充足的牧場上,依照所屬的羊群分開放養,避免牠們跨越藩籬,廣結新友。[1]

成群的綿羊,放眼望去彷若白雪皚皚。旁人見了,不免覺得每隻都一個模樣。然而就像日本青春女團 AKB48,多如過江之鯽的成員即使化成了灰,忠實歌迷仍喊得出個別的全名。綿羊認得人,也記得彼此。[2]互動上有親疏遠近之分,並非生張熟魏,皆能依偎。牠們透過視覺和嗅覺,辨別自己同誰照過面,放牧時自然找熟識者相陪。[1]

2021 年 5 月 24 日到 6 月 18 日期間,CSIRO 團隊每回進行測試前,會從上述 5 個羊群的代表中,再分別隨機挑出 2 隻,即一共 10 隻綿羊:5 隻實驗;5 隻對照。集合不同羊群的實驗組,一起接受壓力考驗,然後觀察所有綿羊的行為。挑選出來的個體,皆不再送回。[1]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

按表操課

綿羊受到壓力刺激的 10 至 15 分鐘後,血漿中皮質醇(cortisol,又稱「皮質酮」或「可體松」)的濃度會達到高峰,並於接下來的 60 分鐘內逐漸消退。CSIRO 團隊根據此現象,決定施壓的時間長度,設計出以下行程,讓實驗組的綿羊按表操課。[1]

起始時間壓力來源過程長度
10:00聯結車運送羊群全程 15 分鐘
10:45徒手束縛羊隻每隻 2 分鐘
11:30牧羊犬追趕羊群全程 5 分鐘
12:15以電動刀去除後腿與尾巴周圍的羊毛每隻 2 分鐘
13:00聯結車運送羊群全程 15 分鐘
13:45徒手束縛羊隻每隻 2 分鐘
14:30牧羊犬追趕羊群全程 5 分鐘

社交距離

對比人類勾心鬥角,互動往來盤根錯節;綿羊的個性直白,交際單純。CSIRO 團隊得以仰賴科技,測量個體間距,比較誰的友誼親密。每隻綿羊都穿著犬用背帶,上頭安裝定位儀(rover),記錄即時動態(real-time kinematic,簡寫 RTK)與衛星導航系統(Global Navigation Satellite System,縮寫 GNSS)的綜合數據。身上還用澳洲國產的羊毛專用顏料,畫上與各台機器相應的標記,方便研究人員觀測牠們的社交距離。[1]

揹著定位儀,又畫上標記的綿羊。圖/參考資料 1,Figure S1(CC BY 4.0)

群居動物

群居動物除了交配繁殖,也會有其他社交關係。前者目的直接;而後者的機制則較不明確。延長的接觸、同步的行為,或社交連結的動作,在情勢使然的共處後產生。一塊兒被捕的吸血蝙蝠(vampire bats),勤奮地幫彼此梳毛(allogrooming);而抽籤同寢的大學室友,也可能於畢業後保持聯絡。同甘共苦會強化感情:一起面對的威脅,鞏固了孔雀魚(guppies)之間的情誼;共同觀賞影片的猩猩(great apes),關係亦顯得加倍緊密。[1]

那綿羊呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

緩衝壓力

飽受折騰的實驗組綿羊,理所當然在跑完行程後,貼近來自同個羊群的夥伴。然而CSIRO團隊透過監控,發現牠們竟也逐漸與原先不認識的綿羊交好。想必是實驗過程中的患難與共,使陌生的綿羊培養出革命情感。於是,彼此的陪伴促進催產素(oxytocin)分泌,進而降低皮質醇的濃度,調節了下視丘-腦垂腺-腎上腺軸(hypothalamic–pituitary–adrenal axis)的反應,最後達到緩衝壓力(stress buffering的效果,也鼓勵生存導向的群體合作。[1]

短暫壓力

從此以後,牧羊人只要別隨意拆散羊群,就不必為了造成人家的生活壓力,而感到罪孽深重。畢竟研究證實綿羊會在下班後,自行尋求朋友陪伴,從而獲得心靈慰藉。牠們絕對有辦法承受短暫的壓力。如果有非執行不可的任務,切記「動作愈快愈好」,CSIRO 的研究人員溫馨提醒。[2]

  

參考資料

  1. Keshavarzi H, Lee C, Dyall TR, Johnson M, Campbell DLM. (2023) ‘Shared stressful experiences affect social proximity in Merino sheep’. Biology Letters,19 (2): 20220396.
  2. Claughton D, Williams L. (08 FEB 2023) ‘Sheep and humans have more in common when it comes to sharing stress, study finds’. ABC News.
胡中行_96
169 篇文章 ・ 65 位粉絲
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。