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雜訊-青春之泉

科景_96
・2011/02/08 ・625字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 555 ・八年級
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Original publish date:Dec 23, 2002

編輯 HCC 報導

波士頓大學研究人員發現對老年人的腳底施加輕微的隨機機械振動,可以協助老年人改善身體的平衡控制。

無線電電台的靜電、在一間擁塞房間內週遭的對話聲、通衢大道上閃爍的霓虹燈光,都會讓人們轉移其注意力,這就是雜訊的影響。於物理,雜訊(Noise)代表任意的或似乎是無用的波動,所以一提到雜訊,工程師的直覺就是如何去除雜訊,例如設計濾波器或利用影像處理技術等等。

不過越來越多的研究顯示,經由隨機共振(stochastic resonance),某種程度的雜訊確實能夠增強微弱訊號的偵測與傳送。這個觀念已經應用在全球氣候模型、電子電路以及感覺神經元,Sciscape 於 Nov 20, 1999 刊登的科學報導“在噪音中捕魚?”,Feb 22, 2001刊登的“以雜訊抑制雜訊”,就介紹過相似的應用。

波士頓大學Jim Collins對雜訊應用的巧思,就不能不令人折服了。Jim Collins在老年人的腳底下,施加細微的隨機機械振動,振動量剛好在一個人可以感應的程度之下,其所施加的振動可能加強了腳底對壓力的感覺,因此可以減少老年人姿勢的搖晃,對他們的平衡控制而言,雜訊可稱的上是“青春之泉”了。

Jim Collins推測,於未來,基於上述原理設計的元件,例如隨意振動鞋墊,也許能使人們得以克服由於年老或疾病所帶來的感知喪失。

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Feb 22, 2001] 以雜訊抑制雜訊
  • [Nov 20, 1999] 在噪音中捕魚?

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    科景_96
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    Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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    為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    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。

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    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。

    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 / 圖片來源:envato

    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)。

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    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)」/圖片來源:益福生醫

    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。

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    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。

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    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。

    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 / 圖片來源 : envato

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    肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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    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。

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    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 / 圖示來源:shutterstock

    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。

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    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。

    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。/ 圖示來源:shutterstock

    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?

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    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。

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    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。

    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。/ 圖示來源:


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    老花眼只能戴老花眼鏡?科學家正在開發「老花逆轉」的三大神器!
    PanSci_96
    ・2026/07/05 ・2182字 ・閱讀時間約 4 分鐘

    本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

    你最近看手機時,是不是常常得把手伸得直直的才看得清?又或者去餐廳看菜單時,總覺得字太小、光線不夠?沒錯,這就是「老花眼」(Presbyopia)找上門了。

    長期以來,我們對付老花眼的方法不外乎戴老花眼鏡、多焦隱形眼鏡,或是動雷射手術。這些方法雖然有效,但充其量只是「光學補償」,也就是繞過老化的眼睛,用物理方式幫你看清楚。不過,隨著科學技術的進步,現在眼科醫學界的目標已經悄悄轉移:我們不再只求「補償」,而是要從根本上「逆轉」老花眼!

    為什麼會老花?原來是水晶體「變硬」了

    要逆轉老花,首先要了解它究竟是怎麼發生的。人類眼睛的對焦機制,主要依靠睫狀肌的收縮與放鬆,來改變水晶體的形狀。過去許多人以為老花是因為「睫狀肌沒力了」,但研究發現,即使到了老年,睫狀肌通常還是很有活力的。真正的罪魁禍首,其實是「水晶體硬化」!

    我們的水晶體是個奇妙的器官,它一輩子都在生長,新細胞會不斷包覆舊細胞,導致中心越來越密實。但物理性擠壓只是其一,更關鍵的是蛋白質發生了化學變質:

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    第一,二硫鍵交聯:隨著年紀增長,水晶體內的抗氧化劑減少,蛋白質之間會形成異常的化學鍵(二硫鍵),就像上了鎖鏈一樣,讓蛋白質失去彈性。第二,糖化反應 (AGEs):這就像烤肉時肉變硬變黃一樣,身體裡的糖分和蛋白質反應,產生了「晚期糖基化終產物(AGEs)」,讓水晶體變得又硬又黃。

    換句話說,老花眼其實是一種「生物化學病變」。如果要逆轉它,就得想辦法把這些變硬的蛋白質「軟化」回來。

    招式一:點眼藥水就能返老還童?尋找水晶體軟化劑

    如果老花是因為蛋白質變硬,那點個藥水把它溶解開不就好了?科學家真的是這樣想的!過去有一款備受矚目的藥物 UNR844,它的原理是切斷蛋白質間的二硫鍵。可惜的是,它在二期臨床試驗中失敗了,這告訴我們,單純只對付二硫鍵是不夠的。

    於是,科學家推出了進階版:Aggrelyte 系列分子。它不但能切斷二硫鍵,還能幫蛋白質進行「乙醯化」,提前封閉那些容易被糖化的位點,讓蛋白質恢復水溶性。在實驗室裡,這款藥物成功讓高齡人類水晶體的不溶性蛋白質恢復了 19 到 30% 的溶解度。目前 Aggrelyte-2A 已經被開發成眼藥水,正在動物實驗階段,被視為未來從根本逆轉老花眼的超級潛力股。

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    除了小分子藥物,科學家也在研究一種名為「FAOD」的酵素,它就像一把精準的手術刀,能切斷頑固的糖化交聯(AGEs)。實驗證實,把這種酵素滴在 74 歲人類的離體水晶體上,居然能讓它恢復相當於一副標準老花眼鏡的調節力!

    招式二:幫眼睛換個「液態避震器」!仿生水晶體重建力學

    如果水晶體已經硬到沒救,甚至長了白內障,那該怎麼辦?這時候就要靠外科手術了。但這裡說的不是傳統的單焦或多焦人工水晶體,而是會「自動變焦」的仿生水晶體!

    例如即將進入美國 FDA 三期臨床的 Juvene,它是由一個填充囊袋的基座和一個液體光學部組成的。當睫狀肌一用力,基座受到擠壓,就會把液體光學部往上推凸,增加屈光力,這就像我們年輕時自然的水晶體一樣。

    更科幻的是一項名為 JelliSee 的技術:醫生會把你的水晶體內容物抽光,然後像灌果凍一樣,把一種專利的液態聚合物注射進水晶體囊袋裡。這種聚合物固化後,質地就像嬰兒的水晶體一樣柔軟。加上特殊的結構設計,它預期能提供高達 7.0 D 的調節力,相當於讓 50 歲的眼睛重返 20 歲的對焦能力,堪稱眼科界的聖杯!

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    招式三:硬體不能修,那就升級軟體?大腦知覺學習

    如果不想開刀,等眼藥水又要好幾年,現在有什麼立即可用的逆轉方法嗎?答案是:訓練你的大腦!

    當老花眼讓你看東西變模糊時,大腦的視覺皮層其實是有潛力去「解碼」這些模糊影像的,只是它需要被訓練。這被稱為「知覺學習」(Perceptual Learning)。透過像 RevitalVision 這樣的特定視覺訓練程式(使用特定的 Gabor Patch 刺激圖案),只要在家對著電腦訓練,就能刺激大腦視覺皮層的神經元,降低大腦對模糊影像的辨識門檻。

    這雖然沒有改變眼睛的物理結構,但在臨床上,受試者經過 30 次訓練後,視力表上平均能多看清楚 2.5 行!這種「神經學逆轉」是目前唯一安全、無副作用,而且馬上就能使用的功能性逆轉療法。

    結語:老花眼即將成為歷史名詞?

    面對老花眼,我們正處於一場從「光學矯正」走向「生理復原」的醫學革命中。在今天,我們可以透過「知覺學習」讓大腦幫忙看清楚;在不久的將來,會自動變焦的「仿生水晶體」會讓白內障手術升級為眼睛的重開機;而在更遠的未來,或許我們只要在睡前點一滴「去糖化眼藥水」,就能讓水晶體永保青春。

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    下次因為看不清楚菜單而感到沮喪時,別灰心,科學家們正熬夜為你的視力找解藥!老花眼,或許在我們有生之年,真的會變成一個可治癒的歷史名詞。

    參考資料

    1. Progress in presbyopia treatment – Contact Lens Update
    2. Experimental treatments for presbyopia – Medium
    3. Age-related changes in eye lens biomechanics, morphology, refractive index and transparency – PMC
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