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全面啟動你的夢境

科學月刊_96
・2012/03/26 ・1544字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 632 ・十年級

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電影《全面啟動》描述男主角在別人的夢裡偷取及植入記憶,

在這個科幻情節背後,是否有可靠的科學元素為依據呢?

許家偉

筆者的一位朋友說她總是記不起自己夢境的內容,只能隱約記得夢裡的感受,其實很多人都跟她一樣。但她的丈夫卻不一樣,他除了會記得自己夢境的內容(他有寫夢誌的習慣),還能察覺自己身在夢裡;例如他在夢裡跟人爭吵時會說:「我才不在乎呢!反正我是在做夢。」除此之外,他跟《全面啟動》(Inception, 2010)情節類似,有夢中夢,他曾夢見自己在做數學習題,當這個夢境結束後,他知道仍在夢裡,並懊惱自己為甚麼在上一個夢中沒有把那些代數題目給算對,當他醒來之後就記下這個夢中夢。那麼,我們為甚麼會做夢呢?夢境都從哪裡來的呢?我們的夢是否會透露出一些不想為人知的秘密呢?要回答這些問題,得先了解睡眠及記憶。

睡眠週期

我們每晚的睡眠是經由多個睡眠週期(sleep cycle)所組成,每個週期可分成好幾個階段。當我們躺在床上合起雙眼,放鬆身心準備入睡時,雖然意識仍然清楚,但身體已經進入鬆懈的狀態, 在腦電圖(electroencephalograph, EEG)上呈現的腦波型態是α。一般在沒有失眠的情況下,約10 分鐘之內就會進入第一階段睡眠( stage1),但我們只能用昏昏欲睡來形容這個睡眠階段,因為它並不算是真正的睡眠,只能算是在清醒與睡眠之間的一個過渡期,一般在課堂上或聽演講時的「打瞌睡」就是這種睡眠(所以下次老師責備你上課時睡覺的話,你可以理直氣壯地反駁說自己只處在第一階段的睡眠,不算睡眠)。

電影《全面啟動》由國際名導克里斯多夫諾蘭編劇和執導,片中卡司陣容堅強,以科幻驚悚手法探討夢境與潛意識。
睡眠是由多個睡眠週期(sleep cycle)所組成,每個週期可分成好幾個階段:第一階段睡眠並不算是真正的睡眠,只能算是在 清醒與睡眠之間的一個過渡期;第二階段稱為輕度睡眠,因為很容易被弄醒;第三及第四階段睡眠統稱為深度睡眠( deep sleep )或慢波睡眠(slow-wave sleep, SWS),此時呼吸、心跳、血壓都是一天裡最低;而經過深度睡眠之後,就進入快速 眼動睡眠(REM),又稱為做夢睡眠( dream sleep),通常最理想的醒來時間是在REM 及接下來次循環的開始時期。

我們很容易從這個階段中醒過來,醒來之後只會覺得只是瞇了一下而已。不過,第一階段睡眠還是有一些跟清醒時不同的生理特徵:呼吸變得緩慢、肌肉開始放鬆、心跳速率下降、腦波轉變為θ、會有視覺及聽覺上的半睡幻覺(hypnagogic imagery)。

睡眠狀況良好的人,很快就會進入第二階段睡眠(stage 2),從這個階段開始才真正被當作入眠。這時候,腦部及身體都更放鬆,漸漸失去對外界的反應,腦波發出兩種模式:睡眠紡錘波( sleep spindle)及K 複合波(K-complex)。雖然第二階段睡眠比第一階段睡眠更深,但只算是輕度睡眠(light sleep stage)的淺睡階段,因為仍然很容易被弄醒。第二階段睡眠被視為腦部跟外界環境完全隔絕之前的一個間歇階段。

接著就會進入更深層的第三及第四階段睡眠(stage 3 and stage 4),統稱為深度睡眠(deep sleep)或慢波睡眠( slow-wavesleep, SWS),因為這時的腦波模式是屬於慢波的δ。深度睡眠時的呼吸、心跳、血壓都是一天裡最低,腦部的血流量及耗能量都劇降,幾乎可以說腦部完全斷絕於外界刺激,形同失去知覺。所以當睡眠者一旦進入深度睡眠的話,就很難被喚醒;若果真在第四階段睡眠被叫醒,醒來的人會有搖晃不穩及思緒混亂的感覺,無法立即分辨出自己是否清醒, 稱為醒覺混淆(arousal confusion)。由於在深度睡眠時流向腦部的血液減少,身體大部分血液都被引導到肌肉,因此肌肉能取得氧份及營養來補充能量,進行生理修復功能,免疫系統也在深度睡眠時最活躍,這就是為甚麼我們累了或生病時就想去睡覺的原因。

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科學月刊_96
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真的能「感同身受」嗎?我感受到了你的感受——《我是誰》
啟示
・2022/11/11 ・2543字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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感同身受真的存在嗎?

有些人在看到卡爾.梅(Karl May)的小說拍成的電影裡溫尼圖(Winnetou)死去的那一刻掉下淚來;有些人為電影《油炸綠番茄》裡蘿絲(Roth)的死而哭;還有一些人在看到小說《哈利波特》裡鄧不利多(Dumbledore)教授被殺時流淚。

我們在看悲傷的電影或書的時候會哭,是因為我們設身處地去想像故事裡那些英雄們的感覺,彷彿他們的痛苦就是我們自己切身的痛苦一般;我們跟著笑,我們也為影片中的怪物和心理變態情節感到害怕,就好像他們威脅到了我們一樣。

我們在電影或書的時候會跟著劇情有情緒起伏,是因為我們設身處地去想像故事裡那些英雄們的感覺。圖/pixabay

這些是每個人都有過的經驗,但它們是如何產生的呢?為什麼我們能夠了解他人的感覺?為什麼我們會在電影院裡起雞皮疙瘩,雖然在那裡一點也不危險?為什麼他人的感覺會感染到我身上呢?

答案很簡單:我們能夠感同身受,是因為他人(在現實世界或電影裡)的感覺喚起了我們心中相同的感覺;而這很可能不僅存在於人類。

根據德瓦爾在麥迪森研究中心的觀察,母獼猴法恩的姊姊顯然也感覺到法恩的痛苦和恐懼。然而,即使能與他人「感同身受」或「心有戚戚焉」是如此理所當然,對科學界來說,直到近幾年,這仍是個完全無解的謎。令人驚訝的是,第一位提出具有科學說服力的學者,在其所屬的專業領域之外仍然鮮為人知。

腦部研究的佼佼者:賈科莫.里佐拉蒂

賈科莫.里佐拉蒂(Giacomo Rizzolatti)經常被人們和愛因斯坦相提並論:蓬亂的白髮、嘴上同樣蓄著的白鬍子,以及臉上狡黠的微笑。不過他們的相似處不僅止於外表。

賈科莫.里佐拉蒂。圖/Wikipedia

對許多腦部學者來說,這位活潑開朗的義大利人是學界裡的佼佼者;他將腦部研究推向一個新的層次。不過,他的研究領域並不是最熱門的。里佐拉蒂探究控制行為的神經細胞,即所謂的行為神經元,已經超過 20 年了。

這個比較無趣的領域,因為啟動行為的「運動皮質」始終被視為比較遲鈍的腦區。大部分的學者都想:如果我們能夠研究像語言、智力或感覺等複雜的領域,又何必對簡單的肢體動作感興趣呢?

看來似乎是如此。不過,情況在 1992 年有所轉變,而且這個轉變令大家都跌破眼鏡。里佐拉蒂工作的所在地帕瑪(Parma)是歐洲最古老的大學,位於城市邊緣的醫學院卻是個非常前衛的雪白色建築樓群。

1990 年代初期,里佐拉蒂身邊的腦部學者從事一項很不尋常的研究。他們知道,特定的行為具有「傳染」的效果,發笑、打哈欠、甚至談話者的身體姿勢,都能立刻引起對方的模仿。在某些猿猴也出現相同的現象,某些種類甚至以喜歡模仿聞名。

不過研究人員偏偏決定以一種一般來說不會模仿同伴的豬尾獼猴作為研究對象。里佐拉蒂和幾位較年輕的同事伽列賽(Gallese)、佛格西(Fogassi)和迪派勒吉諾(di Pellegrino),將電極接到一隻豬尾獼猴的腦部,然後把一粒核桃放在地上,並觀察當猴子快速伸手抓取核桃時某個行為神經元如何反應。

研究者將電極接到一隻豬尾獼猴的腦部,然後把一粒核桃放在地上,並觀察當猴子快速伸手抓取核桃時某個行為神經元如何反應。圖/Wikipedia

鏡像神經元的發現

至此一切都算正常,不過,這時驚人的情況發生了:研究人員把同一隻猴子放到一片玻璃後方,這次牠抓不到核桃了,只能眼睜睜看著里佐拉蒂的助手伸手抓取核桃。這時猴子的腦部發生了什麼現象呢? 當牠注視別人拿牠的核桃時,相同的神經元產生反應,就像牠之前自己伸手去抓核桃一樣,雖然牠的手並沒有移動,牠的精神卻想像了這個動作。

科學家們無法相信自己所看到的:無論猴子是親手完成某個動作,亦或只是精神想像了訓練師所做的動作,其神經細胞都做了完全一樣的工作。

在此之前,從未有人觀察腦部如何模擬現實裡沒有發生的動作,而李奧那多.佛格西(Leonardo Fogassi)則是第一人。不過成功應該是屬於整個團隊的。里佐拉蒂發明一個新的概念,他把這個在被動想像時卻如真實行為般於腦部引發相同反應的神經細胞稱為「鏡像神經元」,一個新的神奇術語就此誕生了。

「親身經歷」和「感同身受」的差別

首先是義大利,接著是全世界大學和研究中心的腦部學者,都立刻投入鏡像神經元的研究行列。如果人的腦部對於我們的「親身經歷」和只是「認真觀察並感同身受」的反應沒有差別的話,那麼這不正是了解我們社會行為的關鍵嗎?

至少鏡像神經元是其中一個重要部分。它位於額葉的前額葉皮質,一個稱為「腦島」的區域。然而這個腦島卻不同於「社會中心」,也就是到目前為止所說的「腹側區」。

大腦額葉和頂葉的位置,從左側看。額下葉是藍色區域的下部,頂葉上葉是黃色區域的上部。圖/Wikipedia

其中的差別也很清楚,因為鏡像神經元雖然和無意識的「移情作用」有關,卻和更大範圍的計畫、決定或意願無關。到目前為止,我們還不很清楚這些腦區如何交互作用。

里佐拉蒂於 6 年前以圖像程序說明,人類的鏡像神經元顯然也位於負責語言的兩個腦區之一(布羅卡區)附近,這使得學界特別振奮。

荷蘭格羅寧根(Groningen)大學的腦部學者不久前在「聽到聲響」和「鏡像神經元發出信號」之間發現了有趣的關聯。當人聽到開飲料罐氣泡冒出的聲音時,腦中的反應就跟他自己開飲料罐完全一樣;也就是說,單憑聲音就足以讓人經歷到整個情況。

——本文摘自《我是誰:對自我意識與「生而為人」的哲學思考》,2022 年 10 月,啟示出版,未經同意請勿轉載。

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覺得自己忘東忘西,怕是大腦老化?其實只是記憶超載,導致資訊編寫失敗——《顛峰心智》
大塊文化_96
・2022/10/31 ・2810字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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我婆婆最近打電話給我,說她有點害怕自己的記憶出了毛病。隨著年紀增長,她愈來愈常因為難以專注而感到沮喪。她認為這可能代表她哪裡出了問題,所以很緊張。我問她最近發生了什麼事。

她開始描述前一天去購物的經過。她開車去超市途中才發現自己忘了拿購物清單,於是在腦中回想要買的東西。到了超市她停好車,下車,記住車位,然後進超市購物,買完後再把購物車推到車子邊。但是她把東西搬進行李廂時,她發現車身有一道刮痕,不由得生起自己的氣。什麼時候刮到的?她竟然沒發現!

她想著那道刮痕,先去還手推車,然後坐上車,這才發現這輛車是手排車,而她的車是自排車。

她上錯車了。

應該很多人都有遇過,在賣場裡忘記自己車子停哪的情況。 圖/envato.elements

後來,她在同一排車位過去兩格找到了自己的車(一模一樣的車款和顏色,只是沒有刮痕),困窘地把東西移上車。她說完之後,我們都笑了——她竟然從頭到尾弄錯了車子!

我跟她說,我不認為她的記憶出了問題,或者這跟大腦老化有關。

大腦確實跟其他器官一樣會老化,部分大腦會變薄,密度變低,包括海馬迴和形成清楚記憶所需的其他內側顳葉結構。老化確實會讓記憶出問題。但是在這個事件裡,她的白板只是超載罷了。停車時,她一面在複習忘了帶的購物清單,以為自己記住了車子的位置,其實她的白板塞了太多東西,已經沒有多餘的空間。

很多我們以為跟記憶和老化有關的問題,其實是別的原因造成的。問題不在於你「記憶變差」,而是「你不夠專注,導致記憶編寫失敗」。

這個故事告訴我們一件事:記住車子停哪裡不是你想長期記住的事。

忘東忘西不一定是因為大腦老化,也可能是大腦判定那則訊息不需要被記住。 圖/envato.elements

事實上,這正好是你希望自己能夠忘記的一個例子。想像你可以記住每次停車的位置,於是每次從雜貨店出來,都得過濾一遍所有的停車位。記憶力跟專注力一樣,必須具有過濾功能,挑選哪些相關、哪些不相關,哪些該凸顯、哪些該捨棄。

我舉這個例子,只是要說明工作記憶塞得太滿,可能有礙資訊以有效的方式存入長期記憶。

再者,要是工作記憶超載,你需要用到長期記憶裡的內容時,就不一定能提取成功。美國近代史上最致命的一次「誤擊」,就是這個原因。

壓力過大也可能導致大腦提取失敗,想不起來

二○○二年,阿富汗戰爭戰火正熾,一名美國軍人利用全球衛星定位系統(GPS),將重達兩千磅的炸彈導向預定目標:反叛軍的前哨基地。這個系統的運作方式是,先在營地將空襲目標的座標輸入 GPS 手持系統,之後炸彈就會落在確切的位置上。然而,發動空襲之前,他發現 GPS 快沒電了,於是他先換了電池才送出發射座標——結果飛彈落在他自己部隊的位置。

這是怎麼回事?

GPS 系統一旦更換電池,系統重新啟動的預設畫面會顯示自身位置的座標。負責操作該系統的士兵本來就知道這點,也受過多次訓練。換過電池後,你必須重新輸入發射座標。這項資訊儲存在他的長期記憶裡,他複習過很多次。但不知什麼原因,這個資訊沒有在他需要時「載入」他的白板。

他看著錯誤的座標並將它送出,當天很多人因此喪命。問題就出在,這名士兵的長期記憶和工作記憶之間連結失敗。我只能大致猜測,但原因可能簡單到令人心痛:工作記憶若是因為壓力導致的大腦神遊而超載,那麼資訊可能無法在你最需要的時候浮現腦海。

在壓力下,可能導致大腦神遊而超載,資訊可能無法在你最需要的時候浮現。 圖/envato.elements

這個例子很極端,但任何人在編寫和提取記憶的過程中,都可能有類似的失敗經驗。編寫和提取記憶的過程包含許多步驟,每一個都需要用到專注力以及工作記憶。

如何創造記憶

記住一件事有三個關鍵步驟。

第一是複誦(rehearsal),描繪你要記住的內容,例如新同事自我介紹時報上的名字、職業訓練時得知的重要資訊、美好經驗的種種細節。在學校裡,用字卡背單字就是一種複誦。回味開心時刻的點點滴滴(兒女婚禮上的敬酒、蛋糕的味道),也是複誦。即使是不自覺回想起痛苦或尷尬的時刻,(很不幸地)也會變成一種複誦。

描繪你要記住內容,就如同複誦,可以幫助記憶。 圖/GIPHY

第二是精緻化(elaboration)。類似於複誦,這需要將新經驗或新知識跟既有的記憶或知識連起來。若你原本就擁有一定的知識基礎,能夠儲存的記憶會更深刻。

舉例來說,想像一隻章魚。現在我告訴你:章魚有三個心臟。如果你不是本來就知道,你讀到這裡會把這項新知跟腦中既有的章魚形象綁在一起。下次你在水族館或電視節目上看到章魚,你或許會突然想起這件事,對旁人說:「你知道章魚有三個心臟嗎?」

最後是固化(consolidation)。執行了以上兩種功能,記憶就會固化,直到最後被儲存起來。大腦重播資訊時,就是在鋪設新的神經路徑並複習路徑,鞏固新的連結。

基本上,資訊是這樣從工作記憶變成了長期記憶:大腦的結構產生改變,鞏固特定的神經表現(neural representation),而這需要非強制的自發性想法才能辦到。所以我們認為讓大腦休息和睡眠都很重要,因為那都是記憶固化的機會。

適當休息與睡眠,也可以幫助固化記憶。 圖/GIPHY

這也是我們的大腦會神遊的部分原因。大腦之所以四處遊蕩,跟大腦重播經驗時引起的神經活動有關。重播愈多次,雜訊就會消失,留下清晰的訊號,形成大腦的記憶痕跡。

假如你的專注力時常被占據,大腦完全沒有空閒讓自發性想法浮現,你可能正在破壞工作記憶和長期記憶之間的連結。重要的固化過程也無法正常運作。

——本文摘自《顛峰心智:每天練習 12 分鐘,毫不費力,攀上專注力高峰》,2022 年 10 月,大塊文化出版,未經同意請勿轉載。

大塊文化_96
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由郝明義先生創辦於1996年,旗下擁有大辣出版、網路與書、image3 等品牌。出版領域除了涵括文學(fiction)與非文學(non-fiction)多重領域,尤其在圖像語言的領域長期耕耘不同類別出版品,不但出版幾米、蔡志忠、鄭問、李瑾倫、小莊、張妙如、徐玫怡等作品豐富的作品,得到讀者熱切的回應,更把這些作家的出版品推廣到國際市場,以及銷售影視版權、周邊產品的能力與經驗。

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鑑識故事系列:從血斑型態判斷致命地點
胡中行_96
・2022/10/31 ・1920字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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公寓裡的陣陣呼救,劃破了 2016 年 8 月某個寧靜的早晨。這裡雖然是倫敦,但住戶、受害者與嫌犯,全都來自波蘭。[1]

時年 25 歲,高 184 公分,重 72 公斤的波蘭男子 A,當時在地面層的自家臥房,被刀子砍傷。他擠過狹小的窗戶,落在前門的台階上,再從人行道逃脫。監視錄影器拍到同棟的住戶 B 與對街的鄰居 C,正離開該公寓,並朝著反方向走去。同時,幾名住戶聽到喊叫前來關心,但應門的卻是與 A 同住的 D。[1]

A 男從照片中打開的窗戶逃脫。圖/參考資料 1,Figure 2a(CC BY 4.0)

不久,D 尾隨 A 出去。倒是 B 返回公寓,進入 A 的房間,一下站上沙發,一下又沾染 A 的血跡,踩出鞋印。另一頭,A 蜷曲在一輛停靠路旁的車後大聲求救,然後移動到距離自家 60 公尺外,位於別條街的住宅前倒下。裏頭的人聞聲出來察看,只見他癱在階梯上的血泊中,被血液浸漬的 T 恤則掉在身旁。[1]

警方的假設

警方沿著血跡,一路從陳屍地點,追溯到 A 的家,並做出下列假設:

  1. A 被攻擊的範圍僅限臥室。[1]
  2. 他身上所有的傷,都是在室內造成的。[1]
  3. 血跡顯示其路徑,且某部份能用監視錄影的紀錄佐證。[1]

血斑型態

鑑識人員在公寓內找到幾種不同型態的血斑:

  1. 沾有血液的表面碰觸其他物體時,會產生所謂的轉移血斑(transfer bloodstains)。[2]在這個命案中,是混雜著頭髮,抹在床邊的牆上。[1]
  2. 血液受外力作用而四散的噴濺血斑(spattered bloodstains)。[1, 2]
  3. 在吸附性材質上才會有的滲透血斑(saturation bloodstains),[2]則是集中在臥室裡的床墊上,顯示許多衝突都在那裏發生。[1]

有別於室內,在窗檯以及逃脫的路途上,僅有幾滴受重力作用產生的滴落血斑(drip bloodstains)。[1, 2]然而從保險桿上的血跡可見,當他躲到車後,失血量就已經開始增加。最後,在陳屍地點附近,他的血液更是宛如泉湧,[1]不乏經口鼻噴出的吐氣血斑(expiration bloodstains)以及受到壓力而噴發的噴射血斑(projected bloodstains)。[1, 2]

正中央粗的藍色箭頭,為致命刀傷刺入的方向。圖/參考資料 1,Figure 4(CC BY 4.0)

驗屍報告

A 的頭、頸、左肩、左腕以及右前臂,有多處刀傷。後腦勺的銳器創傷(sharp force trauma),能對應到公寓裡的血跡。最致命的一刀,約有 14 公分深:從頸部左側進入,穿過肌肉和氣管,並割斷右頸動脈。呼吸道與肺部,有被吸入的血液。另外,他身上其他地方,也不乏鈍器創傷(blunt force traumas)。至於 A 體內的微量大麻和安非他命,則被認為濃度不足以影響案情。[1]

法庭判決

B、C 和 D 三個人,均被檢方以謀殺罪嫌起訴。B 表示,他目擊 D 在臥室裡刺傷 A,於是離開公寓。他事後又回來找 A,才會留下足跡。不過,因為 B 與 C 曾向警察撒謊,所以 B 對 D 的指控在庭上不具說服力,反而只是證明自己也在場。六個禮拜的訴訟過程中,B、C 與 D 都被認定案發時在 A 的臥室裡,而所有的刀傷也都在那裏發生。陪審團投票以 10 比 2,判決 B 和 C 有罪;但 2 次投票無法對 D 的部份達成共識,後者因此被無罪釋放。[1]

然而,事情就到此結束了嗎?

血跡分析及全案重審

有一個新的專家團隊,重新檢視證據,並提出與判決迥異的看法。首先,在臥房裡慘遭割頸的 A,不可能在逃離公寓時只滴一點點血。他要嘛失血過多,幾分鐘內便休克倒下;要嘛全程用手加壓,結果血液流進氣管,難以呼吸,還會在室內和窗檯上製造出現場沒有的吐氣血斑。更何況監視錄影有拍到,他在街上雙手下垂,沒有摀住脖子。公寓內的血跡,則是頭部與背部流血所致,和頸部的致命傷無關。[1]

其次,喉頭的刀傷會防止大聲呼救,但他卻叫到驚擾整棟樓房。此外,從吐氣血斑和噴射血斑的地點,可以推論關鍵刀傷發生在陳屍處附近,而非公寓裡。換句話說,根本不在那裏的 B 與 C,絕非殺死 A 的兇手。[1]

基於新的證據分析,2021 年 1 月 B 和 C 的判決被撤銷,全案重審。同年 8 月,英國中央刑事法院(Central Criminal Court)放兩人回波蘭,與家人團聚。[1]

美國鑑識專家 Matthew Steiner 介紹各種血斑型態。影/GQ Taiwan on YouTube

參考資料

  1. Grey S, Lartey J, Millington J, et al. (2022) ‘An avenue to miscarriage: a case report’. Forensic Science, Medicine, and Pathology.
  2. 常用鑑識名詞對照表〉社團法人臺灣鑑識科學學會(Accessed on 14 OCT 2022)