一首歌的時間就能變形的「變形蛙」

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。

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。

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）。

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。

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。

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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。

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。

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。

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。

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。

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？

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，同時產生抗發炎與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。

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。

• 作者／胡立德；譯者／羅亞琪
• 編按：本篇沒有蟑螂圖片，請安心服用！

黎明時分，柏克萊生物系的學生高什克‧賈拉雅姆 (Kaushik Jarayam) 聽見蟑螂竄走的聲音，他正坐在生命科學系館的階梯上吃貝果，就跟每天早晨一樣。貝果的屑屑掉落在水泥階梯上， 竄走的聲音愈來愈大，甚至演變成窸窣聲，同時，附近山茱萸樹下的落葉堆也開始出現動靜。

他看見灌木叢中冒出兩根長長的觸角，接著是一抹褐色物體朝他的腳衝來。高什克本能地站起身，胡亂踩踏了幾下，大部分只踩到水泥地，但其中一下踩到了一個小生物，發出壓扁的聲音。那個生物迅速逃跑，衝進他剛剛坐著的階梯上的一個小縫隙。

那是似乎天下無敵的美洲蟑螂 (Periplaneta americana)，即使鞋子踩中了牠，牠卻還逃得了，高什克不禁感到好奇：蟑螂怎麼有辦法活過這樣的重擊？在進行縝密的實驗後，高什克將會發現這些動物看起來很堅硬，實際上卻很柔軟。在研究的歷程中，他將發明一種可被輾壓的機器人，會變形，但不會碎裂。

以柔克剛，軟一點才有存活的可能

高什克正在攻讀生物學博士學位，但是他從未上過任何一堂生物學的課程。他在印度的邦加羅爾長大，這個地方在他小時候還是個小鎮，但後來發展成一座繁忙的都市，有許多資訊科技人才湧入。他曾就讀印度理工學院孟買校區，專攻機械工程，特別是製造領域。

在我們的世界，隨處可見製造的痕跡，例如加工成型的塑膠或鑄造的金屬，這當中大部分的成品都是堅硬的。高什克將開始了解，製造業的發展前沿不再是如何讓機器和裝置更加堅硬，而是如何把這些東西變得更柔軟。

高什克對製造產生興趣時，正值四軸飛行器剛被開發出來。四軸飛行器有四個各自獨立的旋翼，如同正方形的四個象限般排列。旋翼的數量使四軸飛行器非常具有機動性，可以定點旋轉、俯衝、懸停以及隨飛隨停。

早期的四軸飛行器有一個問題，那就是它們的性能遠超過存活能力，它們飛行的速度太快了， 如果撞到東西，便直接碎屍萬段。因此，工程師開始在飛行器外圍包覆一種類似倉鼠滾輪的保護裝置，倘若發生碰撞，保護裝置會先被壓碎，以便保護裡頭的旋翼。

於是，高什克便開始研究蟑螂的運動，因為牠似乎無論受到什麼樣的撞擊都似乎無法被摧毀。

跟蟑螂學習如何「完整地」活下來

從蟑螂的角度來看，這種能力是必需的，因為牠們一直處在被掠食者吃掉的危險當中，蜥蜴、貓、鳥等動物都很樂意大啖蟑螂這種具有豐富蛋白質與脂肪的營養來源。一旦被抓住，蟑螂很快就會遭到嚼食吞嚥， 因此能存活的唯一機會就是加速逃跑，愈快愈好。

蟑螂隨時準備逃命，牠們可以在 \(\frac{1}{50}\) 秒的時間內做出反應，比人類快上 10 倍；牠們能以每秒 25 倍體長的速度奔跑，相當於一輛車以每小時 450 公里的速度前進。

速度是蟑螂生存的關鍵，因為太重要了，所以蟑螂沒有時間閃躲物體，只能直直一頭撞上。

如果你把這個動作用高速攝影機拍下，接著慢速播放，就會看見蟑螂是衝撞牆壁，回彈，接著才直爬上牆。如果牆壁下方有小縫隙，牠會以最快的速度把身體擠進去，這個行為可以讓牠在體型大上許多的掠食者面前消失無蹤，牠們通常是僥倖成功的。

蒙大拿州的生物學家塔拉‧馬吉尼斯 (Tara Maginnis) 曾對野外昆蟲進行一次普查。昆蟲生來會有六隻腳，但在野外捕獲的昆蟲之中，腳的平均數目卻是五隻，這些五腳昆蟲算是幸運的了，牠們勉強成功逃脫，可以再多橫行一天。

模擬野外環境，觀察蟑螂的荒野逃生

由於蟑螂速度太快，在野外很難觀察，高什克便在實驗室裡做了一個障礙訓練場。

蟑螂喜歡生活在散落著枯枝落葉的林地上，在這樣的環境中，其褐黑相間的體色有助完美偽裝。高什克建了一個開放的走道，末端是一個隧道入口，隧道屋頂只有兩枚硬幣疊起來的高度，是蟑螂站立時高度的 \(\frac{1}{4}\)。當蟑螂要進入隧道時，就會像黃金獵犬要把身體擠進信箱一樣。

高什克用高速攝影機拍攝蟑螂進入隧道的動作，從遠方看， 這隧道口就像是個小縫隙。在進入隧道前，蟑螂會先把長長的觸角伸進去，探索完裡面的空間之後，牠會短暫停頓，接著再把頭塞進縫隙，瞧瞧裡面。有時，牠得硬塞好幾次，頭才進得去。

蟑螂高 1.2 公分，是縫隙高度的 4 倍，為了擠進洞裡，牠用前腳往前走。縫隙很低，因此當牠把頭塞進去時，身體會往上傾斜 45 度，導致後腳在半空中亂踢。蟑螂處變不驚，繼續用前腳把身體拉進縫隙，短短 1 秒鐘，整隻蟑螂已經進到縫隙中，從掠食者的角度看，蟑螂就像是憑空消失了。

高什克用玻璃排成隧道的牆壁，這樣就能看到裡面。蟑螂幾乎把自己擠壓到完全扁平，牠在站立時，腳通常是位在身體下方，但現在卻像螃蟹一樣水平攤開。高什克拿一根棒子往隧道裡戳，模仿貓把爪子伸進去的動作。令人驚訝的是，蟑螂竟以螃蟹走路的方式遠離棒子。

他又多戳了幾下，蟑螂加快速度並開始跑了起來，雖然這時身體仍處在被壓平的狀態。被壓扁的動物還能夠全速衝刺，令高什克十分訝異。我們在開車經過狹窄巷弄時，並不會全速行進，若全速行進的話，車子很容易就會損壞到無以修復的地步。

穿戴盔甲的蟑螂，天生就有被壓扁的潛能？

雖然蟑螂看起來全身覆蓋著閃亮的盔甲，但牠們其實有許多柔軟的關節，讓身體能極度靈活地形變。例如，蟑螂腳上的每一個關節都是由柔軟可形變的半透明膜所組成，就如中世紀騎士的盔甲在膝蓋和肩膀部位有著互相重疊的甲片一般。蟑螂的腹部也覆滿了百葉窗般互相重疊的甲片，高什克認為，這些重疊的甲片允許蟑螂的身體在壓平時往側邊擴展。蟑螂天生就是可以被壓扁的。

為了測試蟑螂的極限，他把蟑螂放在機械式壓機裡，四面都有透明牆壁，以防蟑螂脫逃。接著，他施加等同於蟑螂體重 900 倍大的力在牠身上，相當於把人壓在一間單房公寓底下。

此時腹部甲片輕輕擴張，讓蟑螂柔軟的內臟得以透過柔軟的透明膜被推出。蟑螂的體內大部分是液體，因此當身體受到向下的壓力時，也就意謂體液必需從某處流出，而流出的地方就在甲片之間。當外力消除後，這些透明膜會把蟑螂推回正常的形狀。

蟑螂在承受這麼大的外力後，仍能毫髮無傷地走開，牠們就像一顆裝有馬達的壓力水球，縱使被壓扁到認不出原貌，仍能繼續行走。蟑螂可以承受多大的下壓力而不死亡，就要看牠的外骨骼能承受多大的體內液壓了。

然而，機器人就不會有這樣的限制，它們互相連結的部位可以是空氣，而不必是液體，就跟紙鶴一樣，機器人具有被壓成一張紙後仍可繼續運作的潛力。高什克受到蟑螂承受輾壓的能力所啟發，決定製作一個人造版本。

• 下篇《小強求生術（下）：人類有辦法打造跟蟑螂一樣「抗壓」的機器人嗎？》帶大家來看看，在參考天造的蟑螂之後，人造的版本可以達成哪些功能。

——本文摘自泛科學 2020 年 3 月選書《破解動物忍術：如何水上行走與飛簷走壁？動物運動與未來的機器人》，2020 年 1 月，三民出版。