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「生猛科學」首聚:保證在地、保證生猛,宇宙史上第一次熱炒店科學開講!

Peggy Lo
・2013/08/06 ・6925字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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文 / 羅佩琪、廖英凱

轟隆轟隆,是火車正行經高雄車站;
匡噹匡噹,是酒酣耳熟之際你我觥籌交錯;
窸窸窣窣,是轉頭向隔壁剛認識的高醫心理系同學求救剛才沒聽明白的睡遊疑問……

「熱炒店」,一個充滿熱鬧與喧囂、台灣獨有Taiwan Only的空間,如果碰上「科學開講」,將碰撞出什麼樣獨特的激情氛圍與知識火花?帶著這個問題的想像與期待,以南臺灣熱炒店為駐點的PanSci生猛科學誕生!有別於剛滿一周年、已累計十二場的北部科學聚會「M.I.C.微型點子對撞機」,生猛科學只邀請在地的科學家,討論在地的科學議題。


七月十九日晚上,兩位絕對「在地」又「生猛」的講者登陸生猛科學,領銜主演了熱炒店開講的第一集,與大家一起吃喝熱炒話科學:

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蔡宇哲老師:高雄人,高醫大心理學系助理教授、PanSci《我睡故我在》專欄作者
邱郁文老師:高雄人,海生館助理研究員

馬上來看看PanSci定期聚會跨越濁水溪的第一仗,兩位講者分別祭出什麼樣的生猛步數囉!

蔡宇哲老師-「今晚,可以不要嗎?」

身為先鋒講者,蔡老師一上台就不負眾望地撂下狠話:「生猛科學的第一集,今天講的內容保證超生猛!」但瞄到台下兩位掛著稚嫩臉龐、未滿十八歲的高中生聽眾,蔡老師立馬加註:「嗯,如果等下真的談了什麼生猛的東西,一切……都跟科學有關啦!」(招牌蔡式燦笑XD)

活跳跳生猛案例 #01
雲與荒臺豈夢思──你記得我們的一切,卻忘了那晚的激情

「嘿寶貝,你昨晚真是太生猛、太厲害了。」
「你凌晨一點的時候來一次,凌晨兩點半的時候又來一次……這,實在太令我難忘了。」

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這段巫山雲雨後情人溫存的枕邊細語,卻讓2007年正值芳齡十九歲的Chelsea Harold不寒而慄。因為,她已經換了第三個男朋友,卻還是聽到同樣的台詞;更可怕的是她連昨晚的一個片段、一分一秒,都不記得。[1]

聽起來有點驚悚,但這正是英國女孩Chelsea的煩惱。不喜與男友發生親密關係的她,卻不斷被男友稱讚晚上在床上的功夫了得;在求助醫生的諮詢與治療後,才發現自己其實是罕見的「睡眠性交症(sexsomnia)」患者。

在臨床個案報告中,睡夢中會與人翻雲覆雨的「睡眠性交症」不只發生在女性上,甚至男性發生的機率更高──差別是,當患者是男性,通常會伴隨性侵害的官司,例如這位倒楣的英國男性Darren Greenwood。[2]

活跳跳生猛案例 #02
但見淚痕濕,不知心恨誰──為何要打枕邊人?

蔡老師用一個頗驚人的受試者睡眠狀態側拍影片為例,進入夢鄉的受試者突然爬起身,用力拍打、踢腿(編按:好似身邊有某種惡魔要入侵自己般奮力抵抗……),暴力強度之高,若該受試者旁邊睡的是他的妻子,這位摯愛可能已命在旦夕。如你所預料,根據腦波記錄的生理訊號,受試者自始皆處於睡眠狀態,就連出現如此可怖的暴力行為時,他都是「在睡覺」。

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早在1962年,法國科學家Michel Jouvet做過一個相關的實驗:把貓的橋腦(pons)破壞後,貓將會在某些睡眠時段出現攻擊行為,或毛豎起等恫嚇式動作。[3][4]

究竟,這種「睡夢中的暴力」與「睡眠時的性交」是怎麼回事?根本原因是相同的嗎?

夜來幽夢忽還鄉──睡眠「不是」同質的行為

要分析上面兩起生猛又離奇的案例,必須從睡眠的「階段變化」談起。睡眠並不是同質行為,八小時的睡眠其實富含了各種階段變化。1953年,Nathaniel Kleitman和Eugene Aserinsky[5]發現人在某些睡眠階段時,眼球會快速轉動,約轉十分鐘後會停止一小時,之後再轉、再停、再轉、再停……不斷重複這個循環;遂將眼球轉動的睡眠區間稱之為「速眼動睡眠(Rapid eye movement sleep, REM sleep)」,反之稱作「非速眼動睡眠(Non-REM sleep, NREM sleep)」。

非速眼動、速眼動睡眠帶來的差異,除了眼球整晚忙碌地轉、停交替外,也表現在生理功能的變化。非速眼動睡眠比較像普遍認知的睡眠模式,心跳、呼吸、血壓都很規律,肌肉張力降低;速眼動睡眠則反之,它的重要特徵則是各項生理功能多不規律,肌肉張力則完全消失,身體會像死屍般癱著無法動彈。

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了解「速眼動睡眠」與「非速眼動睡眠」是兩種不同的睡眠階段後,帶著這兩種狀態的基本認知,我們可以一步步、仔細推敲兩宗離奇案例的根本原因:

揭密第一步 >> 「速眼動睡眠行為異常」讓夢境成真!?

根據研究,「作夢」大多發生在速眼動睡眠時。第二個案例影片中受試者的暴力行為,就發生在受試者速眼動睡眠時的做夢情境──他在做夢,只是他將「夢境內容演出來了」。

至於,為什麼會把夢境演出來呢?與上述速眼動睡眠「肌肉張力消失」的正常狀態相反,受試者在速眼動睡眠時肌肉張力並沒有消失,因此,當他夢到在跟別人打拳,他的手就開始揮舞;夢到在打橄欖球,他的腳就開始狂奔。這種行為稱為「速眼動睡眠行為異常(REM sleep behavior disorder, RBD)」,更直白的說──就是忠實地,把夢境中的自己搬演到真實世界了。

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揭密第二步 >> Chelsea的煩惱,真相藏在「非速眼動睡眠」中!

與上述情形不同,Chelsea的睡眠性交困擾與「作夢」無關,而發生在不大作夢的非速眼動睡眠階段,臨床上稱之為「睡遊(sleep walking)」,以往俗稱的「夢遊」其實是誤解,因為這時候的行為不是在作夢時發生的。它被歸屬於「非速眼動睡中異常(NREM parasomnia)」的一種,會讓人們在在睡眠時,去執行某些生存基本行為:

閒晃:代表熟悉環境、尋找資源的需求。
吃東西:代表進食、攝取能量的需求。
性愛:代表繁衍的需求。
攻擊:代表被攻擊時,防禦及反擊的需求,嚴重時甚至有睡遊殺人現象。

這正好可以呼應許多人對睡遊者的認知:碰到睡遊者,輕輕引導他回床上,不可大力的搖動,或抓住他的肩膀大叫「醒醒啊!醒醒啊!」──箇中原因不是怕三魂七魄會飛走,而是怕睡遊狀態者誤認為你在攻擊他,進而啟動他的防衛反擊機制。

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揭密第三步 >> 大腦不同狀態的共存,是誘發上述兩種情形的關鍵

若我們的大腦能順利切換於「清醒」、「速眼動睡眠」、「非速眼動睡眠」三種狀態間,理論上是不會出現上述兩種睡夢中的特殊行為的。有研究指出,人類的大腦與生理狀態並非完全獨立,會有部分共存:

介於「清醒」與「速眼動睡眠」狀態時(REM sleep),肌肉張力尚未消失,但已可進入作夢的狀態,故會出現與夢境內容有關的異常行為;介於「清醒」與「非速眼動睡眠」狀態時(NREM sleep),肌肉張力仍可運作,將在沒有作夢的情況下促成睡遊,進行閒晃、進食、性交、攻擊等生存基本行為。

養備而動時:如何避免發生睡遊、夢中暴力行為?

「遺傳因子」與「誘發因子」都可能促成上述兩種睡眠異常行為,前者我們無法改變,但後者則掌控於己:作息規律、睡眠充足、適度紓壓、控制飲酒都是簡單而重要的具體做法。

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不負PanSci當家睡眠大使封號,蔡老師在演講的最後,再次誠摯呼籲大家擁抱正常睡眠的好習慣,針對P編刁難的提問也直率的回答-

P編:「如果你自己的學生在你的課上睡著,身為睡眠專家的您會……?」
蔡老師:「那,就讓他睡吧。」(編按:太帥氣的回答啦XD [6])

邱郁文老師:「湧泉傳奇──柴山腳下的老高雄」

「大家說對不對?(麥克風給觀眾)……請說對!」
「答案是一二三哪一個?(悄悄話)……等下我問選擇題,答案都在第一個!」(全場笑翻XD)

在8:2的國台語交雜比例下,邱郁文老師「在地團康式」的演講帶來了笑聲洗禮轟炸;請在地的科學家、講在地的科學事──生猛科學的初衷與精隨,邱老師用他的柴山傳奇講古,為我們下了最好的註解。

岡山大舞台戲院,我細數著地板上的燒酒螺

點閱桌上的熱炒菜餚,邱老師云:「今天的餐桌上還缺了一道菜……燒酒螺呢!?」在高雄長大的邱老師回憶,國小月考考完時,爸爸總會帶他去岡山最近即將被拆的大舞台戲院看電影當獎賞,而戲院裡「地板上燒酒螺殼的數量」正是電影賣座程度的精確指標──學名為:燒酒海蜷( Batillaria zonalis )的燒酒螺,的的確確是老高雄的文化記憶之一。

但仔細思考:燒酒螺既然曾經如此普遍,那……牠們都住在哪些地方呢?

綜覽台灣早期西部海岸,台北是火山地形的岩礁,過淡水河後是礫灘,苗栗則以沙洲、礫石、藻礁為主,往南一路到大鵬灣舉目皆是潟湖、沙灘、泥灘地;幾乎可以說,台中以南300公里左右的西海岸都是燒酒螺的適宜棲地。但民國五十至六十年間,這些海岸逐漸被開發,依據海岸的深淺,將淺者填補成海埔新生地、深者則開發為行船的漁港或商港、介於兩者之間者則成為魚塭……隨著文明及經濟的發展,貝類的棲地逐漸消失,燒酒螺數量也隨之銳減。[7]

捷運北機房、岡山文化中心,兩地共譜一段意外驚奇

目前服務於海洋生物博物館展示組的邱老師,就是負責將這些正在消失的貝類進行典藏工作,他到全台各地搜尋貝類的屍體,試圖為撿來的貝殼作最後的發聲、還原牠們身上的歷史故事;而今天的主題湧泉傳奇,就得從邱老師經歷的其中兩段典藏工作說起。

緣起捷運北機房

某天在岡山省道上,邱老師前方的砂石車一邊開、一邊掉下稀稀落落的土,正要開罵並拍照舉發時,邱老師定睛一看!發現不得了,掉下來的不是土,居然是邱老師的摯愛──貝殼:

經過一番明查暗訪,邱老師得知這一車車來自高雄捷運北機房的貝殼,通通是高捷在挖紅線與橘線時從地底下挖到的化石;在進一步用威士比與工地主任交換情報後,邱老師開始逐步拼湊出「出土捷運站」與「貝類化石當年的生長環境」對照:

與海距離:越靠近高雄港,挖掘到的貝類化石與海洋越有關,如曾挖到棲息於海面下十幾米深的鳳螺。
各捷運站:往內進到哈瑪星站,挖掘到貝類的棲地屬於外灘的沙灘;再往東到美麗島站,則屬於河口貝類化石、紅樹林貝類;沿紅線往北到巨蛋站,開始發現淡水環境的貝類,再往北到岡山就全屬於淡水貝類了。

岡山文化中心再續前緣

一樣是無意間的發現,邱老師在岡山文化中心上挖掘出另一批貝殼化石,將其定名為「小溪貝塚」,並確認貝塚年代大約落在三百到一千年前。

發揮「還原生物生長環境」的專長(編按:有多專長?邱老師最喜歡的遊戲,就是用朋友隨意採集的化石,精確反推出每個化石的出土位置,例如:「這應該是蘭嶼東邊某公里外的某某島上的某地形上撿到的。」……噢天,有神快拜啊Orz),經由還原小溪貝塚,邱老師推出三百年前高雄的細部樣貌:

上下排:上排為貝類,下排為推估還原的棲地。
● 左一:現在去澎湖還可吃到的貝種,適合住礫灘,對應三百年前的高雄應屬旗津、五福四路具備此地形。
● 左二:燒酒螺在三百年前的小溪貝塚就以「敲破」、「吸」的方式被食用。
● 右二、右一:分別為紅樹林、類金門沙灘地形所孕育的貝類。

進一步比對「三百到一千年前的小溪貝塚」與「一萬到十萬年前的捷運站出土化石群」,兩者的組成其實是一樣的……兩地的貝殼化石共同提供了一個驚人的地殼變動證據、也是血淚的事實:高雄在三百到十萬年前都處在海平面以下;直至近幾十年都市化過程,才逐開發利用這塊濕地,壓縮並壓迫原本濕地生物的居住環境,造成燒酒螺等貝類近乎絕跡或數目驟減。

稜田螺出沒的內惟,你的水從何處來?──從貝類化石到湧泉

訴說著小溪貝塚的典藏、還原工作,邱老師也回憶起當年寫博士論文的經歷,當時邱老師以「台灣產田螺科生物」為題,此科生物僅有三種物種,分別為石田螺(Sinotaia quadrata)、中國圓田螺(Cipangopaludina chinensis)和稜田螺(Cipangopaludina miyagii)。前兩者都有順利找到標本,但1941年已在日本貝類學報發表的稜田螺雖已知道棲地在內惟一帶,但在論文結束前卻遍尋不著──這是高雄人邱老師心底很深的惋惜。(編按:數年後,透過在地阿伯的協助,邱老師最終取得了「半隻」標本……這是後話了。)

但也因為這個拉扯的研究過程,讓邱老師開始注意並思考:田螺,一個依水、傍濕地而居的生物,如何生長在內惟呢?或是說,內惟的水是從哪裡來的呢?

答案正是今天演講後半段的主角:「湧泉」。這個幾乎已不被高雄人提及的水源,曾經也是孕育出高雄文明的功臣之一,但人類卻在經濟繁盛後棄置、甚至遺忘它。

到底什麼是「湧泉」?

湧泉,是指含水層(aquifer)裸露於地面層,水源從地底流至地表之處;更具體的說,就是地下水跟地面交界噴泉的地方。順向坡、斷層線山腳、火山碎屑岩和安山岩層層相疊的火山山腳都有發生湧泉的可能。

內惟的湧泉光景

「愛喫內惟的芋,不願行內惟的路。」回到擁有稜田螺的內惟,從古文獻詩歌即可一窺曾經的湧泉盛貌。阡陌縱橫、泉水盈溢的內惟,除了成為孕育貝類的良好棲地外,也是水芋田、水稻田的聚集地,人類聚落也就自然地在此出現,並依著水源的掌控與分配,出現了收租與商業行為。文明,就此加速發展。

湧泉之於高雄的重要,也可從諸多流傳的風水故事略知一二,曾有人將柴山地圖類比為一隻蟠龍,盤龍的兩隻眼睛正位於柴山著名的「龍巖冽泉」,其出水之壯觀曾讓清朝詩人寫下「玉磯噴雪碎,石乳撒花濺。蟹眼千尋濼,龍澌百丈淵。」的詩句頌揚;相傳也曾有迷信的政權為防龍泉出龍子,蓋了「國基鞏固」的亭子鎮住天子之氣。先不論風水之說係真或假,大量流傳的湧泉故事說明了湧泉確實曾在高雄的歷史中佔上一席。

為什麼湧泉會被遺忘?我們該遺忘它嗎?

從日治時期開始發展、至民國70年代臻於完善的「自來水建設」逐漸替代了湧泉的功能,但是,自然水源流瀉而出的湧泉特性,並未因供水角色的改變而停歇,因此政府做出決策:將湧泉引入地下道。

對照日本,有許多的湧泉被列為百大名水,或當成產業悉心經營;高雄的湧泉卻從地面噴泉後約六公尺即被導引至下水道系統,與汙水、髒水一起被排入大海……這對水源清澈,甚至孕育出拉氏青溪蟹、台灣米蝦、鱸鰻等濕地生物的湧泉來說,真是情何以堪哪!湧泉讓人類文明開始形成,從農業、商業,再到混合產業,但進步到建設自來水後,我們就選擇捨棄並遺忘了它。

演講的最後,邱老師呼籲,高雄的鐵路至今不斷在進行地下化,工程過程中一路不斷挖到湧泉,希望高雄市政府可以正視湧泉的歷史角色、水質特色,不要再讓湧泉只能在暗無天日的地下道苟活,將它再次引回地面,或許未來的某天,湧泉將再次拾起它失落的的角色,伴著高雄營造出一個全新的文化風貌呢。


與所有PanSci活動保有同樣的優良傳統:生猛科學第一集的兩位講者在完成演講後,才面臨真正的挑戰──因為現場觀眾夥伴們又提問到欲罷不能啦XD!伴隨著筷子聲、炒菜聲、以及「乎乾啦」的乾杯聲,精彩提問紛呈盡出,節錄幾則,且看蔡老師、邱老師如何高明接招:

Q:目前高雄市政府對湧泉的態度如何?
A:農業局、觀光局大抵來說支持我的想法,文化局全力配合,但水利局……則是全力積極鋪水泥中。雖有都發局統籌,但顯然四個局處要先打一架,才有進到下一階段意見整合的空間。

Q:水利局反對的理由是?
A:主以「地方排洪」為反對基礎,但其實湧泉的水本身是通透的,是我們把原可通透的部分水泥化,逼迫這些水處於「滲不出來、也下不去」的狀態,這是違背生態原則的。

Q:屏東五溝水的湧泉之前也有聽說過抗爭,現況又如何呢?
A:屏東縣政府正在全力的……施工,縣政府認為施工後再做復育才是能一直服務人民的做法。(主持人P編下了一個PH值超低的註解:「果然是永續經營啊!」……)

Q:同樣是睡眠中以暴力行為,區分成因是「睡遊」或「速眼動睡眠行為異常」的意義?
A:兩者在臨床上用藥不同,了解成因方可選擇應抑制速眼動或非速眼動的睡眠。

Q:所謂的「鬼壓床」是不是就是將從速眼動睡眠進入清醒時,肌肉張力仍處於消失、但已有意識的狀態?
A:賓果!就是這樣,所以鬼壓床多發生在剛要醒或剛入睡的時候。

Q:請問蔡老師,「睡眠學習法」是真的嗎?
A:當然……是假的啊!但這太複雜了,你必須要來參加生猛科學二我才告訴你。(編按:謝謝蔡老師幫我們節省時間之餘,還順便幫生猛科學繼續拉客XD)


從生猛的睡眠故事,到在地的湧泉傳奇,從聽了臉紅心跳加速,到對社會、政府產生反思;第一次的熱炒店生猛科學開講,大家還滿意PanSci準備的菜單嗎?:P

畢竟是第一集,活動週邊還有一點點手忙腳亂(例如蔡老師丟的梗,機智如P編居然沒接到XD),歡迎當天在場見證生猛科學誕生的夥伴到「生猛科學專屬社團」提出建議回饋,幫助PanSci把九月將登場的「生猛科學第二集」變的更精彩、更好玩、也更好吃XD;至於還沒到過現場,看完這篇覺得很羨(ㄜˋ)慕(ㄌㄜ˙)的朋友們……準備好台啤,我們相約九月份南台灣的熱炒店見囉!


註:

[1] 由於不斷否認男友的稱讚,男友誤以為Chelsea是嫌棄他的性能力,終致兩人分手;Chelsea的三任男友皆因類似的原因而離開。
[2] Darren Greenwood向法官證明其患有睡眠性交症,並獲法官採信,宣判無罪。
[3] Jouvet M. Arch Ital Biol. 1962; 100:125-206.
[4] Patrick M. Fuller, Clifford B. Saper and Jun Lu. The Journal of Physiology. 2007; 584: 735-741.
[5] Aserinsky E, Kleitman N. J Neuropsychiatry Clin Neurosci. 2003; 15(4):454-5.
[6] 更完整版的回答,請參看Z編2012年10月寫的蔡宇哲老師專訪文
[7] 西部少數留存的螺類棲地是「台江國家公園」,因黑面琵鷺的保護傘作用,許多濕地生物連帶的被保護下來。

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非典型的人生迷茫組,對資訊整理有詭異的渴望與執著。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 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?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

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。

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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:

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  • 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

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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?

圖形處理的例子

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。

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典型的CPU與GPU架構

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?

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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?

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(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)

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。
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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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有效減重三部曲!快來量身製訂你的減肥計畫——《大自然就是要你胖!》
天下文化_96
・2024/06/27 ・3334字 ・閱讀時間約 6 分鐘

可持之以恆的減重計畫

有效減重的第一步是刺激脂肪燃燒。由於我們只在需要額外能量時才會燃燒脂肪,因此需要減少來自飲食的能量。所有以減重為目標的飲食法都會限制熱量,然而,最成功的飲食法必須也能關閉生存開關,因為這能減少覓食反應,有助於緩和飢餓感。正是因為如此,主要著重在熱量限制、但允許糖類和高升糖碳水化合物的飲食法,一旦結束熱量限制,就會注定失敗。也因為如此,飲食中即使沒有特別限制熱量,僅限制糖和高升糖碳水化合物的攝取,也有減輕體重的效果。這樣的飲食法是透過微調生存開關,減少飢餓感,讓人自然而然限制熱量的攝取。此外,調低開關可更有效的燃燒脂肪,因為正如前面所提的,生存開關的作用之一,就是阻止脂肪燃燒(請參閱第三章)。

第二步是阻止新陳代謝速率變慢。當體重減輕時,身體會降低新陳代謝速率做為補償,以維持現有體重。正如前面提過的,長期超重者的能量工廠運作效率會降低,因為身體將超重視為新的常態。在這種情況下,身體會降低新陳代謝來因應體重減輕,因此原本可保持穩定體重的攝食量,這時卻會導致體重增加。這幾乎是所有節食法功敗垂成的主因。

為了克服這個問題,我們必須調整生存開關,避免能量工廠遭受進一步的傷害,同時刺激新的能量工廠建立,增加能量產出。

目前,建立新能量工廠的最佳方法是運動,而且正如前面所提的,是特定類型的運動。這裡的運動主要是為了刺激能量工廠,而不是燃燒熱量。雖然運動也能燃燒熱量,帶來好處,但想要燃燒脂肪,最好的方法還是透過飲食限制、減少可用熱量。的確,如果生存開關一直處於活躍狀態,運動時燃燒掉的熱量,很容易因為休息時新陳代謝變慢而補償回來。這是飢餓的動物補償覓食時能量損耗的方式,也是哈扎人可以走上一整天尋找食物,卻不會增加整體能量消耗的原因,因為透過食用大量蜂蜜啟動生存開關後,他們的身體會在休息時減少能量消耗,補償活動耗去的能量。

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想要燃燒脂肪,最好的方法還是透過飲食限制、減少可用熱量。圖/envato

低醣飲食、生酮飲食有助於減肥嗎?

若希望維持減重後的體重,我建議最好從低醣飲食或生酮飲食開始。原因是這些飲食嚴格限制添加糖,而添加糖是飲食中主要的果糖來源;另外也限制高升糖碳水化合物,這是飲食中主要的葡萄糖來源,身體會將葡萄糖轉化為果糖。

這些飲食法可減弱生存開關,讓飢餓感自然降低,而原本受生存開關保護的脂肪,也會變得可以燃燒。這樣的飲食也能讓你的身體系統「重新開機」,擺脫過去慣於吃高果糖食物的狀態,不再快速吸收和代謝果糖(參見第八章)。偶爾吃點甜食時,也更能抵抗糖的作用。

這樣的飲食還能減少肝醣儲存。之前提過,身體會同時儲存脂肪和碳水化合物,其中碳水化合物是以肝醣的形式儲存。在斷食期間,身體首先燃燒的是肝醣,因為身體偏好以葡萄糖做為燃料。如果我們成天吃碳水化合物,腹部儲存的脂肪會繼續保留。但若減少攝取碳水化合物,尤其是高升糖或含有果糖的碳水化合物,就可減少儲存的肝醣,進而增加脂肪燃燒。因此限制碳水化合物,對於減重十分有效。

睡飽也可以幫助減肥?

身體對肝醣的偏好,也有助於解釋為什麼睡眠八小時以上有很大的幫助,以及為什麼早上運動(早餐前)比晚上運動更能有效減肥。睡覺時,大部分的肝醣儲備會燃燒掉,因此我們醒來,是處於脂肪燃燒模式。若是在晚上運動,燃燒的主要是白天累積的肝醣。

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睡覺時,大部分的儲備肝醣會燃燒掉,因此睡飽八小時對減重大有幫助。圖/envato

低醣飲食控制血壓、血糖

最後,正如我們在低果糖和低鹽飲食研究中發現的,低醣飲食可能促進粒線體生長。實行低醣和生酮飲食有些注意事項。首先,這會增加低血糖的風險。如果感到出汗或頭暈,可能需要檢查血糖或吃一塊水果(儘管這是一種碳水化合物)。

其次,低醣飲食中的某些食物仍會啟動生存開關,例如含鹽量高和富含鮮味的食物(如紅肉和帶殼海鮮)。前面提過,含鹽量高的食物會刺激葡萄糖轉化為果糖,進而啟動生存開關。但採行低醣飲食時,可轉化為果糖的葡萄糖相對較少,因此即使攝取高鹽食物,也不太可能產生果糖,不致於因此增加體重。然而,鮮味豐富的食物仍然很有可能導致體重增加。另外,要考慮減少或戒除飲酒,因為酒精也能活化生存開關。

低醣飲食也能降低血壓,因為生存開關變弱了。若是正在服用降血壓藥物,必須仔細監測血壓,因為可能需要減少劑量。

同時減少鹽和碳水化合物的攝取,也可能導致低血壓,若是感到頭暈,除了檢查血糖,可能還得檢查血壓。因此,我建議在實施低醣飲食幾週後,再開始減少每天攝取的鹹味食物及其他可活化生存開關的食物。

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此外,我建議每天至少喝八杯水,確保身體獲得足夠的水分,還要監測有害的低密度脂蛋白膽固醇濃度,以及血液中的尿酸濃度。低醣飲食有時會導致低密度脂蛋白膽固醇顯著增加,若出現這種情況,必須減少飽和脂肪的攝取量。如前一章提過的,生酮飲食也可能導致尿酸濃度升高,而目前還不清楚尿酸增加的生理效應,不過這可能是身體為了維持血糖濃度(尿酸會激發胰島素抗性)和血壓的補償作用。然而,高尿酸也會對能量工廠造成氧化壓力,若是尿酸濃度大幅上升(例如高於八毫克/分升),可能需要與醫師討論,權衡治療的風險和潛在益處(請參閱上一章)。

減肥時也需要適時補充水分。圖/envato

雖然有些人可以長年維持低醣飲食,但對大多數人來說,這種飲食法很難持續超過幾個月。部分原因是,我們天生就渴望飲食中有較多的碳水化合物。因此,我建議採用其他的替代方案來減肥。

若是不想採行低醣飲食,可以考慮地中海飲食法,或是我的開關飲食法,但必須更嚴格的限制會活化生存開關的食物,也就是嚴格限制高升糖碳水化合物的攝取,特別是白米飯、馬鈴薯、麵包、薯條和早餐麥片。如果這還是太具挑戰性,可以稍作調整,每天有一餐可吃高升糖碳水化合物(也許是半份),記得要細嚼慢嚥,花一個小時用餐。其他餐飲中則只能攝取低升糖碳水化合物,並完全限制會啟動生存開關的食物,例如高鹽或鮮味豐富的食物和酒。你可以挑幾天進行 168 斷食法,透過間歇性斷食加強熱量限制,同時刺激能量工廠生長。(這裡有個重點:有證據顯示禁食會損害日常表現,尤其是兒童。無論如何我都不建議孩子採行間歇性斷食,請牢記在心。)開關飲食法的減重效果較慢,但對許多人來說,可能比較容易忍受。

無論你選擇哪一種飲食法,每週有三、四天必須運動,每次至少持續一小時,重點是保持在第二區運動。(世界衛生組織等團體建議,除了輕度運動,每週進行 75 至 150 分鐘的高強度鍛鍊,可能帶來額外的好處。不過就我們的目的而言,這是附加選項,因為第二區運動對於能量工廠的增加和脂肪燃燒,具有最好的效果。)此外,可以考慮記錄你的步行距離和時間,觀察自己的自然步態是否改善,這意味著體內的能量工廠變得更健康。最後,如上一章我對開關飲食法的建議,每天要喝大量的水,並吃一盎司(約 30 公克)黑巧克力。

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最後一點:我不建議透過長期禁食來減肥(雖然我認為這是大自然的現象,所以我也可能是錯的)。前面曾提過巴比里禁食了一年,雖然如此,巴比里開始禁食幾個月後,實驗室檢驗發現他的血糖濃度非常低,只有約 30 毫克/分升,有時會降至 20 毫克/分升。這樣低的葡萄糖濃度如果突然發生在你我身上,我們會陷入昏迷,而且有永久性腦損傷或死亡的風險。

——本文摘自《大自然就是要你胖!》,2024 年 06 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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鑑識故事系列:Mark Bonnstetter 夢遊無罪
胡中行_96
・2023/11/27 ・3069字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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睡覺的時候,感覺有人手伸入她的睡褲,輕撫腹部。[1, 2]女子睜開雙眼。輕聲喚不醒身旁的男友,轉而大叫他起來開燈。突然亮起的光線下,一個約莫 178 公分高,85 公斤重的男人,站在床尾,自稱是對面鄰居。[1]

非當事人。圖/Adi Goldstein on Unsplash

感恩節週末

2006 年,38 歲的 Mark Bonnstetter 跟著懷孕的太太回娘家,[1, 2]期間第 3 個小孩誕生。全家多待一週後,[1]只有於東伊利諾大學(Eastern Illinois University)擔任首席運動傷害防護員的他,[1, 3]因為工作而提前在感恩節週末,回到伊利諾州 Charleston 市的 Woodfield 巷。[1, 2]返鄉過節的左右鄰居趁便請託,要他每日代為開燈,佯裝屋主在家,以防宵小。[1]

11 月 25 日那天,[1, 2, 4]Bonnstetter 晚上 6 到 9 點要工作。假期夜間照顧孩子,害他缺乏睡眠,還未及補足。逼得 Bonnstetter 早餐喝 2 杯咖啡;9 到 11 點再 2 杯;下午飲用 2 瓶 Diet Cokes;上班時又灌了大量 Diet Pepsi,好不容易才撐到收工。回到家即便不早,他仍記得幫忙鄰居點燈。終於就寢,卻沒睡好。凌晨 3 點醒來,睡著之後,又被聲音吵醒。[1]

循著噪音的源頭,Bonnstetter 望向窗外:對面沒有請他看家的那戶,燈亮著,前門微開。心懷守望相助的責任感,Bonnstetter 前去查勘。進入屋內,巡過一個又一個房間,關掉廚房的燈,再往主臥室走…。[1]

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他聽到女性微弱的說話聲,變成喊叫。房裡的燈光,瞬時明亮。Bonnstetter 被請離,走著、走著,流連於廚房。女子不得不親自把人領到門口,再目送他跨過馬路返家。Bonnstetter 躺回床上,一覺天光。醒來後,整個過程忘得乾淨,照常出門上班。另一邊,女子的母親回來,聽說此事,通報警方。[1]

夢遊病史

Bonnstetter 跟他哥,童年時共睡一房。除了爸媽之外,兩人也是彼此夢遊(parasomnia;sleepwalking)的目擊者。[1]兒童夢遊的人口比例,較成年人高:學齡前約有 1%;學童則為 2% 左右。發生的頻率,通常一週幾次。少數成人受藥物或酒精影響,抑或是睡眠品質不佳時,也會夢遊。[5]Bonnstetter 雖然沒酗酒,但是妻子與岳父母,卻不時見他在夜間晃蕩。有一回到外地參加體育賽事,住同個旅館房間的醫師,發現 Bonnstetter 迷糊地邊走邊咕噥。安全起見,還特別知會當地警方。[1]

以往頂多是在屋裡「巡邏」,或探查窗外情況,Bonnstetter 的動機似乎出於保護家人,避免他們被不存在的危險傷害。這算是成人夢遊的典型之一。[1]眼神呆滯地四處走動之餘,有些人還會執行複雜的動作,像是進食、說話或者操作機器。[6]Bonnstetter 就偶爾會無厘頭地搬弄物品,例如:溫柔地把時鐘擺在嬰兒床上。過去不管是哪種情形,結果都無傷大雅。然而感恩節的意外,竟破天荒地鬧成了刑事案件。[1]

逮捕、起訴

11 月 28 日,Bonnstetter 遭警察逮捕。[2]他放棄保持緘默的權利,反覆否認性侵,只想向受害者致歉。原以為基於先前醫師通報的夢遊紀錄,警方能理解並放人,[1]沒想到 12 月 11 日 Bonnstetter 還是被起訴了。[2]據說罪名包括非法入侵、性侵,以及蓄意強姦未遂。[1]另一說是沒有被控性侵,但加上侵入竊盜。[4]

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睡眠檢查

Bonnstetter 的律師建議他做睡眠檢查(polysomnography;sleep study)。[1, 2]廣義來說,涵蓋睡覺時的腦波、血氧、心律、呼吸,以及眼睛和腿的活動等;[7]而這裡大概會著重能提出證據的項目。Bonnstetter 最先拜訪的睡眠實驗室,聽說官司進行中,便拒絕了。於是,他改去若許大學醫療中心(Rush University Medical Center),找專治睡眠障礙的神經科醫師和心理師。[1]

2007 年 8 月 16 日的檢查報告,指出 Bonnstetter 罹患輕微的姿勢阻塞型睡眠呼吸中止症候群(positional obstructive sleep apnoea syndrome),[1]也就是躺著比較吸不到氣,側睡會好得多。[8]隔天計劃要再現出事那天的條件,攝取過多咖啡因,然後觀察睡眠。然而,這種作法須要大學研究委員會核可,訴訟在即,Bonnstetter 跟太太絕不能等。[1]

夢遊的條件

該醫療中心,受辯護律師委託出庭作證的 Rosalind Cartwright 醫師,手邊數據不足,只好拿既有資料,比對診斷標準。[1]睡眠有 4 個階段,前 3 個從 N1 到 N3,為非快速動眼期(non-rapid eye movement cycle;NREM);末了的則是快速動眼期(rapid eye movement;REM)。[9, 10]一般人每晚會以 N1、N2、N3、N2、REM 的順序,重複 4 至 5 輪。[9]典型的夢遊,起始於剛入睡的幾小時,即非快速動眼期的N3。[6, 9]Bonnstetter 不確定意外當天何時就寢,僅從下班時間和幫鄰居點燈等,估計應該是午夜。他可能3點和之後各醒來一次。而根據被害人的說法,Bonnstetter 約莫於早上 4 點半至 5 點之間,擅闖民宅。由此或許能勉強推測,事發時間在第二輪的非快速動眼期。[1]

為求更精確的診斷,Bonnstetter 睡眠檢查的光碟,被送往史丹佛大學(Stanford University)。該校以Christian Guilleminault 為首的 3 名醫師,於 2008 年 3 月 3 日的報告裡,寫道Bonnstetter整晚的第一輪非快速動眼期,腦部慢波活動較一般的平均值低。文獻指出,若再加上下列兩個條件,就有可能導致夢遊:[1]

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  1. 之前的睡眠剝奪,讓現在更需要慢波睡眠(slow-wave sleep)[1]也就是非快速動眼期的 N3[9]的確,感恩節那幾天,Bonnstetter 沒睡飽,迫切渴求補眠。[1]
  2. 有某個同步的刺激,提升從慢波睡眠醒來的機會。事發前 Bonnstetter 在 14 個鐘頭內,攝取 826 毫克的咖啡因。咖啡因會阻斷腺苷受器(adenosine receptors),睡眠剝奪後,緩慢接收 600 毫克,就足以促進清醒。甚至有研究認為,夢遊時的暴力行為,跟過量的咖啡因有關。好在他敦親睦鄰,沒有大打出手。至於輕微的睡眠呼吸中止症候群,也是會使他醒來的原因之一。[1]

除此之外,Bonnstetter 在非快速動眼期,睡睡醒醒的循環交替異常頻繁,是夢遊者典型的症狀之一。[1]

無罪釋放

2007年初,東伊利諾大學的實習刊物《每日東部新聞》(The Daily Eastern News),質疑 Bonnstetter 何以持續任職,還討論他是否曾與運動員單獨接觸。文章內容鉅細靡遺,不僅有律師和學校多位主管的名字,連被告與受害者的完整住址,都寫得一清二楚。[2]想必在校內及附近社區,掀起軒然大波。

2008 年 10 月 24 至 27 日,案件開庭。[1, 11]辯護律師以圖表說明,夢遊者跟正常人在非快速動眼期的慢波差異。陪審團專注聆聽,Bonnstetter如何意識矇矓地誤闖民宅。檢察官則以Bonnstetter在燈亮後,還能自我介紹為由,駁斥此番論述。律師隨即強調夢遊後的失憶,證明被告當時的精神狀態不佳。雙方一來一往,嚴密攻防。[1]26日《每日東部新聞》立場轉變,大量引用Rosalind Cartwright醫師等專家證人的說法,解釋夢遊的可能性。[4]27日,陪審團採信醫學證據,在傍晚6點做出無罪判定。[11]

洗清冤屈的Bonnstetter,後來繼續在原部門服務,並逐步升遷。[3]Rosalind Cartwright和Christian Guilleminault醫師,則於2013年7月的《臨床睡眠醫學期刊》(Journal of Clinical Sleep Medicine)上,介紹此案背後的學理根據。[1]

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參考資料

  1. Cartwright RD, Guilleminault C. (2013) ‘Defending sleepwalkers with science and an illustrative case’. Journal of Clinical Sleep Medicine, 9(7):721-6.
  2. Daniels M. (12 JAN 2007) ‘Bonnstetter working despite charges’. The Daily Eastern News, Eastern Illinois University, U.S.
  3. Mark Bonnstetter’. The Eastern Illinois Panthers, Eastern Illinois University, U.S. (Accessed on 14 NOV 2023)
  4. Di Benedetto S. (26 OCT 2008) ‘Doctor says Bonnstetter was likely sleepwalking’. The Daily Eastern News, Eastern Illinois University, U.S.
  5. Parasomnias: Sleepwalking’. Johns Hopkins Medicine. (Accessed on 15 NOV 2023)
  6. American Psychological Association. ‘Sleepwalking Disorder’. APA Dictionary of Psychology. (Accessed on 15 NOV 2023)
  7. Polysomnography (sleep study)’. (17 FEB 2023) Mayo Clinic.
  8. Srijithesh PR, Aghoram R, Goel A, et al. (2019) ‘Positional therapy for obstructive sleep apnoea’. Cochrane Database Systematic Review, 5(5):CD010990.
  9. Patel AK, Reddy V, Shumway KR, et al. (07 SEP 2022) ‘Physiology, Sleep Stages’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  10. Newsome R, Singh A. (15 May 2023) ‘Slow-Wave Sleep’. Sleep Foundation.
  11. Mellendorf K. (27 OCT 2008) ‘Bonnstetter found not guilty’. The Daily Eastern News, Eastern Illinois University, U.S.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。