探索未知的最后領域

諾貝爾生理醫學獎得主埃克爾斯爵士(澳洲生理學家，1963年得獎)于1973年寫了一本名為《了解腦》的書，其序言一開始就說以“腦去完全了解腦”不單是未來式，同時也是個刁詭的說法：腦究竟能了解腦嗎?四分之一世紀后的今天，英國的格林菲爾德教授再度嘗試了同樣的工作。有趣的是，兩本書的緣起都是由系列的演講稿衍生而來，只不過埃克爾斯爵士的演講對象是美國印第安納大學的師生，內容著重實驗的細節，非一般人所易懂；而格林菲爾德教授則是以通俗科學講座的方式，對一班外行的大眾解釋目前研究者對腦的最新了解，雖不能說是老嫗能解，但受過一般教育的當都能看懂。 人自從有意識開始，就不免對自己的“心靈活動”感到好奇。人除了擁有動物所共有的生存本能及需要外，還多了所謂的“心智與意識”，不單發展出語言及文字作為表情達義的工具，還進一步產生抽象的思考，能“究天人之際、通古今之變”。雖然如此，人對于自我身體的認識，常不如對外界事物的了解為深，其中尤以我們的思想情感之所在為最。

古人多以“心”為人體器官的主宰、思維的根源，于文字上遺留下來的痕跡也最多，譬如《孟子告子上》云：“心之官則思。”《素問靈蘭秘典論》中說：“心者，生之本，神之變也。”現代人談到思想與情感，也處處離不開“心思”、“用心”、“心情”、“心事”等表達方式。至于“腦”，古時認為是“髓之海”，或說頭為“六陽會首”，雖然重要。但并不認為是思想情感之所在。這一點倒跟西方早期的想法并無二致。直到清代王清任的《醫林改錯》一書，才說：“心乃出入氣之道路，何能生靈機、貯記性!靈機記性在腦者……”但該書接著又說：“精汁之清者，化而為髓，由脊骨上行人腦，名日腦髓。”又是想象多于實證、似是而非的說法。

時至21世紀，一般人對于腦在心智活動上所扮演的角色，大抵都認識；但真要非生物醫學專業的人士說明腦部的構造聯結、神經元的電性與傳導、腦中化學傳導物質的種類與作用、感覺意識的產生、身體運動的控制，甚至學習、記憶、情緒、動機等所謂的高級腦部功能究竟為何，大概是千百人中不得其一。這一點其實不足為奇，日常生活中我們“不知亦能行”或“知其然，但不知其所以然”的事情太多了。像許多人會用電腦、會開車，但不一定清楚電腦或汽車的內部構造及運作方式。多數人雖然對于神經系統的基本層面了解不足，但也不妨礙他們過正常的生活，甚至可能對于自身腦部的運作還有一套自己的看法(雖然多是不合學理的)。 人類對于自身的了解一向是解剖先于生理，也就是說對于構造的認識早于其功能，其中尤以神經系統為最。譬如說流動的腦脊髓液及松果腺都曾被認為是靈魂之所在，而腦下腺則被認為是收集腦部排泄物形成鼻涕的構造。造成這種現象的緣由也不難了解，到底觀察死人或動物的尸體并做記錄，要比探討一些腦部構造在活體上的作用來得容易些。對神經系統大體解剖的記錄已有幾世紀的歷史，但真正進入顯微神經解剖，在光學顯微鏡下觀察到神經元的各種形態與聯結，要到19世紀末、20世紀初的高爾基及卡厚爾(兩人于1906年同獲諾貝爾生理醫學獎)兩位才開始。之后的神經解剖學發展出各種追蹤神經通路走向的方法，大致解開了神經網絡聯結的謎團，可是其中的復雜程度還是遠超過我們的想象。

從18世紀的伽伐尼發現電可以刺激神經造成青蛙腿部的肌肉收縮開始，電生理的方法一直是神經生理學者使用的主要研究方法。一個重要的觀念是，所有的活細胞都具有膜電位(也就是細胞膜兩側具有不對稱的離子分布)，并且細胞可因膜電位的改變而產生信息。神經、肌肉及一些腺體細胞更能產生主動的、大幅度的動作，做長距離的傳送。經由刺激及記錄神經元電性的變化，神經生理學者對于各種腦功能的了解都有相當的貢獻，其中尤以感覺及運動系統最為顯著。

信息在神經細胞上雖然是電性的傳導，但在神經與神經之間卻有空隙(稱為突觸)，電訊號無法直接傳遞(有少數例外)，必須靠某些化學傳遞物質的釋放才能達成任務。如此一來，神經系統的復雜性又更前進了一步。一方面，一個神經元末梢可以形成成百上千的突觸聯結，與其他的神經或肌肉、腺體相接；再來，一個神經細胞的本體上更可能有成千上萬的突觸，接受來自各方的信息輸入。每個突觸不一定是同時活化，所造成的反應也是興奮與抑制都有。因此每一個神經元都是整合中心，將來自各方的信息整理后再決定是否產生動作電位往下傳送。

神經與神經之間經由化學物質傳遞的這個發現，使得神經化學及神經藥理學的研究在20世紀中葉以后大放光彩。無論是愈來愈多神經傳遞(或是調節)物質的發現，還是它們在腦中的分布、作用機理及在生理、病理情況下所扮演的角色等，都是目前神經科學研究的顯學。腦中具有神經活性的物質不下百種，從最早的乙酰膽堿到不斷有新“種”發現的神經勝呔，從復雜的蛋白質大分子到簡單如一氧化氮的氣體分子，令人目不暇接。

神經的化學傳遞還有更復雜的一面，就是受體的多樣性。受體是位于細胞膜上的特殊蛋白質，是神經傳遞物質的作用點，保證其作用的專一性。受體于體內的分布也決定了神經傳遞物質的作用位置，也就是目標所在。早先，人們以藥理的方法得知乙酰膽堿的受體有尼古丁型及蕈毒型兩種，而腎上腺素的則有α及β之分。之后以藥理或是分子生物學的方法更分出許多的亞型受體，單單蕈毒型受體就有五種亞型。再以血清張力素為例，10年前還只有兩類受體，如今已有超過13種的亞型。不同的受體亞型對同一傳遞物質有不同的親和力及反應，在腦中也有不同的分布。

近代由于電腦的發展，常有人將人腦比為“龐大的數據庫”，但只要是多了解一些腦部構造及功能的人，就會知道那是太一廂情愿的說法。面對這么一個復雜的腦部，以及對其與時俱增的了解，一般人又能從中得到什么助益呢?這可以從幾個層面來談。首先是神經聯結的可塑性。我們都知道學習與經驗對于一個人心智的成長與能力的增進是有幫助的，這一點對成長中的幼兒以及青少年尤其重要。將實驗動物飼養在變化、刺激愈豐富的環境中，其腦部神經聯結的數目要比養在貧乏環境中的動物來得多。這個發現為先前的假說提供了實際的證據。更值得強調的是，產生這種改變的能力終其一生都存在，正應了一句諺語：“活到老，學到老。”我們不但要給下一代提供更好、更多的學習環境與機會，成年人甚至老年人自身也應該不要間斷對新知識的學習和與新事物的接觸，以維持腦的活力。

其次，經由腦部化學傳遞的了解，我們對各種讓人上癮、甚至濫用的藥物的作用已相當清楚。絕大多數造成濫用的藥物會經由興奮腦中的一條報償系統，以至于服用者一而再、再而三地想要重復服用，造成心理性的成癮；同時由于對藥物大量及重復的服用，引起一些分子層面的改變(例如受體的負調節)，造成使用劑量逐漸增加以及停藥后的不適，是為生理性成癮。

至于腦中的這條報償路徑當然不是為了藥物而存在，而是與“飲食男女”有密切相關。人從飲食及男女之事上可以獲得相當大的滿足與快感，這是為了個體存活及種族延續所必需；不幸的是，許多藥物經由此路徑，引起同等甚至更強的快感，造成服用者的廢寢忘食，難以自拔。這條腦中的報償路徑，主要包括由中腦的多巴胺神經元投射至前腦邊緣系統的通路。已有許多的實驗證據顯示，像安非他命、古柯堿、嗎啡，甚至尼古丁、酒精等成癮藥物都是經由增強此通路中多巴胺的作用而來。如果這些藥物只造成快感還也罷了，但長期服用下來不是產生神經毒性(安非他命、酒精、古柯堿)，就是有其他的副作用(尼古丁、嗎啡)，因此為害更大。一般人都以為像嗎啡、海洛因、安非他命、大麻一類的違禁品才是有害的毒品，事實上為害最烈的濫用藥物是合法販賣的尼古丁（煙草制品)及酒精(各種酒類)，這一點只要看看每年因肺癌、肝病及醉酒車禍的死亡人數統計便可知道。如果多一些人知道這些成癮性藥物的作用是針對人類原始欲望的需求，不是輕易可由意志來控制的事實，嘗試的人該少上許多。

經由神經科學的進展，目前對許多神經及精神性的疾病，像是帕金森癥、阿茲海默癥、癲癇、精神分裂癥、抑郁及沮喪等，我們都有相當的了解。雖然目前對這些疾病的治療多還是以只算治標的藥物為主，但隨著我們對基本的腦生理有更多的認識，終有可能確定其發病的根源(譬如一段突變的基因引起亨丁頓氏舞蹈癥)，進而找到治本之道。舉個例子，沮喪憂郁癥是相當常見的精神失常，發病率可高達人口的10％(女多于男)，嚴重者會有自殺的傾向。抗憂郁癥的藥物早期以抑制單胺類分解的藥物為主，近年則有“百憂解”等一類血清張力素回收抑制劑的藥物。最近的研究更指向腦中一種控制腦下腺－腎上腺激素分泌的勝呔有所失常，因此藥廠積極開發該勝呔的拮抗劑，希望發明出副作用更小的抗憂郁藥。另外由動物實驗發現，新生的幼鼠或猴如果與母獸分離及缺乏照顧，成年后就會有下視丘－腦下腺－腎上腺軸的活性失調及類似沮喪的癥狀發生。類似這樣的新發現，不但在治療上可有新的方向，更可能在預防工作上加強。

早先針對所謂的高級腦部功能的研究多屬心理與行為科學方面的探討，雖然其中有不少創見與洞悉，但總是描述多于解釋、臆測多于實證，讓人不盡滿意。自20世紀30年代腦部立體定位儀發明以來，不少學者利用實驗動物對局部腦區進行破壞、刺激、記錄甚至取樣等實驗方法，再配合各種生理指標以及行為的檢測，使我們對于大腦的黑箱作業有了相當程度的了解。近年更有各種非侵入式的腦部影像記錄與分析的方法，不但能針對有病的腦找出病灶，研究者更能利用這些方法來找出參與各項高級腦功能的腦區來。到目前為止，我們可以說生物體所有的活動都受到包括腦在內的神經系統的調控，其中不單是感覺、運動、思想與情緒，甚至心跳、血壓、呼吸、消化、代謝、體液、生殖及免疫等種種生理現象也都在內。神經內分泌與神經免疫是兩門由此而生的學問，中國人強調“身心一體”的健康確有其科學的根據。

對于腦的研究，終究離不開對意識與心靈的探討。神經科學研究秉持的大原則是，心靈與意識的活動不能脫離腦而存在，所有正常與異常的心智活動必定有它的生物基礎，這是與哲學、宗教與玄學不同的地方。雖然現階段對于意識的生物基礎了解仍屬有限，但從對感覺、運動到學習、記憶及認知等各方面的諸多研究顯示，腦部所執行的各項功能并非僅局限于某些腦部區域的參與，而是由許多的腦區做臨時組合，共同完成。同時腦部功能愈發達的動物，不但具有表面積更大的皮質(形成皺褶狀)，同時多出來許多功能不甚明確的所謂“聯絡皮質”。這些聯絡皮質與腦中各處都有聯系，很可能就包含了掌握各種腦部組合的樞紐。這種將不同的腦區做暫時性任務編組的觀點，可以解釋我們的意識經驗（記憶、思考、情緒等)是無窮的，是不斷隨著時間、情境做轉換、新生的。

整個人類文明的歷史，撇開時時開倒車的政治、宗教紛爭，無非是對我們所處外在與內在環境的認識與改善，進而有所創造與建設。現代人常在兩個極端之間擺蕩：一端是自詡科技文明的進步，以為萬物皆可為吾所用，而昧于自身之限制，造成狂妄；另一端則是太過強調人的渺小，將一切未知推給造物的奇妙，甚至是人造的玄學。個人以為對于這兩種極端的針砭之道，不外乎“學與思”而已：無知產生恐慌，而正確的知識才是安定的力量。

借用電視劇《星際迷航記》的開場白，如果太空是人類對外探索的最后一塊未知領域，那么人腦便是我們向內探索的最后一塊未知領域。回到本文開頭埃克爾斯爵士所提的問題：以我們的腦去完全了解腦是可能的嗎?這一點與莊子所說的“吾生也有涯，而知也無涯”有異曲同工之意。窮一人之腦、終個人之一生想要完全了解腦的運作只怕是不容易(有人會說不可能)的事。但人類觀念的突破與實質的進步，已將多少不可能化為可能。

最后引用一位過世不久的神經藥理學者富勒(抗憂郁藥“百憂解”的發明者之一)最喜歡的一段話：

我不認為人生的目的只是為了追求快樂，我想生命的意義應該是有所用、有所擔當及有熱情。更重要的是要當一回事，堅持某些理想，并做出貢獻，才不枉此生。

我們對知識、對真理的追求(包括我們的腦)，亦可做如是觀。