科學人觀點

大腦揭密,快跑;欲窺全貌,還早!

撰文/曾志朗

科學人觀點

大腦揭密,快跑;欲窺全貌,還早!

撰文/曾志朗


「你的心裡在嘀咕什麼?」這句話意含著我們對世事 的很多盤算皆來自「心」的運作。但科學和醫學研 究也都告訴我們,這個「心」字指的絕不是生理器官 的那個心,因為那些心臟移植成功的病人,並沒有因 變心而改變性情,更沒有因此失去「自我」而不知道 「我」是誰。所以這個「心」,指的應該是每個人經 驗累積的存放平台,是抽象的情緒感受器,以及對記 憶中意象和理念重組的資訊轉換機,更是能在意念和 意念的碰撞中、在壓抑和活化的意識亂流中,衍生出 新意念的萬花筒。至於那些能做比對、計算、算計以 及能量分配的認知方式,只不過是讓思維凝聚的必然 程序,是所謂「心智」的總體表現中不可或缺的一個 層面。


用這樣的角度來看心思和智慧,科學家就可以先拋 開捉摸不定的「心思」,而以科學論證的方式來建構 「心智」的運作平台。不論是用哪一種隱喻去比擬心 智的運作(硬體如感受器、轉換機、萬花筒等,軟體 如比對、計算、算計、能量分配、決策等),都需要 有一個生理上的操作實體,做為感官、記憶、計算、 決策、理解等知識運作的中介平台,那就是我們所熟知的「腦」——由一兆個神經元所組成,塞在空間 不夠大的頭殼裡,形成彎彎曲曲充滿皺摺的灰質和白 質,掌管神經資訊的傳遞和加工,包括感知、辨識、 回應和儲存,而且串連不同腦區對特定的認知作業形 成即時有效的神經迴路。這些複雜但又井然有序、由 生理到心理層次的運作,通過現代高科技的各種腦神 經顯影儀的掃描,科學家已經握有非常明確的證據。 雖然影像的時空解析度仍待加強,且成像的分子基礎 尚待釐清,但我們已經可以很科學的問「你的腦子裡 在想什麼?」而不會感到「心」虛了!


確定思維運作的所在地是「腦」之後,科學家就不 再像早期的哲學家只能坐而思,必須起而行,走進實 驗室,以更精密的神經顯影技術,搭配設計巧妙的實 驗和高超的統計分析方法,由各個面向去探討腦的功 能。如各種不同認知作業的神經資訊(what),會在 腦的哪一個區塊內部活化或在哪幾個區塊(上皮質、 下皮質、新皮質、舊皮質,還有小腦)形成連結的迴 路(where)?特定迴路之間如何完成連結、如何相互 激盪產生消–長的能量(how)?為什麼會演化出這 樣的結構和功能(why)?這些不同面向的議題,觸 及生命現象的各個層次,從最基層的基因研究,到神 經系統的發展和組合,到行為的產生和規範,到意識 的覺知和情緒的感受,到最高層的是非判斷,在經過 數個「腦的十年」的實驗探討與理論建構,慢慢揭開 了腦的神秘面紗。但科學家在期待下一個「腦的黃金 十年」時,也心知肚明有更多問題等待解決。


在新一代的腦研究中,有一個特性是不可忽略的: 即每一個議題的提出,都有很清楚的跨領域內涵;各 領域的研究進展和成就,都會影響其他領域對本身研 究的重新思考。例如,緊接著人類基因組定序計畫的 完成,腦科學研究也整合了基因研究與蛋白質分析技 術的進展所帶來的新發現,以基因轉殖或基因剔除動 物為對象,搭配高密度神經元群體記錄的尖端技術,開展了腦神經演化的近因及遠因解密工作。此外, 由於物理學家在低溫超導的技術革新,以及對核磁 訊號的分析模式越來越成熟,各種神經影像的時空 解析度也就越精準,帶動了認知神經科學的全面發 展,並促使跨顱磁性刺激(TMS)在介入性的實驗研 究和臨床治療上,發揮極大的效能。這些跨領域的 研究,引領著不同專業的學者,把各自的觀點聚合 (converge)在如何理解生命現象的共同問題上。


生命現象本就錯綜複雜,但這些複雜現象的背 後,仍然是清晰可見的自然規律。因為人類只有一 個腦,它的運作遵循著生物演化的原生設定,也在 這個基礎上,和周遭環境所給予的不同社會壓力, 形塑個體的行為型態,所以每一個人的行為不但代 表個人腦神經的生物傾向,也反映出腦做為資訊的 轉換平台的抉擇與適應過程,代表的是社會的集體 規範。就腦生長發展的觀點而言,個別差異是遺傳 的結果,也是環境的縮影,更是在兩者長期適應 (accommodation)和同化(assimilation)的互動下 所形成的產物。這其中的奧秘,科學家目前還不很 清楚,但由疊積的有限知識,已經讓科學家充份了 解,靠單一領域的研究欲窺腦的全貌,絕對是不可 能的任務,沒有超越領域的合作,就無法解開大腦 的秘密,這已經是全世界腦科學家的共識了。

目前,歐美的科學家都把腦科學的研究,由基因 到神經發展的生化變化,到認知運作,到行為表現 的整合,訂定為本世紀最重要的科研項目(我刻意 不寫「之一」)。美國早已走在前面,歐盟也急起 直追,在正進行的第七期科研架構計畫(EU FP7) 中,特別設立一個主題,名之為「人類心智及其複 雜性」(Human Mind and Its Complexity),探討腦在 人類文明所扮演的角色。我是這個主題的諮詢委員 之一,有幸見聞數百件由研究有成的學者提出的計 畫案,我們審核的標準是跨領域的整合,和提出有風險但能清楚界定「腦的複雜性」的實驗設計。我 國在這一方面的整合,比之歐美的大步進展,就顯 得很薄弱。神經科學的個別研究散在各研究機構, 沒有整合的機制;認知神經科學的概念,在台灣的 學術界仍待建立。

為什麼會產生這麼一個荒蕪的景象呢?我想,傳 統學科本位的心態阻止了跨領域研究的思維,而新 世代的社會科學研究人員在生物演化和認知哲學的 知識背景也明顯不足,使他們對新興的腦科學研究 望之卻步。為了開創新局,讓所有愛科學新知的科 學人,都能更了解腦科學的進展,《科學人》雜誌編 輯部集結了過去相關的文章,以四個單元去介紹腦 科學研究和生命現象的關係,希望借由這些比較令 人感興趣的生活面,看到腦神經運作的複雜性。男 女有別嗎?人類以右手傾向者居多,反映左右兩腦 功能的不對稱,那其他動物也如此嗎?你吃螃蟹時 會注意牠是右利、還是左拐子?有增進記憶的藥丸 嗎?學會讀寫漢字的腦和學會讀寫英文或其他拼音 文字的腦有差別嗎?腦中神經訊息流動澎湃,是我 們的夢之源?那「出槌」的流動是創意之母嗎?

太多的問題待解,但了解腦就是了解自我,了解 社會文化,了解人在宇宙間、在萬物中、在歷史長 河裡的定位。文明是腦的反映圖像,是腦的創作, 也反過來規範腦的成長。我正在用演化中的腦、用 腦創作的語言去談腦。也許,我觸動你或他的腦, 產生出會改變腦的能量。人腦雖皺,潛力無窮。欲 窺全貌?還早!


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