用呼吸寫書法，從偵測地雷到「讀心」的UWB

本文由 台灣感染症醫學會 合作，泛科學企劃執行。

• 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國～」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現，然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳，讓民眾再度興起可能染疫的恐慌，特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友，包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等，由於自身免疫問題，即便施打新冠疫苗，所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗，這群病人一旦確診，因免疫力低難清除病毒，重症與死亡風險較高，加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍，死亡率則是 2 倍。

進一步來看，部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑，使得免疫功能與疫苗保護力下降，這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑，或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示，部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人，以器官移植病患來說，僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低，靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體？主因為疫苗抗體產生的機轉，是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體，這即為「主動免疫」，一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下，免疫低下病患因自身免疫功能不足，難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身，因此可採「被動免疫」方式，藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體，給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體，可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗，或接種疫苗後保護力較差的困境，有效降低確診後的重症風險，保護力可持續長達 6 個月。另須注意，單株抗體不可取代疫苗接種，完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防，台灣也在去年 9 月通過緊急授權，免疫低下患者專用的單株抗體，在接種疫苗以外多一層保護，能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看，長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群，接種後六個月內可降低 83% 感染風險，效力與安全性已通過臨床試驗證實，證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險，根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案，符合施打的條件包含：

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤，且；
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2，且；
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史，且；
四、且符合下列條件任一者：

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患（淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病）
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm³ 者 。

符合上述條件之病友，可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感，少數病友會有些微噁心或疲倦感，為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應，需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下，完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案。

• 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

• 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

• 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力，還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示，只要在出現症狀後的 5 天內投藥，可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險；如果是3天內投藥，則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險，所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

• 新冠治療藥物比較表：

免疫低下病友需有更多重的防疫保護，除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外，按時接種COVID-19疫苗，仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患，應主動諮詢醫師，經醫師評估用藥效益與施打必要性。

• 文／林懷亞

音樂，是人類身體的本能。我們的談吐語調、呼吸、器官與細胞的週期以及心跳，都擁有自然和諧的韻律。這些原始的「生物律動」是人類創作、欣賞音樂的基底，當我們不僅僅以耳朵接收或創作音樂，而進一步以身體參與音樂的高低起伏、快慢跌宕，你也許會發現，音樂與我們的生命原來「聲聲相依」。

音樂結合生物體感、觸覺及心理的相關研究近年備受關注，許多跨界音樂創作者更以人類與音樂互動的關係為創作元素。音樂不僅僅是藝術領域的一環，也提供了身心調適與治療之用。本文將從人類的心跳講起，認識音樂與人體的種種美好連結。

人類的「節拍偏好」

2002 年比利時根特大學的 Dirk Moelants 的研究發現，人類的「節拍偏好」（Preferred Tempo）速度為 120 至 130bpm（BPM全稱為「beats per minute」，即每分鐘節拍速度） ¹，像是走路、鼓掌皆是這個速度。同時，Moelants 統計了「1960 至 1990 年中最流行的七萬四千首歌曲」，其中最多的速度也落在 120 bpm，兩者不謀而合。

在 Moelants 之後，2016 年音樂串流公司 Spotify 統計了美國該年五至九月一萬首熱門歌曲，發現多數歌曲速度落在 70 至 180bpm，與一般人的安靜心率 60 至 100bpm 範圍十分接近，更值得注意的是，這一萬首歌的拍速也以 120 至 130bpm 為大宗。²

跟著音樂動次動！音樂真的能幫助我們增加運動效率嗎？

音樂與運動的研究最早可以追溯到 1911 年，當時的科學家就已發現自行車騎士在聽音樂的情境下，踩踏板的速度比平時快。³  2012 年，英國雪菲爾哈倫大學實驗顯示，若自行車騎士與背景音樂的韻律同步，相較沒聽音樂或是沒與音樂同步的騎士，耗氧量少了 7% 之多。在這樣的情境下，音樂就像身體的節拍器，穩住節奏並減少耗損體力。⁴

以上的實驗結果，都是源於聽覺神經元與運動神經元的直接連結。當我們接收聲音時，兩種神經元會互相牽動，使我們自然而然想跟著音樂擺動身體，這在對音樂毫無認知的嬰幼兒身上就可以看到，並非後天習得。

近年有氧舞蹈課程、韻律課程越來越熱門多元，健身房裡不是大聲放著動感音樂，就是人人一副耳機栽在自己的世界裡，「運動音樂」隨著人們對音樂調適身體韻律的認知漸漸成為音樂產業大熱門。Spotify 的〈Groove in the Heart〉計畫，就集結該年前一萬名熱門曲目，依速度排列為極輕、輕、適中、強、極強五個級別，讓使用者根據自己的運動型態搭配音樂（例如適中級音樂適合有氧，強度音樂助於激烈的短程周期式運動等）。只要輸入自己在該運動狀態下的最大心率，便能從中找到適合歌曲，編輯個人專屬的運動歌單。

另外，運動品牌 Nike 也曾與美國獨立唱片公司 DFA Records 旗下樂團 LCD Soundsystem 合作，於 2006 年在 iTunes 推出為跑者量身打造的 Original Runs 系列音樂，譬如〈45:33〉這支 45 分鐘半的作品就是根據慢跑完整週期心率製作；從堆疊的暖身、穩定的高峰再到漸緩沉澱的音樂。⁵

聽莫札特不會變聰明，但聽音樂確實可以治療你我

我們身體對音樂本能性的連結與反應，使音樂成為了調適身心的利器，音樂治療的研究與應用越為普及，並常使用於心臟疾病治療。

例如美國醫療機構 Mayo Clinic 的團體 Healing Enhancement Program 與音樂家 Chip Davis 合作，鼓勵病患在手術過程與手術前後聆聽音樂。⁸柏克利音樂學院音樂治療系的 uzanne Hanser 及其團隊研究更證實音樂對於心臟疾病治療復原期間的身體與心理狀態有所幫助，可以穩定血壓、睡眠品質、舒緩壓力與焦慮。⁹

音樂不僅應用在病況控制，也可以協助病人親屬處理情緒。美國音樂治療師 Brian Schreck 曾與醫療中心暨小兒科醫院 Cincinnati Children’s 合作，替失去孩子的家人製作音樂，協助他們面對孩子離世的悲傷。Schreck 認為心跳聲是世上最美的聲音，而所有韻律都由此而生，因此他錄製病危孩童的心跳聲，根據心跳的節拍改編他們生前最喜歡的歌曲，讓親屬仍能感受、回憶與逝去親人的親密互動。

當心跳與音樂相遇：既能翻轉音樂又能科普！

除了研究既有音樂與生物律動的關係，也有許多人結合兩者創作多媒體藝術，打破藝術與科學的藩籬，為彼此增色。最後，我們來認識兩個讓你意想不到的跨界作品！

「聽你」創作的歌：音樂的樣貌由你的心跳決定！

儘管我們每個感官接收到的訊息都由大腦的不同部位分別處理，但我們聽音樂當下接收到的視覺、觸覺甚至嗅覺，卻可以影響我們對音樂的感受。Luciano Bernardi 與他的團隊在 2011 年研究發現，不僅音樂引起的情緒會造成心血管運動的改變，音樂對心血管的生理影響也會改變我們的情緒。⁶因此不僅文化、時空背景會影響人對音樂的感受，人的身心狀態也會。同一首曲子，不只一百個人聆聽會有一百種感受，一個人聽一百次也可能次次感受不同。⁷

紐約音樂家 J. Views 就以音樂和生理、心理的連結，創造了音樂實驗計畫〈The DNA Project〉，解構組成音樂的元素之一——節奏，反轉聽者只能「聆聽」的立場，讓他們成為創作的一分子。 2016 年以實驗成果集結發行的專輯《401 Days》，歌曲〈#Almostforgot〉，便使用聽者心跳為節拍，創造出各種版本。聽者只要將指頭置於手機鏡頭，讓它偵測隨心跳細微改變的指頭顏色，就能以心跳作為歌曲的 BPM，改變歌曲的節奏。偵測心跳後，螢幕也會出現搭配的動畫，並隨著聽者的心跳決定播放節奏。⁸這支作品不僅強調了聽者為音樂不可或缺的角色（若沒有「聽者」，仍會有音樂嗎？），也具體呈現了每個人對音樂的不同感受。

音樂沒有絕對，心跳也是：音樂與醫療聯手讓心律不整不再難以理解

穩定的節奏使我們得以跟上音樂的韻律，但有時來點不規律，也充滿驚喜。2017 年英國倫敦大學瑪麗王后學院教授 Elaine Chew 與她的團隊進行了一項計畫〈Arrhythmia Suite〉，收錄了不同心律不整的心電圖數據做為節拍依據，再尋找有相似節奏的音樂，並將音樂調整成與對應心跳節拍完全相同的歌曲。¹¹最後這個計畫集結成一系列的鋼琴曲目，例如 Larsen〈Penta Metrius〉便被改編成〈Mixed Meters〉；Piazzolla〈The Grand Tango〉也變成了〈III Tango〉。其實 Chew 自己也有心律不整，她與心臟專科醫生希望藉此計畫認識更多心律不整的情狀，並透過曲子改編的對比，幫助病患及家屬認識這個疾病，進而有益於醫生判定病情的不同階段，制定療程。

出生之前，我們從心跳開始認知世界；出生之後，我們從心跳開始認知音樂，甚至創作音樂。原始的「生物律動」使我們天生就能與音樂連結。因此，我們除了能利用音樂調適身心，也能透過音樂更深刻地傳遞彼此的話語、情感、記憶，與人同理、共感。

注解

1. Rob, M. (2016, November 01). Groove is in the Heart: Matching Beats Per Minute to Heart Rate.

2. Moelants, D. (2002). Referred Temo Reconsidered. Proceedings of the 7th International Conference on Music Perception and Cognition.
3. Ayres, L. P. (1911). The Influence of Music on Speed in the Six Day Bicycle Race. American Physical Education Review, 16(5), 321-324.

4. Bacon, C. J., Myers, T. R., & Karageorphis, C. I. (2012). Effect of music-movement synchrony on exercise oxygen consumption [Abstract]. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 52(4), 359-365.
5. Leone, D. (2006, October 20). LCD Soundsystem: 45:33.
6. Bernardi, L., Porta, C., Casucci, G., Balsamo, R., Bernardi, N. F., Fogari, R., & Sleight, P. (2009). Dynamic Interactions Between Musical, Cardiovascular, and Cerebral Rhythms in Humans. Circulation, 119 (25), 3171-3180.
7. Szendy, P., & Nancy, J. (2011). Listen: A history of our ears. Preceded by Ascoltando / by Jean-Luc Nancy. New York, NY: Fordham Univ. Press.
8. Blake, E. (2016, April 07). See the first-ever music video controlled by your heartbeat.
9. Hanser, S. B., & Mandel, S. E. (2005). The Effects of Music Therapy in Cardiac Healthcare. Complementary and Integrative Therapies for Cardiovascular Disease, 320-330.
10. Mayo Clinic. (2007, November 05). Complementary Therapies Help Patients Recover After Heart Surgery.
11. Chow, E. (2018, October 24). The Music of Arrhythmia.

藍鯨是種非常矛盾又迷人的存在，牠們居住在深深的海中，卻需要呼吸新鮮空氣；體型稱得上是目前世上已知最大的生物，卻幾乎僅需依靠小不隆咚的磷蝦為生。

最近，科學家還發現了一個關於藍鯨的有趣事實，那就是：牠們的心跳超、級、慢。

想聽見藍鯨的心跳？你需要神奇吸盤

修但幾勒，你說要偵測藍鯨的心跳？那要用怎麼個測法？我們既不能把牠抓起來、也沒辦在海面上用聽的，難不成要派個潛水員下海跟蹤牠（喂）

為了順利解開藍鯨的心跳秘密，由史丹佛大學的海洋生物學家 Jeremy Goldbogen 所帶領的團隊，特別打造了客製化心電偵測裝置 (ECG)。心跳會在皮膚表面引起極小的電學變化，而 ECG 所做的，便是捕捉這些變化，並將其放大描繪成心電圖。

研究員將帶有電極的感測器裝在吸盤中，而後利用 6 公尺長的碳纖維桿子，將器具裝在加州蒙特利灣一隻 15 歲的藍鯨身上。他們特製的器具除了能偵測心律，還帶有 GPS 追蹤器，在記錄下各種數據後，會脫落、浮上海面，再由研究人員追蹤回收、分析數據。

這些新型器材，不僅能讓研究人員研究鯨魚的生活，也不會過度打擾牠們，對於鯨魚來說，就像是輕輕地拍了牠們的肩膀一樣。

問鯨能有幾多愁，恰似兩下心跳每分鐘

最後，這些器具收集到了約 8 個半小時的數據，研究團隊發現到，藍鯨的心跳頻率變化極大，從一分鐘跳 2 下到一分鐘 37 下都有可能。當鯨魚下潛時，牠的心律也會跟著大幅下降。在下潛的時候，心律約是一分鐘 4-8 下，偶爾會一路下降到一分鐘 2 下。

不過，為什麼牠們的心臟要跳得這麼緩慢？一般而言，維持較低的心律有助海洋哺乳類保存氧氣，讓牠們可以在水面下待更長的時間。

不過啊，科學家們看到數據後的感想是：這也實在是太慢了吧，這遠低於科學家最初的預估──每分鐘 11 下。（鯨魚表示：11 太多了，2 還差不多）。更驚人的是，即便是進行捕食這種需要耗費大量精力的事情時，藍鯨的心律也不過 8.5 下／每分鐘，拜託，牠們吃飯的時候可是得衝進磷蝦群中，大大張開嘴巴一口吞下磷蝦呢！

不過，藍鯨的心律也不是一直這麼慢，當逐漸上浮時，牠的心律會重新上升。到達海平面時，牠的血液流動會變得較快，努力再充氧 (reoxygenizing)，為下一次的下潛做準備，而被偵測的鯨魚在此階段的心跳，紀錄可達巔峰的一分鐘 37 下，這麼快速的心律，基本上已經達到了鯨魚心臟的極限。

你以為一分鐘 37 下已經是最極限的事了？才不呢！藍鯨心臟從慢速跳動到快速跳動，兩者間的轉換其實非常快速，有的時候只需要 1、2 分鐘內就可以轉換完成，而牠們進行這種轉換的頻率其實還挺高的。若真要比喻，這種感覺就像是你在躺椅跟百米衝刺中反覆切換，而牠們竟然可以日復一日地從事這樣的轉換。

世上最大的心臟，還藏著各種未解的謎題

藍鯨身型最大可以到 30 公尺長、200 噸重，可想而知，牠們心臟也超大顆，目前發現過最大的藍鯨心臟約 200 公斤重，快要跟一台高爾夫球車一樣大。

藍鯨的心臟有非常靈活的主動脈弧 (aortic arch)，可以讓牠們在心跳沒有劇烈跳動的情況下，維持 90% 的血液，而後緩慢地釋放，這或許是為什麼心臟可以跳得這麼慢的原因。

而對於藍鯨的心跳，其實還有著很多需要被解答的秘密，像是：牠們的神經系統是如何控制這種快速的心律變化？而抹香鯨這種一次可以下潛一個小時以上的鯨魚，牠們心臟又在做什麼呢？

科學家們正打算四處蒐集更多鯨魚心律的資料，說不定可以更了解這些巨大又神秘的生物。

參考文獻：

1. J. A. Goldbogen, D. E. Cade, J. Calambokidis, M. F. Czapanskiy, J. Fahlbusch, A. S. Friedlaender, W. T. Gough, S. R. Kahane-Rapport, M. S. Savoca, K. V. Ponganis, P. J. Ponganis (2019) Extreme bradycardia and tachycardia in the world’s largest animal PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.1914273116
2. Blue Whale Hearts May Beat Only Twice a Minute During a Dive nytimes 2019.11.27
3. A Blue Whale Had His Heartbeat Taken for the First Time Ever — And Scientists Are Shocked livescience 2019.11.27
4. A blue whale’s heartbeat has been recorded for the first time – and the results are fascinating CNN 2019.11.26
5. With suction cups and lots of luck, scientists measure blue whale’s heart rate reuters 2019.11.28

文／劉珈均

紓壓音樂、駕駛狀態偵測、紓壓椅、運動計步器等等看似不相關的發明，都與「心跳」相關聯，而背後核心感測技術一開始是偵測地雷用的，這是怎麼回事呢？量測技術發展中心十幾年來研究非接觸式的生理感測技術，藉UWB與NPNS感測、解析生理訊號，研發一系列有趣而實用應用服務，已獲得67件專利。

「UWB（Ultra Wideband，超寬頻雷達感測技術）」與藍芽、Wi-Fi一樣，都用於無線短程訊號傳輸，而UWB其原理是低功率雷達，當受測目標產生脈動，發射與返回的脈衝信號時間間距也跟著變動，在適當距離內（約1公尺），UWB可透過微小變動偵測呼吸心跳等生理訊號，便成為非接觸式的感測器，不須緊貼皮膚，可隔著衣料感測，不受配戴形式或雜訊影響，特別適合需要密切監控生理訊號的對象如嬰幼兒、疾病患者。

團隊研究UWB已15年，工研院一開始與俄國航太大學合作研究，UWB早期作為軍事用途，如地毯式搜查地面下是否埋有地雷。「從出生到老，人對醫療的需求不減。」量測中心前瞻微型感測實驗室主任林宏墩說，因此團隊研究如何將UWB短程通訊轉而應用在醫療與民生用途，開發各式各樣的應用。

林宏墩說，「心跳」透漏著許多訊息，首先就是生命跡象；另外，一般多用腦波分析評估睡眠狀態，但受試者須配戴一些配件，此舉就可能影響睡眠，若以心跳分析便無此顧慮。心跳資訊可對應於人的睡眠狀態，繼而判斷人的疲勞程度，甚至也可偵測呼吸中止；現代人的保健意識漸漸崛起，注重健康與運動，透過心跳也可評估人們的運動是否有效，結合動作感測器，幫助人們記錄運動狀態的計步器便由此而生；心跳變異也與交感、副交感神經的狀態相應，而交感與副交感神經的活躍程度正是與情緒相扣連，解析心跳便也能初步推導情緒狀態。

林宏墩說，感測人們睡眠時的心跳呼吸也能據此分析睡眠情況，但單單知道呼吸、心跳數值的意義還不大，「我自己也知道我睡眠不好，更重要的是知道以後，要如何解決它。」團隊靠演算法將心跳數值轉為有意義的資訊，再將資訊轉化為後續應用服務。

把UWB嵌入床墊裡便成了智慧床墊，有些人有呼吸中止症，而床墊持續感測心率與呼吸，一發現有狀況發生，便自動微調頭部與頸部傾斜角度，在不打斷睡眠的情況下就能幫助使用者恢復正常呼吸；他們也曾與風潮音樂合作，探討特定旋律舒緩情緒的效果，發行紓壓音樂輯；團隊也研發了一款紓壓椅，椅子埋有UWB生理訊號感測器，即時偵測人的心跳，推導當下情緒壓力指標，並推薦適合舒緩心情的音樂。

文創也是個應用面向，團隊曾在花博館設計一項作品，觀眾站在特定位置，眼前屏幕長了幾棵樹苗，感測到觀眾的心律而生長，蝴蝶也因此從蛹脫出、翩翩飛舞，彷彿觀眾將生命能量傳送給它；書法講究「氣」的流轉，表現在呼吸上就是運息，團隊曾與故宮合作「行氣」，感測器埋於椅子下，人坐上椅子，控制呼吸，面前的投影布幕會自動寫下書法字，字體隨椅上觀眾的呼吸呈現或濃或淡的墨色，觀眾「用呼吸寫書法」，名副其實的具現「行氣」。

回憶印象較深刻的研究過程，林宏墩說，有段時期團隊埋首研究騎腳踏車時的動作感測，成員賣力輪流騎腳踏車，先是在實驗室內騎健身腳踏車，再到路面試試顛簸環境下運作如何，「有成員騎到膝蓋都受傷了！」而研發困難點在於，實際應用場域不若實驗室單純，有許多雜亂的訊息干擾，必須不斷調整。

未來，團隊計畫研究非接觸式的血糖感測，並繼續開發更多應用服務。

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