前言
本書是關於大腦可以自我改變的革命性發現，由大腦科學家、醫生及病人親身訴說這個驚人的改變和轉換。沒有手術，也沒有服藥，他們利用大腦當時尚未為人知的能力，改變了身體狀況。有些是被診斷為無法治癒的大腦病變的病人，有些是沒有特別的病變，只是想改進大腦功能的正常人，或是想防止大腦老化，保持現有能力的人。四百年來，這種想法被認為根本是不可能、匪夷所思的，因為科學和醫學的主流都認為大腦的生理結構定型了就不能改變。一般的看法是過了童年期，大腦的惟一改變是開始慢慢的走下坡，當大腦細胞沒有正常的發展，或是受了傷，或者神經細胞死亡了就不能再長出新的細胞來取代，反正都是越變越糟。大腦過了某個時期就無法改變它的結構，假如原來的路徑有損壞，也不能再找到一條新的路徑來執行它原來的功能。這個大腦不能改變的理論對天生大腦有損傷或心智有殘缺的人，等於下了一個終生殘障的判決。那些想研究健康的大腦是否可以透過運動或心智運作來增進或維持現有能力的科學家，都被告知不必浪費他們的時間去做這個無益的研究，因為大腦定型了就不能改變。神經學上的虛無主義（neu-rological nihilism）─認為腦傷的治療是沒有效的，是不必要的這種想法─瀰漫在我們的文化中，甚至阻礙了我們對人性的看法，因為大腦不能改變，而人性來自大腦，所以人性也是固定了就不能改變。
這個大腦不能改變的信念主要來自三個看法：第一，腦傷病人很少能夠完全恢復的；第二，我們無法看到活人大腦內部神經工作的情形；第三，現代科學從一開始就認為大腦是個設計複雜、建構精美的機器，而機器雖然可以做非常多令人驚異、嘆為觀止的事，它卻不會改變或生長。
我會對大腦可以改變有興趣，主要是因為我是精神科醫生及心理分析師，當病人的情況沒有像我預期的進步那麼多時，一般人通常會歸因到他大腦的硬體上。「硬體」是另一個把大腦比做機器的比喻，認為大腦好像電腦的硬碟，線路一旦固定了便永遠的被固定了，每一個設計都是事先設定好了來做某一個特定的功能。
當我第一次聽到人的大腦可能不是事先設定，它可以改變時，我必須自己去觀察、去做實驗來評估證據以說服我自己。這個調查使我走出了我的心理諮商室，進入一個新領域。
我開始去各處旅行，會見大腦科學先驅的各個有名科學家，這些人在一九六○年代後期及一九七○年代初期做了許多實驗，發現了令人意想不到的結果。他們發現大腦每一次做不同的活動時，這些活動都改變了大腦的結構，每次練習都改變大腦的神經迴路，使它更適合手邊的作業，假如某些部件壞掉了，其他的部件有時可以接管這項工作。那個把大腦比喻為機器，每個部件有它特定功能，大腦是這些特定部件組合的說法，並不能解釋科學家所看到的現象。科學家開始把他們所看到的這個大腦基本的特性叫做神經可塑性（neuroplasticity）。
Neuro是神經元（neuron）的意思，神經元是大腦和神經系統中的神經細胞。Plastic是可以改變的（changeable, malleable, modifiable）之意。一開始時，許多神經學家不敢在他們的論文中用「神經可塑性」這個名詞，他們的同儕嘲笑說他們在宣導一個華而不實的看法。但是，越來越多的實驗顯現這個現象後，他們終於推翻了這個大腦不能改變的教條。他們發現孩子並沒有被他一出生時的心智能力鎖住，受損的大腦常常可以重新組織它的功能，當一部分壞掉時，其他的部分可以來替代。假如大腦的某些細胞死了，經過一陣子以後，這些細胞的功能可以被替代，許多我們認為是固定的迴路，甚至基本的反射反應，都是可以改變的。有一位科學家甚至表示思考、學習和動作可以開啟或關閉我們的基因，因此重塑我們的大腦結構和行為，這可以算是二十世紀最驚人的發現了。
在我的旅途中，我曾拜訪過一位科學家，他使一出生就眼盲的人可以重新看到東西，另一位科學家則使一出生就耳聾的人可以聽得見。我見到幾十年前就中風，被宣稱無法復原的人，在神經可塑性治療之下，進步了很多。我也見到有學習障礙的人，他們的智商增加了，學習進步了；我看到一個八十歲的老人他的記憶可以回復到他五十五歲時的程度；我看到人們用思想重新設定他們大腦的神經迴路，改變了以前不可治癒的強迫症和創傷。我跟諾貝爾獎的得主請益，他們正在激烈辯論我們應該怎麼去重新思考大腦模式，因為現在我們知道了它是不停在改變的。
我認為大腦可以透過思想和動作來改變它的結構和功能的看法，是自人們第一次畫出大腦的基本結構及神經元以來最重要的一件事。就像所有的革命一樣，這個看法會有深遠的影響，我希望這本書可以告訴人們這些影響是什麼。神經可塑性的革命讓我們了解愛、性慾、悲傷、親密關係、學習、上癮、文化、科技，以及心理治療如何改變我們的大腦，所有的人文、社會科學、物理科學，只要是跟人性有關的學門都會受到影響，當然包括所有的訓練方式。這些學門都必須能解釋大腦可以改變自己的這個現象，並且了解每個人的大腦結構是不一樣的，它隨著我們每個人一生的遭遇而做改變。
雖然人的大腦顯然低估了它自己，但是大腦的可塑性也不全然是好消息。我們的大腦雖然因此更有彈性，更能應變，同樣的，它也更容易受到外界影響的傷害。神經的可塑性使我們更有彈性，但是同時也使我們更僵化，我把這個現象稱為「可塑性的矛盾」（the plastic paradox）。很諷刺的，我們一些最頑固不能改變的行為習性和毛病其實也是神經可塑性的產物。一旦某個改變發生了，在大腦中變成根深柢固，它就會阻止其他的改變發生。只有在了解神經可塑性的正向和負向效果後，我們才可能了解人類真正的潛能。
因為新名詞對從事新工作的人很有用，所以我稱從事研究大腦改變的科學家「神經可塑性專家」（neuroplasticians）。下面是我與這些神經可塑性專家會談的經過以及被他們改造的病人的故事。
第1章
一個一直跌倒的女人……
如何因為人類感官有可塑性的發現而得救
施力茲（Cheryl Schiltz）覺得她永遠在摔跤，因為她覺得她要摔跤，所以她就跌下去了。
當她自己站起來時，有一剎那，她看起來好像站在懸崖峭壁上，馬上要掉下去。一開始，她的頭晃來晃去，歪向一邊，她的手臂向前伸出，想平衡她的身體，很快，她的身體前後搖晃，看起來就像一個走鋼索的人正在失去平衡，要掉下去前的一刻。只不過她的腳穩穩的站在地面上，兩腳叉得很開，她看起來不像是害怕摔跤，而是更像她害怕有人推她。
我說：「你看起來像是一個人在橋上玩蹺蹺板。」
「是的，我感覺我好像快要跳起來，雖然我並不想跳。」
更仔細觀察她時，我發現當她想站直不動時，她會抽動，好像背後有個看不見的壞人在推她，一開始推這邊，然後推另一邊，很殘忍的要將她推倒。只不過這個壞人是在她身體裡面，而且已經住了五年了。假如她想起來走路，必須扶著牆才能起來，即便如此，她還是走得不穩，像個喝醉酒的人。
對施力茲來說，她沒有一分鐘安寧，即使她已跌倒在地，這個內在的壞人仍不放過她。
「你跌倒時是什麼感覺？」我問她：「那個就要跌倒的感覺在你倒地後沒有消失嗎？」
「過去有的時候有，」施力茲說：「當我失去踩在地上的感覺時……，好像地窖的門打開了，把我吞了進去。」即使她已經跌倒在地上了，她還是感到身體繼續往下掉，好像掉入一個無底的深淵，一直在墜。
施力茲的問題出在她的前庭半規管，這個專管我們平衡的器官失去了功能。她很累，這個永遠感覺到自己在往下掉的恐懼使她抓狂，不能想其他的事情。她對未來充滿了恐懼，這個毛病發生不久，她就丟了工作，她本來是國際商務銷售代表，現在只能靠一個月一千美元的殘障補助金過活。她更為自己逐漸老去而擔憂，她有著莫名的焦慮症。
平衡感的功能在正常時常被我們忽略，但是它卻對我們的健康幸福感非常重要。一九三○年代，精神科醫生施爾德（Paul Schilder）曾經研究過平衡感跟人感到自己是健康的、有著「穩定」的身體有密切的關係。當我們用「感到已經定下來了」（feeling settled）或是塵埃未定（unsettled），平衡了（balanced）或是不平衡（unbalanced），深根的（rooted）或是無根的（rootless），「腳踏實地的」（grounded）或是「懸在半空中的」（ungrounded）這些形容詞時，我們用的是前庭半規管的語言。這種平衡感覺的重要性只有在像施力茲這種病人身上我們才看得到。所以得到這種病的人常常在心理上崩潰，被逼得去自殺。
我們有很多感覺常常自己不自覺，一直要到失去了才發現它的重要性。平衡感平常效果好到天衣無縫，使我們一點都感覺不到它的存在，所以它不在亞里斯多德（Aristotle）列舉的五種感官之內，千百年來被人們所忽略，直到現在。
平衡感系統使我們在空間中有方向感。負責這個功能的是前庭半規管，內耳中三個半圓形的水道，讓我們知道現在自己是站直的還是躺平的，地心引力如何影響我們的身體，更讓我們在三度空間中偵察到動作。有一個半規管是負責水平的動作的，另一個是垂直的，第三個是負責前進或後退的，半規管中有許多小絨毛細胞，浸泡在液體中，當我們移動我們的頭時，半規管中的液體就會衝擊到這些絨毛細胞，這些細胞就送出訊息到大腦中，告訴我們現在正朝著哪個方向在加速度。我們每一個動作都需要身體各個部件的協調和配合，假如我們把頭向前傾，我們的大腦便告訴身體相關的部門去協調，做出因應的改變，抵消掉地心引力的影響，使我們保持平衡，這個作用是在潛意識中進行的，我們平常完全不自覺這些大腦的指令。前庭半規管送出來的訊息進到大腦中一群特殊功能的神經元組合，叫做「前庭神經元組」（vestibular nuclei）。訊息在這裡處理後，送到對肌肉下指令的地方來協調這些肌肉。一個正常的前庭半規管跟視覺系統有很強的連接。當我們在追趕公共汽車時，我們的頭會上下跳動，但是你可以在視網膜的中央維持那輛公車的影像，因為你的前庭半規管送訊息到大腦，告訴它你在跑的速度和方向，這些訊息使你的大腦能轉動你的眼球，使它們一直正對著你在追趕的目標─那輛公車。
我現在與施力茲在巴哈─ｙ─瑞塔（Paul Bach-y-Rita）的實驗室之中。巴哈─ｙ─瑞塔是大腦可塑性這方面研究的前驅之一。施力茲對今天的實驗抱了很大的希望，但是她盡量克制自己不要期待太高，她願意接受這個實驗的任何後果。丹尼洛夫（Yuri Danilov）是這個團隊的生物物理學家，負責計算施力茲前庭半規管蒐集來的資料，他是一個非常聰明的俄國人，俄文的口音很重。他說施力茲的前庭半規管平衡系統已經失去至少百分之九十五的功能了。
依任何現行的標準，施力茲的情況是很嚴重的、沒有希望的。現行一般對大腦的看法是大腦是由一群各有特殊功能的模組（modules）所構成，先天設定在大腦裡，專門負責某項特殊功能。這些模組都是經過千百萬年的演化才形成現在這個樣子，一旦受傷損壞了，沒有辦法補救，因為無可替代。現在她的前庭半規管受損了，施力茲能夠重新得到平衡感的機率就跟視網膜病變的人想要重新恢復光明一樣少。
但是今天，上述的一切要面臨挑戰。
施力茲頭上戴了一頂工地用的帽子，在帽子的兩側有小洞，裡頭裝了一個儀器叫做「加速計」（accelerometer）。施力茲的舌頭上放了一條很薄的塑膠帶，上面嵌有微電極。帽子上的加速計會送訊息到這條塑膠帶上，這兩者都連接到旁邊的電腦上。當看到自己戴這頂帽子的樣子時，她笑了。她說：「因為假如我不笑，我就會哭出來。」
這個儀器是巴哈─ｙ─瑞塔眾多奇形怪狀儀器中的一個。這將替代施力茲的前庭半規管，將平衡的訊息從舌頭送至她的大腦。這頂帽子可能可以逆轉施力茲目前的夢魘。一九九七年，三十九歲的施力茲在做子宮切除手術時，因為術後感染必須服用抗生素見大黴素（gentamicin，譯註：這種抗生素對格蘭氏染色陰性菌有效），大量服用見大黴素會破壞內耳結構，造成聽力喪失（幸好施力茲沒有）、耳鳴（這個她有），以及平衡感的喪失。因為見大黴素便宜又有效，所以醫生還是愛用它，只是平常只敢短期使用，施力茲的醫生給她的用藥指示遠超過安全服用期限，造成了她目前的情況。這種因服見大黴素而變成殘障的人被稱為「搖擺族」（Wobblers）。
有一天，她突然發現她無法站立，她一動自己的頭，整個房間跟著動起來，她不知道是她，還是那面牆引起這種動感。最後，她扶著牆勉強站起來，摸到電話，打電話給她的醫生。
當她到達醫院時，醫生給她各種測試來看她的前庭半規管的功能還剩多少。他們把冷水及溫水灌入她的耳朵，然後叫她側著頭，當他們叫她閉著眼睛站起來時，她立刻跌倒。一個醫生告訴她：「你根本沒有平衡的功能。」最後檢查的結果是，她約有百分之二的平衡功能尚留著。
「這個醫生一點都不在乎，」她說：「他說這是見大黴素的副作用。」說到這裡，施力茲開始激動。「為什麼沒有告訴我這個藥的副作用？醫生說：『這是永久性的傷害。』他說完就走了，把我一個人留在診療室內。我母親送我來醫院，但是她已去停車場拿車，在醫院外頭等我。回到車上我母親問：『你會沒事嗎？可以治得好嗎？』我看著她的眼睛說：『這是永久性的，永遠好不了了。』」
因為施力茲平衡器官跟她視覺系統的連接受損了，她的眼睛無法再平滑的追隨移動的物體。「好像我所看到的每一樣東西都是果凍做的，每次我踏出一步，每樣東西都像果凍一樣左右搖擺要垮下來。」
雖然她不能用眼睛來追隨移動的東西，她的視覺還是可以告訴她，她是否是直立著的。我們的眼睛靠著凝視橫線或橫條紋來告訴我們現在正在空間中的哪裡。一旦光線消失了，施力茲就立刻倒在地上。她發現視覺不是一根可靠的枴杖，因為她面前的任何動作，甚至一個人想伸出手來幫她，都會惡化她跌倒的感覺，連地氈上縱橫的Ｚ字型花紋都會使她摔跤，因為這些Ｚ字型線條會送出假的訊息使她以為她是歪的，而其實她不是。
她因為必須隨時隨地保持高度警覺而精神疲憊不堪。她需要很多的大腦能量來保持身體的直立狀態─這些大腦能量來自於記憶、計算、推理所需的能量，因此，她沒有餘力再去處理其他的心智功能。
當丹尼洛夫把電腦準備好要測試施力茲時，我要求先讓我試一下，我戴上了工地安全帽，把嵌有微電極的薄塑膠帶放到我的舌頭上。這條塑膠帶叫做「舌頭顯示器」（tongue display），它是平的，跟一片口香糖差不多厚度。
這個加速計，或是說，這個感應器，可以偵察到二度空間的移動，當我點我的頭時，這個動作就轉換到電腦螢幕上的地圖，使團隊的人員可以操作監控它。這同樣的地圖投射到我舌頭上那條薄薄膠帶上的一百四十四個電極，當我往前傾時，我的舌頭前面感覺到像香檳酒泡泡炸開那種微微的電擊，告訴我，我現在是往前傾。在電腦螢幕上，我可以看到我自己頭的位置，當我的頭往後面仰時，我的舌頭後面感到香檳酒流過的感覺。同樣這種香檳酒流過的感覺在我的頭往左和往右傾時，都感覺到。然後我把眼睛閉起來，用舌頭來感覺我在空間的位置。我很快就忘記這個感覺的訊息是來自舌頭，而能在空間中移動自如。
施力茲把帽子拿了回去，靠著桌子來保持她的平衡。
「讓我們開始吧！」丹尼洛夫說，一邊在調整控制鈕。
施力茲把帽子戴起來，閉上眼睛。她用兩根手指按著桌面，身體往後仰。她並沒有摔跤，雖然她完全不知道什麼是直，什麼是橫，除了舌頭上香檳酒的流動感覺之外。她把手指從桌上移開，她並沒有搖擺，她開始哭泣，成串的眼淚掉了下來。她可以重新生活了，只要戴上帽子，她就是安全的，她第一次戴上帽子，那個永遠要摔跤的感覺便離開了她，五年來，這是第一次她沒有這種掉入無底洞的感覺。她今天的目標是在沒有任何幫忙之下，獨立站二十分鐘。對任何人來說─更不要說搖擺族─直挺挺的站二十分鐘是需要訓練和技術的，不信的話，去問白金漢宮前的警衛。
她看起來很安祥，她作小小的修正，身體的抽動停止了，那個在她身內，推她、撞她的惡魔也消失了。她的大腦在解人工平衡器官所送進來的碼，對她來說，這平靜是個奇蹟，一個神經可塑性的奇蹟，因為她舌頭上這些刺刺麻麻的感覺通常是上達到大腦的身體感覺皮質區處理觸覺的地方，現在透過一條新的神經迴路，去到大腦管平衡的地方了。
「我們現在致力於把這個儀器變小，小到可以藏在口中，」巴哈─ｙ─瑞塔說：「要像牙醫的牙齒矯正器那樣，這是我們的目標，這樣，她或任何受這種苦的人，都能有正常的生活。我們希望像施力茲這樣的病人以後可以戴著這個輔助器說話、吃飯而不被別人發現。」
「這不只是對受到見大黴素傷害的病人有利，」他繼續說：「昨天《紐約時報》（New York Times）上有篇報導，老人家易摔跤 B，老人對摔跤的恐懼大於被壞人搶。大約有三分之一的老人摔過跤，因為他們恐懼摔跤，所以他們待在家中不敢出門，結果他們越不用四肢，四肢就越脆弱。我認為一部分的原因是他們的平衡感─就像他們的聽覺、味覺、視力及其他的感官一樣─開始衰退了。這個儀器可以幫助他們。」
「時間到了。」丹尼洛夫關掉了儀器。
現在是第二個神經可塑性的奇蹟。施力茲取下頭上的工地安全帽，取出了舌上的感應器。她露齒而笑，眼睛閉著，不扶東西站著而沒有摔跤。然後她張開她的眼睛，仍然沒有扶桌子，抬起了她的一隻腳，現在她是金雞獨立，用一隻腳在平衡身體。
「我愛死了這個傢伙。」她說，走過去給巴哈─ｙ─瑞塔一個擁抱。她對我走過來，充滿了情緒，為她能夠感受她腳下的世界而激動不已，她也給我一個大擁抱。
「我覺得身體像下了錨一樣的穩定，我不必再去想我的肌肉在哪裡，我可以去想別的事情了。」她轉向丹尼洛夫，給他一個親吻。
「我必須強調為什麼這是一個奇蹟，」丹尼洛夫說。他認為自己是一個由下而上訊息處理歷程的懷疑者。「她幾乎沒有任何天然的偵察神經細胞，在剛剛二十分鐘，我們提供了她一個人工的偵察器。但是真正的奇蹟是現在，我們已經除去了輔助的儀器，她已沒有了人工的或天然的平衡器官，但是她仍然沒有摔跤，我們喚醒了她體內一些不知名的力量。」
第一次他們讓施力茲戴這頂帽子時，施力茲只戴了一分鐘。他們注意到施力茲在取下帽子後，有「殘餘效應」（residual effect）大約維持了二十秒。是她戴帽子的三分之一時間。然後施力茲戴帽子戴了兩分鐘，殘餘效應就增加到四十秒，然後他們逐漸增加到二十分鐘，預期殘餘效果大約到七分鐘。不過他們得到的結果是她戴帽子時間的三倍，維持了整整一小時，而不是三分之一。今天，巴哈─ｙ─瑞塔說他們要試試看，如果再戴二十分鐘會不會得到訓練效果（training effect），使殘餘效果維持得更長。
施力茲開始耍寶，炫耀給別人看，「我可以像女人一樣的走路了，這對別人可能不重要，但是對我來說意義重大，我不必再把腳張得大大的走路了。」
她跳著從椅子上站起來，她彎腰去地板上撿東西來表現她現在可以做這些動作了，「上次我可以在殘餘效果時間裡跳繩。」
「真正令人震驚的是，」丹尼洛夫說：「她不只是保持身體不跌倒，在戴了這個儀器一陣子後，她的行為幾乎是正常的，她可以在平衡桿上保持不掉下來。她可以開車。這是她前庭半規管功能的恢復，當她移動她的頭時，她的眼睛可以聚焦在標的物上。視覺和平衡系統之間的連結也恢復了。」
我抬頭看，施力茲正和巴哈─ｙ─瑞塔在跳舞。
她在帶他跳。
為什麼施力茲可以在沒有儀器的情況下跳舞而且行動正常？巴哈─ｙ─瑞塔認為有好幾個原因：其中之一，她受損的前庭半規管已經重新組織過了，過去，從受損細胞組織所發出的雜訊會阻擋正常細胞送來的訊息。這個儀器幫助且強化正常細胞送出的訊息。他認為這個儀器也整合其他的神經迴路進來幫忙，這就是神經可塑性切入的地方。大腦有許許多多的神經迴路，所謂神經迴路是一起共同做某一個工作的神經元之間的連結。假如某一條重要的迴路斷掉了不能通行，大腦就用其他的小路來繞過它，以達到目的地。「我是這樣來看這件事，」巴哈─ｙ─瑞塔說：「假如你從這裡開車到密爾瓦基（Milwaukee）而主要道路的橋梁斷了，你一開始會呆在那裡不知該怎麼辦，然後你會找公路未開以前的舊路，穿過農地，繞過斷橋。你走這些小路越多次，就越容易發現有更短的捷徑到達你的目的地。你就越來越快的抵達目的地了。」這些次要的神經迴路是不常用的，越用就越增強它的連接，這是一般認為大腦能夠重新彈性組合最主要的原因。
幾天以後，施力茲寫電子郵件給巴哈─ｙ─瑞塔，報告現在在家中，殘餘的效果可以維持多久：「全部殘餘效果是三小時又二十分鐘……搖晃的感覺在我大腦中出現，就跟以前一樣……我很難找到字來表達我的意思，我的頭很昏，很疲倦，很沮喪。」
一個痛苦的灰姑娘故事，從正常了再跌下來是很痛的。她覺得自己是死了，復活，然後又死。從另一方面講，三小時又二十分鐘的殘餘時間是戴帽子二十分鐘的十倍。她是第一個接受治療的搖擺族，即使殘餘時間不能夠再延長下去，她還是可以一天戴四次帽子，過著正常的生活。而且她很有理由去預期情況會變得更好，因為每一次戴帽子都訓練她的大腦去延長殘餘時間……。
結果真的有，後來的一年裡，施力茲盡量戴帽子來紓解她的痛苦，並建構殘餘效果。她的殘餘效果累積到好幾個小時、好幾天，甚至四個月。現在她完全不需要戴帽子了，而且不再認為自己是搖擺族的一員了。
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