憂鬱、便秘、失眠也是巴金森病的症狀，50 歲以上建議每月「手指操」自我檢測

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

• 作者／劉育志 醫師
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《情緒低落、便祕、嗅覺變差都是巴金森病警訊，神經專科醫師圖文解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「醫師，我先生最近左手都會抖，走路也不太穩。」老太太向醫師描述症狀，老先生則是悶悶不樂坐在一旁。

「這樣多久了？」醫師問。

「大概半年多了，一直想帶他看醫生，他就是不肯，整天都關在家裡。」老太太無奈的說。

巴金森病病人常會因為動作症狀就醫，例如單側手會不由自主的抖動、步伐變小變慢、動作僵硬沒力、容易跌倒等。花蓮慈濟醫院神經內科部主任羅彥宇醫師指出，由於吞嚥功能較差，所以在講話時會感覺口水很多，甚至有流口水的現象。

以花蓮為例，多數人是在 70 歲左右發病，和健保資料庫的統計差不多。羅彥宇醫師說，病人大多是在發現動作症狀約半年後都沒有改善，才到醫院就診。不過如果仔細詢問非動作症狀，例如情緒高低起伏不定或低落、便祕、說夢話、夜間頻尿、味覺喪失等，大概都超過 1、2 年以上，只是病人不曉得這些症狀可能與巴金森病有關。

「隨著大家對巴金森病的認識增加，病人和家屬都比較有自覺，多數會主動就醫，確定診斷時大約落在第二、第三期。」羅彥宇醫師說，「不過也有大約 1、2 成的病人不清楚巴金森病到底是什麼，可能是因為頭暈或其他狀況就醫，而意外被醫師發現罹患巴金森病。」

巴金森病的動作症狀會讓病人平衡變差、容易跌倒，需要照顧者的協助。羅彥宇醫師說，在出現動作症狀前，便可能出現多種非動作症狀，睡眠障礙會讓病人一直講夢話、頻繁起床上廁所，憂鬱則讓病人情緒低落、不想出門、想法變得很負面、對原本喜歡的東西失去興趣、甚至出現自殺的念頭。

「情緒低落、高低起伏不定是相當常見的非動作症狀，還沒有出現動作障礙的巴金森病人，大概就有 40% 會出現這些症狀，這可能讓病人心情更負面、焦慮。有時候病人手抖惡化是因為焦慮，所以並不是去加藥控制手抖，而應該使用藥物去控制焦慮。」

羅彥宇醫師說，「根據研究，非動作症狀對生活品質有較大的影響，也會對照顧者造成更大的負擔。」現在也有可以治療巴金森病合併憂鬱症狀的藥物，每次回診主動把自身狀況和醫師提出討論，才能找出最適合的治療方式。

懷疑巴金森病，需要做哪些檢查呢？

如果發現自己或家人手會抖、小碎步、動作變慢、平衡變差等動作障礙時，要盡快至神經科檢查。羅彥宇醫師提醒，研究發現，有 3 個非動作障礙能夠幫助檢測巴金森病，第 1 個是長期嚴重便祕，第 2 個是晚上睡覺時常說夢話，第 3 個是嗅覺變遲鈍。這 3 個非動作障礙通常在動作障礙出現之前大概 5 年、10 年，甚至更久就出現。

此外，110 年健保資料庫顯示，巴金森病病人十年內因其他病症就醫件數，排名第一的是憂鬱症，其次為睡眠障礙，這些非動作症狀往往是最容易被忽略的警訊，且較難與巴金森病做連結，大家要提高警覺。

50 歲以上民眾每個月可以利用巴金森病手指操自我檢測，先將五指張開，右手拇指與食指輕按 25 下，然後換左手拇指與食指輕按 25 下。如果發現雙側手指開合的速度、角度不同，請盡快至神經科檢查。

神經科醫師會詳細了解病史，並評估動作症狀與非動作症狀。羅彥宇醫師說，為了排除其他問題，會安排腦部多巴胺轉運體掃描來評估腦部多巴胺系統的狀況。

還有一個診斷標準是病人對於左多巴藥物的反應，也就是說治療本身也是診斷。羅彥宇醫師解釋，典型的巴金森病人吃藥之後症狀會明顯改善。

每個病人的病程都不太一樣，有些是以手抖為主，有些是以姿態僵硬為主。羅彥宇醫師說，「我的門診中，有位 70 歲的女性對藥物的反應很好，已經追蹤了 10 年，行動依然跟一般人相同，看不出異樣。」

治療巴金森病的藥物有很多種，包括左多巴、多巴胺受體促效劑等，醫師會根據病人的狀況選擇合適的藥物控制動作症狀和非動作症狀，幫助維持生活品質。羅彥宇醫師說，照顧者可以協助觀察藥效發揮的狀況，幫助醫師調整用藥，若在使用藥物有出現不舒服的地方，便需於回診時和醫師討論，不要自行調整藥物。

「很多病人習慣依照三餐來吃藥，不過晚餐和中餐間隔時間通常會比較長，所以大概在傍晚 4、5 點的時候病人就會覺得很累。」羅彥宇醫師說，「這部分也可以和醫師討論，調整服藥的時間。」

貼心小提醒

大家對於巴金森病的動作症狀，如手抖、僵硬、小碎步等，較為熟悉，不過在動作症狀出現之前，可能已經出現其他非動作症狀，包括情緒低落或起伏不定、說夢話、夜間頻尿、嚴重便祕、嗅覺變差等，大家要提高警覺。每個月使用「巴金森病手指操」自我檢測，幫助早期發現巴金森病！

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「醫師，最近幾個月我的左手都會抖。」70 多歲的老伯伯說，「這是不是廣播節目在講的巴金森病啊？」

單側手抖是巴金森病常見的動作症狀，南投佑民醫院神經科主任林圻域醫師指出，進一步了解病情後發現，老伯伯已經失眠一年多，而且胃口比較差、心情也比較低落。也就是說，可能在 1、2 年前就開始出現非動作症狀，直到就醫前三個月才出現動作症狀。

「巴金森病的治療會同時考量動作症狀與非動作症狀，並依照病程發展來調整藥物。當時讓他使用多巴胺受體促效劑搭配左旋多巴，動作症狀有明顯改善。」林圻域醫師說，「經過 1、2 個月的用藥，在沒有使用安眠藥或舒緩情緒的藥物下，失眠跟情緒低落這些非動作症狀都有獲得改善。」

到目前為止已經治療 3 年多，老伯伯每天都會外出散步運動，巴金森病幾乎都維持在第 2 期，可以自己回診，行動自如。

從手抖到臥床，及早治療延緩巴金森病程演進

巴金森病的病程通常可分成 5 個階段。林圻域醫師指出，巴金森病第 1 期，剛發病時，可能從單側手腳開始出現顫抖或僵硬，這些症狀通常還不會影響生活。

巴金森病第 2 期，雙側都出現症狀，生活就會受到一些干擾，可能在吃飯時用湯匙、用筷子就沒有那麼靈活。

巴金森病第 3 期，患者走路的平衡能力越來越差，多半需要使用柺杖輔助行走，很容易跌倒。

巴金森病第 4 期，患者的日常生活需要他人協助，包含吃飯、洗澡、自己的衛生需求，都無法獨力完成。

到了巴金森病第 5 期，患者幾乎都是坐輪椅或是臥床，完全仰賴他人照顧。

如果能在早期發現巴金森病，並積極接受治療，能夠延緩病程進展，讓患者保有更多的生活功能。

有耐心的積極治療，延長用藥蜜月期

目前治療巴金森病比較常用的藥物，包括左旋多巴、多巴胺受體促效劑、單胺氧化酶抑制劑等。林圻域醫師解釋，左旋多巴對於動作症狀的效果很明顯，另一個多巴胺受體促效劑的效果也很好，可以同時改善動作及非動作症狀，例如憂鬱、睡眠障礙等。巴金森病的用藥比較複雜，臨床上會根據患者的年紀還有比較明顯的症狀，選擇合適的藥物。

憂鬱、失眠皆是巴金森病常見的非動作症狀，林圻域醫師說，在接受藥物治療時，我們也希望患者能夠養成運動的習慣，每天都能夠外出運動，走一走、曬曬太陽。

「確診巴金森病後，有些患者會期待能夠治癒，」林圻域醫師說，「我們需要跟他們解釋說，這是一種退化性疾病，沒有辦法完全根治，不過若能好好接受治療，可以維持生活品質，幾乎跟正常人一樣，還是可以外出旅遊、運動。」

因為巴金森病的用藥比較複雜，在用藥過程中，不見得隨時都能讓患者感覺狀況很好，林圻域醫師提醒，如果有用藥問題或是覺得身體的靈活度沒有很好的話，請務必回診，與醫師討論是否要調整藥物，千萬不要自己增加藥量，否則會縮短用藥的蜜月期，而且服用左旋多巴的劑量越高，越容易提早出現藥效波動的副作用，例如突然變得很僵硬或出現搖頭晃腦等不自主運動。

關於巴金森病的治療策略，林圻域醫師解釋，如果患者比較年輕，可能先使用多巴胺受體促效劑，延長用藥蜜月期。如果患者年紀較大，可能就使用左旋多巴，再搭配多巴胺受體促效劑。

在家就能做，早期發現巴金森病

巴金森病是退化性疾病，發生率會隨著年紀而越來越高，50 歲以上的民眾，都應該要定期自我檢測。林圻域醫師說，目前常用的檢測方式是手指操，手指操的操作非常方便，檢測靈敏度也不錯。只要伸出左手，張開五隻手指，食指與拇指重複開合 25 下，然後換到右手，食指與拇指重複開合 25 下。

「我們可以請家屬觀察兩側手指開合的速度跟大小，如果兩側差不多，也都蠻靈活的話，大概巴金森病的機率就不高。」

林圻域醫師說，「如果有巴金森症狀，兩側手指頭開合的速度跟節奏就會不一樣，有問題的那一側通常會比較慢，開合的角度也會變小。大部分巴金森病都是從一側開始，通常會變得不靈活，甚至像黏住一樣打不開。出現這樣的狀況的話就要趕緊到神經內科做檢查。」

貼心小提醒

林圻域醫師叮嚀，雖然巴金森病沒有辦法根治，但是透過定期用藥、規律運動，其實可以讓巴金森病患者的生活能力維持得很好，能夠自己照顧自己的狀態。家屬、患者要與醫療團隊密切配合，若觀察到症狀有變化，請務必回診與醫師討論，千萬不能擅自增加藥量！

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