《科學人精彩100特輯》窺探大腦

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※美國奧克蘭大學客座教授 潘震澤
神經科學是上世紀70年代才出現的新興學門，結合了基礎的神經解剖、生理、藥理、病理與化學等學門，臨床的神經與精神病學，再加上行為與認知科學，乃成為真正的整合科學。神經科學之所以能夠結合這麼多領域的人才，乃是因為它研究的是大腦的運作，最終目的是了解人的意識與思想，甚至個性與人格。《科學人》這本專刊裡的文章，都是一流神經科學家的第一手研究成果，配合由淺入深的說明與精心繪製的圖表，絕對是神經科學最佳的入門讀物。

※長庚大學生理科副教授 黃榮棋
腦子...

中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

大腦揭密，快跑；欲窺全貌，還早！

「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，再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！

中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

大腦揭密，快跑；欲窺全貌，還早！

「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...

精采單元

導　讀
大腦揭密，快跑；欲窺全貌，還早！ 撰文╱曾志朗

第一單元　看分工？找基因！
男腦女腦真不同
左右腦分工之路
大腦為何這麼皺
大腦白質有價值
解開大腦基因之謎
尋找智力基因

第二單元　意識與記憶之謎
名家論戰：意識如何產生？
腦如何知道我是我
深植記憶
找尋神經編碼
記憶的0 與1
漢字閱讀：腦中現形記
大腦暗能量

第三單元　心智功能再提升
幫大腦充「電」！
用行為重塑大腦
邁向專家心智之路
釋放創意精靈
聰明藥，幫大腦快速充電？
更棒的腦到底好不好？

第四單元　奇幻旅程
為何要睡覺？
透視催眠
魔術與大腦
讀出你的思想
駭入大腦
隨心而動——以意念操控機器

中英名詞對照

精采單元

導　讀
大腦揭密，快跑；欲窺全貌，還早！ 撰文╱曾志朗

第一單元　看分工？找基因！
男腦女腦真不同
左右腦分工之路
大腦為何這麼皺
大腦白質有價值
解開大腦基因之謎
尋找智力基因

第二單元　意識與記憶之謎
名家論戰：意識如何產生？
腦如何知道我是我
深植記憶
找尋神經編碼
記憶的0 與1
漢字閱讀：腦中現形記
大腦暗能量

第三單元　心智功能再提升
幫大腦充「電」！
用行為重塑大腦
邁向專家心智之路
釋放創意精靈
聰明藥，幫大腦快速充電？
更棒的腦到底好不好？

第四單元　...