2016.7.15 編輯部公告：
〈fMRI 分析軟體可能有瑕疵？相關研究該怎麼辦？〉原編譯自 A bug in fMRI software could invalidate 15 years of brain research，於 2016 年 7 月 13日發表後，接收到許多專家學者的專業建議。文章針對腦科學研究方法的敘述上有錯誤，未能完整、正確解釋該篇研究的真正意涵，以及研究結果的爭議。因此在與原作者討論後，決議將此文章下架，以避免不正確的內容造成讀者誤解。
關於此議題，我們重新邀請認知神經科學家謝伯讓老師針對這篇研究撰文，請見〈fMRI腦造影研究全面崩盤？〉。
感謝各界對於泛科學的批評與指教，泛科學編輯部在此向所有讀者致歉。
社群公告推文在此。
本文翻自<Astrocyte Dysregulation and Calcium Ion Imbalance May Link the Development of Osteoporosis and Alzheimer’s Disease>一文
蔡依良 撰
加拿大的研究報告中指出，阿茲海默症患者罹患骨質疏鬆症和骨折發生率是同年齡神經正常成人的兩倍多 [1]。一項為期兩年的縱向研究也表明，與非失智症的患者相比，阿茲海默症患者的骨骼密度流失的更多 [2]。目前已有少量的實證證據，證明了阿茲海默症的神經病理生理學特徵可能導致骨質流失 [3, 4]。藥物方面，也有報告指出使用鈣離子通道阻滯劑和用於治療骨質疏鬆症的雙磷酸鹽類藥物，可以有效地緩解阿茲海默症的症狀。
為什麼骨質疏鬆與阿茲海默症會有關係呢？這就要從阿茲海默症是什麼開始說起。
我們所說的阿茲海默症，只是失智症的其中一種。失智症主要可分為五大類型：路易氏體失智症、額顳葉失智症、血管型失智症、混合性癡呆，以及阿茲海默症。其中阿茲海默症為最常見的失智症，它是一種與年齡相關，認知能力下降的退化性疾病，包括記憶力改變和定向能力下降。
在阿茲海默症的病程中，有高達 70-80% 的患者會表現出非認知症狀，這會導致患者煩躁不安，表現妄想、抑鬱、幻覺、錯誤識別、睡眠障礙、冷漠、攻擊性、進食障礙、不適當的性行為或徘徊。
因此我們有必要先強調，這些研究都只說明了其中一種失智症類型——阿茲海默症，與骨質疏鬆有關，不是所有失智症都跟骨質疏鬆有關係。
在病理學上，阿茲海默症患者的典型症狀是澱粉樣蛋白-β (Aβ) 斑塊和 tau 過度磷酸化。然而，最近的研究表明，這些症狀並不是疾病的原因，而是發病後產生的。與其他類型的失智症相比，阿茲海默症具有明顯的松果體鈣化及體積縮小，和褪黑激素分泌減少的特徵。
而這幾個跟「松果體」有關的特徵，跟阿茲海默與骨質疏鬆症有密不可分的關係。
松果體位於腦部中央的上視丘，介於兩個腦半球之間，藏在丘腦兩半連接處的凹槽中。是一個對光敏感的小型神經內分泌器官，透過眼球接受光的信息，調整褪黑激素的分泌量，進而控制動物的睡眠時間。它具有高度血管化的構造，不依賴血腦屏障（BBB）所提供的保護。由星狀膠質細胞、小膠質細胞、內皮細胞和釋放褪黑激素的松果體細胞所組成的器官。
松果體的分泌能力與其體積大小成正比。因此當羥基磷灰石逐漸沉積在松果體形成鈣化時，成為我們俗稱的「腦砂」，勢必將減少褪黑激素的產生。這就是上面提到的「阿茲海默症具有明顯的松果體鈣化及體積縮小，和褪黑激素分泌減少」。
有趣的是，褪黑激素除了與腦的關聯外，其他研究還發現使用褪黑激素可增加正常人的骨細胞和成骨細胞的增殖。這即是一開始研究所說的「阿茲海默症與骨質疏鬆症有關係」的原因之一。
為什麼是之一呢？因為不只在褪黑激素上，找到阿茲海默症和骨質疏鬆症二種疾病的關聯性，也在其他骨鈣代謝激素，像是：腦雌激素、甲狀旁腺素、維生素 D3、降鈣素、骨鈣素…等，也都有研究找出該激素與兩種疾病之間的關聯性。
腦雌激素由星狀膠質細胞合成，具有神經保護的功能，維生素 D3 除了可以保護骨骼，同時也是一種神經類固醇激素，在大腦中扮演保護和調節作用。Hana 等人研究則是發現「降鈣素基因相關肽拮抗劑（CGRP）」，具有成骨和維持骨穩態的作用，可能成為延緩人類認知衰退的治療靶點 [5]。
還有，成骨細胞衍生的骨鈣素，發現可以改善與年齡相關的認知衰退、預防抑鬱和焦慮，以及減少星形膠質細胞和小膠質細胞的增殖。綜合上述，我們可以得知阿茲海默症和骨質疏鬆症之間，確實存在著某種相關性。
雖然有不少研究支持阿茲海默症與骨質疏鬆有關聯性，但兩者的因果關係，尚未有統一答案，不過，我們可以藉由以下幾點推測可能原因：
星形膠質細胞為組成松果體的重要細胞之一，它的功能有維持鈣離子濃度平衡，提供神經細胞營養，並可在體內遷移。鈣離子是人類重要的神經傳遞物質之一，一旦被觸發，星形膠質細胞之間就會形成鈣波，激活其他星形膠質細胞傳遞信息。
人體大多數的鈣質儲存在骨骼中，以維持一生的鈣穩態。骨組織主要由骨細胞、成骨細胞和蝕骨細胞組成。在骨重塑當中，成骨細胞是生成骨頭的細胞，蝕骨細胞則是分解骨頭的細胞，而骨細胞是調節蝕骨細胞和成骨細胞活性的星狀型態細胞。在成熟的骨骼中，骨細胞是數量最多的細胞類型，有著與生命體本身一樣長的壽命。
雖然骨細胞的並非星形膠質細胞，但無論在形態或功能上，都有相似之處，同樣為星形，也都與鈣離子濃度的調節有關，只是松果體內的星狀細胞是直接調整鈣離子，骨細胞是藉由控制成骨與蝕骨細胞，來影響周圍鈣離子濃度。為了方便起見，我們假設骨細胞是星形膠質細胞的一種，而松果體主要也是由星形膠質細胞組成。
在鈣波的影響下，那麼當蝕骨細胞有較高的細胞活性，加上星形膠質細胞逐漸失去功能時，鈣將從骨骼中逐漸流失，從而引發骨質疏鬆症。隨後被釋放到血液中的鈣離子可能在松果體中蓄積並導致異位鈣化，從而促進阿茲海默症的發生。
最後值得我們進一步思考的是，長期的慢性發炎時常伴隨著鈣化現象的發生。如果我們常常半夜不睡覺，或在睡前接收大量的光線刺激。長期不正常的光週期是否會導致松果體慢性發炎，誘發松果體鈣化增加罹患阿茲海默症的風險呢？
中國古代思想家透過觀察及反思，提出許多做人處事的道理，成為許多經典流傳給數千年後的我們。現代人也許會質疑，那些古老智慧早已過時不適用，甚至不符合科學以及時代潮流。有趣的是，許多經典的背後與現代科學理論相差不遠，甚至能啟發科學家重新詮釋心理學以及大腦運作的理論。
透過這個專題系列，我希望以中國經典當作出發點，讓讀者能從另一個角度認識我們的大腦以及心智的運作，從中體會古老智慧帶給我們的啟示。
「禽獸不如」是一句常見不過的罵人成語，用來形容品格低下、行為不端正的人。禽指的是鳥類的總稱，而獸指的是四足的哺乳動物，通常指野獸。禽獸兩字的合用，通常指的是鳥類和獸類的合稱。
從字源來看，禽始見於甲骨文，形象是下部有柄的網，一開始是作為動詞指擒拿的行為，並衍伸至指捕捉到的鳥獸，《説文解字》則是以走獸總名定義之，因此一開始禽是用來概括稱呼擒獲到的獵物，並非單指鳥類。一直到數千年前的戰國時期，才開始有禽獸兩字的連用。
《孟子．滕文公上》：「草木暢茂，禽獸繁殖；五穀不登，禽獸偪人。」
《莊子．馬蹄》：「禽獸成羣，草木遂長。」
這時的禽則專指鳥類，獸字也初見於甲骨文，會意字，從單和犬兩字組合成，單是狩獵工具而犬也是用來協助狩獵，因此一開始是動詞，指打獵。而後定義也包含打獵的對象，即野獸。
關於人類與禽獸的類比，孟子或許是最早也是最愛用的聖賢之一。
《孟子．滕文公下》：「無父無君，是禽獸也。」
孟子斥責眼中沒有父母、目無君上的人，就像是禽獸一般。孟子強調人與禽獸不同之處，彰顯人類獨有的品德仁義。孟子在《離婁下》更提到：
「人之所以異於禽獸者幾希，庶民去之，君子存之。舜明於庶物，察於人倫，由行義行，非行仁義也。」
人類和禽獸的差異其實只有一點點，一般人把和禽獸不同的地方給丟棄了，而君子則是把差異給留了下來。舜對世間的事物以及人際關係了解相當透徹且明察於心，是遵照仁義之心來處理所有事情，而不是勉強為了行仁義而行仁義。
以上可見孟子強調人與禽獸的差異在於仁義道德價值，而摒棄該中心思想的人則與禽獸並無不同。
不同於東方的中國經典強調人類與禽獸的類比，西方哲學早期就將人類與動物區分開來。
十七世紀的勒內·笛卡兒（René Descartes）把動物稱作是動物機器（animal machine）或是自動機（automata），認為動物沒有思考能力與意識，是沒有靈魂與心智的物質機器。
相比之下的，他的心物二元論（Mind–body dualism）則認為人類是有非物理性的思維物（res cogitans），以及有物質實體的廣延物( res extensa）。笛卡爾的理論也受到唯物論者的挑戰，十八世紀的唯物論代表人物之一，法國醫生和哲學家朱利安．奧弗雷．拉．美特利（Julien Offray de La Mettrie）在《著作人是機器》（Man a Machine ：法文：L’homme Machine）中反對物質與靈魂分離的二元論，認為人也是機器，且物質的不同組合能產生人的思想。
拉美特利的想法也影響後續心理學以及行為理論的發展，20 世紀著名的哲學家，卡爾．雷蒙德．波普爾（Karl Raimund Popper）也討論拉美特利在演化論以及量子力學上的相關，並讚賞拉美特利能在現代科學理論發展前提出一套符合讓科學家以及物理學家們支持的觀點。
在科學研究以及演化論尚未發展的時期，神創論（Creationism）解釋人的誕生。創世記 1:26-31提到上帝照自己的形像造人，上帝說：
「我們要照著我們的形像，按著我們的樣子造人，讓他們管理海裡的魚、空中的鳥和地上的牲畜及一切爬蟲。」
這樣的描述也使得人類認為自己在物種上有另一層次的地位，並認為人類與動物是不同的。但從演化論來說，人類在生物學上的歸類是哺乳綱、靈長目、人科、人屬的物種。
我們的大腦也非一開始就如此的發達，這一切還須要歸功於演化上各式各類的動物以及漫長的時間。光從人類的神經解剖構造來看，人腦的神經迴路與老鼠有非常多像似之處，甚至科學家們也能透過研究果蠅大腦來試圖破解人腦的運算機制。
人類大腦與禽獸最大不同是新皮質區域尤其是前腦的部分。
十九世紀的三重腦假說（Triune brain）認為脊椎動物的前腦與行為的演化過程是由爬蟲腦複合區 （Reptilian）、古哺乳動物腦（邊緣系統）（Paleomammalian (limbic system)）、新哺乳動物腦（Neomammalian）的三個結構疊加而成[1] （圖一）。人腦的皮質區域非常的發達，甚至演化上必須透過皺褶來增加表面積讓更多腦組織能裝在我們的頭殼內，如此也代表著能在有更多神經細胞存在於每體積單位的腦組織（圖二）。
人類與動物最大的不同之一，是道德決策的表現。
面對複雜的社會情境，我們時常會遇到沒有標準答案並讓人陷入兩難的困境，此時我們的大腦會對該情境進行運算，評估任何決定可能帶來的利弊。透過功能性磁振造影（fMRI）的研究發現，情緒是影響與人有關的道德兩難處境（personal moral dilemma）的決策重要因素之一。
當人們進行與人有關的道德兩難（例如：將超載的救生艇上的一個人趕出去來拯救其他人）和與人無關的道德兩難（例如：保留路上撿到的錢包）時，情緒性的處理程序會影響與人有關的道德兩難，並啟動重要相關的腦區包括內側前額（medial frontal gyrus）、後側扣帶皮質（posterior cingulate）以及左右兩側的角回 （left and right angular gyri）[2]。
禽獸作為仁義道德的界線，很難想像比禽獸還不如的行為。不過，早在魏晉時期，《晉書．阮籍傳》就記載：
「禽獸知母而不知父，殺父，禽獸之類也，殺母，禽獸之不若。」
竹林七賢的阮籍認為，禽獸都是知道其母不知其父，因此弒殺父親的行爲，屬於禽獸一類，但弒殺其母，則是連禽獸都不如。
如此令人髮指的行為在人類社會上並非少數。反社會以及心理病態的道德淪喪者被認為與背側與腹側的前額葉腦區（dorsal and ventral PFC）、杏仁核 （amygdala）、以及角回（angular gyrus）受損有關[3]。
此外，在大腦有不正常的單胺氧化酶 A （MAOA，monoamine oxidase A）基因表現，也影響杏仁核以及前額葉結構發展並導致反社會人格和高度心理病態特質有關[4]。
人類自詡為萬物之靈，認為自己優於其他物種。但數千年前的孟子卻已經觀察到人類與禽獸相似的行為表現，並提醒著我們合乎仁義道德的重要性。
大腦控制著情緒以及認知功能，是人體最複雜的器官。
若大腦生病了，我們的心理健康也會出現問題。歸功於近代科學的發展，我們能透過精密的儀器進行觀察、實驗並提出理論來解釋大腦的運作。人腦是透過演化發展而來，因此與動物們有許多相似之處，而人類發達的前額葉皮質，是發展出意識、複雜認知及仁義道德的重要區域。
由於道德價值是建立在原始的神經迴路之上，若沒有時常警惕以及約束自己，我們大腦與禽獸類似的部分則會有機會主控我們的行為，產生衝動後悔的決定或是失去理智的犯罪行為。
你有想過可以透過腦波，研究人類的同理心是怎麼運作的嗎？
小時候老師常說，「人之初，性本善」，這件事的真假可以透過科學驗證嗎？（摸摸自己的良心，就問你怕不怕）
讓我們從「社會認知神經科學（Social Neuroscience）」出發，或許可以給你一個想像不到的答案。
2000 年，美國心理學家 John Cacioppo 開始研究人類的「寂寞感（loneliness）」，專注於討論寂寞感對人身心健康的影響。「社會神經科學（Social Neuroscience）」、「社會認知神經科學（Social Cognitive Neuroscience）」一詞也因此誕生，一個嶄新的研究領域，就此展開。
近似於認知神經科學（ Cognitive Neuroscience），都是研究人類的心智，惟社會認知神經科學特別聚焦於「社會（social）」上，探討社交互動時人類心智的運作。
因為社會互動的複雜性，這也是一門跨領域的學科，範圍包括社會心理學、發展心理學、哲學，或甚至數學或醫學等。
人類對於同理心的好奇心一直沒有停過，但同情心沒有實體，他深藏在我們的內心，科學家要如何才能測量跟觀察呢？ 2004 年，德國心理學家 Tania Singer，想到透過功能性磁振造影（fMRI）來「看」同理心。
有別於以往用問卷去蒐集相關的資料，為了要有明顯的實驗標的，研究團隊選擇用「痛（pain）」這個刺激，並找來他們認為同理心最強的實驗人選——大學裡熱戀中的女生。他們請受試者躺在 fMRI 裡，先想像自己被電，再來看著幾何圖形想像自己的男朋友被電。
Tania Singer 等人觀察到，受試者想像自己被電，與想像男友被電時，腦中有部分重複產生反應的區域，前腦島（anterior insula）與前扣帶皮層（anterior cingulate cortex），她認為那就是人類的「同理心」。
但是他們也同時發現，當受試者想像他人被電時，大腦中感覺皮質，並沒有像自己被電時一樣產生反應。因此他們認為，當我們面對他人疼痛時，只能同理他的難過感受，並沒有辦法同理他的疼痛強度。
雖然這樣的結論，還有很多待討埨的地方，但 Tania Singer 用「痛」做的研究成為了一個很好的範例。科學家們受到啟發後，開始進行各種觀察自我疼痛與他人疼痛之間大腦反應的實驗（開始到處戳人）。
編按：之後，發表在《Nature Neuroscience》的義大利的團隊，利用穿顱磁刺激儀（TMS，Transcranial magnetic stimulation）重新去驗證看見他人疼痛時，感覺皮質是否真的不會參與？
這次他們直接讓受試者看到別人被針扎，以及被棉花棒碰一下。結果發現當受試者看到別人被針扎時，大腦的感覺皮質產生的電位下降比較大，相對于棉花棒，電位變化就沒有那麼大。代表我們對於他人的疼痛程度，還是可以同理的。
導致兩個實驗結果不同的影響原因，有可能是 Tania Singer 是請受試者看著符號想像別人被電，而並非真實到看被刺痛的影像。
這些看到他人疼痛，就會產生反應的腦區，就是人類平常處理同情心的地方嗎？但我們的大腦中，其實並沒有特定的區塊專門處理同理心。
大部分人都會直覺性的認為，大腦的每個部分都有特定的作用，各司其職，但可惜事實往往沒有想像中那麼簡單。
首先因為實驗中大部分都是用痛覺的刺激來做實驗，所以研究人員也就不約而同看到這些位置。這背後代表了，這些區域的工作可能也包含了我們對痛覺的反應與處理。
再者，人類的大腦功能多樣，但大小有限，所以每個腦區其實都是多工的。因此在研究中也會發現，這個腦區可能同時處理社交互動、決策，或者情緒之類的。
除了以上這 2 個原因之外，或許我們還需要問問「同理心是什麼？」
2006 年，有科學家發表了鏡像神經元（Mirror neurons）這個詞 ，表示大腦中的前運動皮質與頂下小葉（Inferior parietal lobule）這兩塊偏管理動作的腦區，在看到別人做動作的時候也會有反應，就像兩個小朋友在玩模仿遊戲（Mirror game）一樣。
有許多人也認為，鏡像神經元的機制可以完美的解釋，為什麼人可以理解另外一個人，甚至人與人之間是因此才有辦法進行社交互動。
但也有另一派人認為不是如此，他們太小看人類了，人沒有那麼簡單，同理心也應該是更為複雜的機制。
因此目前世界對於同理心的解讀分成了兩派，一個就是傳統上的「情感同理心」，或者稱之為共情。另外一派則認為同理心的機制應該更加複雜，在情感同理心之外，應該還有「認知同理心」參與，幫助人類設身處地推論、解讀他人的狀態，這背後也隱含了心智理論（Theory of Mind，縮寫為 ToM），對方的行為、意圖與心理都是理解的範圍。
同理心的機制，真的就是上面這樣了嗎？鄭雅薇教授的研究提出了另一個答案。
一開始，鄭雅薇教授找來了針灸科醫師為實驗對象——一個常常在扎人與看別人被扎的職業，她發現當受試者在工作時，他的前腦島與前扣帶皮層都沒有太大的反應，有反應的反而是負責控制的前額葉。
這代表醫療人員比較冷血，沒有同理心嗎？
其實並沒有，因為醫生填同理心的自評量表結果，與控制組是一模一樣的。這表明醫療人員也是充滿同理心的，只是他在面對專業時，必須收起自己的同理心。
所以，「同理心是我們可以控制的嗎？」從這個問題出發，鄭雅薇教授發現了在腦神經網絡中，也就是認知同理心與情感同理心之間存在一套調控機制。
為了更深入了解同理心的調節機制，鄭雅薇教授將研究對象的範圍擴大，從針灸科醫師延伸到護理師，發現了環境是一重要影響因素。當在醫院工作時，共情反應通常較低，但回到家後，共情的反應比較大。
鄭雅薇教授認為，認知同理心會去控制我們，在面對不同環境、不同對象的情況下，表現出不同的同理心的反應。比如當護理師在幫病人打針時，為了不讓自己過度共感而妨礙工作，她必須要把同理心收起來。同樣的，當外科醫師在幫病人開刀時，要是太過同理對方的感受，手術刀會更難劃下去。
相反的，若是病人在恢復室內，還沒有完全恢復，如果醫師沒有設身處地去理解他可能哪裡有狀況，有時候就會忽略掉身體出現的一些狀況。或者是身心科醫師，如果他沒有十足的同理心，會很難偵發掘到病人非常微細的一些變化。
由此可見，同理心並不是一種單純的反射，背後隱藏一串複雜的調控機制。
但既然同情心如此複雜，需要認知同理心與情感同理心互相配合，那如果有人缺少其中一項會怎麼樣呢？
從發展的角度，鏡像神經或者是情感同理心那一塊，我們一出生就有了。比如說，醫院的育嬰室如果有一個小孩哭，很快其他小孩也會哭成一片。但認知同理心的發展比較慢，因為其中還包含了心智理論，所以通常在 3 歲後才會慢慢發展成熟，有時候甚至到 10 歲才能趨於發展成熟。
過去有許多人認為自閉症就是缺乏情感同理心，因此社交能力不好，眼睛也會不看人，或是目光接觸時會非常閃爍。鄭雅薇教授為此研究，結果發現自閉症患者是有情感同理心的，反而甚至有點太過。
跟健康組比起來，自閉症的情感同理心沒有什麼不同，但相對他的認知同理心是有困難的，所以他才會刻意去迴避別人的情感與眼神，因為少了認知同理心的調控，他人的情感對他而言會是無法承受之重。
既然缺乏認知同理心，會產生類似自閉症患者的反應。那缺乏情感同理心呢？
如精神變態、冷血殺手（psychopathy），是他無法將對方的痛苦與自己的痛苦連結，因此他對他人的遭遇比較冷感。在情感同理心缺乏的情況下，他們在認知同理心往往表現的很好。等於他雖然無法同理你的感受，卻能清楚知道你的處境。這也導致他們冷血，在傷害別人甚至是犯罪時，冷血，難以產生罪惡感。
但這不代表對痛覺比較不敏感的人，或者情感同理心較低的人就會缺乏同理心。有研究團隊就針對天生沒有痛覺的人實驗，發現他們的情感同理心反應雖然比較低，但在認知同理心上反應比較高。這也代表，情感同理心並非是認知同理心的基礎，這之間互相機制相當複雜。
從整個同情心的運作機制來看，並不是只有「看到你哭，所以我哭」這麼簡單，後面其實還隱藏著一套後天發展的心智理論存在。情感同理心與認知同理心的相互作用，才是形塑我們同情心的核心，也才能讓我們在感知這個世界的同時做出回應。
狐禪
YTC
