我們日常中無處不在的音樂，除了療癒身心，更可以透過聲音的特性，找出藏在背後的科學小知識！
由客家電視製作的《音樂關鍵字》系列動畫因此誕生，是臺灣首部原創音樂科普動畫劇集。以校園生活為背景，透過生動幽默、溫馨感人的故事劇情，運用 3D 動畫串起聲音與音樂的物理學、心理學、生理學，並量身訂做原創客語歌曲。
讓音樂成為你生活中，最浪漫的科學！
如果在沒有任何提示的狀況下，聽到一個隨機的音符，你能在 0.2 秒內正確指出單音音名嗎？如果可以的話，你就是具有絕對音感的人。
不過，多數人擁有的是相對音感。擁有相對音感的人，即使不能馬上辨別單音，卻可以在聽到一個基準音後，根據基準音回推與其他單音的音高關係。
這是因為，不同於具有絕對音感的人在聽音樂時，顳葉會運作且將音符一一貼上音名標籤；擁有相對音感的人在接收音樂時，大腦是以「工作記憶」的神經迴路在運作，相較來說，更能掌握樂曲的整體型態喲。
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 。
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。
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。
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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。
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我婆婆最近打電話給我，說她有點害怕自己的記憶出了毛病。隨著年紀增長，她愈來愈常因為難以專注而感到沮喪。她認為這可能代表她哪裡出了問題，所以很緊張。我問她最近發生了什麼事。
她開始描述前一天去購物的經過。她開車去超市途中才發現自己忘了拿購物清單，於是在腦中回想要買的東西。到了超市她停好車，下車，記住車位，然後進超市購物，買完後再把購物車推到車子邊。但是她把東西搬進行李廂時，她發現車身有一道刮痕，不由得生起自己的氣。什麼時候刮到的？她竟然沒發現！
她想著那道刮痕，先去還手推車，然後坐上車，這才發現這輛車是手排車，而她的車是自排車。
她上錯車了。
後來，她在同一排車位過去兩格找到了自己的車（一模一樣的車款和顏色，只是沒有刮痕），困窘地把東西移上車。她說完之後，我們都笑了——她竟然從頭到尾弄錯了車子！
我跟她說，我不認為她的記憶出了問題，或者這跟大腦老化有關。
大腦確實跟其他器官一樣會老化，部分大腦會變薄，密度變低，包括海馬迴和形成清楚記憶所需的其他內側顳葉結構。老化確實會讓記憶出問題。但是在這個事件裡，她的白板只是超載罷了。停車時，她一面在複習忘了帶的購物清單，以為自己記住了車子的位置，其實她的白板塞了太多東西，已經沒有多餘的空間。
很多我們以為跟記憶和老化有關的問題，其實是別的原因造成的。問題不在於你「記憶變差」，而是「你不夠專注，導致記憶編寫失敗」。
這個故事告訴我們一件事：記住車子停哪裡不是你想長期記住的事。
事實上，這正好是你希望自己能夠忘記的一個例子。想像你可以記住每次停車的位置，於是每次從雜貨店出來，都得過濾一遍所有的停車位。記憶力跟專注力一樣，必須具有過濾功能，挑選哪些相關、哪些不相關，哪些該凸顯、哪些該捨棄。
我舉這個例子，只是要說明工作記憶塞得太滿，可能有礙資訊以有效的方式存入長期記憶。
再者，要是工作記憶超載，你需要用到長期記憶裡的內容時，就不一定能提取成功。美國近代史上最致命的一次「誤擊」，就是這個原因。
二○○二年，阿富汗戰爭戰火正熾，一名美國軍人利用全球衛星定位系統（GPS），將重達兩千磅的炸彈導向預定目標：反叛軍的前哨基地。這個系統的運作方式是，先在營地將空襲目標的座標輸入 GPS 手持系統，之後炸彈就會落在確切的位置上。然而，發動空襲之前，他發現 GPS 快沒電了，於是他先換了電池才送出發射座標——結果飛彈落在他自己部隊的位置。
這是怎麼回事？
GPS 系統一旦更換電池，系統重新啟動的預設畫面會顯示自身位置的座標。負責操作該系統的士兵本來就知道這點，也受過多次訓練。換過電池後，你必須重新輸入發射座標。這項資訊儲存在他的長期記憶裡，他複習過很多次。但不知什麼原因，這個資訊沒有在他需要時「載入」他的白板。
他看著錯誤的座標並將它送出，當天很多人因此喪命。問題就出在，這名士兵的長期記憶和工作記憶之間連結失敗。我只能大致猜測，但原因可能簡單到令人心痛：工作記憶若是因為壓力導致的大腦神遊而超載，那麼資訊可能無法在你最需要的時候浮現腦海。
這個例子很極端，但任何人在編寫和提取記憶的過程中，都可能有類似的失敗經驗。編寫和提取記憶的過程包含許多步驟，每一個都需要用到專注力以及工作記憶。
記住一件事有三個關鍵步驟。
第一是複誦（rehearsal），描繪你要記住的內容，例如新同事自我介紹時報上的名字、職業訓練時得知的重要資訊、美好經驗的種種細節。在學校裡，用字卡背單字就是一種複誦。回味開心時刻的點點滴滴（兒女婚禮上的敬酒、蛋糕的味道），也是複誦。即使是不自覺回想起痛苦或尷尬的時刻，（很不幸地）也會變成一種複誦。
第二是精緻化（elaboration）。類似於複誦，這需要將新經驗或新知識跟既有的記憶或知識連起來。若你原本就擁有一定的知識基礎，能夠儲存的記憶會更深刻。
舉例來說，想像一隻章魚。現在我告訴你：章魚有三個心臟。如果你不是本來就知道，你讀到這裡會把這項新知跟腦中既有的章魚形象綁在一起。下次你在水族館或電視節目上看到章魚，你或許會突然想起這件事，對旁人說：「你知道章魚有三個心臟嗎？」
最後是固化（consolidation）。執行了以上兩種功能，記憶就會固化，直到最後被儲存起來。大腦重播資訊時，就是在鋪設新的神經路徑並複習路徑，鞏固新的連結。
基本上，資訊是這樣從工作記憶變成了長期記憶：大腦的結構產生改變，鞏固特定的神經表現（neural representation），而這需要非強制的自發性想法才能辦到。所以我們認為讓大腦休息和睡眠都很重要，因為那都是記憶固化的機會。
這也是我們的大腦會神遊的部分原因。大腦之所以四處遊蕩，跟大腦重播經驗時引起的神經活動有關。重播愈多次，雜訊就會消失，留下清晰的訊號，形成大腦的記憶痕跡。
假如你的專注力時常被占據，大腦完全沒有空閒讓自發性想法浮現，你可能正在破壞工作記憶和長期記憶之間的連結。重要的固化過程也無法正常運作。
——本文摘自《顛峰心智：每天練習 12 分鐘，毫不費力，攀上專注力高峰》，2022 年 10 月，大塊文化出版，未經同意請勿轉載。
你有過邊聽音樂邊跑步的經驗嗎？讓我們先來看一段動畫，再開始今天的主題！動畫裡的主角阿辰有個熱愛跑步的阿公，他想要挑戰路跑，於是向阿辰下戰帖，想看誰可以先跑完四圈操場。沒想到，原本落後的阿辰，戴上耳機後，竟然逆轉局勢，贏得了比賽。這究竟是什麼魔法？為什麼音樂能讓阿辰瞬間變成飛毛腿呢？
2014 年，美國音樂潮牌 Sol Republic 調查 1,000 位民眾使用耳機的習慣，有 62% 的民眾表示「一整天沒有聽音樂，比一整天沒有社交活動」更糟，另外也有 40% 的民眾表示，如果沒有搭配音樂，他們想要運動、鍛鍊身體的欲望就會大幅降低。
在臺灣，如果你曾經踏進健身房或運動中心，想必聽過從喇叭傳出來的快節奏音樂，或是看過不少人戴著耳機跑步、舉重、騎飛輪。如果你在學校或熱鬧的商圈看過街舞表演，通常也都是選用節奏明快的流行歌。可是，為什麼音樂和運動有關呢？一邊運動，一邊聽音樂，真的對我們有幫助嗎？如果有，背後的科學原理又是什麼？
想知道為什麼音樂和運動有關，就得先瞭解聲音如何穿越耳朵、抵達大腦。
從生理構造來看，我們的耳朵可分為三部分：外耳、中耳和內耳。外耳負責將接收到的聲波傳入中耳。中耳有「耳膜」和「聽小骨」，能夠增強聲波，將聲波轉換成內耳能夠解讀的訊號。內耳有「耳蝸」和「前庭系統」，分別掌管聽覺和平衡感。這兩個結構會在末端合體，成為「前庭耳蝸神經」，也就是 12 對腦神經中的第 8 對，可以將聲音訊號直接送進大腦。
說到平衡感，那就和運動有關了！前庭系統的功能就是穩定身體，讓我們走路時不易跌倒、運動時能保持平衡，眼睛追蹤移動物體時，也不至於暈頭轉向。這些都要歸功於前庭系統裡頭的「半規管」和「耳石」，前者感知旋轉，後者感知重力與加速度。
如果我們一邊跑步一邊聽音樂，讓節奏規律的低頻重拍經由前庭系統刺激大腦，就能讓大腦誤以為是雙腳落地的低頻聲響。如此一來，大腦就會透過前庭系統發送訊號給肌肉，幫助腳步保持規律。換句話說，如果音樂節奏與步伐速度相近，跑起來就能更輕鬆；反之，如果換成節奏較慢的音樂，前庭系統就會讓我們不自覺放慢腳步，導致運動效果不佳。
早在 1911 年，美國統計學家艾爾斯（Leonard Ayres）就發現，如果賽道旁有樂隊演奏，自行車選手踩踏板的速度也會隨之加快。[1] 2012 年，英國雪菲爾哈倫大學（Sheffield Hallam University）的研究進一步證明，相較於踩踏速度沒有和音樂節拍同步的選手來說，同步選手的耗氧量減少 7%，意思就是比較不容易疲累或缺氧。由此可見，音樂就像身體的節拍器，可以穩住運動節奏，減少體力耗損。[2]
2017 年，印度幾所大學的醫學院教授共同研究音樂對青少年運動表現的影響。這些教授找來 50 位年齡介於 19 到 25 歲的學生，讓他們連續 10 個早晨在跑步機上運動，速度不限，累了就可以停下來。研究數據顯示，在沒有播放任何音樂時，男性的平均運動時間約為 26 分鐘，女性則是 18 分鐘；相較之下，當他們聆聽各自喜歡的音樂時，男性的平均運動時間可以達到 42 分鐘，女性則是 31 分鐘，前後有非常明顯的落差。[3]
2020 年，美國桑福德大學（Samford University）的研究也顯示，只要在暖身時，聆聽喜歡的音樂，就可以提高臥推槓鈴的表現。雖然臥推速度幾乎沒有差異，如圖（a），可是臥推次數明顯增加。根據圖（b）的數據，如果聆聽不喜歡的音樂（NON-PREF），平均只能推 11.1 下，經過兩分鐘休息後，只能再推 8.0 下；但如果聆聽喜歡的音樂（PREF），平均可以推 13.5 下，經過兩分鐘休息後，也可以再推 9.4 下，可見聽音樂運動的效果確實非常顯著。[4]
Reybrouck M, Podlipniak P, Welch D. (2019). Music and Noise: Same or Different? What Our Body Tells Us. Front. Psychol, 10: 1153.
前庭系統中對聲音最敏感的是球狀囊，它可能在聲音誘發肌肉收縮反應時扮演某種角色。事實上，夜店舞曲的重低頻鼓聲，其頻率分佈就很接近球狀囊最敏感的頻率，因此當人們藉由讓點頭動作跟鼓聲同步，應該可以造成愉悅感。
Manca A, Cugusi L, Pomidori L, et al. (2020). Listening to music while running alters ground reaction forces: a study of acute exposure to varying speed and loudness levels in young women and men. Eur J Appl Physiol. 120(6):1391-1401.
男性跑步時聽大聲的音樂會刻意去增加地面傳到腳底的反作用力，可見跑者的邁步方式會受到重低音的音樂所影響，讓腳底觸覺及頭部垂直加速度與重低音整合更佳。
Damm L, Varoqui D, De Cock VC, Dalla Bella S, Bardy B. (2020). Why do we move to the beat? A multi-scale approach, from physical principles to brain dynamics. Neurosci Biobehav Rev. 112:553‐584.
跟著音樂跑，會讓邁步動作變得自動化，步頻也會更穩定（不會忽快忽慢）
狐禪
cgtsai1971
