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人腦是第三個千禧年的代表圖騰

圖片來源:illuminaut@Flickr,根據創用CC-By 2.0條款使用

二十世紀末,造影技術的突飛猛進將人腦推到科學舞台的前方。不過,大腦的探索自古以來便一直令人著迷。

自古希臘時期開始,大腦便被封為思想的器官。希波克拉提斯(Hippocrate,約西元前 460-376 年)是主要的提倡者,他建立以觀察為基礎的醫學,企圖消除各種迷信、譴責巫醫。他的繼承者如希洛菲羅(Hérophile)、埃拉希斯特拉圖 (Érasistrate) 獲准在亞歷山大進行人體解剖,擴大了他的影響力。當基督宗教醫學接受靈魂位於腦室中的假設時,從帕加瑪 (Pergame) 來到羅馬的蓋倫 (Galien,約西元 131-201 年)與他所尊敬的希波克拉提斯一樣,成為醫學界的指標。不過蓋倫以動物解剖為基礎,在濫用普遍化的原則下,錯誤地將觀察結果複製在人類身上。但是他證實大腦是思想的器官,確認構成認知功能受體的是腦中的物質,而非腦室。

直到文藝復興時期才再度恢復解剖行為,特別值得一提的是在義大利,一位來自佛萊蒙地區的年輕教授維薩留斯(André Vésale,1514-1564) 徹底革新人體解剖的方法,並親自操刀,修正許多蓋倫犯下的錯誤。儘管文藝復興時代充滿為人腦研究帶來貢獻的原創觀點,但是宗教裁判所的影響力仍阻礙了新觀點的發展。

電與磁

法國的笛卡兒(Rene Descartes,1596-1690)與英國的威利斯(Thomas Willis,1621-1675)這兩位幾乎同時代的人物,隨後以更為生理病理學 [1] 的原創視角來探討人腦。對不是醫生的笛卡爾而言,哲學主宰了科學。

笛卡兒作為第一個構思出反射概念的人,尤其想分開腦與靈魂的功能,並提出鄰近小腦的「松果體」腺體是靈魂影響身體的中心。威利斯則與笛卡兒相反,他被視為第一位腦部生理學家,試圖了解人腦不同部位的功能與分層組織。他反駁笛可兒認為動物不具有任何感知能力,唯獨人類才擁有此能力的說法。他也是首位致力於觀察神經心理疾病症狀的醫生,並提出心理學的雛形概念。

哈維(William Harvey,1578-1657) 於 1628 年描述了血液循環後,醫學界的主要課題便是了解感官器官如何將訊息傳到腦部、人腦如何透過神經再將訊息傳送到肌肉。過去被認為應該在空心管道中流動的「動物性精神」因而轉變為「神經流」。不過,沒有人能證實蓋倫的學說,他認為神經是空心的,充滿了液體。

此時代的觀念與技術演進,再加上電的發現,為十八世紀的研究工作帶來新的動力。伽凡尼(Luigi Galvani,1739-1798) 在波隆那進行了二十年的研究後,於 1791 年提出一項假設,認為大腦製造的神經電流會導到神經,神經裡的電流由一種絕緣套保存著,儲存在肌肉中。肌肉收縮伴隨著電流釋放的現象。發現此「動物性」電流的同時,維也納人梅斯默(Franz Anton Mesmer,1734-1815) 則提出帶有磁鐵性質的動物磁性概念。他的學說獲得大眾青睞,因為他們寧可被「磁化」,也不想被「電擊」。不過,與動物電相反,動物磁並未對人腦生理學帶來貢獻,只開啟了通往催眠與心理學世界的大門。

十八世紀最後幾十年深受自然主義、人類學家與哲學家的影響。此時,皮內爾(Philippe Pinel,1745-1826)與其監理人普森(Jean-Baptiste Pussin)提出一套更為人性化的精神病學。當時還沒有任何治療精神疾病的藥物,但「瘋子」不會再被鏈住,而是獲得更為尊重的對待方式。德國人高爾(Franz Joseph Gall,1758-1828) 則將神經學家轉變成未來的臨床精神科醫生。這位傑出的解剖家對神經與大腦特別感興趣,企圖將當時的「人相學」(Physiognomonie,從頭顱形式推斷人類行為的學說)轉變為器官學這門新科學。人相學之後變成顱相學(phrénologie),將人類能力與行為歸因於大腦中對稱分佈的心理或智識能力。可惜的是,他從未進行解剖學或生理學的實驗。為了更加理解大腦的功能,必須發明工具來驗證腦中存有電流活動並由神經傳導的新論述。這正是十九世紀實驗醫學與神經生理學發展的任務。

發現神經傳遞物質

蒙特婁的潘菲德(Wilder Penfield,1891-1976)由皮質刺激實驗而獲得的腦地形學(topographiques) 知識與麻醉技術,使十九世紀末出現的神經外科得以發展。神經外科最先用在腦部創傷與腫瘤治療,隨後擴大至腦病理學的眾多領域中,1930 年代則與精神外科一起用於心理疾病的治療上。

二十世紀初期的另外兩項重要主題是突觸 [2] 和神經傳遞 [3]。儘管在伽凡尼之後,人們已經接受電流現象的觀念,但是將神經流由一個細胞傳遞到另一個細胞的突觸,在十九世紀時仍是個謎。二十世紀初的實驗醫學證明自主神經系統 [4] 中的神經可透過流動物質來製造效果,腎上腺素 [5] 和乙醯膽鹼 [6] 已經出現在化學家的試管中,現在只需區分出神經傳遞物質和荷爾蒙 [7] 即可。這項工作分別由戴爾(Henry Dale,1875-1961)和洛威(Otto Loewi,1873-1961)這兩位先驅者進行。

往後幾年,其他神經傳遞物質紛紛被發現,例如多巴胺 [8]。1950年 代由腦中萃取出來的多巴胺,讓研究員首次能將因神經傳遞物質缺陷而造成的疾病如帕金森氏症加以模型化。1961 年出現「多巴胺奇蹟」,幾位臥病在床的帕金森氏症患者在接受多巴胺前驅物 L-Dopa 治療後,再度行走。此後,某些神經傳遞物質分別與功能(運動、記憶)、行為(愉悅、上癮)、症狀(疼痛)或其他疾病(精神分裂)扯上關係,成為神經生物學與精神藥理學之始。

造影的來臨

從 1960 年代起,在化學的幫助下,藥理學開始治療某些心理疾病。經過篩選的分子可用來治療精神疾病,例如抗精神病藥物與抗壓藥物,或者用來治療病理性焦慮,例如鎮靜劑。不僅讓「瘋子」脫離精神病院,也讓他們擺脫污名化。藥理學隨後也用來治療神經疾病,更合理地控制疼痛,並發明新的藥物類型,例如抗癲癇或多發性硬化的藥物。

在許多重要發現中,二十世紀末最重要的是分子生物科技與腦部造影技術的發展。透過這兩項技術,得以即時觀察腦部的運作。某些人相信未來能看到人如何思考,甚至進入人的潛意識;不過這種看法很有可能落入新的顱相學或數學簡化主義中。

這項明顯由模控學者 (cybernéticiens) 提出的論戰,持續了整個二十世紀下半葉,並出現許多交流,例如 1980 年代企圖將人文科學與大腦科學融合為一門新學科的「神經哲學」;Jean-Pierre Changeux 的「神經元」人類 (homme « neuronal ») 則取代了「機械」人類 (homme « machine »)。不過,日前由 Giacomo Rizzolatti 在帕瑪 (Parme) 進行的鏡像神經元(Neurones miroirs)研究和 Alain Berthoz 的行動現象學研究,都顯示大腦始終是十分優良的模擬器。

二十世紀也是基因學的世紀。病理學方面,在三十年間,許多神經退化性疾病如亨丁頓舞蹈症 [9] 證實與染色體有關,帶來許多建立在新基因工程學上的預防方法與治療希望。

勿將奇蹟變成混亂!

今日,將單一傳遞物質連結到一個神經元或認為神經元不會更新的看法已經消失;生長因子的角色、神經元有計畫的死亡(細胞凋亡)、新神經元的形成(神經新生)、新的腦部連結(可塑性)等新觀念則逐漸明確。無論是複製人或是優生學議題,二十一世紀的人類已經作好迎接基因治療、蛋白體基因組學 [10]、新神經組織的移植、產前檢測與奈米藥物 [11] 的準備,不管結果是好是壞。未來,人類的課題將是尊重「神聖」遺產,理由不是其「神授的」本質,而是因為數千年演進所賦予它的「完美」。如果不這麼做,奇蹟就有可能變為混亂。

隨著神經科學的進步,人類的注意力越來越集中在腦部。不過,人類應該將自己的精神界限擴展到周邊無窮的多元性上。隨著集奈米科技、生物科技、資訊科學與認知科學於一身之 NBIC 新科技的發展,人類可能會想要自我再造,摧毀本身圖騰,僭越最基本的禁忌。不過,這種僭越是人類不自覺的強烈衝動之一。因此,這種僭越很有可能具體化,使我們不斷地拒絕脆弱的人性。這正是後代子孫將面臨的道德問題。

關鍵字

[1] 生理病理學 (physiopathologie):研究被疾病破壞的器官或有機體功能。
[2] 突觸 (Synapse):兩個神經元之間的連結區域。
[3] 神經傳遞物質 (Neurotransmetteur):在突觸中釋放的化學物質,以便傳遞兩個神經元之間的神經流。
[4] 自主神經系統 (Système végétatif):由管理主要生理功能(呼吸、循環、消化、複製等等)的交感神經系統和副交感神經系統構成。
[5] 腎上腺素 (Adrénaline):腎上腺分泌的荷爾蒙,會對壓力有所反應。
[6] 乙醯膽鹼 (Acetylcholine):涉及許多周邊神經系統功能(傳遞、神經-肌肉、血管舒張)與中樞神經系統功能(記憶、運動)的神經傳遞物質。
[7] 荷爾蒙 (Hormone):由內分泌腺體(腦下垂體、腎上腺、甲狀腺等等)分泌的流動物質,可控制器官或新陳代謝的功能。
[8] 多巴胺 (Dopamine):在運動與腦部報酬系統等多種功能中,擔任腦神經傳遞物質的兒茶酚胺(catécholamines)類物質。
[9] 亨丁頓舞蹈症 (Chorée de Huntington):一種家族性神經退化性疾病,特點是不正常的動作(舞蹈症)與失智。
[10] 蛋白體基因組學 (Protéogénomique):將基因組技術運用在蛋白質與其功能研究上。
[11] 奈米藥物 (nanomédicaments):能將活性分子帶到單一基因、蛋白質或器官等治療標靶上的奈米尺寸載體。

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