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倫敦的計程車司機-《數位癡呆症》

PanSci_96
・2015/09/07 ・3394字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

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Credits: Ad Meskens
Photo credit: Ad Meskens

導航:在腦內與外界

在九○年代初,國內有一件事越來越顯著,即,有許多道路交通事故是由不熟悉環境的駕駛所導致的:他們開得太慢,妨礙了交通流量,還無預警地突然剎車,而引發許多行車事故。地理課顯然失效,因為許多人都讀不懂地圖了。他們一到陌生的城市便駕駛得很不安心,因而對自己和他人形成危害。於是交通部、文化部和汽車業的代表們便研討起可行的解決辦法。到了兩千年,美國國防部對全球衛星導航技術的改善,促使所有的新型汽車全面採用數位導航系統。從二○○一年開始,導航系統便跟安全氣囊一樣將成為強制規定。其思考邏輯很簡單:要是大家都在車上設置一個有著地圖資料的螢幕,就可以再度學習辨認方向,因為有一名最佳數位導遊可以使用:汽車導航系統。於是,不熟悉路線的情況就不會再發生了。

現在你當然會注意到事情不太對勁:雖然確實有越來越多由不熟悉路線的駕駛所造成的市內交通事故,而兩千年美國國防部也確實達成導航系統衛星放送精確定位的訊息,但車內數位導航系統的強制規定卻一直沒有出現。系統是被採用了(以自願方式),如今也有許多人在車上使用這種儀器;但要是以為人們因此學會更好的導航,那就大錯特錯了。完全相反!在車內設置衛星導航系統的人,是被導航而不再是自己導航:他本身定向、定位的能力減弱了。

這種能力根源於腦內相當特定的部位,海馬體(hippocampus)。海馬體中有主司特定位置的細胞,因為細胞會學習這些位置。大家可以察看這種學習過程,也就是察看尚未譯解任何位置的細胞,如何變成所謂的位置細胞。憑藉這種細胞的活動,甚至還可以指示出某隻實驗動物當時的位置。藉由細電極讀取動物腦內的訊息,便是最終做了動物本身要做的事情。目前我們可以藉由這種研究,來詳加了解人腦是怎樣達成空間定位的。

Source: wikipedia
位在大腦顳葉深處的海馬體(圖中藍色部位)。Source: wikipedia

從上個世紀末我們就知道,必須熟悉陌生地域的人是憑藉海馬體來實現的。實驗證實,在迷宮中找出路的受試者,其海馬體有活化的跡象。兩年之後,研究人員發現,倫敦司機的海馬體比實驗中控制組的人來得大。要是考慮到必須熟悉大約兩萬五千條街道以及上千個地方和名勝,才能在倫敦當司機的話,這個實驗結果就不令人驚訝了。這種知識需要經過大約三、四年才能獲得。他必須接受一連串的考試,等到全部通過之後才能拿到執照。這種作法在世界上是獨一無二的,對乘客當然有很大好處:司機對路線瞭若指掌。

在腦內的學習

因為倫敦司機學會好好認識自己的城市,所以在他們腦中所達成的這種記憶過程特別容易研究。腦部在學習時所發生的情況會變得顯著,而且可以顯示出倫敦司機所經歷的年數在自己海馬體的容積上所產生的影響:倫敦司機在街道上歷練越多年,這塊負責導航的腦區也就越大。所以記住許多地方的人,所儲存的腦區就會成長。

這條法則不僅適用於特定地方、甚至英國首都的計程車業,也相當具普適性。學習雜耍的人,在負責處理視覺動作腦區的容積可測量到有所增加。同樣地,在比較其學習過程時,音樂家也比對照的受試者更傑出。學習演奏小提琴或吉他的人,負責左手手指腦區的容積會變大。管弦樂手一般都有較大的聽覺腦區,這甚至依他們在管絃樂團中的演奏位置而有所分別。醫科學生必須為了所謂國家考試而記住很多事實:人的記憶力很少受到這樣的考驗,而且實驗證實,這種對許多事實的緊湊記憶會對海馬體容積發生影響。實驗結果也顯示,在學習過程之後所擴大的容積會繼續維持。

如果想要對長期過程的原因和影響表示看法,就不能迴避縱向追蹤研究:必須測量某種大小,例如海馬體在特定較長的經歷期間之前之後的容積。如果在某些接受特定訓練者,以及未接受特定訓練者之間作比較時發現相當的變化,這些變化就很有可能是由這項訓練所導致的。這種研究已經做過。除了剛才提到的醫科學生之外,更有另一項關於倫敦計程車司機(怎會是別的呢?)的新研究。

倫敦的神經科學家探究了七十九名男性計程車司機,在訓練前和訓練後三、四年海馬體的成長;同時也對控制組的三十一名男性受試者進行測試。在訓練結束時,七十九位初學者當中,有三十九名通過考試而成為有執照的計程車司機。所以這裡可以比較三個組別海馬體的成長:一組是學成的,一組是經過嘗試但失敗的,第三組則是沒有經歷過這種學習過程的控制組。各組在年齡、學歷、智力以及數個月的訓練時間方面,並沒有顯著差異,但在每周訓練時間方面卻是有的。通過考試者的平均訓練時數達到三十四.五小時,而沒有通過考試者則只有十六.七小時。正如圖1.7所清楚顯示,通過執照考試的計程車司機們,海馬體的灰質(也就是神經細胞)有顯著的增加(唯獨他們才有!)。

圖1.7 倫敦計程車司機在訓練前(白柱)和訓練三、四年之後(黑柱)海馬體灰質的密度。包括三十九位通過考試者(左方),四十名未通過考試者當中的二十名(在第二次測量時有二十名缺席),以及沒有受過訓練的控制組三十一名受試者。本圖出自《數位癡呆症》。
圖1.7 倫敦計程車司機在訓練前(白柱)和訓練三、四年之後(黑柱)海馬體灰質的密度。包括三十九位通過考試者(左方),四十名未通過考試者當中的二十名(在第二次測量時有二十名缺席),以及沒有受過訓練的控制組三十一名受試者。本圖出自《數位癡呆症:我們如何戕害自己和子女的大腦》

現在可以推論,即,他們是以司機身分來移動的,而導致海馬體成長的就是這種持續移動的印象。由於神經科學一連串的發現實際上把自行移動跟海馬體的活動聯繫起來,所以這種解釋沒有從一開始就被排除。要證明倫敦計程車司機海馬體變大,確實跟數年來在英國首都所獲得的導航超常能力有關,他們的腦就不應該拿來跟正常的控制組成員做比較,而是應該跟相當特別的控制組,倫敦的巴士司機做比較。這些人在交通時間跟計程車司機一樣地移動,另一方面他們卻只行駛特定的路線,而不需要特別的地方認知。除了幾年的導航訓練,其他的前提條件則相等。倫敦的腦科學研究者於是研究了十八名有照的倫敦計程車司機和十七名倫敦巴士司機,兩組在年齡、學歷、駕駛經驗和智力方面都沒有顯示任何組別差異。然而,結果只有計程車司機顯示出海馬體增大。

雖然海馬體是腦部相當微小的構造,對於全腦的運作卻相當重要。海馬體不僅儲存了互相連結的(實際)地方認知,也在腦皮質儲存了位置(「地址」),在這裡給特定的性質或特徵編碼。而兩者的連接便形成了所謂的事件(「昨天兩點半左右,我在廚房把綠茶杯掉在地板上而粉碎。」)。腦皮質透過緩慢學習而形成由許多模組所組成的特徵地圖,而海馬體卻是不斷將事物結合起來,從我們腦皮質的多種激奮中形成事件、體驗和長期的記憶內容。

很久以前就有人推測,海馬體中不斷受到重度負荷的神經細胞,會在額外的負擔(例如壓力)之下遭受衰亡的威脅。所以壓力不僅會提升高血壓、心肌梗塞、胃潰瘍、賀爾蒙問題(成長和性的障礙)、肌肉萎縮(藉由分解蛋白質來儲備能量),以及免疫系統減弱(傳染病和癌症的增加)的風險,也會導致腦中神經細胞的衰亡。

先前法蘭克福解剖學家布拉克(Heiko Braak)的研究,便證實阿茲海默症根源於海馬體的區塊,且隨後會沿著與腦皮質其他腦區的許多連結而擴散(參閱圖1.10)。

圖1.10 阿茲海默症的擴散。在初期(上圖)單單出現在海馬體區塊;中期(中圖)擴散到與海馬體相連接的大腦皮質區塊;後期(下圖)實際上擴及全腦。本圖出自《數位癡呆症》。
圖1.10 阿茲海默症的擴散。在初期(上圖)單單出現在海馬體區塊;中期(中圖)擴散到與海馬體相連接的大腦皮質區塊;後期(下圖)實際上擴及全腦。本圖出自《數位癡呆症:我們如何戕害自己和子女的大腦》

 

 

986918420本文摘自《數位癡呆症:我們如何戕害自己和子女的大腦》,由暖暖書屋出版

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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

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

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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天選之人!為什麼地球上只有我們是高智慧生命體?——《人類的旅程》
商業周刊
・2022/10/21 ・2959字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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人類最早的足跡

爬著蜿蜒的山路,前往位於現代以色列的迦密山洞穴,不難想像史前時代這一帶的壯麗環境。

地中海型氣候應是四季宜人,氣溫只會小幅變動。附近青翠的山谷裡,穿山越嶺曲折流過的溪流,應是飲用水的來源。山脈旁的森林應適合狩獵鹿、瞪羚、犀牛、野豬。再向外,在毗連狹長海岸平原及撒馬利亞山脈的開闊荒野地帶,應生長著史前品種的穀物及果樹。四周的溫暖氣候、多樣性生態及生食材料,應使迦密山洞穴成為萬千年來,無數狩獵採集族群的理想家園。

這些古代洞穴,如今是聯合國教科文組織(UNESCO)的人類演化世界遺產,從中挖掘出的遺物確實證明,在數十萬年間,這裡曾有一連串史前人類棲息地,同時智人與尼安德塔人(Neanderthals,譯注:遺跡最早在德國尼安德河谷被發現的史前人類)可能曾經相遇,引人遐思。

1920 年查爾斯.R.奈特( Charles R. Knight )所畫的,想像中的史前人類。 圖/wikimedia

在此地和世上其他遺址的考古發現,顯示遠古及早期現代人類,是緩慢但持續學會新技能,善於用火,打造出越來越精細的刀刃、手斧、黑燧石及石灰石工具,也創作藝術作品。這些文化與技術進步,逐漸成為人類特徵,使我們有別於其他物種,而關鍵的推力之一,是人類腦部的進化。

人腦為什麼能發展得如此特別?

人類的腦部非比尋常:容量大且經壓縮,比所有其他物種的腦部都複雜。人腦的大小在過去六百萬年裡長大三倍,這種變化大都發生於二十至八十萬年前,以智人出現前為主。

在人類歷史的長河中,人腦的能力為何能擴展到如此強大?答案乍看之下或許不言而喻:頭腦發達顯然使人類可以達到地球上沒有其他生物辦得到的安全與繁榮水準。然而,事實真相要錯綜複雜得多。要是像人腦那樣的腦部,真的如此明確有益於生存,那其他物種經過數十億年演化,為何未發展出類似的腦部?

我們暫且來看看其間的差別。以眼部為例,它是沿幾條演化路徑獨立發展。有脊椎動物(兩棲類、鳥類、魚類、哺乳類、爬蟲類)的眼部,頭足類動物(烏賊、章魚、墨魚)的眼部,還有較簡單形式:單眼,見於蜜蜂、蜘蛛、水母、海星等無脊椎動物。這種現象稱為趨同演化(convergent evolution),就是不同物種各自演化出相似的特徵,而非來自共同祖先的既有特徵。眼部之外的例子不勝枚舉,像是昆蟲、鳥類、蝙蝠都有翅膀,魚類(鯊魚)與海生哺乳類(海豚)為適應水下生活而體形類似。

顯然不同物種是各自發展而獲得近似的有利特徵,但是能夠創作文學、哲學、藝術傑作,或發明耕犁、輪子、指南針、印刷機、蒸汽引擎、電報、飛機、網際網路的頭腦,卻是例外。這種頭腦只演化過一次,在人體上。

人腦隨著演化發展與進化。圖/pixabay

這麼強大的腦部,具有明顯的優勢,為何在自然界絕無僅有?

這個謎題的解答,有部分要歸咎於腦部的兩大缺點。一來人腦需消耗龐大能量。它只占人體二%的重量,卻要消耗二○%的能量。其次人腦很大,使新生兒頭部很難通過產道。因此比其他動物的腦部,人腦更壓縮或更「褶皺」,並且人類嬰兒出生時,腦子只有「半熟」,需要好多年的微調才能成熟。

所以人類嬰兒無生活能力:許多動物的幼兒出生後不久就會走路,也很快就能自己覓食,人類卻需要兩年時間才能穩穩地走路,至於物質上自給自足,還要很多年。既然有這些缺點,那當初是什麼因素導致人腦的發展?

研究者曾認為,或許有數種力量共同促成這一過程。

生態假說(ecological hypothesis)主張,人腦是出於人類暴露在環境挑戰下而進化。當氣候起伏不定,附近動物的數量隨之增減,腦部較發達的史前人類更能夠找到新的食物來源,設計捕獵採集策略,發展烹煮及儲存技術,使他們在棲息地生態條件不斷變動下依舊能夠生存並興旺。

反之,社會假說(social hypothesis)主張,在複雜的社會結構中日益需要合作、競爭、交易,這促成更精進的腦部,才更有能力去理解他人的動機,預期他人的反應,於是成為演化優勢。同理,能夠說服、操弄、恭維、敘述、娛人,這些都有利於個人社會地位,也有它本身的好處:刺激大腦發展及說話、論述能力。

文化假說(cultural hypothesis)則強調人類吸收及儲存資訊的能力,使資訊能夠代代相傳。依此觀點,人腦的獨特優勢之一是能夠有效率地學習他人經驗,養成有利的習慣與偏好,不必仰賴緩慢許多的生物適應過程,即可促進在各種環境下存活。換言之,人類嬰兒雖然身體上無能為力,但是頭腦裡備有獨特的學習能力,包括能夠領會及保留,曾幫助祖先存活、也將協助後代興盛的行為規範,那就是文化。

另一種可能進一步推動腦部發展的機制,是性選擇(sexual selection)。即使對腦部本身沒有明顯的演化優勢,但人類也許形成了對頭腦較發達的配偶的偏好。這些先進的頭腦或許具有對保護及養育子女很重要的隱形特質,有意找這種配偶的人,從可辨認的特徵像是智慧、口才、思慮敏捷或幽默感,能夠推斷出這些特質。

科技進步下越來越聰明的大腦!

人類獨有的進步以人腦進化為主要推力,尤其在於它有助於帶來技術進步:以日益精進的方式,把周遭自然物質及資源轉為我們所用。技術進步又塑造繼起的演化過程,使人類得以更成功的適應不斷變動的環境,從而進一步推動新科技及加以利用。這種重複且具強化作用的機制引導著科技加速向前邁進。

隨著技術進步大腦也更快速發展。圖/pixabay

尤其有人主張,越來越熟諳用火的早期人類開始烹煮食物,因而減少咀嚼和消化所需的能量,以致熱量充裕,並空出原本由顎骨和肌肉占據的頭顱空間,更加刺激腦部成長。這種良性循環或許促進烹飪技術更多創新,繼而又使腦部進一步成長。

不過腦部並非人類與其他哺乳類唯一有別的器官。人的手也是其一。與腦合作的雙手,也在一定程度上為回應技術而演化,尤其受益於製作及使用狩獵工具、針、烹飪器皿。

特別當人類長於雕刻石頭、製作木矛等技術時,能夠強力使用並正確加以改良的人,存活的可能性就增加。擅長狩獵的人能夠更可靠地養家活口,扶養更多子女長大成人。相關技能的世代傳承,使人口中能幹的獵人比例增加。再來,進一步創新的好處,如更堅硬的矛和後來更強的弓、更尖的箭等,又提高狩獵技藝的演進優勢。

類似性質的正面回饋循環,見於整個人類歷史:環境變遷與技術創新,促進人口成長,引發人類去適應變化中的棲息地和新工具,這些適應增強人類操縱環境、創造新技術的能力。在後面會看到,這種循環是理解人類歷程,解開成長謎團的關鍵。

———本書摘自《人類的旅程》,2022 年 10 月,商業周刊,未經同意請勿轉載

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