《醫師分享》適度噪音的奧秘：喧囂中讓大腦更專注
是的，這是我對來診所病患常常講的話。然後他們就會提出同樣的疑問，我的頭腦已經夠亂了，你再輸入噪音干擾，那我豈不是症狀更嚴重？
平衡之聲–適度噪音如何提升大腦健康
這種時候，我都會跟患者來段簡單的物理科普小知識。包括大腦在內的生物系統都必須要遵守物理學的第一原則(First principle)，從小到晶體的原子結構，大至宇宙的運行，都有一個基本原理在，大腦的運作也不可能跳出這個基本範疇。如果我們把大腦神經細胞、太空望遠鏡照到的宇宙圖像，和顯微鏡下的晶體結構圖片來做比對，其實之間的差異性並不大。
尼古拉·特斯拉曾言：「如果你想知道宇宙的秘密，就用能量、頻率與振動來思考。」如果我們想要探索大腦的運作，我們可能要先跳脫醫學的思維來研究這個萬物基本的原理。來到我們診所的每位病患，我們都會幫他們檢測qEEG定量腦電圖，看看大腦運作的效能好不好。
而這是在理想狀態下定量腦電圖的呈現，整個EEG功率頻譜中，腦波頻率極為低下，通常不超過70Hz。正常情況下不超過35Hz，我們可以將整個腦波頻率視為粉紅噪音(1/f)。當正常人處在清醒、警覺狀態時，我們可以發現到主導頻率則集中所謂在10Hz上下的α頻率範圍，當進入睡眠後快速節律逐漸被緩慢的θ和σ節律所取代。病理狀態下，上述頻率的腦電波都可能出現異常。近年來的研究發現α活動在腦的代謝和認知功能上起了關鍵性的作用。
如果我們將大腦的穩定腦電圖震盪當成範本，在這種情況，大腦的代謝則是最節能的狀態。一個系統如果節能，出錯的機率就會降低，我們可以將其視為心智健康強壯的狀態，如果有外界刺激，也很快可以恢復理想的情況。但如果長期因為日常生活壓力，睡眠品質不佳，使用藥物和酒精等，那理想的大腦運作就有可能產生改變，腦波的節律性變差，就如同堅固的城牆有了裂痕。這個時候如果突然有個巨大壓力事件，比如失戀、親人過世、發生車禍等等。對於大腦來說就像一個重擊，讓原本心靈堅強的城牆崩壞。那這個時候要從傷痛狀態恢復過來就有可能要更長的時間，甚至可能難以復原，從而產生身心相關的疾病。
隨機共振–重新讓大腦功能恢復正常生理態
EMBP電磁腦脈衝就是為了要讓大腦可以恢復理想狀態，增加自癒能力的一個方法。我們究竟是如何做到的，這時候回到我們的題目–適當的噪音。在物理中有一個提高信號解析度的方法叫做「隨機共振(Stachastic resonance) 」。在某些特定的非線性系統中，噪聲的存在能夠增強微弱信號的檢測能力。
聽起來很不可思議，對吧！噪音可以增強信號的傳輸。其實在二次大戰期間，空勤人員必須計算飛機的任務路線和炸彈軌跡，他們發現在地面儀器的精準度反而不如在飛機上的表現。這是因為當飛機在空中移動時，機身會在很寬的頻率範圍內振動，偶然間有些頻率與移動中儀器零件共鳴頻率一致，讓零件震動，因而能更順暢地移動。然而，那個時候的工程師不知道哪些頻率很重要，所以開始在儀器中放入小的震動馬達，希望能藉此引發共鳴。這就是人們蓄意添加隨機噪音最開始的例子。
隨機共振要能產生有幾個特點，第一要非線性系統，其實我們生物體就是一個最典型的非線性系統，同樣的藥物在不同人身上會有不同的反應。第二就是噪音的強度要適中。我們如果看下面的圖片，就可以很清楚的發現到過多或者過小的雜訊，都沒辦法呈現出好的解析度。
EMBP電磁腦脈衝變頻治療–低能量高效的優勢
EMBP電磁腦脈衝就是基於隨機共振這樣的原理發展出來的最新一代的經顱磁刺激技術。傳統的rTMS經顱磁刺激治療都是打固定的頻率，但是我們從上面的正常腦電圖可以發現，即使是正常人，大腦的Alpha波也只是相近在一個範圍而不會是像機械般單一一個頻率。所以EMBP所強調的是變頻治療，我們治療的是一個範圍。這樣做可以有甚麼好處呢？首先，因為個體化的差異，在經過qEEG定量腦電圖的檢測後，我們可以提高大腦功能恢復到正常的成功率。再來，因為隨機共振的產生，我們只需要給予更低的能量就可以恢復大腦良好的節律。傳統的rTMS特別強調的是刺激，甚至必須打到運動閾值120%的強度。EMBP只需要運動閾值的30-80%就有很好的治療效果，這樣可以降低頭暈、頭痛、甚至癲癇等副作用的發生率。
對於神經精神疾病的患者，EMBP將大腦節律性調整好之後，就像我們重新把心靈城堡的圍牆重新砌起來，想辦法讓它更加地堅固，更可以抵禦針對大腦的攻擊。症狀可能會有多樣性，但大腦的運作則是萬變不離其宗。而對於一些正常族群的人，我有時候都說，EMBP就當偶爾幫大腦充電一下，幫你的大腦輸入一些適當的噪音，讓整體大腦訊息傳導地更順暢。
圖像來源﹕
A. Neuroart image contest
B. Webb Space Teloscope
C. Ice crystals under the microscope
是的，這是我對來診所病患常常講的話。然後他們就會提出同樣的疑問，我的頭腦已經夠亂了，你再輸入噪音干擾，那我豈不是症狀更嚴重？
平衡之聲–適度噪音如何提升大腦健康
這種時候，我都會跟患者來段簡單的物理科普小知識。包括大腦在內的生物系統都必須要遵守物理學的第一原則(First principle)，從小到晶體的原子結構，大至宇宙的運行，都有一個基本原理在，大腦的運作也不可能跳出這個基本範疇。如果我們把大腦神經細胞、太空望遠鏡照到的宇宙圖像，和顯微鏡下的晶體結構圖片來做比對，其實之間的差異性並不大。
尼古拉·特斯拉曾言：「如果你想知道宇宙的秘密，就用能量、頻率與振動來思考。」如果我們想要探索大腦的運作，我們可能要先跳脫醫學的思維來研究這個萬物基本的原理。來到我們診所的每位病患，我們都會幫他們檢測qEEG定量腦電圖，看看大腦運作的效能好不好。
而這是在理想狀態下定量腦電圖的呈現，整個EEG功率頻譜中，腦波頻率極為低下，通常不超過70Hz。正常情況下不超過35Hz，我們可以將整個腦波頻率視為粉紅噪音(1/f)。當正常人處在清醒、警覺狀態時，我們可以發現到主導頻率則集中所謂在10Hz上下的α頻率範圍，當進入睡眠後快速節律逐漸被緩慢的θ和σ節律所取代。病理狀態下，上述頻率的腦電波都可能出現異常。近年來的研究發現α活動在腦的代謝和認知功能上起了關鍵性的作用。
如果我們將大腦的穩定腦電圖震盪當成範本，在這種情況，大腦的代謝則是最節能的狀態。一個系統如果節能，出錯的機率就會降低，我們可以將其視為心智健康強壯的狀態，如果有外界刺激，也很快可以恢復理想的情況。但如果長期因為日常生活壓力，睡眠品質不佳，使用藥物和酒精等，那理想的大腦運作就有可能產生改變，腦波的節律性變差，就如同堅固的城牆有了裂痕。這個時候如果突然有個巨大壓力事件，比如失戀、親人過世、發生車禍等等。對於大腦來說就像一個重擊，讓原本心靈堅強的城牆崩壞。那這個時候要從傷痛狀態恢復過來就有可能要更長的時間，甚至可能難以復原，從而產生身心相關的疾病。
隨機共振–重新讓大腦功能恢復正常生理態
EMBP電磁腦脈衝就是為了要讓大腦可以恢復理想狀態，增加自癒能力的一個方法。我們究竟是如何做到的，這時候回到我們的題目–適當的噪音。在物理中有一個提高信號解析度的方法叫做「隨機共振(Stachastic resonance) 」。在某些特定的非線性系統中，噪聲的存在能夠增強微弱信號的檢測能力。
聽起來很不可思議，對吧！噪音可以增強信號的傳輸。其實在二次大戰期間，空勤人員必須計算飛機的任務路線和炸彈軌跡，他們發現在地面儀器的精準度反而不如在飛機上的表現。這是因為當飛機在空中移動時，機身會在很寬的頻率範圍內振動，偶然間有些頻率與移動中儀器零件共鳴頻率一致，讓零件震動，因而能更順暢地移動。然而，那個時候的工程師不知道哪些頻率很重要，所以開始在儀器中放入小的震動馬達，希望能藉此引發共鳴。這就是人們蓄意添加隨機噪音最開始的例子。
隨機共振要能產生有幾個特點，第一要非線性系統，其實我們生物體就是一個最典型的非線性系統，同樣的藥物在不同人身上會有不同的反應。第二就是噪音的強度要適中。我們如果看下面的圖片，就可以很清楚的發現到過多或者過小的雜訊，都沒辦法呈現出好的解析度。
EMBP電磁腦脈衝變頻治療–低能量高效的優勢
EMBP電磁腦脈衝就是基於隨機共振這樣的原理發展出來的最新一代的經顱磁刺激技術。傳統的rTMS經顱磁刺激治療都是打固定的頻率，但是我們從上面的正常腦電圖可以發現，即使是正常人，大腦的Alpha波也只是相近在一個範圍而不會是像機械般單一一個頻率。所以EMBP所強調的是變頻治療，我們治療的是一個範圍。這樣做可以有甚麼好處呢？首先，因為個體化的差異，在經過qEEG定量腦電圖的檢測後，我們可以提高大腦功能恢復到正常的成功率。再來，因為隨機共振的產生，我們只需要給予更低的能量就可以恢復大腦良好的節律。傳統的rTMS特別強調的是刺激，甚至必須打到運動閾值120%的強度。EMBP只需要運動閾值的30-80%就有很好的治療效果，這樣可以降低頭暈、頭痛、甚至癲癇等副作用的發生率。
對於神經精神疾病的患者，EMBP將大腦節律性調整好之後，就像我們重新把心靈城堡的圍牆重新砌起來，想辦法讓它更加地堅固，更可以抵禦針對大腦的攻擊。症狀可能會有多樣性，但大腦的運作則是萬變不離其宗。而對於一些正常族群的人，我有時候都說，EMBP就當偶爾幫大腦充電一下，幫你的大腦輸入一些適當的噪音，讓整體大腦訊息傳導地更順暢。
圖像來源﹕
A. Neuroart image contest
B. Webb Space Teloscope
C. Ice crystals under the microscope