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【從中國經典認識大腦系列】人之所以異於禽於獸者幾希

YTC_96
・2023/03/23 ・3766字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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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。

或許我們可以從中國經典角度,認識大腦運作。 圖/pixabay

人≠禽獸?

「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。

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「禽」字的甲骨文字型。 圖/小學堂甲骨文

《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。

「禽」字的甲骨文字型。 圖/小學堂甲骨文

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。

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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。

西方哲學對於人與動物的論點

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。

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法國醫生和哲學家朱利安.奧弗雷.拉.美特利。 圖/wiki

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。

演化論說明人與動物的相似性

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。

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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)。

圖一,三重腦的假說示意圖。 圖/wiki
圖二,右側的人腦與左側的鼠腦比較,可以發現人腦的表面有較多的皺摺。圖/Elizabeth Atkinson, Washington University in St. Louis.

大腦如何進行道德仁義決策

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。

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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]

情緒不只表達我們現在想法,也是我們做決策時的重要影響因素之一。 圖/GIPHY

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]

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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]

總結

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。

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人類大腦中的前額葉皮質,是我們發展出意識、複雜認知及仁義道德的重要部位。 圖/GIPHY

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。

參考資料

  1. The Triune Brain in Evolution. Role in Paleocerebral Functions. Paul D. MacLean. Plenum, New York, 1990. xxiv, 672 pp., illus.
  2. Greene JD, Sommerville RB, Nystrom LE, Darley JM, Cohen JD. An fMRI investigation of emotional engagement in moral judgment. Science. 2001 Sep 14;293(5537):2105-8. doi: 10.1126/science.1062872. PMID: 11557895.
  3. Raine A, Yang Y. Neural foundations to moral reasoning and antisocial behavior. Soc Cogn Affect Neurosci. 2006 Dec;1(3):203-13. doi: 10.1093/scan/nsl033. PMID: 18985107; PMCID: PMC2555414.
  4. Kolla NJ, Patel R, Meyer JH, Chakravarty MM. Association of monoamine oxidase-A genetic variants and amygdala morphology in violent offenders with antisocial personality disorder and high psychopathic traits. Sci Rep. 2017 Aug 29;7(1):9607. doi: 10.1038/s41598-017-08351-w. PMID: 28851912; PMCID: PMC5575239.
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從大學部到博士班,在神經科學界打滾超過十年,研究過果蠅、小鼠以及大鼠。在美國取得神經科學博士學位之後,決定先沉澱思考未來的下一步。現在於加勒比海擔任志工進行精神健康知識以及大腦科學教育推廣。有任何問題,歡迎來信討論 ytc329@gmail.com。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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大腦與骨骼的關係,比我們想像的還要深?!阿茲海默症最新病因假說
Y.L._96
・2023/06/12 ・2803字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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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。

阿茲海默症是五種失智症的一種

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。

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70-80% 的患者會表現出非認知症狀。圖/envatoelements

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。

為什麼阿茲海默症會跟骨質疏鬆扯上關係?

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。

松果體是什麼?

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。

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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」。

松果體鈣化是導致阿茲海夢症的特徵之一。圖/envatoelements

褪黑激素與骨細胞增殖有關

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。

骨質疏鬆症。圖/envatoelements

骨鈣代謝激素對阿茲海默症的影響

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]。

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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。

阿茲海默症與骨質疏鬆有關的可能原因

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:

一、松果體中的星狀膠質細胞對鈣離子平衡作用

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。

二、調節骨頭生長的骨細胞為星狀型態細胞

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。

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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。

骨質疏鬆導致鈣離子被釋放到血液中,從而促進松果體鈣化。圖/envatoelements

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?

參考資料

  1. Weller I I. The relation between hip fracture and Alzheimer’s disease in the canadian national population health survey health institutions data, 1994-1995. A cross-sectional study. Ann Epidemiol. 2000;10(7):461. doi:10.1016/s1047-2797(00)00085-5
  2. Loskutova N, Watts AS, Burns JM. The cause-effect relationship between bone loss and Alzheimer’s disease using statistical modeling. Med Hypotheses. 2019;122:92-97. doi:10.1016/j.mehy.2018.10.024
  3. Dengler-Crish CM, Elefteriou F. Shared mechanisms: osteoporosis and Alzheimer’s disease?. Aging (Albany NY). 2019;11(5):1317-1318. doi:10.18632/aging.101828
  4. Minoia A, Dalle Carbonare L, Schwamborn JC, Bolognin S, Valenti MT. Bone Tissue and the Nervous System: What Do They Have in Common?. Cells. 2022;12(1):51. Published 2022 Dec 22. doi:10.3390/cells12010051
  5. Na H, Gan Q, Mcparland L, et al. Characterization of the effects of calcitonin gene-related peptide receptor antagonist for Alzheimer’s disease. Neuropharmacology. 2020;168:108017. doi:10.1016/j.neuropharm.2020.108017
Y.L._96
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【從中國經典認識大腦系列】從「莊周夢蝶」討論真實與幻覺
YTC_96
・2023/03/24 ・3863字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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夢蝶,選自明代陸治《幽居樂事圖》冊。 圖/Wikipedia

有一天,莊周夢見自己變成蝴蝶,能翩翩飛舞感受非常的真實,甚至都忘了自己其實是莊周。但夢醒後才發現原來自己還是莊周,不是蝴蝶。由於夢境太過真實,他一時間相當迷惘,搞不清楚自己到底是做夢變成莊周的蝴蝶,還是夢見變成蝴蝶的莊周。

莊周和蝴蝶、現實與虛假,一定是有區別的,但卻在夢境以及現實間混而為一,這也是萬物的交融以及轉化。莊子在《齊物論》透過故事的形式,想要告訴我們萬物皆可同化,達至齊一的境界,人生變幻無常。

既然如此,那所謂的真實和虛幻又有什麼不同呢?這篇文章我會從哲學、心理學、以及神經科學的層面來討論。

主觀感受是大腦對真實世界產生的模擬實境

從生物學來看,我們的感覺以及感知是透過大腦的神經活動對應外界環境所產生表徵[1][2]。因此,美國哲學家、數學家與電腦科學家希拉里.普特南(Hilary Whitehall Putnam)就在《理性、真理和歷史》(Reason, Truth, and History)書中提出一個思想實驗,稱作缸中之腦(Brain in a vat),又或是桶中之腦(brain in a jar)。

假設我們存在一種技術,能將大腦從人體取出,放置在充滿培養液的桶子內維持其生理活性,並能透過超級電腦將真實大腦接收的電訊號完全複製並連結到缸中之腦。超級電腦會提供一個模擬的真實環境(譬如走路),讓缸中之腦能以為自己還控制著身體的主人並在真實的世界活著(圖一)[3]

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圖一,認為自己正在走路的缸中之腦示意圖。圖/ Wikipedia

此思想實驗常常用來作為哲學懷疑論(philosophical skepticism)和唯我論(Solipsism, 一種認為只有自我是唯一真實存在的哲學理論)的論證(argument)。因為從大腦的角度,不論我們是在真實世界走路,抑或是在缸中接收走路的電訊號,我們都認為自己正在走路,大腦無法知道自己是顱中之腦還是缸中之腦,也因此我們無法得知何謂真實與虛假。

有趣的是,透過現今的神經科學技術,科學家們也能在小鼠腦中的海馬迴(hippocampus)上,透過刺激記憶痕跡(memory engram)來製造真實世界並未學習過的虛假記憶[4]

身體的「歸屬感」是一種大腦產生的假象

上述的思想實驗又或是動物實驗都存在一個很大的盲點,那就是並沒有真正的人(又或是各位讀者)能證明自己主觀的感受是被大腦牽著鼻子走。思想實驗是存在於假想的情境,科學上並未提供驗證。即便動物實驗測量了的動物行為表現,我們仍舊無法得知動物真正的主觀感受和行為是否一致。

我們常認為自己感受的一切理所當然存在,就如同我們能感受自己的四肢的存在,並隨意的指揮身體的移動,從沒思考過其存在的真實性。

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1998 年,美國賓州的心理學家馬修.伯敏尼(Matthew Botvinick) 和強納森・考亨(Jonathan Cohen)就在《Nature》期刊發表了一個簡短的通訊,透過了一個經典的橡膠手錯覺(rubber hand illusion)實驗[5],讓我們知道原來我們身體的感知,其實也是大腦塑造的一種假象。

兩位男子試做橡膠手錯覺實驗。

此研究獲得極大迴響,也影響後續許多哲學理論、心理學、神經科學、以及醫學工程的發展,至今(1998-2022)甚至引用次數已將近五千次。

橡膠手錯覺實驗的操作非常容易,只需要準備一隻假手,一塊不透明的隔板,以及兩支毛筆刷。接著,將假手放在面前的桌子,並透過隔板將自己的手藏在隔板旁不讓自己看到,然後讓另一位夥伴用毛筆刷同時你的真手以及假手,過程中我們必須一直盯著假手。

過了一陣子後,實驗者會開始有假手才是自己真的手的錯覺,甚至當對方用鎚子敲打假手時,我們會有疼痛感。也有研究指出透過橡膠手錯覺,能用來調控痛覺達到止痛效果[6]

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橡膠手錯覺的進一步應用甚至能讓實驗者產生自己有三隻手的錯覺[7],此現象稱作畢博布羅克斯錯覺(The Beeblebrox illusion),命名概念取自銀河漫遊指南一位擁有三隻手的角色柴法德.畢博布羅克斯(Zaphod Beeblebrox)[8]

橡膠手錯覺所帶來的身體轉移錯覺現象(body transfer illusion)說明了我們感受到的肉身其實只是大腦產生的一種假象,我們甚至能將自己的身體一部分移轉到虛擬的影像[9]上,讓自己出現類似靈魂出竅、遊離出身體的現象[10],又或是和別人身體交換的感覺[11]。這個現象也說明了在適當的實驗操作下,我們想要體驗莊周夢蝶是極有可能辦到的。

我們對身體的感知也是大腦創造的假象的話,你的手有可能不是你的手…? 圖/GIPHY

大腦內的幽靈——幻覺

為了驗證人們所謂的真實,必須要能針對相同事物與環境進行描述,且大多數的人能給出相似的答案。同時能用超過一種感官驗證該事物的存在。

舉例來說,要確認我面前的是一顆真正的蘋果,除了我眼睛看到外,我甚至能聞到其香味,又或是拿起來吃下肚,而且不只是我,路上隨便的一個人也能和我一樣對該蘋果進行類似的描述。但若是我說眼前的是一顆真的蘋果,但卻發現伸手拿也拿不到,且周圍朋友也說根本沒看到任何蘋果,這就代表著很有可能我出現幻覺(hallucination)。

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「嘿!我看到了一顆蘋果,你有看到嗎?」 圖/GIPHY

這邊的幻覺指的是擁有非外界刺激產生的感知,包含聽到、看到、又或是感受到實際並不存在的東西。產生幻覺的人雖然自認該感覺是真實的,但從旁人來看,我們能清楚知道那是虛假不存在的,也因此研究幻覺的大腦神經機制將有助於幫助我們了解那種說不出的「真實感」,到底是如何在大腦被建構出來。

在南北戰爭結束後,美國醫師塞拉斯.威爾.米切爾(Silas Weir Mitchell)在 1866 年的七月《亞特蘭大月刊》(Atlantic Monthly)刊登了一篇喬治‧迪德羅(George Dedlow)北軍中尉被截肢切掉雙腳卻感受到其仍存在的故事[12],並開始用感覺幽靈(sensory ghosts)以及幻影(phantoms)來定義之。

在今日我們稱此幻覺為「幻肢」,是人類失去身體部位後所產生的一種幻覺,會使人感覺失去的部份依舊附著在軀幹上,並與身體一起移動。統計上發現超過八成的截肢患者都會出現幻肢的現象。幻肢產生的神經機制目前還尚未完全清楚,但普遍認為是和截肢後大腦皮質的重組(cortical reorganization)有關[13]

幻覺的出現也與精神疾病、神經退化性疾病或是物質濫用有關。

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思覺失調症(schizophrenia)的病人有大約八成曾經出現過幻覺,尤其是幻聽[14]。巴金森氏症(Parkinson’s disease)的病人大約七成五左右也會出現幻覺,尤其是幻視[15]

以神經科學的角度來說,幻覺的發生有很多種原因。 圖/GIPHY

迷幻劑(hallucinogens)、K 他命(ketamine)、致譫妄藥(deliriants),具有阻斷大腦神經傳導物質乙醯膽鹼(acetylcholine, ACh))的物質的抗膽鹼劑(anticholinergic agents)[16],甚至過量攝取咖啡因(caffeine)[17]的報導與幻覺出現有關。

由於幻覺的成因種類太過複雜,目前在神經科學上還不清楚其詳細的機制。目前認為是和失常的訊息整合,以及接收周邊感覺刺激訊息的初級感覺區域有關,其中出現幻覺的巴金森氏症病人就與感覺整合區、視丘(thalamus)在結構上的變化以及多巴胺濃度失調有關[15]。一般幻聽和幻視症狀的人在初級聽覺以及視覺皮質上則出現自主的反應[18]

總結

從莊周自身的角度來說,不論是蝴蝶又或是莊周,他的主觀感受的真實感是真正存在於他的大腦。大腦塑造的真實感,從定義上來看就是一種神經表徵,這和物理真實世界引發的神經反應,又或是人工刺激大腦後產生的虛擬實境世界並無差異。

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透過幻覺的研究,科學家們發現和感覺區域的異常以及神經傳導物質的失調有關。真實與虛幻或許不只是一個哲學問題,也是一個科學問題。

參考文獻

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Sense
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Perception
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Brain_in_a_vat
  4. Liu X, Ramirez S, Pang PT, Puryear CB, Govindarajan A, Deisseroth K, Tonegawa S. Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature. 2012 Mar 22;484(7394):381-5. doi: 10.1038/nature11028.
  5. Botvinick M, Cohen J. Rubber hands ‘feel’ touch that eyes see. Nature. 1998 Feb 19;391(6669):756. doi: 10.1038/35784.
  6. Fang W, Zhang R, Zhao Y, Wang L, Zhou YD. Attenuation of Pain Perception Induced by the Rubber Hand Illusion. Front Neurosci. 2019 Mar 22;13:261. doi: 10.3389/fnins.2019.00261.
  7. Guterstam A, Petkova VI, Ehrsson HH. The illusion of owning a third arm. PLoS One. 2011 Feb 23;6(2):e17208. doi: 10.1371/journal.pone.0017208.
  8. https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-beeblebrox-illusion-scientists-convince-people-they-have-three-arms
  9. Slater M, Perez-Marcos D, Ehrsson HH, Sanchez-Vives MV. Towards a digital body: the virtual arm illusion. Front Hum Neurosci. 2008 Aug 20;2:6. doi: 10.3389/neuro.09.006.2008.
  10. Lenggenhager B, Tadi T, Metzinger T, Blanke O. Video ergo sum: manipulating bodily self-consciousness. Science. 2007 Aug 24;317(5841):1096-9. doi: 10.1126/science.1143439. 
  11. Petkova VI, Ehrsson HH. If I were you: perceptual illusion of body swapping. PLoS One. 2008;3(12):e3832. doi: 10.1371/journal.pone.0003832. 
  12. https://www.theatlantic.com/magazine/archive/1866/07/the-case-of-george-dedlow/308771/
  13. Ramachandran VS, Hirstein W. The perception of phantom limbs. The D. O. Hebb lecture. Brain. 1998 Sep;121 ( Pt 9):1603-30. doi: 10.1093/brain/121.9.1603.
  14. Montagnese M, Leptourgos P, Fernyhough C, Waters F, Larøi F, Jardri R, McCarthy-Jones S, Thomas N, Dudley R, Taylor JP, Collerton D, Urwyler P. A Review of Multimodal Hallucinations: Categorization, Assessment, Theoretical Perspectives, and Clinical Recommendations. Schizophr Bull. 2021 Jan 23;47(1):237-248. doi: 10.1093/schbul/sbaa101.
  15. Weil RS, Reeves S. Hallucinations in Parkinson’s disease: new insights into mechanisms and treatments. Adv Clin Neurosci Rehabil. 2020 Jul 13;19(4):ONNS5189. doi: 10.47795/ONNS5189.
  16. https://en.wikipedia.org/wiki/Hallucination#cite_note-17
  17. Crowe, S. F., et al. “The effect of caffeine and stress on auditory hallucinations in a non-clinical sample.” Personality and Individual Differences 50.5 (2011): 626-630.
  18. Zmigrod L, Garrison JR, Carr J, Simons JS. The neural mechanisms of hallucinations: A quantitative meta-analysis of neuroimaging studies. Neurosci Biobehav Rev. 2016 Oct;69:113-23. doi: 10.1016/j.neubiorev.2016.05.037.
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YTC_96
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從大學部到博士班,在神經科學界打滾超過十年,研究過果蠅、小鼠以及大鼠。在美國取得神經科學博士學位之後,決定先沉澱思考未來的下一步。現在於加勒比海擔任志工進行精神健康知識以及大腦科學教育推廣。有任何問題,歡迎來信討論 ytc329@gmail.com。