科學人 6月號/2024 第268期

沉睡式學習：在夢裡療癒與記憶
在這段卸下理性控制和邏輯思考的時間，科學家嘗試操弄睡眠，期望人們經由「睡眠療法」增進記憶力、促進心理健康。

撰文／威克爾格倫（Ingrid Wickelgren）
繪圖／歐布萊恩（Tim O'Brien）
翻譯／謝伯讓


深夜了，索尼雅獨自一人在陌生的城鎮裡，試圖找到回家的路。地圖上顯示了一條穿過黑暗森林的路線，路上只有一盞偶爾會點亮的提燈。她有不好的預感，但看到其他人也在使用這條路，於是決定走下去。她快速行走，接近前面的一對夫妻，突然他們停下來，轉身抓住她。男人用一塊布蓋住她的臉。接著她發現自己置身於一個舞台上，天花板鑲嵌著一面鏡子，一群持刀槍的男人圍著她，準備要折磨並殺害她。索尼雅撿起一塊石頭，投向天花板，天花板破裂並落下玻璃碎片，刺傷她的肩膀和腳。她逃進了森林，但那對能夠讀懂彼此心思的男女仍在追趕她。女人看到索尼雅的去處並告訴男人，索尼雅知道自己無處可逃。

幾個月來，索尼雅（化名）大約每星期有兩次會做這類噩夢，擾亂她的睡眠。這些可怕的夜晚讓她感到疲倦、易怒並情緒疲乏：這些是夢魘症（nightmare disorder）的症狀。該疾病可能單獨發生，也可能合併更深層的問題，例如創傷後壓力症（PTSD）或焦慮症。瑞士日內瓦大學醫院的睡眠專家開出了「想像重演」（imagery rehearsal）療法。索尼雅需要為噩夢創造一個正向的結局，並且每天練習。對夢境的新詮釋通常會轉移到睡眠中，減少噩夢的頻率。

但這個技巧並不總是有效，因此索尼雅參與了一項研究，測試一個更加細緻的版本。這項試驗利用睡眠強化記憶的力量，在這種情境下，指的是新的夢境敘述。接下來兩個星期，每天晚上五分鐘，索尼雅在家中一個安靜的地方放鬆身心，並且想像自己走過一條穿越森林的路徑，此路通向一扇門，門外是一片明亮、色彩繽紛的田野，讓人感到安心。當她和其他17位夢魘症患者練習「想像重演」他們的新故事情節時，透過耳機聽著每10秒鐘響起的一個鋼琴和弦，最終把這個聲音與新的敘事聯結起來。

在這兩個星期裡，當他們就寢時會戴著一個睡眠工程頭帶。該裝置能夠檢測受試者何時進入快速動眼（REM）睡眠期。在這個睡眠階段，眼睛會快速來回移動，這也是夢境最生動的時候。當受試者做夢時，頭帶經由頭骨傳輸了與他們在清醒時聽到的相同鋼琴和弦。

在睡眠期間，大腦會重播白天的特定記憶，以將其刻印到神經元中，此過程稱為記憶固化（memory consolidation）。在上述噩夢研究中，鋼琴和弦讓受試者想起更快樂的夢境。研究主持人、日內瓦大學精神科醫生佩洛賈姆洛斯（Lampros Perogamvros）說：「我們希望增強這個特定的記憶。」

這種聯想使人們整體上經歷的噩夢減少並且正向夢境增加。佩洛賈姆洛斯說：「即使你在清醒時只處理一個情景，任何主題的噩夢（例如遭追趕）都會減少。」研究人員在2022年發表的的研究顯示，與對照組相比，聽到鋼琴和弦並練習「想像重演」夢境的人，效果顯著更強。至於索尼雅，她完全擺脫了噩夢，而且情緒也有所改善。

操控睡眠可能是走出這個象徵性森林的新途徑，無論困擾人們的是噩夢，或者情緒、記憶甚至是運動技能的問題。美國哈佛醫學院認知神經科學家史提高德（Robert Stickgold）說：「睡眠是一段卸下防禦的時間，此時我們的執行控制、理性思考、邏輯決策、衝動控制功能都關閉。因此，成功進入的刺激會被以不同的方式處理，可能更有效。」。

研究人員在某人入睡時用以「介入」的技術相當多樣，包括對患者的大腦進行電刺激、讓患者暴露於提醒他們特定事實或經驗的聲音或氣味中，當中許多技術是為了探究睡眠在記憶和認知中的作用而設計。這些技術還可應用於加速中風康復或恢復因老化而喪失的記憶，甚至可能可以壓制與特定記憶相關的負向情緒，這可能有助於緩解創傷後壓力、焦慮、憂鬱或其他心理健康狀況。

西北大學記憶和睡眠研究者派勒（Ken Paller）表示：「我最近的希望之一，是找到新方法來幫助人們在起床時保持心情愉快。」為了使這些方法更實用且普遍，研究人員正在開發一系列讓人們可以在家中使用的睡眠工程設備。專家表示，其中一些設備還需要幾年才能進入臨床，他們也提醒可能具有潛在風險。

加州大學洛杉磯分校神經科學家波伊（Gina Poe）表示，介入記憶可能會帶來意想不到的後果，例如破壞平衡並阻礙學習。「這是有點可怕的時刻，我們了解的還不夠。有點像是學步的孩子，我們可以走路，但不知道要去哪裡，也不知道如何避免危險。」
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高深的科學研究，來自良好的科普環境

愛因斯坦兒時看到羅盤轉動，就對磁力現象產生了興趣；特斯拉上了中學的實驗課，看到老師演示電子電路，於是開始熱愛電學。年幼時的心靈觸動，常會成為改變一生的起點，我們做為教育工作者，應該努力打造一個精采的科普環境，讓宇宙中的「蝴蝶效應」自然發生！

文／孫維新

當我年事漸長，才知道宇宙中「蝴蝶效應」真的是無所不在！

1957年10月4日，蘇俄發射了人類第一顆環繞地球的人造衛星「史波尼克一號」（Sputnik 1），當時我還沒出生，但這件事仍然對我的人生產生了影響。1987年9月，我在美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）天文系剛提交了博士論文，正努力安排論文的口試時間，當時一一敲門拜訪教授，詢問論文指導委員會中五位成員同時有空的日期，經歷過這個過程的朋友們都知道，要找到五位本系和外系的大教授同一天有空，比完成博士論文還難！我遇到的問題更複雜，其中有一位外系教授剛好要出國，因為他受到蘇俄的邀請，要前往莫斯科參加「史波尼克一號」發射30週年的慶祝活動！

當時我已經通過了美國航太總署哥達德太空飛行中心（NASA Goddard Space Flight Center）的博士後申請，即將簽訂聘任合約，急著要知道這位教授何時返美，卻是「君問歸期未有期」，回程未定，搞不好要連「史波尼克二號」的發射（1957年11月3日）一併慶祝了再回來，那就是一個月之後了！聽了傻眼，還好這位教授很貼心，主動拜託了同系另一位同領域的教授幫忙，我才順利完成了博士論文口試，拿到了學位。

口試通過的下午，聘任合約傳回NASA，次日我就在公寓中等搬家公司的人出現，NASA的工作條件極好，除了負擔我從美西洛杉磯到美東華盛頓特區的機票，連搬家的工作也包了。有趣的是，搬家公司事先打過電話，要求業主「屋裡什麼東西都不要動」！我在公寓中等人，看著家裡擺設一切如常，怎麼都不像是要搬家的樣子。這時搬家公司的貨櫃車抵達，兩個態度溫和有禮的彪形大漢帶著大量紙箱進門，問我哪些東西要帶走，接下來的過程令人瞠目結舌，基本上我指哪個就包哪個，小到檯燈鬧鐘，大到書桌床架，速度快到讓人目不暇給，兩個小時之後就人去樓空。

我算好貨櫃車抵達的日期，早一天飛到東部，先進NASA整理辦公室，那是一個週六的下午，當我開車進到院區，就見大草坪上十幾個孩子喧鬧吵雜，興奮到不行。三不五時就會看到白煙噴發，小火箭從地面竄起，高速射向空中，這就是NASA最受歡迎的科普活動之一：

「NASA幫你發射火箭！」

這是給十歲以上的孩子設計的科普活動，孩子們買了火箭模組盒，裡面隨附小型柱狀火藥，在家裡組裝完畢，週末下午就帶來院區，交給現場的工作人員。當十支各式火箭一字排開插上了發射架，NASA的科學家就拿著控制器從第一支開始問起：「這支火箭是誰的？」一個孩子興奮舉手，科學家就說：「來，我們一起幫他倒數，5, 4, 3, 2, 1！」按下發射鈕，就看到火箭咻一下衝上天際，達到兩、三百米的高度後，打開降落傘冉冉飄落，這個孩子高興地跑去撿，回家再重新裝火藥。

我剛到NASA，還沒開始科研工作，就先見識到了NASA的科普奇蹟！可想而知，能讓貨真價實的NASA科學家幫你發射火箭，在孩子們的心中會留下多難忘的印象？假設這些孩子十個裡有一個因而轉向太空科技的相關領域，那也將是一個大到難以想像的人才庫！

接下來的日子裡，我經常會看到中學生團體前來NASA參觀，團隊同仁常常要放下手邊工作，扮演導覽解說的角色。但這些中學生正是爹爹不疼，姥姥不愛的teenager年紀，頭髮染得五顏六色，一進來就要測試每個展品被弄壞的可能性，很少認真在聽科學家解說。有回我看到同仁接待完畢，回來癱坐在椅子上，就問他為何要花這麼大心力去招呼這些皮孩子？他正色說道：「維新，NASA所推動的任務何止千百，你知道哪個任務最重要？……就是『教育』！我們今天充滿理想，一起設計未來的科學衛星，等到十幾年後衛星製造完成發射升空，是誰會幫我們來操作衛星、接收數據？……就是今天你看到的這群孩子！」這番話讓我深受震撼，深刻體會到了尖端科研所需要的教育深耕！

的確，2004年歐洲太空總署發射的「羅塞塔號」（Rosetta）彗星探測任務，在茫茫太空中航行了十年，才在2014年進入了繞行CG彗星的軌道，對著地表拋下了「菲萊號」（Philae）登陸器；2006年NASA發射的「新視野號」（New Horizons）太空船，在太空中走了九年半，才在2015年從冥王星近旁高速飛掠，傳回來這個遙遠天體的第一張近拍照片。這些任務單是路程就將近十年，再加上前面至少十年的規劃、設計、審查、製造，少說也要20年左右才會收到第一批數據！研究人員一生有幾個20年？每次看到這些任務所需的年限，都讓我想到有清一代的湘軍名臣曾國藩，他說：「辦大事以找替手為第一義。」長期而穩定的人才培育是做大事的關鍵，因為「成功不必在我」，而且多半時候「成功必不在我」。

NASA不只針對院區附近的孩子們提供有趣的科普教學，還常面向整個社會開展科普活動。1999年，太空梭發現號把「星輝一號」（Starshine 1）送入了387公里高的地球軌道中，那是一個直徑大約50公分的金屬球，周遭貼滿了將近900面小鏡子，這顆閃閃發亮的迪斯可球繞著地球運行，受到大氣阻力會逐漸降低軌道增加速度，最後會在離地80公里的高度焚毀。這個任務的目的在了解大氣摩擦如何降低衛星的軌道高度，但這需要遍及全球的夜空觀測，NASA就邀請世界各地的近千名小學生，幫忙進行鏡片的部份研磨，然後每個孩子把自己的名字寫在鏡片背後，貼上金屬球，再隨著太空梭發射升空。

在接下來的八個月裡，全世界有兩萬個家庭聯手，在夜空下等待並記錄這顆「亮星」劃過夜空的時間和方位，提供了NASA追蹤衛星軌道的珍貴資訊。更重要的，是這些孩子和家長都覺得無比光榮，因為「我們參與了太空任務」！

2004年初，NASA的探測車精神號（Spirit）和機會號（Opportunity）降落火星表面，展開了研究火星岩石的工作，希望知道這些石頭是否曾經「泡過水」？就會知道火星以前是否有過海洋。這是人類第一次使用「岩石研磨機」（rock abrasion tool, RAT，暱稱「老鼠」），磨掉岩石表層，以取得岩石內層物質的光譜。為了能有好的參考基準，NASA對全球發出了「徵集石頭」的需求，全球各地熱愛科學的家庭寄來了幾萬塊石頭，標明了採集地點。NASA使用RAT對這些石頭做同樣的研磨並取光譜，建立了幾萬筆的光譜數據庫。而當火星車每研究一塊石頭，傳回地球一個光譜，這個光譜就會進入數據庫比對，如果找到相似的結果，就有理由相信火星上的那塊岩石，也曾經歷過地球上某處的地質過程。

這個全球的徵集活動既聰明又有亮點，惠而不費就建立了珍貴的數據庫，更重要的，是全球曾經寄石頭到NASA的人都覺得無比光榮，因為「我們參與了火星任務」！

尖端科技的研發成敗，關鍵在於「人才」與「經費」，如果社會上有著良好的科普環境，自然會產生一個豐富的「人才」庫；如果家長能帶著孩子參與大型科研計畫的科普環節，而且感到光榮，科研計畫自然能得到輿論支持，「經費」也就不會是問題。

1926年，火箭先驅哥達德發射了歷史上第一支液態燃料火箭，標誌著人類邁向太空的第一步。我多希望兩年之後的2026年，能被定為「世界太空年」，舉辦精采的太空科普活動，看看那時參加活動的孩子們，在他們未來的人生中，是否也會受到「蝴蝶效應」的影響？

關於封面

本期封面故事「沉睡式學習」介紹了科學家在睡夢中操弄大腦與記憶的各種方法，讓人躍躍欲試。不禁思忖，我可不可以也在家裡拿自己做實驗，試試看效果如何？
請參照封面上的「實驗說明」做這個實驗，一覺醒來後，到《科學人粉絲團》告訴我們：你記得幾個科學名詞。但如果你想以此宣稱「沉睡式學習」有沒有效，就不科學了！

專題報導 FEATURES

特別報導
26 地震之火，科研之災
文／邱淑慧

神經科學
32 沉睡式學習：在夢裡療癒與記憶
文／威克爾格倫（Ingrid Wickelgren）

42 好好睡去，聰明醒來
文／蔡宇哲

天文學
48 握在手中的分子雲
文／伊瑪拉（Nia Imara）

生物學
56 渦蟲全身都能思考
文／賈可布森（Rowan Jacobsen）

物理學
66 反物質落敗，我們的宇宙才存在？
文／卡德威（Luke Caldwell）

健康
76 你知道嗎？吃美國感冒藥可能沒有用
文／哈頓（Randy C. Hatton）

教育
82 減少霸凌，用八堂課培養兒童包容力
文／奇藍（Melanie Killen）

生態學
90 一把吉他，拯救一片老森林？
文／亞當斯（Alexis Marie Adams）


行家領路 GUIDES

6 總編輯的話
高深的科學研究，來自良好的科普環境
文／孫維新

8 科學人觀點 文／曾志朗

10 我是企業家，也是科學人
開放、合作，連結彼此的價值！——專訪精誠資訊董事長林隆奮
採訪／林詠翔 整理／袁珮閎


思想漫遊 COLUMNS

23 機器思維
APL 之父：艾佛森
文／林一平

24 科學棋談
開啟睡眠醫學的人
文／張瑞棋

114 知識搖籃
從洞窟的壁畫，探索人類的星空演變圖
文／黃貞祥

116 世界的秩序、失序與無序
整理／陳碩甫


科學人新聞 NEWS SCAN

12 水熊蟲強大的適應力｜量子龍捲風模擬磁單極｜「 飢餓 」的癌細胞殺手｜嬰兒心臟移植的新型手術｜大聲唱「 情歌 」的小魚｜48小時的日變時鐘｜太陽能板下處處生機｜腦波間的不平衡！


時事解析 COMMENTS

100 健康與科學
接觸大自然有益身心
文／丹維斯（Lydia Denworth）

101 專家看新聞
都市計畫，從「心」開始
文／肯恩（Tim Keane）

103 科學焦點
術業有專攻，隔行如隔山
文／歐瑞斯克斯（Naomi Oreskes）

104 宇宙奧妙
外星極光
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106 攸關心智
選擇不知道也是自私
文／伏（ Linh Vu ）、萊布（Margarita Leib ）

108 不只數學
用火腿三明治，揭穿選區劃分不公
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110 名家問答
照顧身心靈健康，養狗就對！
文／湯普森（Andrea Thompson）

112 圖表會說話
大家庭式微
文／楊恩（Lauren J. Young） 圖表／蒙塔涅斯（Amanda Montañez）

《科學人》雜誌－全球科普雜誌第一品牌

自2002年創刊以來共11年榮獲出版界最高榮譽雜誌出版金鼎獎！身為全球科普雜誌的第一品牌，《科學人》一直領先報導全球最先進的科學脈動與產業趨勢，除生命演化及天文奧秘的探索外，也包括成就未來經濟創新的各種工具：「NBIC，Nano-Bio-Info-Cogno（奈米科技、生物科技、資訊科技與神經科技）」，及其聚合衍生的「長壽醫學」、「未來能源」、「淨化科技」、「即時通訊」、「人工智慧」及「前進太空」等產業趨勢內容。除了原Scientific American文章精確編譯外，台灣延伸企劃採訪篇章更佔40%以上，藉由淺顯易懂的編輯呈現方式，帶給產業精英、知識家庭、高中及大專院校師生最具未來性的知識力。

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