熱血科學家的閒話加長（The Excited Scientists' Hot Tea）

2026年3月，美國新創公司 Eon System 發布了一段畫質很爛的影片——一隻果蠅在虛擬世界裡跑來跑去、舔香蕉、抖腳理毛。看起來平淡無奇，卻引爆了整個科學圈。因為這隻果蠅不是寫好規則的 NPC，而是擁有「真正大腦」的數位生命。 科學家把一隻果蠅的大腦切成薄片，用電子顯微鏡逐層掃描，重建出 14 萬顆神經元、5400 萬個突觸連結的完整腦神經網路（connectome），再把這張「線路圖」放進電腦模擬——這隻果蠅就這樣在虛擬世界裡動了起來。 這集我們從頭講起：什麼是數位孿生？果蠅的腦圖譜怎麼建的？Google 在裡面扮演什麼角色？這到底是「意識上傳」還是只是一張會動的電路圖？ （未完待續！下集繼續深入探討這項成就的極限與爭議。） #數位孿生 #大腦上傳 #意識上傳 #腦科學 -- Hosting provided by SoundOn

EP.303 腸道菌治百病？最新論文潑了一桶冷水！ 「腸道微生物群系（Gut Microbiome）」與「腸—腦軸心」（Gut-Brain Axis）是近年來生醫學界的大熱門。在許多媒體報導（包括本站）、學術論文中，我們可以常常看到這些講法：「腸道是我們的第二大腦」（甚至是「第一大腦」）、「腸道菌的失調不僅會讓你拉肚子，還可能是憂鬱症、帕金森氏症、自閉症」、甚至是「腸道菌治百病」（再往前一步，就變成「吃 治百病」了…）。 以自閉症而言，如果它源於腸道，那是不是喝喝特製的優格或進行便便移植（FMT，Fecal Microbiota Transplant）就能「治癒」了？如果真的是這樣，可說是一大福音！ 「腸道微生物群的某些特性會因果性地促成自閉症」這個說法起源於 2011 年，近年來逐漸受到重視，以「autism」（自閉症）、「microbiome」為關鍵字搜尋學術論文與研究計畫的結果，也明顯展現這個趨勢。2024年的相關論文數達 102 篇，近年來相關主題的研究經費也達到每年 2000～2500 萬美元以上。 這個研究熱潮也帶來了商機：食品產業、生技新創公司與各種「身心健康」公司開發了各種產品與治療介入措施，包括特殊飲食、「心理益生菌」（psychobiotic），以及提供患者微生物群分析、腸道菌移植等臨床服務，大發利市。 不過今天要講的是一個壞消息。最近愛爾蘭都柏林三一學院的 Kelvin J. Mitchell團隊在權威神經科學期刊《Neuron》上發表了一篇回顧性論文，嚴厲的質疑了此一假說。其實不只是質疑，簡直是翻桌…本文指出一個恐怖的事實，就是支持這個理論的「三本柱」：對人類案例的觀察研究、小鼠模型實驗，以及臨床試驗，根本就是個「偽三角驗證（Pseudo-triangulation）」。本來用三種獨立的方式，如果能互相驗證的話，就會非常具有說服力。但是在「腸道菌—自閉症」研究中，這三種方法看似互相驗證，但由於各自充滿了缺陷，因此一旦嚴格檢驗，就變得搖搖欲墜了。 首先是「對人類案例的觀察研究」。典型的研究情境是這樣：找一群自閉症兒童當實驗組，再找一群神經典型兒童當作對照組（Neurotypical，這是「政治正確用語」，白話文就是沒有什麼問題的正常兒童，但是因為你說這些小朋友是「正常」的，等於是說第一組小朋友「不正常」，現在都要避免這種說法），採集他們的糞便樣本並進行基因定序，看看菌群有沒有差異。Mitchell 團隊分析了大量高引用率的相關論文後發現，雖然大家都宣稱發現了差異，但具體是「哪種」細菌有差異，卻是每篇論文都不一樣。這個領域的研究者發明了一個聽起來很厲害萬用術語，叫做「菌相失調（Dysbiosis）」，但說穿了只是「實驗組跟對照組的腸道細菌不一樣」而已。更糟的是，當樣本數擴大到數百甚至上千人時，那些原本看似顯著的關聯往往就消失了，或者被證明只是「飲食習慣不同」這種無聊的原因所造成的：「挑食」是自閉症兒童常見的習慣，可能根本就是挑食導致了腸道菌改變，而不是腸道菌導致了自閉症，這在邏輯上叫做「反向因果（Reverse Causation）」。我們常用的比喻是「太陽並不是因為你的鬧鐘響了才升起」（以前都是說「公雞叫」，但是這年頭會連結「公雞叫」跟「太陽升起」的年輕讀者可能越來越少了，所以換一種講法）。 接著是第二根支柱：動物模型實驗。生物學家將自閉症患者的便便移植給無菌老鼠（Germ-free mice），然後觀察老鼠是否出現「自閉症行為」，藉此來檢驗腸道菌種與自閉症的因果關係。不過老鼠和人類的腸道構造與生理機制大相逕庭，高達 85% 的老鼠腸道菌屬在人類身上根本找不到。強行把人類菌群塞進老鼠體內，產生看似自閉症的行為，可能並不是老鼠因為這些細菌而發生自閉症，而是根本是因為菌種大亂而導致「系統性崩潰」，牠們的異常行為根本與自閉症無關。 最後是「臨床試驗」。目前市面上充斥著各種聲稱能改善自閉症症狀的益生菌與糞便移植療法，其宣稱的證據大多來自「開放標籤（Open-label）」研究（包括整個領域被引用最多，達 ~1500 次的文章），也就是受試者和醫生都知道誰吃了藥，這種研究方法會引發「安慰劑效應」：你知道你正在接受最先進的治療，往往會「覺得」有改善，然後「有信就有效」，不只心理上、是真的會改善。為了避免安慰劑效應，所以應該採用「雙盲隨機對照實驗」（RCT，randomized controlled trial）。然而要命的是，目前極少數嚴謹的 RCT 研究結果卻顯示，糞便移植組與安慰劑組在症狀改善上並沒有統計學上的顯著差異。 簡而言之，本文所探討的一系列研究，並不是經過「反覆驗證、累積成果」的標準過程，逐漸建構堅實的基礎；比較像是研究者基於「腸道微生物群跟自閉症之間一定有些什麼」的信念，每個研究都採用不同的方法，找出蛛絲馬跡來支持這個信念，而沒有出現一致、可複製的結果。 以本篇文章的觀點來看，在不夠嚴謹的研究下，一窩蜂的將腸道細菌生態與自閉症的成因強行連結，忽略了遺傳、飲食習慣等重要因素，不僅可能浪費了寶貴的研究經費，更可能讓患者與家屬花費大筆金錢，在無效甚至有風險的商業療法中。不只自閉症如此，在其他關於「腸道細菌與疾病的連結」研究中，也常可見這種現象。 這個研究，發表於 2025/11/13 的「Neuron」（神經元）。在這篇論文發表的前一週，非營利組織「Wellcome Leap」宣布啟動一個腸道細菌與自閉症關聯的研究計畫，經費為 5000 萬美元。 當然，這個結果並不是完全否定這方面的研究，而是在提醒科學家們不要被一時的熱潮沖昏頭，為了「搶頭香」而採取了不夠嚴謹的研究方法，一個不小心可能會鬧出學術醜聞反而拖累整個領域的進展。像是今年諾貝爾生醫獎的「調節型 T 細胞」的前身「幻之抑制型 T 細胞」，就是個血淋淋的例子，把「能調控自體免疫的 T 細胞」這個領域整個黑掉，好在得獎的科學家們逆風而行，才讓正確的結果重新浮出水面。 人命關天的醫學研究，不小心可不行哪！ ＃腸道微生物群系（Gut Microbiome）＃自閉症 ＃腸道 ＃細菌 ＃臨床試驗 ＃神經元 ＃細胞 -- Hosting provided by SoundOn

EP.302 是什麼效應，需要花了八十年才被證明？（量子熊＃97） 「量子足跡何處尋」 這次要介紹的是一般日常生活看不到的量子效應，雖然八十年前就提出理論，卻是在2000年才真的被實驗物理學家做出來，這是個什麼神奇的效應？ 請鎖定這集的熱血科學家！ ＃量子 ＃量子熊 ＃量子效應 ＃實驗物理學家 ＃物理 -- Hosting provided by SoundOn

EP.301 飛鴿為什麼不迷路？百年懸案終於破了！ 古人要進行長距離通訊時可不像我們有網路可以用，靠的是「飛鴿傳書」，有時候飛的距離非常遠，鴿子也不像我們有 GPS 導航系統，牠們為什麼不會迷路呢？ 1882 年法國有位動物學家 Camille Viguier 猜想，鳥類（與其他脊椎動物）可能會利用地球磁場來導航：磁場會在內耳的液體中誘發微弱的電流，就像指南針的指針一樣，提供大腦方向的資訊。當時正是電磁學發展如火如荼的時代，有這樣的想法並不令人意外，只是由於當年並沒有可靠的方法來證實這個假說，所以大家也當作是科學家的異想天開，聽聽而已。 目前對於鴿子的導航系統，有三大學派。以推理小說的模式來講，就是有三個「嫌犯」。第一個是「大腦內建羅盤假說」，也就是磁鐵礦理論：鴿子體內的某些地方（鳥喙、某些神經細胞、如「三叉神經」中）藏著非常微小的磁鐵礦顆粒，會跟著磁場方向轉動，進而觸發神經訊號。 第二個是物理學家聽到一定會豎起耳朵的「量子視覺假說」：在鴿子的視網膜裡，有一種叫「隱花色素」（cryptochrome）的分子，光一照到它，就會產生一對糾纏的電子，而這對電子的行為會被磁場影響，在「singlet」（自旋 S=0 的單態）與「triplet」（S=1 的三重態）之間轉換，這會影響視覺細胞內的化學反應，然後改變傳到大腦的視覺訊號，鴿子就能「看見」磁場。 第一個雖然聽起來不像第二個這麼炫，不過「磁鐵」本來也就是量子力學的產物，所以前兩個都算是「量子磁性感覺」。 第三種就是屬於古典電磁學而不是量子力學了，就是 Viguier 主張的「微型發電機說」：當鴿子在地球磁場中轉動頭部的時候，內耳裡的帶有離子的內淋巴液產生電流，這些電流「切割」磁力線，會產生微弱的感應電動勢，然後再被神經細胞偵測到。 到底「真兇」是這三個嫌犯中的哪一個？過去的研究眾說紛紜，最主要的原因是以前大家都是先射箭（決定要相信哪一個）、再畫靶（設計研究來嘗試證明所相信的假說），所以往往會。而這次德國路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學（Ludwig-Maximilians-Universität München）的團隊採取了「不預設立場，對整個大腦同時檢驗三個假說」，因此結果比以前的研究更有說服力。 如果你沒時間看完長文，這裡先講結果，真正的犯人是「三：微型發電機」，100 多年前的 Viguier 是對的。 這次主要的方法是「C-FOS」的基因標記。C-FOS 是一種「立即早期基因」，當外界刺激活化了特定腦區的神經元，短時間內這個基因就會在這些神經元中大量表現（製造蛋白質）。在這個研究中的刺激，就是把鴿子放在一個「會旋轉的磁場」中，這是為了模擬鴿子在地磁中轉頭的動作的「充分控制版」。接著只要去偵測哪裡有大量 C-FOS 蛋白，就知道哪些區域對這個磁場刺激有反應了。 那要如何拿到這個「C-FOS 基因表現地圖」呢？論文輕描淡寫，不過進行這個步驟時請先念三聲「南無阿彌陀佛」…要把鴿子的大腦拿出來，用免疫染色法讓 C-FOS 帶有螢光標記，然後使用「組織透明化技術」把鴿子大腦變得透明。就可以用顯微鏡看到經過螢光標記的 C-FOS 蛋白了（其他東西都變透明看不見了）。 由於上面講到的「二號犯人」也就是「隱花色素的量子視覺」假說，是跟視覺有關，所以實驗要做兩套：一套在完全黑暗的環境中做，一套是在有光線的環境下進行。 接下來就是看磁場刺激後的 C-FOS 蛋白地圖了，一看之下，一號跟二號犯人都獲得了「不在場證明」：三叉神經、主要視覺區，在光與暗兩個條件下，都是一片空白，這些區域的神經沒有因為磁場刺激而活動。 留下「指紋」的是三個腦區：內側前庭核（VeM），講到「前庭」應該大家都很熟：前庭跟半規管就是會讓我們暈車的地方，它接收來自內耳的平衡與空間定向資訊讓我們維持平含趕；此外是尾側中層大腦皮質（MC）以及前背內側海馬迴（HP），這兩者是負責整合多種感官資訊的中樞腦區。 所以以「地圖」來看，第三個犯人「微型發電機」出沒在對磁場刺激有反應的內耳區域，因此涉有重嫌。 不過我們不能光以「出現在犯罪現場」就把嫌犯定罪，還得找出「手法」跟「凶器」才行。 研究團隊經過精密定位，鎖定了內耳半規管底部的一個叫做「壺腹脊」的區域，對那裡一共 9818 個細胞個別進行 RNA 定序，就能知道會表現哪些基因、並製造對應的蛋白質。 結果發現這個區域中「第二型毛細胞」手上有兩種特定的對電壓敏感離子通道BK、CaV1.3 及其特殊亞型 CaV1.3 KKER。CaV1.3 KKER在其他具備「電感覺」能力的動物如鯊魚、魟魚的電感受器中扮演關鍵角色。這些對電敏感的分子，極有可能就是本案中的「凶器」了。當鴿子在磁場中轉頭時，在半規管中的淋巴液產生感應電動勢，這個電壓被第二型毛細胞檢測到，CaV1.3 KKER、BK 這些離子通道因此張開，激發了這些毛細胞，訊號就沿著前庭往後送到大腦皮質跟海馬迴這些中樞腦區，鴿子就感受到磁場了！ 在這次的研究中，科學家不鎖定特定目標，而是如蒙住眼睛的司法女神一般，秉持「我心如秤」的態度，對整個大腦全面掃描，結合了腦影像與分子生物學工具，為鴿子的磁性感覺提出極有說服力的解釋，是非常漂亮的研究。 這個研究，發表於 2025/11/20 的「科學」（Science）期刊。 不過不是最酷的那個「量子視覺」，實在太可惜了… ＃飛鴿 ＃假說 ＃微型發電機 ＃腦區 -- Hosting provided by SoundOn

EP.300 他改變了量子力學，還是被改變？（量子熊＃96） 一個美國人在哥本哈根：一個年輕的美國博士生來到量子物理的聖地——哥本哈根研究所， 信心滿滿帶著他的絕妙好點子，沒想到一番折騰，在大師與大師的大弟子的圍攻下變了樣， 四十年後這個美國博士生還是罵聲不斷， 這段物理史的八卦只在熱血科學家的閒話加長才聽得到喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃哥本哈根 ＃美國 #斯拉特 -- Hosting provided by SoundOn

EP.299 比玻璃還透明、卻幾乎不導熱？MOCHI 是什麼黑科技？ 採光、通風好是好房子的重要條件，所以透明的「玻璃窗」不可或缺，然而這可是個巨大的「能源漏洞」。由於玻璃的導熱性太好（大約是 800 mW K⁻¹m⁻¹，空氣則是 27 mW K⁻¹m⁻¹，差了 30 倍），夏天時會讓熱流入、冬天時會讓熱流出，為了維持室內的舒適，只好空調全開。平均而言，窗戶佔建築物表面積的 8%，但是傳遞了 50% 的熱量，也就是說，你為空調付的電費有一半是窗戶造成的。 想要解決這個問題，最直接的方式就是用水泥封掉所有的窗戶，保證節能又省電。但是人類總是貪心，想要「採光」與「節能」兼得，這個時候就需要一種「透明又絕熱」的新材料了。 美國科羅拉多大學與日本廣島大學的研究團隊，開發出了一種叫做「麻糬」（MOCHI）的新材料，解決了這個問題。它的全名是「Mesoporous Optical Clear Heat Insulator」（介孔透光絕熱材料）。它的導熱係數為 10 至 12 mW K⁻¹ m⁻¹，比空氣還低！而且 MOCHI 「比玻璃還透明」！因為它的折射率約 1.025～1.030，與空氣（1.0003）極為接近，折射率的匹配讓光線從空氣進出 MOCHI 時，幾乎不發生反射，表面反射率僅約 0.02%，遠低於玻璃（折射率 1.5）的約 8%。 這是怎麼做到的呢？MOCHI 是一種由聚矽氧烷（polysiloxane）製成的多孔隙材料，孔隙尺寸小於 50 奈米，比空氣的平均自由徑（mean free path，約 60 奈米）還要小。因此空氣分子在彼此撞到發生能量傳遞之前，就先「撞牆」了，因此大大抑制了熱傳導。 不只如此，MOCHI還可以當成新一代的「太陽能」！用它包覆能吸收太陽光並轉為熱能的「黑體」，由於 MOCHI 對可見光與近紅外線幾乎透明，可以將這個波段的光導入內部將黑體加熱，此時本來黑體會放出黑體輻射又散熱給環境，而 MOCHI 的主成分聚矽氧烷對數微米的熱輻射吸收率極高，加上 MOCHI 本身又是絕佳的絕熱材料，因此向外散熱的路徑全部被封死，能量只進不出，這不就是個完美的太陽能收集器嗎？實驗顯示，在沒有任何聚光設備的情況下，這個「MOCHI 包黑體」的裝置就能達到約 300°C 的高溫。即使在陰天，太陽能強度僅有平常的三分之一時，集熱效果依然顯著，以後冬天洗熱水澡就靠它了！ 好處還不只這些，MOCHI 防火、超疏水（不怕髒，類似「蓮花效應」）、堅固耐久、隔音降噪、抗冷凝不起霧。而且用的還是早就廣泛使用的工業材料！高貴不貴！ 這麼讚，趕快量產啊還等什麼呢？還要再等的原因是雖然聚矽氧烷並不貴，但是製程很貴！因為需要用到許多有機溶劑與介面活性劑，所以結構完成時是泡在液體裡的，要在不破壞奈米多孔隙結構的前提之下把液體弄出來置換成空氣，可不是那麼容易的事。所以想要大量生產用在建材上，可能還要再等等… 這個研究，發表於 2025/12/11 的「Science」。 ＃透明隔熱玻璃 ＃採光 ＃通風 ＃玻璃窗 ＃能源 ＃能源漏洞 ＃節能 ＃絕熱 ＃MOCHI ＃聚矽氧烷 ＃太陽能 ＃蓮花效應 ＃製程 -- Hosting provided by SoundOn

EP.298 喜歡物理，結果拿了諾貝爾化學獎？這是什麼展開？（量子熊＃95） 什麼！ 喜歡物理結果變成化學家還得了諾貝爾化學獎～ 這是怎麼回事？？ 這一集的熱血科學家請務必要收聽喔！ 新年賀詞： 馬年馬達不停歇，熱血科學家持續熱血中～新年快樂！！馬年馬力開到最大囉！！ ＃量子 ＃量子熊 ＃諾貝爾化學獎 ＃物理 ＃馬年 ＃新年快樂 -- Hosting provided by SoundOn

EP.297 如果人生突然沒有氣味，會發生什麼事？ 雖說「嗅覺喪失症（anosmia）」以及「嗅覺減退症（hyposmia）」是一種貨真價實的神經學疾病，盛行率甚至超過一成，大家平時並不太會注意到這個問題，可能只是覺得嗅覺遲鈍一點而已，搞不好因此不用聞到各種臭味而覺得慶幸呢。 「直到武漢肺炎來襲的那一天，人類想起了，失去嗅覺的恐懼。」 在前幾年的疫情中，有人暫時或永久的「完全喪失嗅覺」，首當其衝的就是佔了人生樂趣一半（←因人而異啦，我隨便說的）的「吃美食」就大受影響，因為嗅覺跟味覺可是息息相關的。 研究指出，長期嗅覺喪失的人生活品質會顯著下降，且容易罹患心理疾病。因此，如果認為失去嗅覺不如失去其他感官那麼糟糕，就是大錯特錯了。 法國國家科學研究中心（CNRS）的研究團隊，為了讓失去嗅覺的人能重新辨識至少部分「重要的」味道，開發了一種新的技術。 標準的嗅覺恢復研究是這樣：使用儀器（電子鼻）偵測環境中的氣味分子，然後將這種味道編譯為神經訊號，然後去刺激患者的嗅覺神經和嗅球。說來容易，不過嗅覺神經系統非常複雜，人類可以用 400 多種嗅覺受體辨識可能高達數十億種氣味，這可不是能輕易破解的密碼！更根本的問題是，嗅覺喪失的人，就是嗅覺系統壞掉了嘛！所以如果沒有多少殘存一些功能，就算能夠編碼，壞了就是壞了咩。 所以這次的研究者捨棄了正攻法，採用迂迴手段，電子儀器偵測到氣味分子後，並不是把電訊號直接刺激嗅覺系統，而是另一個「三叉神經」（前幾天講鴿子的磁性感知時也提到過）。三叉神經其實不是管嗅覺，它接收來自整個臉部的訊號，也包含了鼻腔內部，可以偵測吸入空氣的溫度以及是否有辣椒、薄荷之類的刺激物。跟嗅覺不是完全無關，但畢竟不是嗅覺。所以這個替代方案的缺點是它不是正牌的嗅覺系統，所以沒那麼靈敏，優點是：「它是好的！」嗅覺喪失者，三叉神經依然能正常運作。而且要刺激三叉神經非常簡單，用個夾子夾在鼻腔內壁，給予輕微的電擊就好了。不同的氣味分子，就用不同的波形來電擊受試者，其實有點像是「鼻腔的點字書」，點字書不能取代完整的視覺，但是可以提供本來由視覺負責的文字資訊。 有些受試者能透過鼻腔內對三叉神經的電訊號刺激區分出不同氣味（這兩種不一樣），不過無法說出對應的氣味是什麼（這是蘋果那是橘子）；其他受試者一開始分辨不出來，但是經過適當的訓練後，受試者都能可靠地區分兩種氣味。 雖然離「恢復嗅覺」還差得遠，不過這個方式相對簡單很多。刺激嗅球雖然能更精確的讓受試者感受到「真正的氣味」，不過嗅球藏在滿深的地方，要直接刺激難度較高，而且它可能已經壞掉了。 這種較為簡便的方法，至少可以讓使用者感知到「重要的味道」，像是瓦斯外洩、爐火燒焦等危險訊號。至於恢復完整的嗅覺，可能還得要再多多努力！ ＃嗅覺喪失症 ＃嗅覺減退症 ＃嗅覺 ＃味道 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.013 失敗的實驗，為什麼成了物理史重要的一步？ 從「干涉儀」的精密干涉條紋出發，回到 19 世紀末那場著名的「失敗」實驗：邁克森與莫雷試圖測量地球與以太的相對速度，結果以「什麼都沒看到」告終。 然而到了 1905 年，愛因斯坦從這個「沒量到」的實驗出發，掀起相對論的革命。 這一集我們就來聊聊，「干涉儀」這個極度精密的測量儀器，如何改寫人類對時空與光的理解？ ＃干涉儀 ＃干涉條紋 ＃邁克森 ＃愛因斯坦 ＃相對論 ＃時空 ＃光 -- Hosting provided by SoundOn

EP.296 為什麼一百年後，我們還在用薛丁格方程式？（量子熊＃94） 就在一百年前的今天，當時默默無聞的薛丁格發表了了震驚學界的論文，裡頭提出了赫赫有名的薛丁格方程式，漂亮地解決了氫原子能階為什麼不連續的大難題。今天就讓我們好好聊聊薛丁格跟他的方程式！ ＃量子 ＃量子熊 ＃薛丁格 ＃薛丁格方程式 ＃百年 -- Hosting provided by SoundOn