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刺激依核會怎樣?讓你快樂得不要不要的——《放空的科學》

azothbooks_96
・2019/04/08 ・3305字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

  • 獎勵系統不僅在你達到目標時提供歡愉的感覺,也會持續預測你正在做的事情會有什麼結果,並在每個階段獎勵你。
計分表。圖/pexels

人類大腦中有個獎勵中心,那是麥吉爾大學的博士後研究員彼得.米爾納(Peter Milner)研究睡眠規律時發現的。獎勵系統和睡眠規律乍看之下似乎無關,事實上也的確無關,但研究常把研究者導向意想不到的方向,尤其職涯初期更常出現這種現象。就好像你明明應徵沃爾瑪的收銀員,結果工作卻是幫狗洗澡,米爾納就是遇到這樣的情況。

一切的行為只為了「避免」懲罰?

現在大家可能很難想像,但以前曾有個主流的理論主張:我們的行動可以用「避免懲罰」一言以蔽之。一九五四年仍盛行那樣的理論,當時米爾納在老鼠的大腦中植入電極,植入點是位於大腦底部逐漸變細成腦幹的結構。腦部的電極是以細長又可彎曲的電線連接到電刺激器,以便啟動那個大腦部位。

米爾納的指導教授是著名的心理學家唐納.赫伯(Donald Hebb),某天赫伯介紹了一位新來的博士後研究員,名叫詹姆斯.奧爾茲(James Olds)。那時奧爾茲還很菜,所以赫伯要米爾納指點他怎麼做。不久,奧爾茲已經可以自己植入電極。那個實驗需要把老鼠放進一個大盒子裡,並在盒子的角落標記 A、B、C、D。每次老鼠跑到角落 A 時,實驗規定奧爾茲必須按下按鈕,以電擊稍微刺激老鼠的大腦。

將電擊當作享受?圖/Flickr

奧爾茲驚訝地發現,老鼠經過幾次電擊後,竟然習慣性地回到角落 A 等著被電。他也發現,如果老鼠跑到角落 B,他也刺激老鼠的大腦,老鼠也會轉往角落 B。

那個研究的目的,是為了比較刺激兩個大腦部位的差異:與「睡眠」相關的部位對比與「覺醒」相關的部位。沒想到,這個實驗反而創造出有如機器一般的老鼠。這項研究似乎無法讓人成名,但奧爾茲和米爾納都對這個實驗很好奇。米爾納試著把這個實驗複製到其他老鼠上,卻無法複製出同樣的結果。

這究竟是怎麼回事?研究人員把老鼠拿到附近的實驗室,那裡有 X 光機,他們說服操作員用 X 光機檢查老鼠的頭部。這時他們才發現奧爾茲把電極放錯地方了。

他把電極插在當時鮮為人知的大腦深處部位,名叫「依核」(nucleus accumbens septi,簡稱 nucleus accumbens)。nucleus accumbens 就像黑質一樣,這個看似複雜的術語其實意義很平凡,意指「與中隔(septum)相鄰的核」。

老鼠停不下來的行為是為了什麼?

奧爾茲和米爾納抓來其他的老鼠,開始在牠們的「依核」植入電極。他們也在箱子裡裝一個控制桿,讓老鼠可以自己扳動控制桿來刺激電極植入的地方。結果情況變得非常奇怪,老鼠的依核一旦受過電流刺激,牠就會不斷地扳動控制桿,有些老鼠甚至每分鐘扳動的次數多達一百次。

那些老鼠就像多年後的派特.達西那樣,已經陷入痴狂的狀態。公鼠忽略了一旁發情的雌鼠,雌鼠忽略了一旁需要照顧的幼子,只為了持續按壓控制桿。老鼠陷入痴狂後,停止了其他一切活動,連吃喝都忘了。研究人員需要幫牠們移除電極,才能避免牠們餓死或渴死。

如今我們知道原因何在。在一般情況下,實現目標要經歷一段時間內投入的努力。所以獎勵系統不僅在你達到目標時提供歡愉的感覺,也會持續預測你正在做的事情會有什麼結果,並在每個階段獎勵你。

你飢腸轆轆時,不是吃完義大利千層麵才感到滿足,而是覺得吃下的每一口都很美味。你喝葡萄酒時,也是覺得喝下的每一口都無比享受。你思考某個議題時,若感覺自己正朝著正確的方向前進,大腦也會持續提供回饋,以鼓勵你繼續向前

給你進步、信心或成就即將到來的細微正面感受。

過程中得到正面的回饋會促使人更加投入。圖/maxpixel

目標達成時,身體會產生訊息回饋,以減少持續投入該活動的獎勵價值。於是,你一開始感覺到的快樂便逐漸淡去,不久之後,你可能又在看影集《我愛露西》(I Love Lucy)的重播。這使你停止前述的行為,而不是無窮無盡地投入其中。你吃東西的時候也是如此──身體感覺到你已經攝取足夠的食物時,再繼續進食會使大腦的獎勵活動減少。性愛之類的娛樂也會產生類似的快樂反應及飽足感回饋。

奧爾茲無意間刺激的依核,就是涉及那個流程的獎勵系統結構,尤其那裡和攝取食物、水分、性接觸之類的基本需求特別相關。

不間斷刺激依核,老鼠得到永恆的快樂

啟動依核的訊號,是來自另一種獎勵系統結構,名為「腹側蓋膜區」(ventral tegmental area,簡稱 VTA)。這兩種結構之間的互動可能很複雜,並涉及其他的結構(例如前額葉皮質)。但簡單地說,身體感覺到我們已經攝取足夠的食物時,就會傳訊給 VTA,以減少或阻止它傳訊給依核,從而讓人產生飽足感。例如,我們因口渴而喝水時,VTA 會傳訊給依核,讓我們感受到快樂,但是每喝一口,那個訊號會逐漸減弱,到最後我們就失去持續喝下去的動力了。

老鼠藉由扳動控制桿,不斷地直接刺激依核,那個動作凌駕了 VTA 的角色。對老鼠來說,每扳動一次控制桿,感覺肯定就像口渴時喝下第一口水的感覺,或飢餓時吃下第一口食物的感覺,或甚至像性高潮一樣。即使一再重複扳動控制桿,牠也不覺得快樂的程度下降。慾望和獎勵在毫無飽足感的設限下,就像油門踩到底、但沒有煞車功能的汽車。事實上,派特的大腦充滿多巴胺促效劑時,就是陷入這種狀況。

黑質、依核、腹側蓋膜區(VTA)的腦內位置。 圖/漫遊者文化提供

來計算自己的「獎勵依賴性」有多強吧!

患者 EVR 對其想法與行為的獎勵價值無感;派特.達西則是變成獎勵系統的奴隸;健康的人是介於他們兩者之間。你的「獎勵依賴性」(reward dependent)多強呢?心理學家設計了一份問卷,以十三項敘述來衡量獎勵對一個人的激勵程度。只要根據下面的解釋,以一到四來評估每項敘述是否適合你,你就能自我評量。

一分 = 非常不同意
二分 = 不同意
三分 = 同意
四分 = 非常同意

以下是那十三項敘述:

  1. __ 我得到想要的東西時,覺得興奮又有活力。
  2. __ 我想要任何東西時,通常會想盡辦法得到。
  3. __ 我常因為一件事情可能很有趣而做那件事情,別無其他理由。
  4. __ 事情做得很順利時,我喜歡繼續做下去。
  5. __ 我會竭盡所能地取得我想要的東西。
  6. __ 我渴望興奮和新鮮感。
  7. __ 好事發生在我身上時,對我有很大的影響。
  8. __ 我發現有機會獲得我想要的東西時,會馬上行動。
  9. __ 只要我覺得新事物很有趣,我總是很樂於嘗試。
  10. __ 贏得比賽會激勵我。
  11. __ 我追求任何事物時,都是採取「志在必得」的方式。
  12. __ 我常在一時衝動下行事。
  13. __ 我看到喜歡的機會時,會馬上興奮起來。

總分:____

這份評量的平均總分是四十一,約三分之二的測試者是介於三十七到四十五之間(最高分是五十二)。如果你的總分較低,那表示你不像一般人那樣容易受到獎勵的驅動,可能比較專注於過程,而非目的,你可能也比較容易在生活中找到平衡點。相反的,如果你的總分偏高,你可能有強大的動力邁向目標,或更快達成目標。你的人生可能就是為了完成目標所獲得的那些獎勵而規劃的。

那也很好,因為可以驅動你有所成就,但是那也可能表示你在失業、退休、或(像我一樣)專案之間的空檔,會覺得特別空虛。有時候,你可能也會衝動行事,做出冒險之舉。此外,你的思維和決策可能受到社會認可或支持、性歡愉或金錢利益的過度影響。

獎勵敏感度的得分分佈。圖/漫遊者文化提供

找到能讓自己持之以恆的動力

為了實現目標而努力不懈的動力,是個人與專業成就的關鍵之一──心理學家稱之為「恆毅力」(grit)。那是逼你持續努力,直到你的創作達到恰到好處的境界,或是在陷入僵局時仍堅持不懈,直到彈性應變大腦產生幫你解決問題的點子。但是衝動可能會害我們陷入麻煩,冒險也是雙刃劍,太在乎社會認同、性歡愉、金錢利益可能導致不快樂。你意識到自己有這些傾向時,可以想辦法約束自己,上面的問卷可以幫你意識到這點。

本文摘自《放空的科學:讓你的理性思維休息,換彈性思維開工,啟動大腦暗能量激發新奇創意》,漫遊者文化出版。

 

 

 

 

 

 

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我是誰?我在哪?這裡是哪裡?腦內的導航系統到底是怎麼運作?——《錯把自己當老虎的人》上
azothbooks_96
・2020/01/21 ・1703字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 483 ・五年級

  • 作者/海倫‧湯姆森;譯者/洪慧芳

告訴你確切位置的「位置細胞」

1960 年代,倫敦大學學院的神經學家約翰.奧基夫(John O’Keefe)開始探究「一般導航能力的祕訣存在於海馬迴」這個概念。

為了驗證這個理論,奧基夫趁著老鼠在開放空間行走時,研究牠們的大腦。他想知道老鼠探索環境時,哪些神經元是活躍的。他在老鼠的海馬迴裡植入一組薄電極,海馬迴可以記錄個別神經元與相鄰神經元通訊時所產生的微小電位尖波。

奧基夫利用這項技術時,發現有一種細胞只有在動物處於特定位置時才會發動。每次老鼠經過那個地方,那個細胞就會「啪」一聲發動。它附近的另一個細胞似乎只關心另一個不同的位置。只要老鼠走到那個地方,它就會「啪」一聲發動。下一個細胞只會跟著另一個位置產生反應,依此類推。

這些細胞的活動組合可以告訴你老鼠的確切位置,精確度在五平方公分內。奧基夫將這些細胞命名為「位置細胞」(place cell),並顯示它們如何一起告訴大腦的其他部分:「這是我目前的所在位置。」

位置細胞不只告訴大腦目前所在的位置,還能接收其他資訊

後續的數十年間,科學家發現位置細胞不只做這項任務。它們附近有個區域叫「內嗅皮質」 (entorhinal cortex),位置細胞也會從內嗅皮質的另外三種細胞接收資訊。

黑線顯示一隻大鼠在一個方形空間的運動軌跡,紅點是一個內嗅皮層細胞放電時大鼠所在的位置。圖/wikimedia

整合資訊到認知圖中的網格細胞

其中一種細胞稱為網格細胞(grid cell),是由梅-布里特.莫澤(May-Britt Moser)和愛德華.莫澤(Edvard Moser)這一對前夫妻檔發現的,他們兩人都是出生在挪威西海岸外的偏遠島嶼上。

他們兩人發現,導航能力有部分是依賴我們能夠思考自己如何移動,以及我們來自何處。

想想你在停車場中走向售票機、然後再折返回車子的方式。梅—布里特.莫澤和愛德華.莫澤發現,網格細胞是負責把這些資訊整合到認知圖中的神經元。

圖/wikimedia

為了理解網格細胞是如何運作的,你可以想像一片地毯上布滿了六邊形所組成的網格,狀似蜂巢,你在裡面走動。你抵達網格中任一個六邊形的邊角時,那個網格細胞就會發動。把網格稍稍移向地毯的另一端,當你抵達六邊形的邊角時,就會換另一個網格細胞發動,依此類推。這些細胞建立了一個通用的空間地圖,持續為你的所在位置以及某些地標之間的相對距離提供最新資訊。

你與牆壁、邊界的相對位置,邊緣細胞來告訴你

位於內嗅皮質的另一種細胞是邊緣細胞(border cell)。這些細胞告訴你,你相對於某些牆壁和邊界的位置。例如,你的南方附近有一堵牆時,某個邊緣細胞會發動。你介於兩堵牆之間或靠近懸崖邊緣時,另一個邊緣細胞會發動。

轉向時,發動「頭向細胞」

為了讓你掌握資訊的全貌,邊緣細胞也與頭向細胞(head direction cell)共用空間。頭向細胞顧名思義,是指動物的臉部轉向特定方向時才會發動的細胞。

總和來說,我們如何找到目的地呢?

關於我們如何四處遊走,目前大家最普遍接受的理論是:大腦儲存著位置細胞在特定位置的發動型態,以便我們回到那個位置時,可以把它們當成指引。

買完東西,找車囉!圖/GIPHY

例如,想像一下,你逛街一整天後去取車。這時位置細胞受到頭部方向、身體移動、周圍環境的影響,劈哩啪啦地發動。它們指引著你移動,直到當前的活動型態符合儲存的型態。瞧!你找到車子了。

不過,故事尚未結束。儘管腦內有這些活動,但腦內的羅盤不僅於此。關於導航能力之謎,這裡還缺了一塊拼圖。那一塊非常重要,失去它時,可能攸關生死。

——本文摘自《錯把自己當老虎的人》,2019 年 7 月,漫遊者文化

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看到蜜蜂會隨之起舞,還是發抖害怕呢?大腦建構情緒,從「模擬」開始——《情緒跟你以為的不一樣》
商周出版_96
・2020/05/26 ・3100字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

  • 作者/麗莎.費德曼.巴瑞特博士 (Lisa Feldman Barrett, Ph.D.);
    譯者/李明芝
  • 編按:關於情緒的產生,巴瑞特博士跳脫過往舊思維提出「情緒建構論」,其中指出我們的情緒並不是被引發的,而是由自己所建構。

模擬是你的大腦對於世界正在發生什麼的猜測。在每個清醒的時刻,你都要面對從眼睛、鼻子、耳朵和其他感覺器官進來的嘈雜模糊訊息,你的大腦利用過去經驗建構假設(模擬),將之比較從感官接收的雜音。模擬以這樣的方式,讓你的大腦對噪音強加意義,選出相關的並忽略其餘的訊息。

人類心智活動的預設模式——模擬

1990 年代後期,模擬的發現為心理學和神經科學開創了新的紀元。科學證據顯示,我們所見、所聽、所觸、所嘗和所聞大多是對世界的模擬,而不是對世界的反應。1

有遠見的人推測,模擬這個常見的機制不只用於知覺,也用於了解語言、感到同理、記憶、想像、作夢,以及其他許多心理現象。我們的常識或許宣稱,思考、知覺和作夢是不同的心智活動(至少西方人這麼認為),但有個通用過程卻能描述它們全部。

模擬是所有心智活動的預設模式,它也是解開「大腦如何製造情緒」之謎的關鍵。

在你的大腦之外,模擬可能導致你的身體發生實質改變。讓我們以蜜蜂為例,稍微試試創造性的模擬。在你的腦海中,看到一隻蜜蜂在芬芳的白花瓣上輕輕跳躍,嗡嗡嗡地繞著花瓣尋找花粉。

如果你喜歡蜜蜂,那麼想像翅膀的拍動,此刻會造成其他的神經元讓身體準備好更進一步觀察:讓你的心臟跳得更快、讓你的汗腺蓄勢待發,並且讓你的血壓準備降低。

但如果你以前曾被蜜蜂狠狠叮過,你的大腦或許讓你的身體準備逃跑或做出拍打的動作,為此制定出一些其他模式的生理改變。每次你的大腦模擬感覺輸入,它都會讓你的身體做好自動改變的準備,這也讓你有可能改變你的感受。

嗡嗡嗡,你的舊經驗會影響你對蜜蜂的概念。圖/wikimedia

你對蜜蜂做出的模擬,根植於你對「蜜蜂」是什麼的心智「概念」(concept)。2 這個概念不只包含有關蜜蜂本身的訊息(牠看起來和聽起來像什麼樣、你對牠採取何種行動、你的自律神經系統的什麼改變讓你有所行動等等),還包括跟蜜蜂有關的其他概念(「草地」、「花朵」、「蜂蜜」、「叮咬」、「疼痛」等等)。

所有訊息都跟你的「蜜蜂」概念融為一體,共同引導你在這個特定的脈絡下如何模擬蜜蜂。因此,像「蜜蜂」這個概念,實際上是大腦裡的神經模式集合,代表你的過去經驗。你的大腦以不同的方式結合這些模式,藉此知覺並靈活地引導你在新的情境中如何行動。

「模擬」影響感官:以概念建構出具體感受

你的大腦利用你的概念,將某些東西聚集在一起,並將其他的東西分開。你可能在看著三堆土時,把其中兩堆知覺成「小丘」,而另一堆則是「大山」,這些都是根據你的概念。

建構是把世界看作一張壓扁的餅乾麵團,你的概念則是能切出界線的餅乾模具,界線不是自然存在,而是因為有用或有可取之處。3 這些界線當然自有物理限制,像是你絕對不會把山知覺成湖。不是所有的一切都互有關聯。

大腦會利用你的概念,建構出你對事物的感受。圖/giphy

你的概念是大腦用來猜測感覺輸入是何意義的主要工具。舉例來說,概念賦予聲壓(sound pressure)改變的意義,所以你會把聲壓改變聽成話語或音樂,而不是隨機的噪音。

在西方文化中,多數音樂都是根據分成十二個等距音高的八度音階,這種編曲被稱為「十二平均律音階」。每一個聽力正常的西方人,對於這種普遍存在的音階都有概念,即使他們無法明確地加以描述。然而,不是所有的音樂都使用這種音階。

印尼的甘美朗(Gamelan)音樂根據的是分成七個音高的八度音階,音高之間的距離並不相等。西方人第一次聽到甘美朗音樂時,更有可能覺得聽起來像噪音,聽慣了十二音音調的大腦,沒有具備甘美朗音樂的概念。我個人對迴響貝斯4 這種電子音樂有經驗盲區,不過我十幾歲的女兒很顯然有那個概念。

這究竟是草莓冰淇淋,還是冷凍鮭魚慕斯。圖/pxfuel

概念也讓製造味覺和嗅覺的化學物質有了意義。如果我端出粉紅色的冰淇淋,你可能預期(模擬)是草莓的味道,但如果嘗起來像魚,你會覺得很不協調,甚至可能覺得噁心。

但如果我介紹它是「冷凍鮭魚慕斯」,提前警告你的大腦,同樣的味道或許會讓你覺得美味(如果你很喜歡吃鮭魚)。5 或許你認為食物現存於物理世界中,但事實上,「食物」這個概念嚴重受到文化影響。很顯然,還是有些生物上的約束,所以你不可能吃刮鬍刀刀片。

但是有些絕對可吃的東西,卻不是每個人都認為是食物,例如「蜂之子」(hachinoko),這是一道油炸蜜蜂幼蟲的日本佳餚,但絕大多數的美國人應該會敬而遠之。這種文化差異就是因為概念。

只要你活著,你的大腦都會利用概念來模擬外在世界。如果缺乏概念,你會處於經驗盲區,就像是你看第 48 頁的斑點蜜蜂。如果有了概念,你的大腦會自動且無形地模擬,快到你的視覺、聽覺和其他感覺似乎像是反射而不是建構。

情緒是怎麼來的?原來是受到「概念」的影響

現在請仔細想想:如果你的大腦利用相同的過程讓來自體內的感覺──心跳、呼吸和其他內部運動引發的擾動──產生意義,那會怎麼樣呢?

神秘斑點。圖/商周出版提供

從大腦的觀點來看,你的身體只不過是另一個感覺輸入的來源。來自你的心臟和肺臟、你的新陳代謝、你的體溫改變等等感覺,就像圖中意義不明的斑點。在體內的這些純粹身體感覺,並不具有客觀的心理意義。

然而一旦概念介入,這些感覺或許開始具有額外的意義。如果你坐在餐桌旁時感到胃痛,或許你會把它經驗成飢餓。如果流感季節即將來臨,或許你會把相同的疼痛經驗成反胃作噁。如果你是法庭上的法官,或許你會把疼痛經驗成被告不可信任的直覺。6

你的大腦利用概念,會讓胃痛變得……更有意義。圖/giphy

在特定的時刻、特定的背景之下,你的大腦利用概念,賦予內在感覺意義,也讓來自世界的外在感覺有了意義,這些全都同時發生。你的大腦從你的胃痛,建構出飢餓、反胃作噁或不可信任的實例。

現在仔細想想,如果相同的胃痛出現在你嗅聞塗滿羊肉糊的尿布時,就像我女兒的朋友在「噁心食物」生日派對上所做的,你可能把疼痛經驗成噁心。亦或如果你親愛的另一半才剛走進臥房,你可能把疼痛經驗成一陣陣渴望。如果你正在診療室等待醫生說明健康檢查的結果,你可能把相同的疼痛經驗成焦慮感受

在這些噁心、渴望和焦慮的案例中,你大腦中活躍的概念是情緒概念。就像先前一樣,你的大腦藉由建構那個概念的實例,從你疼痛的胃再加上來自周遭環境的感覺一起產生意義。

這是一個情緒的實例。

這可能就是情緒如何生成的過程。

註釋:

  1. 「不是對世界的反應」(not reactions to it):相關回顧,請見 Chanes & Barret 2016.
  2. 「『蜜蜂』是什麼」(what a “Bee” is):Barsalou 2003, 2008a.
  3. 「因為有用或有可取之處」(because they’re useful or desirable):關於相似的類比,請見 Boghossian 2006.
  4. 譯註:dubstep,源自英國,於1990年代誕生的電子音樂,節奏短促、強調低音。
  5. 「如果你很喜歡吃鮭魚」(assuming you enjoy salmon):Yeomans et al. 2008.
  6. 「被告不可信任」(the defendant cannot be trusted):Danziger et al. 2011.

——本書摘自《情緒跟你以為的不一樣──科學證據揭露喜怒哀樂如何生成》,2020 年 3 月,商周出版

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為什麼我們會把 <3 「腦補」成愛心?——感覺記憶的秘密
波留先生 M. Beaulieu_96
・2021/01/03 ・2820字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

學習有五到:眼到、口到、耳到、手到和心到(可能還需要鼻到),聽起來雖然有點老掉牙,但不得不說,還是有點科學上的道理。

前面幾項,主要都是透過感官接收外界刺激,進而處理成有用的資訊,然而,不知道你是否有想過,「心到」是怎麼回事?是要很專心還是很用心嗎?

「心到」究竟是什麼?難道是用念力嗎?(誤)圖/giphy

從認知角度來說,大腦為了完成學習的任務,不僅要維持專注度,也得在處理這些刺激的同時參考過去的記憶,好讓我們能做出適當的回應,只是,這類由內部形成的感覺記憶 (sensory memory) 機制為何,一直都不太清楚。

感覺記憶,幫你推開世界的門

我們的大腦裡,存放著各式各樣的感覺記憶,無論視覺、聽覺還是觸覺皆然。有了這項能力,我們就能輕鬆地辨別交通號誌、和朋友談論自己喜歡的搖滾樂、找到衣服上鈕扣的位置,更重要的是,當我們碰到危險的物體時,也能根據記憶裡的經驗,讓自己遠離危險。

大腦裡存放各種感覺記憶,幫助我們遠離危險。圖/Pixabay

簡單來說,感覺記憶的片段使我們能勾勒出這世界的樣貌,也是我們在學習其他事物時的重要依據。

感覺記憶的儲存時間很短,大約是 0.25~4 秒之間不等,且會根據感覺刺激的來源儲存在相應的腦區。

舉例來說,有關「聲音」的訊息,就會存在與初級「聽覺」皮質區,而非初級視覺皮質區,如此一來,大腦便可依據這些訊息的重要性,再決定這些訊息能否成為短期或長期記憶。

畢竟在這個花花世界(?)裡,每天都有太多的資訊要處理,小小一顆大腦能裝的東西卻又相當有限,如果不能從中篩選出有用的消息來源,我們的生活恐怕會一團亂。

接收到的訊息,如何變得有用?

光是分辨出所感覺到的東西是什麼,顯然還是有些不夠的,我們仍需透過更高層次的認知把這些刺激處理成有意義的資訊,才能在未來學習新事物時加以應用。

根據 Open PSYC 所整理的資料,感覺的神經路徑在處理訊息時,會有兩種截然不同的方向——由下而上(Bottom-up)以及由上而下(Top-down)。

接收訊息後,我們仍然需要透過高層次的處理,才能將刺激處理成有用的資訊。圖/giphy

由下而上的處理方式相當直觀,即在感覺刺激進入時馬上就處理,例如,當我們看到隨便一張圖片時,這個路徑就會立刻協助我們接收圖片裡的特徵,但不會賦予它任何意義。

反之,由上而下的處理路徑,則是一種由由認知所驅動的感覺,它能根據我們過去的經驗與當下的情境,協助我們判斷這些東西可能是什麼

  • 筆者按:聽起來很像是大腦分析情報的單位,在接下來的文章中,我們就暱稱它為「內部消息」吧 XD

舉例來說,「<3<3<3」這一串文字,通常不會被理解成「小於三」,而是被腦補成愛心的形狀,然而,同樣的文字出現在「2<3」時,我們就會有另外一層理解。

由上而下的處理路徑,能夠根據過去經驗與當下情境幫助我們判斷訊息,就像是「:)」對我們來說是個可愛的微笑。圖/Unsplash

同樣的道理,有些音樂對我們來說就是音樂而已,但如果你特別將它們設定成手機鈴聲,當音樂響起時,你可能會不自覺地感到緊張,甚至開始找手機。

面對感覺記憶,大腦的處理路徑是?

科學家指出,由下而上與由上而下的處理路徑,兩者的編碼機制非常不同,甚至可以說是完全相反!

過去數十年來,關於「大腦如何處理來自環境的輸入」這類「由下而上」的處理路徑,早有許研究成果,然而,對於「由上而下」這條仰賴經驗的道路,我們倒是沒有太多瞭解。

2020 年 11 月,身為馬克斯.普朗克大腦研究所研究小組的負責人,萊茲克斯(Johannes Letzkus)與一群科學家透過小鼠的實驗,解開了內部消息傳遞路徑的一部分秘密,並將結果發表在《科學》(Science)期刊。

我們究竟是如何感知並判讀這個世界?先從處理訊息的路徑開始研究吧!圖/Pixabay

在開始這項實驗之前,根據以往的研究成果,研究小組已經知道,傳遞內部消息的關鍵路徑很有可能是「新皮質最外層到高階視丘(thalamus)」。

為了確認這一條路徑到底是不是內部消息的主要傳遞路徑,研究第一作者帕迪(Belén Pardi)與團隊開始設計實驗,讓小鼠學習感受威脅,並且在學習的前、後測量牠們視丘的突觸反應。

結果發現,雖說這個路徑也會針對「與學習無關、短暫且微小的刺激」進行編碼,但經過學習後,卻會大幅增強這個路徑的活動,而且隨著時間的推移,訊號會變得更快、更持久。

馬克斯.普朗克大腦研究所指出,在新皮質 (neocortex) 的最上層中,會由視丘的突觸 (橘色) 傳遞跟記憶有關的資訊,而藍色的神經元就像是守門員一樣,會控制、微調這些訊息和突觸。圖/MPI f. Brain Research

此外,帕迪所在的團隊也與德國柏林工業大學(Technische Universität Berlin)史普雷克勒(Henning Sprekeler)的團隊合作建立計算模型,發現在由上而下的編碼機制中,可讓訊息於經過路徑的過程中被「微調」,換句話說,新皮質外層某些特殊神經元,在這個過程中扮演訊號守門員的角色。

總而言之,這條路徑可能與內部消息有關聯性,而且在傳遞的過程中,新皮質外層的某些特殊神經元就像是守門員一樣,會微調這些訊息。至於這條路徑是不是「主要的」傳遞路徑,還有待科學家進一步證實。

感覺資訊處理的一線曙光

為什麼科學家需要這麼努力解開感覺資訊的秘密呢?

對人類來說,「大腦如何處理過往感覺經驗的訊號」是相當重要的事情,在自閉症和精神分裂症等腦部疾病中,由於這類訊號被干擾,使得他們的日常生活功能受到很大的影響。

未來,期待科學家能在這個研究的基礎上,確認內部消息的主要來源,並設計出有效的治療方案。

參考資料

  1. M. Belén Pardi et al., A thalamocortical top-down circuit for associative memory, Science, Vol. 370, Issue 6518, pp. 844-848, 13 Nov 2020.
  2. From the inside out – how the brain forms sensory memories, Max Planck Gesellschaft, 13 Nov 2020.
  3. Kendra Cherry, Sensory Memory Types and Experiments, Verywell Mind, 1 Aug 2020.
  4. Michael Puskar, What Sensory Memory Is And Why It’s Important, BetterHelp, 15 July 2020.
  5. Scott Roberts, Ryan Curtis, and Dylan Selterman, Bottom-up vs Top-down Processing, Open PSYC, 06-G.
  6. Sensory memory, Wikipedia.
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