資料科學與研究資料管理的最前沿：2022 國際資料週

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 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

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。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

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。

了解更多PS150助眠益生菌：https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

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。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《資訊科技讓我們「方便」成癮！洪智傑眼中的智慧城市大未來》
• 作者 / 科技大觀園特約編輯｜陳儀珈

你有聽過「智慧城市」嗎？那是一個科技與生活交織的世界。

隨著通訊技術、電腦科技的進步，5G 網路、人工智慧、物聯網逐漸融入生活的每一個角落，智慧城市將資訊科技、城市建設結合在一起，讓市民的生活更加方便、更有品質，時至今日，智慧城市的概念已經成為世界各國建設城市、提升城市競爭力的重要指標！

為此，科技大觀園特別採訪了來自中興大學資訊管理學系的洪智傑助理教授，請他與我們分享智慧城市的概念，開啟我們對於未來科技生活的無限想像！

要怎麼做，才可以讓城市變得更「智慧」？

對於資料科學家來說，「智慧城市」到底是什麼？洪智傑表示，其實每個人對於智慧城市的定義與要求都不一樣，有的人注重蒐集更多、更好的資料，有的人則擅長在生活中找到需要解決的問題，並從現有的資料中找的解答或是解決方式。

你能想像嗎？未來你看到的每一支路燈，可能都不僅僅是路燈而已，這些「智慧燈桿」不但可以照明，同時也扮演了小氣象站、Wi-Fi 基地台、馬路攝影機、電子公布欄等多重角色，能夠即時偵測當地的空氣、交通狀況並做出因應。若是對此感到非常新鮮且好奇，大家可以前往台南市政府前的永華綠園觀摩智慧燈桿的示範成果囉！

經過智慧城市概念的改造後，下水道系統也不只是輸送汙水的管線而已，當科學家在管線中添加了特殊的感應器後，研究單位就可以從整個城市的工廠和家庭廢水中，分析汙水中的化學分子，找出各種疾病、污染的跡象和源頭，就像是阿嬤翻找你的房間垃圾桶一樣，從污水中破解隱藏在都市中的各種秘密。

由此可知，在物聯網的時代，當各個角落、各種物品都能連上網路之後，感測器也越來越多，以往城市中傳統的各項設施，都將增添更多功能並打破你對它們的既定印象，同時，資料科學家也因此蒐集到更多樣化的資料，並研發出更方便的應用。

資訊科技將如何改造我們的生活？

在智慧城市的案例中，洪智傑建議大家可以從「食、衣、住、行、育、樂」和「基礎設施」七大類來盤點智慧城市的應用。

以打造智慧國為目標的新加坡為例子，新加坡健保局日前就推出了「Healthy 365」app，該 app 蒐集了全國上千種的食物，並發展出食物辨識的技術，當民眾下載 app 後，就可以用手機拍下食物的照片，馬上辨識並算出食物的熱量。

台南市政府則在熱門商圈的停車格設置了「地磁偵測系統」，並搭配智慧停車柱、app、馬路的 LED 顯示器，隨時偵測空位數量並分享給有需要的市民們，而智慧停車柱也會自動辨識車牌號碼和計算費用，從找車位、停車到繳費，讓停車的一條龍服務全都智慧化。

在交通層面，國外 Uber 也申請了一項鼎鼎大名的專利：「利用  AI 技術抓出喝醉的乘客！」 當乘客叫車後，Uber 會透過手機分析乘客的行走速度、手機角度、打字準確度、轎車的時間與地點，並藉此來推斷乘客是否喝醉，一旦可能乘客可能喝醉、從酒店區搖搖晃晃地走出來， Uber 就會立刻提醒司機事先做好相應的準備。

在基礎建設（infrastructure）的部分，用水、用電都是市民生活中最基本的需求。以自來水為例，一旦水管出現小小的裂縫，在輸水過程中就會浪費非常大量且寶貴的水資源，因此台北自來水管理處在管線加上了壓力感測器，隨時監控水壓變化，即時掌握各地水管的狀態和漏水處，在不知不覺間，提升每一位市民的生活品質。

藉由上面的案例，想必大家對於智慧城市的概念有更具體的了解，雖然智慧城市是相當廣義的概念，但它的核心概念可以用「利用資訊科技讓市民的生活更方便」一句話來解釋，而且每個人都可以在智慧城市的方向找到切入的角度和應用的可能。

揪出藏在資料海中的垃圾和警訊！

在資料科學領域有一句「垃圾進，垃圾出」的名言，若是輸入品質差勁的資料，即使經過電腦運算，也只會得到另外一堆垃圾。被問到如何解決這個經典的難題，洪智傑笑說，「垃圾進、垃圾出？哈哈哈，這是根本就是每天都會發生的事情啊！」而最常出現問題的地方，就是一切資料的源頭——感測器本身！

「量體溫」應該就是大家最有感的量測任務了，在 COVID-19 疫情期間，幾乎所有大學、車站出入口都會設置體溫量測站，然而，說句實話，你在畫面中看到的體溫，又有幾次是精確的？那些在紅外線熱像儀中行走的 33°C 、 34°C 人們 ，難道是一具具在城市中行走的喪屍？

這些資料必須經過校準或是拿掉偏差值後，才會有分析和研究的意義與價值！

那麼要如何得知這些異常值是「警訊」還是「垃圾」呢？事實是，異常值的偵測與判斷也是一大難題！以臺灣知名的空氣盒子計畫為例，所有民眾都可以購買便宜的空氣感測器，感測當地空氣並回傳溫度、濕度、PM2.5 濃度的資料，組成密集的全臺空氣監測網，提供大量的空氣數據給專家分析。

但是，你以為這些便宜感測器的準確度真的可以跟高級儀器一模一樣嗎？實際上，空氣盒子時常因儀器損壞而出現不符實際狀況的觀測結果，例如在一片綠油油的台北市中，突然有一個感測器呈現紫爆， PM2.5 濃度高達1918 μg/m³，此時，我們通常會下意識地認為，這一顆紫爆的空氣盒子肯定是壞掉了。  

然而，這一顆紫爆的空氣盒子到底是壞掉了，還是只是有人在旁邊抽菸？這就是處理大量數據時最令人頭痛的難處，也是資料科學家的專業所在。

智慧城市的兩難：好方便 vs. 好監控

隨著智慧城市的潮流興起，市民似乎只要提供越多資料，就可以生活更方便、獲得更好的服務品質。

「Google 地圖可以隨時告訴我哪裡塞車，好方便！」

「欸？有了車牌辨識系統，停車繳費都不用再拿票卡了，好方便！」

現在幾乎沒有人會因為車牌被拍攝而感到疑惑、被侵犯了，讓 Google 蒐集自己的定位資料也是家常便飯的事，洪智傑指出，當「方便」達到一定程度時，人們很容易失去原有的警戒心。

不過，一旦讓不懷好意的單位取得大量特定人口的數位足跡，這些有心人士即可輕易的掌握這些人群的行為模式，甚至藉此達到「監控」的目的，因此，近年來，個人資訊安全、隱私權的問題也因運而生。

不過，一旦讓不懷好意的單位取得大量特定人口的數位足跡，這些有心人士即可輕易的掌握這些人群的行為模式，甚至藉此達到「監控」的目的，因此，近年來，個人資訊安全、隱私權的問題也因運而生。

由於臺灣並非極權國家，大眾對於軌跡資料的蒐集也越來越敏感，洪智傑表示，現在的學者時常只能拿到去識別化的資料，或是經過轉換的統計資料。但慶幸的是，網路上仍有不少開源資料或開源社群可供參考，政府也有設置資料開放平臺、民生公共物聯網提供大眾運用。

其中，為了鼓勵大眾參與、應用政府的開放資料，政府更舉辦了「民生公共物聯網資料應用競賽」，邀請業界、學界和民間整合並運用政府的公開資料，打開資料科學與產業的未來，大家不妨也可以前往競賽的網頁，欣賞一下各年度的得獎作品。

如何在資料中找到價值？從生活中的隱性需求開始！

若你對於智慧城市、資料科學有興趣，你可以先列出一個你感興趣的命題，確定自己想要從資料中找到的東西是什麼，再從現有的開源資料尋找解答。

茫茫的資料大海中發生太多事情了，洪智傑建議大家先準備好命題，再開始分析資料、尋找有價值的寶藏，就像是我們在圖書館中找書一樣，與其茫然的在圖書館中遊走，不如先想好自己要在圖書館閱讀什麼書，再開始尋找寶藏的旅程。

在智慧城市中，提升市民的「方便性」是資料科學家的目標，然而，現有生活究竟隱藏了哪些不方便？我們又該如何發現這些命題呢？洪智傑表示，除了增進自己跨領域的涵養之外，仔細觀察你我每天的日常，也能有助於我們洞察出生活中的隱性需求。

智慧城市是一個與現代生活息息相關的議題，若你也著迷於智慧城市的概念，也想要一起走在科技融入生活的道路上，歡迎你與資料科學家一起化身為生活觀察家，在資料中找出更多讓生活變方便的小智慧吧！

資料來源

1. 政府資料開放平台
2. 民生公共物聯網資料服務平台
3. 民生公共物聯網資料應用競賽
4. g0v臺灣零時政府
5. 台南市政府智慧車位偵測系統 – 地磁佈建計畫啟動
6. 政府把自己當成公司：新加坡推智慧城市，背後的超務實性格
7. Smart City 2.0：「智慧物聯網」引領「智慧城市」再升級
8. 智慧城市白皮書
9. 賀喜能源 建置全球首座智慧城市微電網示範系統