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「看見」大腦記憶的生成──超解析 3D 層光定位顯微鏡

研之有物│中央研究院_96
・2020/04/30 ・3665字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 581 ・九年級

  • 撰文|呂杰翰、黃鈺珊、呂萱萱;美術編輯|林洵安

超解析 3D 層光定位顯微鏡

中研院江安世院士、應用科學研究中心陳壁彰助研究員,共同開發了「透化層光定位顯微鏡」,一次解構果蠅全腦的多巴胺神經網路,並可「看見」記憶蛋白在特定神經細胞突觸上的新生,此新技術可望揭開大腦記憶機制的神秘面紗。研究論文已於去(2019)年 10 月 18 日刊登在《自然通訊》(Nature Communications)。跟著研之有物一起來了解!

一個細微的動作、一絲情緒起伏,都是由千絲萬縷的神經網路,以及大量訊息傳遞的化學分子交錯作用的結果。早期心理學家要解析人類的大腦意識活動,必須對照研究對象的夢境和生活史。然而,大多數人一起床夢境就忘掉八成,還要將夢境和更久遠的童年記憶連繫起來,說佛洛伊德有多心累都不為過。

人類的任何情緒和行為,都是大腦千絲萬縷的神經網路,以及大量訊息傳遞的化學分子交錯作用的結果。
圖片來源│iStock

如今神經科學家有螢光蛋白與基因工程等工具在手,可先給予模式生物(如果蠅)特定刺激,然後用螢光定位腦內參與活動的生化分子(如某些與記憶有關的蛋白質分子),了解刺激前後分子如何重新分布,以此推測它們在腦部活動中所扮演的角色。

  • BUT!因為可見光無法穿透較厚的組織,過去研究者只能將腦組織切成薄片,才能用顯微鏡觀察。但切片會破壞大腦的整體性,無法忠實呈現完整的神經結構。

國立清華大學腦科學研究中心、中研院院士江安世與中研院應用科學研究中心助研究員陳壁彰,合作研發出可透視果蠅全腦的超解析 3D 層光定位顯微鏡,並利用化學方法把果蠅大腦變「透明」、可見光能通過,終於得以窺見果蠅腦部深處被螢光標定的單分子神經,藉此建構果蠅全腦神經網路地圖。

去年團隊藉著這項技術,「看見」記憶蛋白在大腦深處特定神經細胞突觸上的新生,初步揭開大腦記憶的神秘面紗。

精彩故事,是這麼開始的……

解析度、廣度,統統都要!

先來說說傳統顯微鏡的問題!傳統光學顯微術能夠解析的最小距離,大約 250 奈米左右。也就是說,如果兩個發光分子之間的距離小於這個極限,因為光波的繞射特性會使分子影像變得模糊。這個鑑別距離極限,定義了光學成像的「解析度」。

傳統光學顯微術的「繞射極限」,硬生生地限制了科學家一窺腦部全貌的夢想。

大腦神經突觸的大小約在 20 到 40 奈米之間,與腦部分子活動相關的神經結構尺度也在數十奈米。可想而知,運用傳統「粗線條」的光學顯微術觀察大腦,一定會有「見林不見樹」的問題:即使可知大致的神經走向,也無法得知細微變化。但魔鬼,就是藏在細節裡啊~~

另一方面,傳統顯微鏡還有視野廣度或視野大小的問題。神經突觸的大小是果蠅大腦 ( 約數百微米 ) 的數千分之一。想要解析特定分子在大腦的分布,困難度就像用小小無人機空拍一個籃球場,還要定位籃球場上每隻螞蟻的正確位置。

但在顯微鏡的世界裡,解析度和視野廣度本是兩個極端,想要一種技術、兩種滿足,必須找到非比尋常的解決之道。

關關難過關關過

首先,這種顯微技術必須能夠定位腦神經細胞中個別分子。衡量各種超解析顯微術的優勢與適用範圍,「單分子定位顯微術」(single molecule localization microscopy) 具有數十奈米等級的空間解析度,得以鑑別相距約 20 奈米的分子,恰好符合神經生物學家對解析度的要求,無疑是首選工具。

圖片來源│ 呂杰翰
圖說美化│林洵安

再者,因為神經網路遍佈全腦,並非僅侷限在大腦的表層,此顯微術必須能看得又深又清楚,才能重建果蠅大腦完整的三維影像,提供全面而精密的分子地圖。近年熱議的「層光顯微術」( light-sheet microscopy ) 可快速取得大範圍樣品的影像,成為不二首選

有關層光顯微鏡的介紹,請見研之有物另一好文〈灑下百道層光,一窺微觀世界的生命律動:「晶格層光顯微鏡」如何為細胞拍攝寫真集〉。

再加上,江安世院士團隊透過生物組織澄清技術,運用化學方法讓果蠅腦變透明、能讓可見光通過,然後以層光掃描透明大腦,輔以上述單分子定位顯微術,即可在短時間內偵測大腦內的個別分子位置,稱為「透化層光定位顯微鏡」。

中研院應用科學研究中心陳壁彰助研究員與透化層光定位顯微鏡。
圖片來源│中研院秘書處

跨領域合作,打開大腦的潘朵拉盒子

有了既定的策略,抽象的概念立刻轉化為一個跨界、甚至跨國的技術整合問題。

陳壁彰助研究員與江安世院士合作,將一個由國家實驗研究院儀器科技中心打造的特殊顯微物鏡,整合入實驗室既有的掃描式貝色層光顯微鏡 (Scanning Bessel beam light-sheet microscope),建構出針對透明化樣品最佳化的超解析顯微鏡。

並應用日本東京大學 Yasuteru Urano 團隊開發的新型閃爍螢光染劑 HMSiR 標定腦內分子,讓每一個參與大腦記憶生成的分子,發出清晰且明亮的光訊號。

論文第一作者、現任國立清華大學生醫工程與環境科學系助理教授朱麗安興奮地說:身為一個生物學家,使用自己建造的顯微鏡系統,就像打開潘朵拉的盒子,突然什麼都變成可能!

因為商用顯微鏡大多有鏡頭選用、解析度等限制,尤其層光顯微鏡在鏡頭選擇上更是有諸多限制。

那麼,這項新的顯微鏡系統,會對神經科學帶來什麼改革呢?

首先,神經訊號的傳遞仰賴神經突觸電位及神經傳導物質的傳遞,想要了解大腦的活動,必須解析突觸上的細微變化,如蛋白質的生成。以模式生物果蠅為例,神經突觸只有幾百奈米,過去只能仰賴電子顯微鏡。

但電子顯微鏡的樣品製備非常繁複,並需要將組織切片,無法呈現完整的神經結構,一次能看的樣品範圍也很小。電子顯微鏡的另一個問題是「很花時間」。美國珍利亞農場研究園區 (Janelia Research Campus) 所做的全果蠅腦電子顯微鏡連續切片影像,單一個果蠅腦就需花費 16 個月拍攝完成,再經過無數的工程師進行影像處理,不利於統計分析。

果蠅全腦多巴胺神經多尺度圖像(上),細部的神經結構(左下),以及放大展現出非常複雜、但可經由新顯微術辨識的神經網路(右下)。
圖片來源│陳壁彰

透化層光定位顯微鏡,可在比細胞大將近一萬倍的組織(如果蠅大腦),定位其中所有蛋白質分子,進行果蠅全腦的攝影。而且全腦攝影可在一天之內完成,期間僅需移動樣品四次,大幅降低機械移動造成的誤差與後續影像處理的複雜性。與傳統的顯微技術比較,新技術能在合理的時間內拍攝大量樣品,即時提供生物學家更大的統計樣本。

去 (2019) 年初已初步告捷!新的顯微技術一次解構果蠅全腦的多巴胺神經網路,「看見」記憶蛋白在特定神經細胞突觸上的新生,可望揭開大腦記憶機制的神秘面紗。

看見記憶、解密大腦疾病

昆蟲腦部的蕈狀體分布了一種囊泡單胺運轉蛋白質 (vesicular monoamine transporter),與昆蟲的嗅覺與記憶功能息息相關,是一種在腦部負責訊息傳遞的重要分子。只要標定這種蛋白質分子的精確位置,即可從中歸納出與記憶有關的分子機制。

本次研究發現:在讓果蠅進行特定的記憶訓練後,只有特定的神經突觸會增加囊泡單胺運轉蛋白質表現,顯示這些神經在記憶過程可能肩負重大功能。

藉由類似的實驗,神經科學家可以釐清神經變化和特定腦部活動的關聯,進一步理解神經在腦部記憶生成的機制,以及神經可塑性 (placiticity) 的變化,破解大腦記憶之謎。

左圖是超解析之果蠅眼部單一神經,右圖是超解析全腦囊泡單胺運轉蛋白在神經上的分佈。
圖片來源│Rapid single-wavelength lightsheet localization microscopy for clarified tissue

另一方面,由於鼠腦被普遍使用於與人類腦部疾病有關的研究,未來江安世院士研究團隊也計畫以此探索老鼠腦,揭密與蛋白質分布有關的機制,對於解答部分人類腦部疾病做出貢獻!

「目前為止,我們已經觀察果蠅在訓練前後的神經活動,並且能夠分辨尺度在數十奈米左右的變化,這對釐清分子在神經可塑性中扮演的角色提供很大的幫助。」朱麗安期許未來:「十年後的目標是將影像解析度提升到 10 奈米,並試著應用於活體,即時觀察神經在腦部活動下的重塑,終極目標是理解學習行為的詳細機制!」

也許不遠的未來,新的顯微技術可以觀察生物學習當下發生的每一個細微腦部變化,解密人之所以為人,是如何從經驗學習成長。

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為《「看見」大腦記憶的生成—-超解析 3D 層光定位顯微鏡》,泛科學為宣傳推廣執行單位

文章難易度
研之有物│中央研究院_96
248 篇文章 ・ 2032 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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「選擇困難症」看這裡!學會召開大腦會議,讓你的腦內人格不打架!──《全腦人生》
天下文化_96
・2022/08/23 ・1937字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

編按:《全腦人生》作者吉兒.泰勒(Jill Bolte Taylor)擁有「腦科學家」和「嚴重中風的康復者」雙重身分,她根據心理學和神經解剖學,用擬人化的方式,將大腦區分為四個人格區域:

 一號人格(左腦的規律思考區)
 二號人格(左腦的負向情緒區)
 三號人格(右腦的樂天情懷區)
 四號人格(右腦的開闊思維區)

前文提過,四大人格是腦半球細胞、迴路、思考及情緒組織功能模組的天然副產物,但這在你的日常生活有何意義?請想想,有哪一天你的內在沒感到衝突?兩個腦半球重視的事物迥然有異,是故,心想著東,腦袋卻說著西,基本上就是大腦不同部位起了爭執。

Five personified emotions (from left to right: Fear, Anger, Joy, Sadness, and Disgust) standing together, surrounded by multicolored polka dots.
我們的大腦,真的可以像腦筋急轉彎(Inside Out)這部動畫一樣,分成不同的人格嗎?圖/wikipedia

例如,左腦掌管思考的一號人格,依其價值觀,可能這樣想:「新工作薪水較高,明顯是升官,但要去新城市,我該接下嗎?」右腦掌管思考的四號人格,卻可能這樣想:「目前的工作可以讓孩子待在熟悉的學校環境,和親友維繫感情,我該繼續做這份工作嗎?」

同理,左腦掌管情緒的二號人格可能這樣想:「這人傷得我好深,我只想討回公道,也想狠狠傷害他。」右腦掌管情緒的三號人格則是:「我就從遠處表達我的關愛,盡可能遠離對方,並創造我需要的空間和時間,這樣心靈的傷才可能癒合,帶著尊嚴,往前邁進。」

若遇到上述情境,要是我們能了解是哪個人格出現在對話中,驅動因子是什麼,就能讓我們有意識的做出選擇:要成為什麼樣的人,以及,要怎麼才能成為那樣的人。

了解彼此,共同合作,才能產生最大的效益

你愈來愈會辨識自己的四大人格,學會欣賞、重視各人格的技能組合,就得以更有意識的做出選擇。

不過,只是了解這些人格還不夠,最終目標是讓這些人格彼此熟悉,足以打造健康的互動關係;四大人格將集為一體,善用你所有天生才華,齊心並進。

不管是賽場上的球隊,還是職場上的同事,任何情況下,團隊成員都會集合開會,評估情勢,制定策略。你的大腦團隊則由四大人格組成,隨時都可開會,分析你人生的情勢,共同決定下一個情境中想當什麼人、要怎麼達到目的。

團隊合作很重要,要是你的大腦不合作,想想看會發生甚麼事?圖/elements.envato

本書第二部除了仔細審視四大人格,還將說明大腦會議(Brain Huddle)的五大步驟,目的是要:有意識的暫停思緒,召喚四大人格進入我們的意識,接著以團隊之力,思量最好的下一步。

我鼓勵各位平常沒事就多練習召開大腦會議,以便大腦快捷有效的制定重大決策。如果你願意在日常承平時期訓練四大人格攜手合作,兵荒馬亂之時,就能收穫極大助益。

召開大腦會議的 SOP

在此,我們先快速預覽大腦會議的五大步驟:

  • 呼吸(Breathe),深吸一口氣,再慢慢吐氣。你可按下暫停鍵,中斷情緒反應,心思全放在當下時刻,著重於你自身。
  • 體認(Recognize)當下時刻是哪個人格的迴路在運轉。
  • 欣賞(Appreciate)自己當下展現出的人格,感激這四大人格隨時伴我左右。
  • 探問(Inquire)內在,邀請四大人格來開會,如此才能集合眾力,有意識的規劃下一步。
  • 釐清(Navigate)新的現狀,享受四大人格發揮最佳實力的成果。

此時你應會發現,大腦會議五大步驟的英文首字母,組合起來即為大腦的英文 BRAIN,對此,我當然洋洋得意,覺得取了個好名。

更重要的是,目標相當明確:你能因此快速記起這些步驟,並立即應用,尤其壓力升高而二號人格壓力迴路超速運作之時,焦慮或恐懼的化學物質湧入血流,淹沒迴路,你根本無法思考。

但是 BRAIN 這縮寫可以如霓虹燈般閃耀,指引你召集大腦團隊合作,找到返回右腦平靜之路。

召開大腦會議,能助我們有意識且刻意的召來四大人格,加入對話,這過程強而有力,大大賦予力量。我們有能力中斷情緒反應的自動迴路,有意識的選擇當下要由哪個人格主導。

知道自己的四大人格,且有能力分辨他人的四大人格,有助我們更自然而然的以全腦互動。我們真的有能力打造健康關係、修補彼此的關係。

——本文摘自《全腦人生:讓大腦的四大人格合作無間,當個最棒的自己》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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切開左、右腦間的3億條神經纖維束後,會發生什麼事?——《全腦人生》
天下文化_96
・2022/08/22 ・3699字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

一刀切開大腦的糾葛!

我挺幸運,1970 年代末期身為大學生的我,親眼目睹神經科學邁向主流,舉世聞名的裂腦手術也備受矚目:史培利(Roger Sperry)博士將數名癲癇病人左右腦之間的連結切斷。

我保守一點說好了,他的研究迷得我神魂顛倒。

不曉得有沒有人也對大腦研究充滿嚮往?圖/elements.envato

史培利施以連合帶切開術(commissurotomy),將胼胝體切斷,連結兩個大腦半球之間的近三億條神經軸突纖維束於是斷開,成功防止不正常放電情形波及另一個半腦。

裂腦手術還揭開另一項優勢:葛詹尼加(Michael Gazzaniga)博士對這類病人執行心理實驗,深究胼胝體切斷後、兩半腦分別運作的模式,研究結果斐然。

我這初出茅廬的神經科學家,尤其著迷於這些實驗有如《化身博士》(Strange Case of  Dr. Jekyll and Mr. Hyde)的故事:兩個大腦半球在心理學及解剖學上的能力涇渭分明。顯然兩個半腦中間的連結切斷後,裂腦病人的行為就像是兩個獨特的人格,表現通常背道而馳。

左右腦分開後,會發生什麼事?

部分病人身上,「占據」右腦的人格表現出的意向與行為,會與「占據」左腦的人格恰恰相反。舉例來說,一名男士想用左手(右腦)打老婆,右手(左腦)則同時保護老婆。其他時候顯然也出現相同狀況:他一手使勁拉下褲子,另一手卻同時替自己拉上。

另一名病人剛好是個孩子,則是左右腦言詞不一致。問及人生目標時,他右腦說長大想當賽車手,左腦卻想當製圖師。

還有一位病人提到,她每天早上選衣服時,都要爭鬥一番,左右手好比同極相斥的磁鐵,各有既定喜好,早就描繪好自己當天該穿什麼。她去雜貨店買吃的,兩個半腦想要的食物也天差地別。她手術過後一年多,才有辦法駕馭單一意向,有意識的遏止兩個意見相左的人格在內心激烈交戰。

你能想像你的大腦裡面有兩個不同的想法一直在作對嗎?圖/pixabay

你讀到這些故事,務必了解,這些經過連合帶切開術的病人在解剖學上和你我的唯一差異,在於我們的兩個大腦半球之間有胼胝體連結,互相溝通。

科學家理解到,以神經解剖學而言,大部分的連合纖維本質屬於抑制性,運作時,訊息是從一個腦半球的某組細胞,跑到另一腦半球對應的那組細胞。兩個腦半球的細胞隨時為活躍狀態,但對應的腦半球細胞群卻是分別處在支配與抑制的狀態。

如此一來,一個腦半球即有能力抑制另一個腦半球對應的細胞群,支配特定細胞群的功能。例如,我們專心聽某人所說的詞彙及意義時(左腦),比較不會專注於對方的語調變化或情緒內容(右腦)—— 但這反而是對方真正打算溝通的事情,反之亦然。譬如,有沒有人曾對你大吼,說你根本沒聽到重點,而你錯愕不已?

既然上天給你一對腦,為何只用一邊呢?

1970 年代和 1980 年代,社會上對裂腦研究的反應有點過於熱烈,著重開發「右腦」或「左腦」的社群課程如雨後春筍冒出,許多學校甚至積極投入,設計出可以刺激一個半腦或兩個半腦的課程。

左腦人及右腦人的刻板印象進入主流:左腦人表現較有條理、準時、注重細節,右腦人點子多、創新、運動發達。

可惜,在大家痴迷左右腦之際,許多家長想讓孩子贏在起跑點,策略卻是讓孩子接觸適合其天賦的課程。沒錯,這合情合理,畢竟家長希望孩子因拿手之事獲得回報。

不過,若家長希望孩子全腦、全方位均衡發展,較完善的方式應該是鼓勵孩子參與自己並不拿手的活動。例如,若孩子具左腦優勢,擅長科學及數學,可以鼓勵他們參加戶外活動,到林間探索與蒐集資料,也可以引導擅長運動及藝術的孩子發揮創意,設計超酷的科展作品,參加衡量某類表現的科學展覽會。

由於過去四十年來,家長只著重激發單個半腦的優勢,造成孩子的能力朝向兩極端發展。目前有些著作及教學技巧專門開發不慣用的腦半球,例如至今仍廣為使用的經典之作《像藝術家一樣思考》(Drawing on the Right Side of the Brain)。

Heart Love GIF by nerdbugs
不慣用的腦半球也應該要適度的刺激,才能更均衡的發展。圖/GIPHY

另外,你不必費勁就能發現,行銷人員如何善用策略,瞄準我們對右腦或左腦的偏好。就連電腦作業系統也符合這種分野:一般認為 蘋果產品直指右腦創造力,任何微軟的可笑產品則直指左腦分析力。還記得黑莓機嗎?這機子則是用來讓我的右腦哀哀叫。

左、右腦獨立運作?這是迷思!

依此種刻板印象推廣的科普知識五花八門,旨在開發左右半腦的潛能。除此之外,也有成山成海的實證科學,清楚描繪左右半腦在解剖學及功能上的差異。

如想知道半世紀以來,科學家在巨觀與微觀方面發現了哪些差異,英國精神科醫師麥基爾克里斯特(Iain McGilchrist)博士的《主人與使者》描寫得深入淺出,亦蒐羅最新的研究內容。

如想了解哈佛精神科醫師如何與左右腦人格合作,協助精神病人復原,不妨閱讀薛佛(Fredric Schiffer)博士的《雙腦革命》,著實教人大長見識;該書甚至敘述了兩個人格有多麼相異:其中一個人格體驗到的疼痛感,另一個人格真的會感覺不到,或是也不會表現出來。

若想知道處理心理健康問題的替代工具,史華茲(Richard Schwartz)博士的內在家族系統值得一試;該模型有助辨識一個人的部分性格,以便互相合作,找出健康的解決之道。上述書籍與工具皆發人深省,可幫助大家知曉大腦的奧祕。

本來左右腦就會持續造就任一經驗時刻的整體經驗,所以我的意思並不是左腦或右腦獨立運作。

現代科技顯示,任何時刻兩個半腦顯然皆會造就神經系統的輸入、經驗與輸出。然而如我先前所述,腦細胞的標準做法,就是支配並抑制對應部位的腦細胞,因此,除非死亡,腦部在任何情況下,都不是全開機或全關機的狀態。

人類的性格,究竟是怎麼被塑造出來的?

想了解大腦運作,自然會提出這問題:「一群腦細胞到底怎麼可能合作打造一種人格?」我可不是第一個提出這問題的人,我也不是第一個經歷腦部創傷、性格大變、創傷細胞復原然後重拾舊迴路、舊技能組合、舊人格特質的人。

不過,我大概是第一位歷經腦部創傷及復原、踏上求解之路的神經解剖學家,率先深入探查自己大腦神經與心理方面的運作模式,並獲得四大人格的獨到見解。

Pink And Blue Animation GIF by palerlotus
明明都是神經細胞,為甚麼卻有各種不同的人格?圖/GIPHY

腦細胞是美妙的小生物,形態大小各異,其設計說明了執行特定功能的能力。例如,位在兩個半腦主要聽覺皮質區的神經元具有獨特形狀,能處理聲音資訊;其他連結不同腦部區域的神經元,形狀也適合其功能,運動系統的神經元更不例外。

值得注意的是,從神經解剖學的角度來看,每個人的腦部神經元本身以及互相連結的方式,基本上並無二致。

從結構上來看,每個人的大腦皮質最外層的隆起與溝渠根本一模一樣,而且相像到——如果你腦部特定區域受損,我腦部該區域也受損,那我倆喪失的功能也一模模一樣樣。以運動皮質為例,如果你和我某個半腦的特定細胞群都受損,我們的身體超有可能在同樣的部位癱瘓。

左腦、右腦到底有甚麼差異?

左右半腦固有功能的差異在於,神經元處理資訊時,各有獨特方式。

先說左腦,左腦神經元其實是以線性方式運作:會先接收一個想法,拿這個想法和下一個想法互相比較,接著再拿這些想法的副產物和再下一個想法互相比較。

由此可知,左腦能以次序方式思考。例如,我們知道必須先發動引擎,才能打檔。左腦可是令人嘆為觀止的序列處理器,不僅創造抽象的線性(例如1 + 1 = 2),還為我們展現出時間性,將時間以線性感,分割成過去、現在與未來。

右腦神經元則完全不是用來建立線性次序,反而有如平行處理器,可引進多條資料流,同時顯示單一的複雜經驗時刻。記憶是由兩個腦半球共同創造,右腦則替記憶的創造成果增添深度,豐厚了此時此地的面貌。

儘管許多腦細胞負責執行顯而易見的工作,例如理解語言或呈現視覺,其他神經元卻負責創造想法或情緒。

「模組」這詞就是用來說明哪組神經元和其他神經元互相連結,並以集合體的形式共同運作。我們大腦中的四大人格,即是以特定且獨特的神經元模組運作。

——本文摘自《全腦人生:讓大腦的四大人格合作無間,當個最棒的自己徒》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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「想像力」幫費爾普斯奪下了23面金牌,難道,我也可以嗎?——《心念的力量》
商業周刊
・2022/08/20 ・2148字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

泳壇的傳奇人物——「飛魚」費爾普斯

美國游泳健將麥可.費爾普斯(Michael Phelps)擁有二十八枚獎牌(其中二十三枚是金牌),至今仍然是最多榮譽獎牌的奧運選手。

費爾普斯的能力似乎超越了人體的極限,一些記者質疑他驚人的表現實在是「好到令人難以置信」。然而,費爾普斯在職業生涯中自願參加許多禁藥測試,也都全部通過。

也許他驚人的比賽成就可以用另一個異乎尋常的優勢來清楚地解釋,亦即他非凡的觀想能力。

在訓練期間、或為重大比賽做賽前準備時,他會想像一場完美的比賽。

他在《夢想,沒有極限》(No Limits)的自傳中寫道:「我能看到起點、游泳姿勢、蹬牆、轉身、終點、策略等所有細節。一切的想像,就像我在腦海中規畫了一場比賽,而這種規畫有時似乎讓比賽結果一如我所預期的」。他認為,正是這種能力幫助他成為最偉大的奧運選手,而不是純粹的身體能力。

費爾普斯是擁有最多奧運獎牌的游泳選手。圖/Getty Images

激發想像力、強化運動表現

科學實驗已經證實,觀想的效果是深遠的,對職業運動員和休閒鍛鍊者來說都是如此,最引人注目和驚人的影響在於人的肌肉力量。

在一項研究中,科學家在進行某種形式的心理訓練之前,測量了參與者的前臂力量。這項任務很無趣,但是很簡單:他們必須每天花十五分鐘,每週五天,想像自己在用前臂舉重物,例如一張桌子。

一些人被要求從內在觀想來做這件事,想像自己在舉重的動作;另一些人被要求從外在觀想來做這件事,就像他們從自己身體外面看自己一樣。對照組則完全沒有進行任何練習。

六週後,結果令人驚訝,運用自我內在觀想的人,力量新增了 11%——儘管這組人沒有任何實際的舉重練習。那些運用外在觀想的人顯示大約 5% 微幅的改善(但研究人員無法確定這具有統計顯著性),而對照組實際上似乎稍微弱一些。

與其他改善健康的心理技巧一樣,如果體力完全只是由肌肉質量決定,將會無法解釋這些發現。然而,根據心理生物學新的運動觀點,這一切是很有道理的。

請記住,運動表現取決於大腦對身體能達到的目標和運動強度的預期,然後再藉此規畫肌肉的力量和疲勞程度。

心理意象可以提高身體對自身能力的感知、增強發送給肌肉的訊號,並改善運動協調性。圖/Pexels

心理意象可以讓你有意識地完善這些預測、並提高身體對自身能力的感知、增強發送給肌肉的訊號,並改善運動協調性。

正如諾克斯的研究,即使在運動極度疲勞時,運動員通常也沒有運用到大部分的肌肉纖維,但這些心理意象可能會鼓勵身體召喚更多沒用到的肌肉纖維。

針對運動員對於賽事進行生動觀想的腦部掃描顯示,對身體運動的想像會啟動大腦內部主要的運動皮層和基底神經節的區域,這些區域通常涉及運動的規畫和執行,讓大腦準確地計算出需要刺激哪些肌肉、以及對身體的影響。而這些增強的預期心理將轉化為真正的表現提升。

根據這個理論,內在想像比外在想像更成功,因為能夠更詳細地預測你在運動期間的感受,進而使身體能夠更有效地執行動作。

注意!想像不能讓你變超人,僅僅是運動的輔助工具

當然,心理訓練不能、也不應該取代身體訓練,但卻可以讓運動員充分利用休息時間,以及避免受傷後力量流失。

例如,當人的四肢被打上石膏時,身體肌肉通常會變弱,但俄亥俄大學(Ohio University)的科學家發現,每天幾分鐘的心理練習可以將這些損失降低一半。

對於一般人來說,心理訓練應該只是另一種工具,藉此強化運動的好處。

雖然「想像」可以提升運動表現,但並不代表可以直接取代身體的訓練,也不代表可以讓一般人超出人體的極限!圖/Pixabay

如果你覺得上健身房是一種壓力,想要改變你對運動的心態,那麼定期想像運動的好處可以使你更享受整個過程。如今,針對青少年、中年和老年人參與者的各種研究已證明,每週有規律地練習幾分鐘的運動想像,可提高人的動機、對運動的享受、以及運動表現。

當你親自測試這一點,在想像你的表現時不要好高騖遠。

你不想讓自己失望,這會降低你的動力,或是要小心過度勞累導致受傷(如果沒有持續的體能鍛鍊,身心合一的效果也是有限的)。當你在想像運動時,試著把注意力集中在過程中希望感受到的積極感:例如,充滿活力和興奮的感覺,而不是疲勞或倦怠。

就像費爾普斯一樣,你將會「重新規畫」身心合一,讓自己克服任何可能妨礙表現的心理限制,如此一來,運動就不再是一個無法克服的挑戰。

——本文摘自《心念的力量:運用大腦的期望效應,找到扭轉人生的開關》,2022 年 7 月,商業週刊

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