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 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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。