【成語科學】望梅止渴：梅子真的可以解渴嗎？竟然跟巴夫洛夫的制約實驗有關！

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

第四屆諾貝爾生理學／醫學獎，於 1904 年頒給了俄羅斯生理學家伊凡‧帕夫洛夫（Ivan Pavlov）。頒獎理由在於他消化系統上的研究工作打下了重要的生理學知識基礎，同時被廣泛轉化、應用在其他領域學科上。

劃時代研究：神經如何調控消化系統

1897年，在累積了12年研究工作成果後，帕夫洛夫發表了名為《The Work of the Digestive Glands》（消化腺功能）一書。

帕夫洛夫厚積薄發，在這一本書裡一口氣發表許多具有劃時代意義的研究結果，同時提出很多具有突破性的理論。

該書一共有十三章，涵蓋包括實驗（手術）方法、消化腺功能、消化腺的神經系統、理化刺激對消化腺的影響、食物經過消化道過程、和臨床經驗與治療結合等等， 內容豐富同時具有前瞻性。筆者在此不會一一詳述帕夫洛夫的所有實驗過程，只想針對帕夫洛夫提出的幾個我認為比較重要的觀念或方法進行概述。

首先，帕夫洛夫通過對消化腺的傳入／傳出神經干預，證明了神經系統對消化系統的重要調控功能。在此之前，醫學界還無法確定神經系統對消化系統是否存在影響。其次，帕夫洛夫建立了假飼（fictitious feeding）模型：他通過外科手術成功讓狗將食物吃進嘴裡，但在食物進入胃之前，就從人造瘻管排出，並以此證明了「嘴裡的食物對胃消化液分泌也存在調控機制」。同時，他提出了所謂「精神因素所致消化腺分泌」（psychic secretion）的理論。他發現不光是食物在嘴裡會引起胃液分泌，看到、聞到食物也會，甚至同一研究人員的在場、腳步聲、談話聲等等這些過去認為「和消化系統一點關係也沒有的因素」對胃液和其他消化液分泌也都有影響。

最後，帕夫洛夫發現當他在每次餵食前發出固定某種聲音（比如鈴聲），經過一段時間以後，狗只要聽到鈴聲，消化液分泌量就會開始增加。

這一發現，成為日後古典制約（classical conditioning）理論的基礎。所謂古典制約，就是通過反覆人為干預，在原本不存在關聯的兩個事件（一為條件刺激，一為生理反應）之間建立起聯繫。

對人類理論學科的震撼彈：古典制約

古典制約理論的建立，不光是對醫學界產生了重大影響，毫不誇張地說，它在整個人類社會各個不同領域、層面的理論學科中，投下了一顆震撼彈。其中又以對心理學、精神科學、教育學等等影響最大。

「生物（包括人在內）可以通過人為干預被制約」的理論自此成為猶如「1+1=2」的數學公式一般紮根在所有相關學科裡，甚至成為許多政治、社會理論的基礎，也是無數小說、電影和其他形式藝術創作的靈感來源。

赫胥黎的經典名著《美麗新世界》（Brave New World）即是以極端經典制約下的人類社會作為大時代背景。

帕夫洛夫在他的著作裡還提到了許多非常重要的生理學發現，比如不同食物對消化液分泌的影響、消化液對彼此量和濃度的影響等等，實驗內容豐富而細膩。同時，我想要特別指出，其實在帕夫洛夫實驗進行的同時有許多其他研究團體也在進行類似工作，但是帕夫洛夫的實驗成果優於大部分競爭對手，因為帕夫洛夫的實驗方法很成功。他的手術技術高超，取得實驗數據（消化液量和濃度）的方法精良，建立動物模型的成功率也高。由此可見，除了有好的實驗構想以外，有可靠又實際的方法技術也同樣重要。

對帕夫洛夫的研究細節有興趣的朋友，可以到以下網站找到其著作英譯版。

最後以一張輕鬆的漫畫作為結束：

當我們在制約別人的同時，自己不也正處在被制約的過程中嗎？

順帶一提：我所在的比利時魯汶大學（KU Leuven）的心理系系酒吧（faqbar，每個系都有自己的專屬酒吧供系上教職員工和學生交流），名字就是Pavlov。想要被酒精和心理學家同時制約，去那兒就對了～

參考資料：

• Pavlov, Ivan Petrovich, and William Henry Thompson. The work of the digestive glands. Charles Griffin, 1902.（此為1902年英譯版）

• 備註：文中圖片作者不具有版權。如有侵犯版權／著作產權之行為，請即刻與作者聯繫。
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此原文轉載自原作者部落格，原文標題《巴甫洛夫的狗：1904年第四屆諾貝爾生理學醫學獎得主Ivan Pavlov的文章回顧》

• 【科科愛看書】你覺得自己是明辨是非、智慧超群的科青，但面對五花八門的商品就是無法割捨？購物車裡總是堆滿待買清單、每到月底就感到扼腕……這到底是什麼疾病啊啊啊！還請各位莫急莫慌莫害怕，容《用大腦行為科學玩行銷：操控潛意識，顧客不自覺掏錢買單，賣什麼都暢銷》向你道出決策之後的腦科學，相信在了解潛意識的力量之後，無論你是消費者或是行銷人，都能夠荷包滿滿、財源滾滾來呀～

當我們在消費購物時，大腦的決策過程會有三種「評估價值」系統，究竟是哪三種？以下就來一一解說。當然也可以分得更為精細，但大致分類的這三種獨立系統，實際上可以同時運作，進行價值的評估。另外，這些系統的運作方法或影響當然會因狀況或因人而異。

令你無意識反射的巴夫洛夫型系統

第一種是「巴夫洛夫型系統」。如果餵狗吃飼料時，總是讓牠聽到鈴聲，之後狗一聽到鈴聲，就會開始分泌唾液，這就是所謂的巴夫洛夫的條件反射，相信很多人都曾聽過這類例子。與此相同，巴夫洛夫型系統指的就是行動之後，在沒有意識下反射產生結果。

雖然大多出現在與生俱來的事物上，但也有經由學習而來的例子。將盛裝在盤子內的食物全部吃光，或是看到酸梅就開始分泌大量口水，都是巴夫洛夫型系統的典型反應。

食品、飲料之類感覺含有脂肪、鹽分或糖分的食物很美味，總是不小心就吃進這些食物，這也是巴夫洛夫型系統所造成的影響。

如果攝取過多的脂肪、鹽分或糖分，會導致肥胖或生活習慣病，因此這些成分現在被視為敵人，但如同前面所描述的，原本這些成分是人類生存上所不可或缺的。因此，人們會積極地想要吸收積蓄這些成分，並且在攝取之後會產生愉快情感起伏，進而引起想要攝取更多的實際行動。

多巴胺讓你學會習慣型系統

第二種是「習慣型系統」。這是某種透過學習而形成習慣性運作的系統。由於需要不斷嘗試並從失敗中學習，因此比起巴夫洛夫型，習慣型會需要更多時間。

像是每天早上開始工作前會想要喝咖啡、吃飽後會想來根菸、運動後要來杯冰涼的啤酒等等。一般來說，不論咖啡、啤酒或香菸，相信很多人在第一次嘗試時都會感覺「味道怎麼這麼糟」吧。要養成這些習慣，需要花費時間。然而一旦成為習慣之後，如果不進行這些行為，可能會覺得焦躁不安。

這些習慣化的過程，和腦內分泌物「多巴胺」有極大關係。咖啡因、酒精或尼古丁等，比起其他物質可以透過化學反應讓大腦分泌更多的多巴胺，因此容易讓人變成習慣。當然，即使並未含有這些化學物質，可以習慣化的事物有很多，比如說有人早餐一定會吃麵包和牛奶，有些人則喜歡白飯配味噌湯。

習慣化之後，雖然報酬預測誤差比較小，但由於親近性提高，因此容易因為改變而產生不安或異樣感等不快情感起伏。比如說，每天早上習慣吃麵包的人，某天餐桌上突然擺了白飯，應該會覺得奇怪，也就是產生了不快情感起伏。

棒球選手鈴木一朗在比賽的日子，早上一定會吃咖哩飯，每天進行同樣的訓練，並且已經持續十年以上，這是許多人都曾聽過的事情。這項行為，也正是為了不要產生不快情感起伏，以免在比賽時感到異樣。

可以很簡單地說這是一流人物所講究堅持的地方。但如果是專業的商務人士，要如何準備出容易引起顧客愉快情感起伏的狀況，又能避免不快情感起伏，連一些細微末節的地方都仔細考慮是非常重要的。

為了減肥，來養成目的指向型系統吧

第三種則是「目的指向型系統」。這是超越行動當下所產生的結果，是意識著某個目的所運轉的系統。前面的兩項系統是以腦部低階功能為主的系統，是在瞬間內所運轉；目的指向型系統則是以腦中主要掌控理性的部位為中心的系統，較前面兩項需要更多的時間進行決策。

具體的例子如為了健康每天攝取保健食品；為了減肥而吃卡路里低的食物，或是開始慢跑等等。這是最容易發生不快情感起伏及相應行動的類型。人會在潛意識中避免不好吃的食物或痛苦的事情，要消去這份不快情感起伏，並非以引起強烈的愉快情感起伏來解決，而是建立起即使小小的、少少的也沒關係，能夠每天產生達成感這種愉快情感起伏的架構。

這樣的連續情感起伏會連結到習慣型系統。為了養成習慣，建立起每天記錄，或是有時候一個鼓勵、問候的郵件或電話，有這樣協助本人的架構，會更加有效。不論如何，只要有個架構多少可以持續減輕不快情感起伏，目的指向型系統便能發揮很好的作用。

符合價值評估系統，商品自然暢銷

身為製作、銷售商品的一方，在製作商品時，像這樣確認對於這幾種消費者的價值評估系統，能應對到何種程度，或許是不錯的。消費者的需求時時刻刻都在變化，可以說消費者所尋求的就是符合這三種價值評估系統的商品。

拿可口可樂來舉例說明。可口可樂發售時，應該是定位於要滿足與生俱來的欲求，當然會重視味道這一個要素。同時，由於裝在瓶子內，可以很輕鬆地飲用，因此也可以應對習慣型需求。從玻璃瓶改為罐裝之後，重量更為減輕，更加方便，也更容易在自動販賣機銷售。

而瓶蓋可以關緊的寶特瓶出現，使得不論何時何地都能以便宜的價格飲用到可樂，這就更容易培養起習慣。順帶一提，可以用十杯的價錢喝到十一杯咖啡的咖啡券，也是「促進習慣化」的一種方式。

對現在的消費者來說，美味已經變成理所當然的事情；而且在便利商店或自動販賣機就可以輕易買到商品，也不需考量易得性，因而進一步希望從食品或飲料的消費行為中追求健康。因此，現在流行的零卡路里、低脂可樂，就是提供給注重健康的人能夠飲用的美味可樂。

今後，消費者所希望、需要的是，廠商可以提供消費者自己本身也沒有察覺，或是可以協助消費者達成潛意識裡所設定目標的商品，並且經由這些商品能夠真正滿足消費者的需求。

而消費者所沒有察覺到的目標，或是消費者雖有所意識但還未尋求的商品，又或者該如何接近消費者未期待的目標，就是今後的發展重點。就像無酒精啤酒這項商品即是相同的方向。

這裡所說的目標，當然不只是健康走向而已。高級品牌、安全、自我實現、社會貢獻或溝通交流等等，有許多不同的目標。如何尋找大腦在潛意識之下所預想的目標，在當中放入商品，喚起對於這項目標的意識，就是重要關鍵。

本文摘自《用大腦行為科學玩行銷：操控潛意識，顧客不自覺掏錢買單，賣什麼都暢銷》，方言文化出版。