PanSci TALK: 大腦小劇場

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

• 作者／照護線上編輯部
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「曾經遇過一位唸國二的男生，身高僅約 150 公分，不過他來就診的原因是常常感到胸口悶痛。」張若偉中醫師表示，「經過診察後，我發現他有胃食道逆流的問題。」

因為孩子不太會表達，所以問題也就一直沒有解決。張若偉中醫師說，當時幫他從調整腸胃功能下手，經過調養後不但胸口悶痛改善了，身高也慢慢進步，目前已達 165 公分，讓家長又驚又喜。

轉骨期「三大關鍵」：營養、運動習慣、睡眠品質

影響小朋友身高與體格發育的因素，大致可以分為先天因素與後天因素。張若偉中醫師說，其中，遺傳是最重要的先天因素，也就是從父母繼承來的基因。至於後天因素，則包括營養、運動習慣、睡眠品質等。若孩子有一些先天性疾病，或在發育過程中出現內分泌異常，也可能對身高產生影響。

值得一提的是，後天因素中有一項是每個人都能掌握的關鍵，那就是「睡眠」。張若偉中醫師強調，睡眠對於身高非常重要，因為入睡之後，腦下垂體會分泌生長激素，而生長激素正是促進骨骼與身體發育的重要因子。因此，充足且良好的睡眠會大大提升孩子長高的機會。

建議要在晚上十點前就寢，並能睡滿 8 個小時。張若偉中醫師說，如果因為學業壓力、玩遊戲、滑手機而經常熬夜，影響睡眠品質，可能對身高發育造成不利影響。

如果孩子有鼻子過敏、氣喘、異位性皮膚炎等問題，都可能破壞睡眠品質，進而影響身高發育。張若偉中醫師提醒，如果有相關問題，通常需要及早處理，有助提升孩子的發育潛力。

盡早發現，盡早治療

青春期是非常重要的成長期，身高快速增加，因此我們特別強調「轉骨」的重要性。張若偉中醫師說，男生的青春期大概從 11 歲開始，女生的青春期大概從 10 歲開始。男生會逐漸出現喉結、聲音變粗等，女生會出現乳房發育與月經來潮等。

家長一定要密切觀察孩子的發育狀況，如果 6 歲以上的男生或女生，一年長高不到 4 公分，或身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下就要帶孩子去兒童內分泌科就診，進行評估與諮詢。及早尋求醫療專業評估，就有機會更好地把握孩子的黃金成長期。若拖到骨頭的生長板癒合，便無法繼續長高。

對於孩子的轉骨發育，中藥與針灸可以提供輔助，張若偉中醫師說，中藥材含有成長所需的營養成分如鈣、磷、鋅、鐵、蛋白質等，在發育時期也常使用幫助補腎、健脾益氣、活血行氣、促進骨骼發育的藥材。

補腎類藥材：包括杜仲、肉蓯蓉、菟絲子、巴戟天等。

健脾益氣的藥材：包括黃耆、茯苓、黨參、白朮等。

活血行氣的藥材：包括當歸、川芎、丹參、川七、柴胡等。

促進鈣質吸收的藥材：包括補骨脂、龍骨、牡蠣、阿膠等。

幫助骨骼細胞分裂的藥材：包括熟地、赤芍、續斷、木瓜等。

轉骨期黃金關鍵！中藥 ＋ 針灸助攻骨骼發育

在針灸方面，會以大腿、小腿的穴道為主，例如足三里、三陰焦、太衝、湧泉、承山、委中等。張若偉中醫師說，一般是每週針灸 1-2 次，若不敢接受針灸，可以利用原子筆的鈍端按摩刺激，並搭配中藥服用。

在飲食調養方面，需要特別注意幾個關鍵營養素的攝取。張若偉中醫師說，首先，蛋白質的攝取非常重要，因為蛋白質是身體成長與組織修復的基本原料。此外，鈣、鋅、鐵等礦物質，對於骨骼成長也有幫助，這些都會影響孩子的整體發育與身高成長。

「建議以天然食物為主來營養來源，在日常飲食中獲得營養，對身體而言會更自然、穩定。」

張若偉中醫師說，「雞蛋、豆腐、瘦肉、魚肉是優質蛋白的來源；牛奶、優格、起司皆富含鈣質，幫助骨骼發展；小魚乾、海藻含有豐富鈣與碘。口味上盡量以清淡為主，避免過多的糖、調味與油炸。均衡飲食對於孩子的生長發育非常重要！」

在日常生活方面，建議維持正常作息、不要熬夜，在晚上十點前就寢，睡足 8 個小時。張若偉中醫師說，規律運動有助於成長發育，如游泳、慢跑等，能夠促進血液循環，也能安全地刺激骨骼發育。要盡量避免運動傷害，或過度訓練，以免傷及骨骼發育區域，而影響骨骼正常生長。

筆記重點整理

• 影響小朋友身高與體格發育的因素，大致可以分為先天因素與後天因素。其中，遺傳是最重要的先天因素，至於後天因素，則包括營養、運動習慣、睡眠品質等。
• 青春期是非常重要的成長期，身高快速增加。男生的青春期大概從 11 歲開始，女生的青春期大概從10歲開始。男生會逐漸出現喉結、聲音變粗等，女生會出現乳房發育與月經來潮等。
• 家長一定要密切觀察孩子的發育狀況，如果 6 歲以上的男生或女生，一年長高不到 4 公分，或身高落在兒童生長曲線圖中第三百分位以下就要帶孩子去兒童內分泌科就診，進行評估與諮詢。及早尋求醫療專業評估，就有機會更好地把握孩子的黃金成長期。若等到骨頭的生長板癒合，便無法繼續長高。
• 對於孩子的轉骨發育中藥與針灸可以提供輔助，中藥材含有成長所需的營養成分如鈣、磷、鋅、鐵、蛋白質等，在發育時期也常使用幫助補腎、健脾益氣、活血行氣、促進骨骼發育的藥材。在針灸方面，會以大腿、小腿的穴道為主，例如足三里、三陰焦、太衝、湧泉、承山、委中等。
• 在日常生活方面，建議維持正常作息、不要熬夜，在晚上十點前就寢，睡足 8 個小時。規律運動有助於成長發育，如游泳、慢跑等，能夠促進血液循環，也能安全地刺激骨骼發育。

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清醒開顱揭開夢的產地

我在手術室進行清醒開顱手術時，會使用像筆一樣的設備，直接以微電流刺激測試患者的大腦。那暴露在外、皺摺起伏的大腦表面閃爍著乳白色的微光，布滿了動脈與靜脈。而患者意識清醒、機敏，但感覺不到疼痛，因為腦部沒有痛覺受器，但會對電流刺激產生反應。每個人的大腦都是獨一無二的，有些區域一旦被觸碰，就會受到刺激活化。有時，我觸碰一處，患者會說出童年記憶；刺激另一處時，患者會聞到檸檬的味道；再碰另一處，患者也許會感到悲傷、尷尬，甚至是慾望。

清醒開顱手術的目的，是為了找出不受微電流影響的精確位置，如此一來，我便可從此處安全地下刀，切開表面組織以觸及下方的腫瘤。若微電流刺激未產生任何反應，我便清楚割除此處不會造成任何功能受損。

進行清醒開顱手術時，我以幾毫米的距離有條不紊地逐一刺激患者腦部最外層的大腦皮質（cerebral cortex），這會為患者帶來奇異且深刻的體驗，有時感覺甚至強烈到患者要求我停手，此時，我便必須暫停手術。儘管大腦皮質只有薄薄一層，厚度不超過六毫米，卻主導了我們大半的個人能力，包含語言、感知、記憶和思想。那嘶嘶作響、微弱的電流，能引發患者各種反應，例如聽見聲音、回憶起創傷事件、體驗深刻的情感──甚至做夢。

事實上，惡夢可透過電刺激（electrical stimulation）誘發，只要將電極探頭從大腦表面某個隆起處移開，惡夢就會終止；一旦用電極刺激同一處，惡夢就會再度出現。現今認為，反覆出現的惡夢是自行維持的神經元電活動循環，重現我們恐懼的經歷。

夢境背後的生理奧秘

無庸置疑地，我的專業回答了人類其中一項最原始的疑問：夢從何而來？對此，我可以斷言，夢境源自於我們的大腦，尤其是腦部的電活動（electrical activity）。

從古至今，夢真正的起源一直令人困惑，我們也缺乏基本的了解。在人類歷史的長河中，夢多半意味著來自神靈、魔鬼或祖先的訊息，或是靈魂夜半出竅所搜集到的資訊。我們頭顱內看似毫無活動的一坨組織，是人最難以想像的夢的來源。大家普遍認為，人入睡時，頭腦處於休眠狀態，只是被動的容器，因此，夢不可能是睡眠的產物。怎麼可能是呢？我們的大腦與外界的訊號隔絕，在此情況下，它如何能成為這種夜間奇觀的來源？夢的起源肯定來自遠比我們自己更偉大、超然的力量。

當然，現今已知，所有意識都源於腦電活動，包含做夢在內。事實證明，做夢的腦和清醒的腦一樣活躍。而且，部分睡眠階段所測到的腦電強度和模式，看來與我們清醒時幾乎並無二致。此外，人在做夢時，某些腦部區域消耗的能量可能超過清醒時，尤其是情緒和視覺中樞。我們清醒時，大腦通常會將情緒和邊緣系統（與情緒、本能、學習記憶有關的大腦區塊）的代謝活動上調或下調 3% 至 4%，但做夢時的腦可將邊緣系統的代謝活動提高至 15%，十分驚人。這表示做夢時，可達到人清醒時生理上難以達到的情緒強度。換言之，你在做夢時，最是「生氣勃勃」。

人在做夢時，大腦活動十分活躍，我們視線清晰、感受深刻，還能自由移動。夢之所以對我們影響深重，是因為我們將夢境的體驗視為真實。從生理上而言，我們在夢裡感受到的快樂與清醒時無異，恐怖、沮喪、性興奮、憤怒和懼怕等情緒亦是如此。同理，我們在夢中的身體經歷感覺也很真實。在夢裡奔跑時，運動皮質（motor cortex）會被啟動，與我們真正在跑步時所使用的腦部區域相同；當我們在夢裡感受到愛撫，就如同人在清醒時一樣，感覺皮質（sensory cortex）會受到刺激；回想自己過往住處的回憶，會使負責視覺感知的枕葉被活化。

有些人聲稱，他們從不做夢。但實際上，幾乎人人都會做夢，只是並不是每個人都會記得自己的夢。人做夢並非出於選擇，而是生存所需。我們睡眠不足時，入睡後最先發生的事就是做夢；倘若睡眠充足，但做夢不足，一睡著後也會立刻開始做夢。即便無法入睡，人也會產生生動的夢。世上有一種罕見且致命的遺傳疾病，名為「致死性家族失眠症」（Fatal Familial Insomnia），罹患此疾的患者幾乎無法睡眠，但對他們而言，做夢的需求十分強烈，以致於白天會出現做夢般的狀態。做夢對人類而言不可或缺。

快速動眼期之外的夢境

過去數十年來，關於夢的研究多半著眼於特定的睡眠階段，即快速動眼期（rapid eye movement，REM）睡眠。研究人員歸納的結論是，我們每晚大約會花兩小時做夢。換算下來，這表示人的一生中，約有十二分之一的時間沉浸在夢中，相當於我們每年有一個月的時間在做夢。夢顯然在我們生活中佔據了重要的地位和時間。而且，這個數據也許大大受到低估。睡眠實驗室的研究者在整晚不同時間點喚醒受試者，而不限於快速動眼睡眠期間；結果發現，人在任何睡眠階段都可能會做夢，這意味著我們一生中，也許有近三分之一的時間都在做夢。

現今，睡眠對健康的重要性受到高度關注，但這些研究發現讓我不禁心想：也許我們真正需要的不是睡眠，而是夢。

——本文摘自《我們為何會做夢：睡夢中的大腦如何激發創造力，以及更好地改善清醒時的生活》，2024 年 11 月，悅知文化出版，未經同意請勿轉載。