拋開世俗枷鎖的科學先驅者：《科學詭案調查局》導讀——2021 台積電盃 青年尬科學／「科普書籍閱讀寫作競賽」優選導讀文

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！

本系列以往藉由講解真實案件，來分享鑑識科學；這篇則摘要免費電玩的虛構情境，鼓勵讀者親自體驗辦案。2023 年 1 月的《國際法醫期刊》（International Journal of Legal Medicine），介紹了一款德國漢堡開放線上大學（Hamburg Open Online University）的遊戲，名叫「Adventure Legal Medicine」（非官方中譯：法醫歷險）。論文詳述開發過程與教學功能，還強調玩家不管有無醫學知識，皆能輕易上手。^[1]

＝＝＝＝＝＝＝＝＝微劇情，防雷線＝＝＝＝＝＝＝＝＝

（想避開遊戲情境簡介的讀者，請跳過圖片後的第一段，謝謝。）

情境設定

依照學習的領域，此遊戲有下列 5 個故事情境，可供選擇：

1. 估計死亡時間（time of death estimation）：有人死在公寓裡。玩家必須選取正確的驗屍工具，例如：直腸體溫計（rectal thermometer）或神經反射錘（reflex hammer），來推估死亡時間。^{[1, 2]}
2. 體外驗屍檢查（external post-mortem examination）：河岸上死者的某些身體部位，藏有非自然死亡的線索。^[1]像是顱骨和手肘擦傷等，都有待玩家一探究竟。^[2]
3. 鑑識人類學（forensic anthropology）：森林裡，散落著人類骨骸。觀察並測量骨頭，以推估年紀、性別和身高。將結果拿去跟失蹤人口的檔案比對，玩家或許就能找出死者的身份。^[1]
4. DNA親子鑑定（DNA analysis/paternity test）：不知從哪迸出 4 個人，想繼承情境 2 那名死者的巨額財產。^[1]玩家得從唾液樣本，分析他們的 DNA，判斷誰才是真有血親關係的子嗣。^{[1, 2]}
5. 解剖、酒精與藥物（autopsy/alcohol and drug influence）：玩家幫車禍死者體外驗屍；解剖以檢查器官；並進行毒物學分析。最後，判讀以上檢查所得的結果。^[1]

開發過程

這個遊戲是鑑識病理學家、鑑識人類學家、心理學家、醫科學生、遊戲工程師和插畫藝術家，共同合作的結晶。類似於商業開發的線上遊戲，產品正式釋出之前，得先找人來封閉測試。2 名分別為 25 和 49 歲的男性；以及 21、25 與 54 歲的 3 名女性，率先嘗試情境 1 和 2 的前期測試版。研發團隊根據他們的感想與建議，改進遊戲，並設計情境 3。接著，請 40 名醫學系的學生，操作情境 1 至 3 的測試版。另外，其他不同教育程度的學生，作為一般大眾的樣本，也受邀試玩。最終統合大家的評論後，團隊設計出情境 4 和 5 的遊戲。^[1]

嚴肅遊戲

德國研發團隊將產品定位成「嚴肅遊戲」（serious game），以教學而非娛樂為主要目的，而且在視覺上多採灰階，來保持中性。^[1]筆者試玩了一小部份，又觀賞攻略影片，覺得繪圖和音效雖不華麗，但頗為用心。由於遊戲全程都有電子版的課本唾手可得，玩家本身無須具備專業知識。每個階段結束後，還能透過小測驗，了解學習成效。對相關科系而言，也可用於輔助教學或自學。從 2020 年 1 月在 Google Play 上架以來，有數千人下載，並獲得平均 4.5 星的評價；可惜不曉得線上網頁版的使用人次。^[1]下面是此遊戲的基本資料、連結與攻略，歡迎讀者分享闖關心得。

Adventure Legal Medicine

• 名稱：Adventure Legal Medicine^[1]（英文別名：Forensic Medicine Adventure；德文名稱：Abenteuer Rechtsmedizin）^[2]
• 對象：醫學相關科系的學生及一般愛好者。^[1]
• 語言：英文和德文。^[1]英文版的故事敘述，用字不難；但基於辦案的情境，勢必會出現骨骼、基因等，鑑識科學常見的專有名詞。
• 行動裝置版：僅支援Android系統的平板電腦和手機；沒有 iOS 的版本。請點超連結下載，或上Google Play搜尋「Abenteuer Rechtsmedizin」。^[1]
• 線上網頁版：http://elearning.uke.de/HOOU/RechtsmedizinSeriousGame/ （完全載入後，可以按下方代表德文的「DE」，將語言改為英文「EN」。）^[1]

1. Anders S, Steen A, Müller T, et al. (2023) ‘Adventure Legal Medicine: a free online serious game for supplementary use in undergraduate medical education’. International Journal of Legal Medicine, 137, 545–549.
2. SLY MobileGaming (15 JAN 2021) ‘Forensic Medicine Adventure Abenteuer Rechtsmedizin | Point and Click Game Walkthrough’. YouTube.

你有想過可以透過腦波，研究人類的同理心是怎麼運作的嗎？

小時候老師常說，「人之初，性本善」，這件事的真假可以透過科學驗證嗎？（摸摸自己的良心，就問你怕不怕）

讓我們從「社會認知神經科學（Social Neuroscience）」出發，或許可以給你一個想像不到的答案。

什麼是「社會認知神經科學」？

2000 年，美國心理學家 John Cacioppo 開始研究人類的「寂寞感（loneliness）」，專注於討論寂寞感對人身心健康的影響。「社會神經科學（Social Neuroscience）」、「社會認知神經科學（Social Cognitive Neuroscience）」一詞也因此誕生，一個嶄新的研究領域，就此展開。

近似於認知神經科學（ Cognitive Neuroscience），都是研究人類的心智，惟社會認知神經科學特別聚焦於「社會（social）」上，探討社交互動時人類心智的運作。

因為社會互動的複雜性，這也是一門跨領域的學科，範圍包括社會心理學、發展心理學、哲學，或甚至數學或醫學等。

如何看到「同理心」？同理心研究的起源

人類對於同理心的好奇心一直沒有停過，但同情心沒有實體，他深藏在我們的內心，科學家要如何才能測量跟觀察呢？ 2004 年，德國心理學家 Tania Singer，想到透過功能性磁振造影（fMRI）來「看」同理心。

有別於以往用問卷去蒐集相關的資料，為了要有明顯的實驗標的，研究團隊選擇用「痛（pain）」這個刺激，並找來他們認為同理心最強的實驗人選——大學裡熱戀中的女生。他們請受試者躺在 fMRI 裡，先想像自己被電，再來看著幾何圖形想像自己的男朋友被電。

Tania Singer 等人觀察到，受試者想像自己被電，與想像男友被電時，腦中有部分重複產生反應的區域，前腦島（anterior insula）與前扣帶皮層（anterior cingulate cortex），她認為那就是人類的「同理心」。

但是他們也同時發現，當受試者想像他人被電時，大腦中感覺皮質，並沒有像自己被電時一樣產生反應。因此他們認為，當我們面對他人疼痛時，只能同理他的難過感受，並沒有辦法同理他的疼痛強度。

雖然這樣的結論，還有很多待討埨的地方，但  Tania Singer  用「痛」做的研究成為了一個很好的範例。科學家們受到啟發後，開始進行各種觀察自我疼痛與他人疼痛之間大腦反應的實驗（開始到處戳人）。

編按：之後，發表在《Nature Neuroscience》的義大利的團隊，利用穿顱磁刺激儀（TMS，Transcranial magnetic stimulation）重新去驗證看見他人疼痛時，感覺皮質是否真的不會參與？

這次他們直接讓受試者看到別人被針扎，以及被棉花棒碰一下。結果發現當受試者看到別人被針扎時，大腦的感覺皮質產生的電位下降比較大，相對于棉花棒，電位變化就沒有那麼大。代表我們對於他人的疼痛程度，還是可以同理的。

導致兩個實驗結果不同的影響原因，有可能是 Tania Singer 是請受試者看著符號想像別人被電，而並非真實到看被刺痛的影像。

這些看到他人疼痛，就會產生反應的腦區，就是人類平常處理同情心的地方嗎？但我們的大腦中，其實並沒有特定的區塊專門處理同理心。

大部分人都會直覺性的認為，大腦的每個部分都有特定的作用，各司其職，但可惜事實往往沒有想像中那麼簡單。

首先因為實驗中大部分都是用痛覺的刺激來做實驗，所以研究人員也就不約而同看到這些位置。這背後代表了，這些區域的工作可能也包含了我們對痛覺的反應與處理。

再者，人類的大腦功能多樣，但大小有限，所以每個腦區其實都是多工的。因此在研究中也會發現，這個腦區可能同時處理社交互動、決策，或者情緒之類的。

除了以上這 2 個原因之外，或許我們還需要問問「同理心是什麼？」

共感=同理心嗎？「情感同理心」與「認知同理心」

2006 年，有科學家發表了鏡像神經元（Mirror neurons）這個詞 ，表示大腦中的前運動皮質與頂下小葉（Inferior parietal lobule）這兩塊偏管理動作的腦區，在看到別人做動作的時候也會有反應，就像兩個小朋友在玩模仿遊戲（Mirror game）一樣。

有許多人也認為，鏡像神經元的機制可以完美的解釋，為什麼人可以理解另外一個人，甚至人與人之間是因此才有辦法進行社交互動。

但也有另一派人認為不是如此，他們太小看人類了，人沒有那麼簡單，同理心也應該是更為複雜的機制。

因此目前世界對於同理心的解讀分成了兩派，一個就是傳統上的「情感同理心」，或者稱之為共情。另外一派則認為同理心的機制應該更加複雜，在情感同理心之外，應該還有「認知同理心」參與，幫助人類設身處地推論、解讀他人的狀態，這背後也隱含了心智理論（Theory of Mind，縮寫為 ToM），對方的行為、意圖與心理都是理解的範圍。

同理心的機制，真的就是上面這樣了嗎？鄭雅薇教授的研究提出了另一個答案。

醫護人員的「同理心」比較弱？

一開始，鄭雅薇教授找來了針灸科醫師為實驗對象——一個常常在扎人與看別人被扎的職業，她發現當受試者在工作時，他的前腦島與前扣帶皮層都沒有太大的反應，有反應的反而是負責控制的前額葉。

這代表醫療人員比較冷血，沒有同理心嗎？

其實並沒有，因為醫生填同理心的自評量表結果，與控制組是一模一樣的。這表明醫療人員也是充滿同理心的，只是他在面對專業時，必須收起自己的同理心。

所以，「同理心是我們可以控制的嗎？」從這個問題出發，鄭雅薇教授發現了在腦神經網絡中，也就是認知同理心與情感同理心之間存在一套調控機制。

為了更深入了解同理心的調節機制，鄭雅薇教授將研究對象的範圍擴大，從針灸科醫師延伸到護理師，發現了環境是一重要影響因素。當在醫院工作時，共情反應通常較低，但回到家後，共情的反應比較大。

鄭雅薇教授認為，認知同理心會去控制我們，在面對不同環境、不同對象的情況下，表現出不同的同理心的反應。比如當護理師在幫病人打針時，為了不讓自己過度共感而妨礙工作，她必須要把同理心收起來。同樣的，當外科醫師在幫病人開刀時，要是太過同理對方的感受，手術刀會更難劃下去。

相反的，若是病人在恢復室內，還沒有完全恢復，如果醫師沒有設身處地去理解他可能哪裡有狀況，有時候就會忽略掉身體出現的一些狀況。或者是身心科醫師，如果他沒有十足的同理心，會很難偵發掘到病人非常微細的一些變化。

由此可見，同理心並不是一種單純的反射，背後隱藏一串複雜的調控機制。

但既然同情心如此複雜，需要認知同理心與情感同理心互相配合，那如果有人缺少其中一項會怎麼樣呢？

情感同理心是天生，但認知同理心是後天養成

從發展的角度，鏡像神經或者是情感同理心那一塊，我們一出生就有了。比如說，醫院的育嬰室如果有一個小孩哭，很快其他小孩也會哭成一片。但認知同理心的發展比較慢，因為其中還包含了心智理論，所以通常在 3 歲後才會慢慢發展成熟，有時候甚至到 10 歲才能趨於發展成熟。

過去有許多人認為自閉症就是缺乏情感同理心，因此社交能力不好，眼睛也會不看人，或是目光接觸時會非常閃爍。鄭雅薇教授為此研究，結果發現自閉症患者是有情感同理心的，反而甚至有點太過。

跟健康組比起來，自閉症的情感同理心沒有什麼不同，但相對他的認知同理心是有困難的，所以他才會刻意去迴避別人的情感與眼神，因為少了認知同理心的調控，他人的情感對他而言會是無法承受之重。

既然缺乏認知同理心，會產生類似自閉症患者的反應。那缺乏情感同理心呢？

如精神變態、冷血殺手（psychopathy），是他無法將對方的痛苦與自己的痛苦連結，因此他對他人的遭遇比較冷感。在情感同理心缺乏的情況下，他們在認知同理心往往表現的很好。等於他雖然無法同理你的感受，卻能清楚知道你的處境。這也導致他們冷血，在傷害別人甚至是犯罪時，冷血，難以產生罪惡感。

但這不代表對痛覺比較不敏感的人，或者情感同理心較低的人就會缺乏同理心。有研究團隊就針對天生沒有痛覺的人實驗，發現他們的情感同理心反應雖然比較低，但在認知同理心上反應比較高。這也代表，情感同理心並非是認知同理心的基礎，這之間互相機制相當複雜。

透過腦波看一看，原來同情心這麼複雜

從整個同情心的運作機制來看，並不是只有「看到你哭，所以我哭」這麼簡單，後面其實還隱藏著一套後天發展的心智理論存在。情感同理心與認知同理心的相互作用，才是形塑我們同情心的核心，也才能讓我們在感知這個世界的同時做出回應。