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點字教學手套:可以分心的學習法

雷漢欣
・2014/07/08 ・1162字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

Credit:Vater_fotografo@ Flickr
Credit:Vater_fotografo@ Flickr

許多年前,喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究人員研發出高科技手套,可以在45分鐘內教初學者彈一段鋼琴曲,研究人員原本期待鋼琴手套能有卓越的成就,卻驚喜的發現意外的成果:教人們學會讀寫點字(Braille),厲害的是,人們在學點字的時候不需要專心在指尖上,可以一邊打電動,或是放空。

穿戴式科技的領航者,喬治亞理工學院的教授Thad Starner說:「這個學習法的機制是『被動觸覺學習(passive haptic learning,PHL)』,我們知道人們可以用振動學會動作技能,而不必專注在手上。」在他們新的研究裡,Starner跟他的博士生Caitlyn Seim測試這個手套的點字教學成效。每個受試者穿戴一雙手套,有微小的振動馬達鑲嵌在指關節處,馬達會發出振動序列,對應著某個片語的點字打字模式,語音提示同時讓受試者知道此打字序列產生的字母,最後,每個人在沒有語音提示和振動的幫助下,試著在鍵盤上打出這個片語。

穿戴式電腦科技讓人在忙碌的同時學讀寫點字。Credit: Image courtesy of Georgia Institute of Technology
穿戴式電腦科技讓人在忙碌的同時學讀寫點字。來源:Georgia Institute of Technology

這些振動序列接著在分心試驗中再次出現,他們要求受試者忽略手套,讓他們玩30分鐘的遊戲,其中一半的受試者會感受到反覆出現的振動和並聽到語音提示,另一半只會聽到提示音,遊戲結束後,兩組受試者都脫掉手套,試著打出這個片語。「只有語音提示的組別在兩次測驗的表現都差不多(也跟預實驗的基準一樣)」Starner說,「但是有振動教學的組別提高了三分之一的正確率,有些甚至完美。」

「值得注意的是,我們發現人們可以將如何打出點字的知識轉移成如何『閱讀』點字,」Seim說,「在打字測驗後,被動學習者能夠讀出並認出片語中百分之七十以上的字母。」參與試驗的受試者都沒有在鍵盤上打過點字,也沒學過點字,這個試驗也沒有加入螢幕或視覺回饋,所以受試者不會看到自己究竟打出了什麼,也不知道整個試驗中自己的正確率有多高。「整個學習過程中唯一的指導途徑就是觸覺介面。」Seim說。

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Seim現在正在進行第二期的研究,在四個階段內利用PHL教人學會全部的點字字母表。在八個接受PHL的參與者中,有75%的人在打字表現完美,控制組中則沒有人有這樣的成就,僅僅4小時的教學後,PHL的受試者也能夠認得和讀出字母表中90%以上的字母。

全世界有四千萬個盲人,然而點字教育在學校被大量忽視,只有10%的盲人能學會這種語言,人在晚年也很難學會點字,糖尿病患者、傷患、退役軍人、老人都有失明的傾向,這個手套將會提供額外的幫助。除了教人彈鋼琴,研究人員稍早也展示了這個手套改善脊椎損傷患者的知覺和行動力的能力。

這個點字研究將會在今年9月18日於西雅圖的國際穿戴式科技論壇(International Symposium on Wearable Computers,ISWC)上呈現。

資料來源:

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Wearable computing gloves can teach Braille, even if you’re not paying attention. ScienceDaily [June 23, 2014]

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雷漢欣
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PanSci的菜菜實習編輯,來自溫馨的動科系,心情好的時候喜歡說「你知道嗎!?」小故事,即使常得到「誰不知道阿.......」的冷眼回應,也不改其志。

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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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從販賣機到智慧設備:物聯網的發展歷程
數感實驗室_96
・2024/06/23 ・1135字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

在這個通信技術普及的年代,我們不斷介紹各式各樣的通信技術。大多數的通信技術都是為人服務的,這似乎是理所當然的。然而,有一種通信技術並非直接為人服務,而是為物體之間的交流提供支持。這種技術不僅存在,而且在現代已經成為最主要的通信形式之一,我們稱之為——物聯網(IoT)。

物聯網,Internet of Things,簡稱 IoT,顧名思義就是物品,機器、設備連上網路。

在我們生活中,如智慧手錶和藍牙耳機這些穿戴式設備,它們各自擁有特定功能,同時又能透過藍牙技術相互連結,這就是物聯網的一種應用。

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你可能會問,手機也算是物聯網的設備嗎?

這取決於你如何定義和使用手機。如果是人們使用 5G 或 4G 技術彼此傳訊息和溝通,那麼這不屬於物聯網的範疇。但當手機與藍牙耳機或智慧手錶連接時,它們之間的互動更符合物聯網的概念。因此,物聯網的基本定義是,不直接涉及人跟人、或是人與設備的互動。基本上都是設備跟設備之間的溝通。

通信是人類最基本的需求,同時也帶來無限商機,就像我們不想跑到別的地方買可樂,卻發現賣光了一樣,科技為能解決這些需求,促使通信技術的持續成長。

如同手機的普及帶動了市場需求,從一家一部的電視和冰箱,到人人一支的手機,並且每隔幾年就更新換代。這種商機吸引了企業的投資,也推動了強大的研發動能。

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而現在,我們正生活在一個設備數量遠超人類數量的時代,從藍牙耳機、智慧手錶,到遍布全球的智慧設備,物聯網的技術已經無處不在。

不妨思考一下,還有哪些需求尚未被滿足,也許它們正是下一個物聯網應用的起點。

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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Apple Watch 蘋果手錶怎麼運作?-《知識大圖解》
知識大圖解_96
・2015/09/14 ・1412字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

今日的可攜式科技產品已不再像是身體的延伸,而是自身的一部分。「穿戴式裝置」是可以穿戴在身上的電子產品,功能包括追蹤、生物感應和行動傳輸。未來,這類產品只會越來越多。

所有穿戴式裝置的最終目的,都是要提供輕便、不著痕跡、且無須手持的服務,以達到「改善生活」的功能。到目前為止,最成功的穿戴式裝置是一種能夠記錄肢體活動、心跳和睡眠品質的健身追蹤器。然而許多分析家相信我們即將面對一場穿戴式裝置的科技革命。

近來,最火紅的穿戴式裝置──Apple Watch無疑加速了這場革命。Apple Watch於2015年4月上市,近五年來充斥著諸多謠言、臆測和熱烈討論,大眾殷切期盼這個科技產品究竟能為我們做些什麼?

Apple Watch 圖表大解析。本圖節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第12期(2015年9月號),全見版請點擊本圖放大。
Apple Watch 圖表大解析。本圖節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第12期(2015年9月號),全見版請點擊本圖放大。

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Apple Watch是iPhone的附屬設備,也就是說,只要將這兩個產品配對,你就可以在手腕上打電話、傳訊息和瀏覽網頁。它還附有許多感應器,可以監控你的健康與健身狀況;經過指紋識別後,也可以授權Apple Pay付款系統來買東西。這個產品上的「數位錶冠」轉鈕讓你可以更方便地瀏覽觸控式螢幕;觸覺回饋引擎則讓你能實際感受到手錶輕拍你的手腕。

不過穿戴式裝置並非無往不利。過去Google眼鏡(Google Glass)與Apple Watch受到了同樣熱切的矚目,然而雖然這幾年中許多嘗鮮者和研發人員都試用了Google眼鏡原型機,但最終仍無法吸引大眾,並於2015年1月19日停止出產。

不過,穿戴式科技仍不斷演進。新的產品體積越來越小、越來越不醒目,有些甚至可以植入體內。著名的未來學家雷.庫茨魏爾(Ray Kurzweil)曾精確預測了Wi-Fi和聲控功能,他認為在未來五年內,我們將開始戴上可以直接將影像投射在視網膜上的智慧型眼鏡。他更預測在2045年,我們會將大腦新皮質透過無線傳輸系統與雲端連結,人類智能將因此增加十億倍。那將是一場爆炸性的腦內革命!

它是否會顛覆穿戴式科技?

大眾引頸企盼的Apple Watch終於在2015年4月24日上市了,共有38種款式,包括兩種不同大小的錶面──38公釐和42公釐,適用於或大或小的手腕上,此外也有各種錶帶和金屬材質可選擇。價格可從台幣1萬1500元的基本運動款,到台幣57萬元的頂級18K金款式。事實上,Apple公司還為他們奢侈的手錶發明了新的黃金材質。他們不依傳統作法將黃金與銀(或銅)以3比1的比例混合成合金,而是利用陶瓷原料這種低密度材料,讓黃金硬度增倍,更抗磨損。

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Apple Watch在日常使用下,每次充電的電力可維持18小時左右,但倘若打開省電模式,並將大部分功能關閉,電力就可以維持約72小時。將手錶連接感應充電器,從完全沒電充到充飽電約需2.5小時。

Apple Watch的錶面可客製化,除了可以顯示精確時間(誤差低於50毫秒),也可以與iPhone 5、5C、5S、6或6 Plus搭配使用,提供更多功能。透過內建的喇叭與麥克風,你可以用Apple Watch來接撥電話、聲控收發文字訊息、從現有的樣板選擇表情符號,也可以使用內建感應器追蹤你的健身狀況。若要測量自己的行經距離,則須同時打開具有GPS功能的手機並隨身攜帶。

目前已有數千個針對Apple Watch研發的app,讓你可以遨遊Facebook或Instagram等社群網絡、透過Uber招攬計程車,或使用Shazam來辨識餐廳裡播放歌曲的歌名。旅行時也很方便,因為你可以在機場用它當登機證,或用來解鎖旅館的房門。

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第12期(2015年9月號)

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