0

0
0

文字

分享

0
0
0

當一群聰明的腦袋 聚在一起思考「腦」問題--《科技報導》

科學月刊_96
・2015/10/22 ・3584字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

作者/陳其暐(科學月刊編輯)

孫以瀚博士,高中就讀於新竹高級中學,大學畢業於臺大植物系,之後前往美國加州理工學院攻讀博士。學成歸國後,以果蠅為主要研究方向,專注於探索果蠅視覺系統發育的分子調控機制。目前孫以瀚博士為中央研究院分子生物所特聘研究員,在分子生物學、遺傳學、發育生物學等領域貢獻良多。

孫以瀚過去在擔任國家科學委員會(現改制為科技部)副主委期間,曾推動「百人拓荒計畫試辦方案」,近期則開始推行「神經科學研究專案計畫」,不僅與臨床、工程、數理等各個領域專家組成計畫委員會,並同時舉辦神經科學領域的腦力激盪式的討論會,廣邀學者參與,期望藉此激盪出不同的科學火花。

DTI-sagittal-fibers
神經科學是一門研究神經結構與功能的學門。 Source: wiki

科學拓荒,追求創新價值

在科技部的「百人拓荒計畫試辦方案」中,要求申請者的研究計畫須具備「開創性」,鼓勵科學研究人員跳出框架,大膽創新。這項計畫使非主流研究也能有大放異彩的機會,不僅審查過程採匿名制,也不需與過去的研究相關,並且著重於計畫的「創意」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為何孫以瀚想推動如此類型的計畫?在過去,年輕且較無實績的研究人員們,通常不容易取得大型專案研究計畫的補助。而原本就已有研究成果的團隊,取得這些計畫補助的機會則大得多。

「我希望在審查制度上強調創新,而非只看過去的實績。」孫以瀚也強調,必須要與所有的審查人員溝通,不能像從前一樣只關注過去發了多少篇研究論文,而是要用創新的眼光去審視這些申請案,否則就失去百人拓荒計畫的意義了。

「從國家的角度來看,國家投入研究經費,用意不在於發表文獻或為了KPI(key performance indicator,關鍵績效指數),這些對於國家而言其實意義不大。重要的是,我們要能在科學上有所突破,同時對人類產生深遠的影響。」他這麼說。

大部分的人都在做主流研究,然而我們很難跟全世界競爭主流的東西。「拓荒」的概念就是希望大家跳出主流,然後思考何處可以創新突破。孫以瀚談到:「其實很多人都有不錯的想法,但這些想法都只流於口頭上的談論,而沒有實際行動。」當然可能是受限於這些人無法取得足夠的資金與資源。比如,當一個申請者今天突然有了一個新想法,在舊有的審查制度上,第一關就可能因為沒有相關的專門技術或實驗佐證而被阻擋。百人拓荒計畫的設計目標就是,不需要實驗數據,甚至不需要知道申請人的身分,使得大家立足點平等,純看申請人的創意,讓每個人都有機會跨出第一步。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「在這個計畫下,我不需要給申請人很多補助,因為重點不在於做一個大型的研究。我們想看到的是,申請人能不能用簡單的實驗說明他們的概念與價值。所以一開始,會給他們少一點的錢。計畫一年期滿後就進行考核,淘汰二分之一的團隊,其餘通過審核的研究計劃就能拿到兩倍的補助金。我認為,只要能刺激大家思考,就已達成我們目標的一部分了。」孫以瀚表示。

改變科學研究現況

除了「百人拓荒計畫」,近期孫以瀚正協助科技部規劃「神經科學研究專案計畫」,有別於過去科技部計畫的推動模式。他不斷嘗試用嶄新的方法,來推動臺灣的科學研究。2014年年底,孫以瀚 接下臺灣基礎神經學會理事長後,便不斷思考整體神經科學領域的未來走向。他認為,一個科學領域必須要藉由討論,以決定未來發展的重要議題。每個人通常都有惰性或慣性,使得我們會一直做自己熟悉的題目,而不太容易跳出框架。

「我想每個人心裡其實都想做更偉大更創新的東西。有時候,你要讓一群人聚在一塊,共同討論後,就會激起不同的火花。」

於是,他與科技部生科司蔡少正司長談論如此的想法,剛好現有的神經科學專案計畫即將到期。在考慮未來計畫的延續時,蔡司長便委託孫以瀚負責「神經科學研究專案計畫」的規劃。他認為,規劃事情時,重點在於如何避免利益衝突。時逢他即將退休,因此能夠避免自身利益的影響,肩負起這項計畫的執行。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

「假使這一次神經科學計畫能夠成功透過學界廣泛的討論取得共識,就能成為往後計畫實施的典範。」如此一來,其他領域的人也有機會可以嘗試。

在這次「神經科學研究專案計畫」的規劃過程中,孫以瀚舉辦了三場小型的腦力激盪討論會。這些討論會不僅討論神經科學相關的重要議題,也討論本土科學家能為學界做些什麼。「其實很多領域都可以做這種推動。只要花少少的錢,就能讓大家好好討論重要的事物。」事實上,孫以瀚並非頭一個嘗試這種作法的人。像美國物理學界和數學界,每年都會討論決定該領域的十大重要問題。無論如何,一個領域能夠大家多談多討論,就能產生很多好處。除了面對面舉辦討論會以外,他也希望能透過網路的力量來延續這些議題,包含使用網路論壇或者是新興的社群媒體。每一個剛成形的主題,都需要聚集更多人去討論,才有更多發展的空間。另外,在接下來的階段,他將會凝聚一些力量,針對某些主題做更詳盡的探討。他說,有時候網路討論上可能會冒出新的方向,或許其中就有值得做的東西。

就孫以瀚的觀點來看,在申請計畫之前,多花一點時間討論才是好的。而非提供經費給一個平凡無奇的計畫。所以,他建議,在將來徵求計畫的時候,審核前就先舉辦一場討論會,讓每個計劃都有表達意見的機會。經過討論之後,計畫就會變得更成熟可行。

「在討論過程中,我們不應該害怕別人如何偷去我們的想法,因為一個領域的大方向是大家都可以討論的。並且,有沒有能力實踐又是另外一回事。大家都認為跨領域很重要,但也關乎到你是不是真的能夠與別人合作。然而,我們的計畫評審制度其實不太鼓勵合作,這一類的制度也必須要修改。」孫以瀚如此認為。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
800px-Cognitive_science_heptagram.svg
試圖了解關於腦中的訊息(或情感)是如何被我們處理,這絕對不是只有一個學門的專業就能做得到的事。圖中所呈現的是一門跨領域學門「認知科學」所涵蓋的專業領域,這個學門便是為了上述的問題而存在的。 Source: wiki

如何實踐真正的科學合作?

「你怎麼跟這麼多人合作,然後又這麼成功?」孫以瀚曾經這樣問中研院院士江安世,這位在果蠅神經領域有卓越貢獻的科學家。江安世告訴他,合作不是嘴巴上說有興趣、聊聊就算了。真正的合作,是合作雙方各派一個人到各自的實驗室,並指定學生專職做合作的計畫,這樣才能有實質的合作。

「所以我覺得將來審查的時候要著重於此。假如今天申請人要做果蠅的躁鬱症模型,那就要看申請人是否有跟一位臨床醫師合作,而這位醫師必須親自去實驗室觀察果蠅,幫助你確認動物模式的可靠性。另一方面做果蠅的人,就必須真的到診間觀察病人。如此才能稱為真正的合作。」孫以瀚也相信,我們必須鼓勵這一類的事情發生。

臺灣神經科學的未來

臺灣的神經科學要如何在世界上找到定位?孫以瀚強調,我們必須「發展新工具」,工具決定我們能夠做什麼事情,也決定是否能取得領先地位。再來則是「跨領域合作」,結合不同領域的專家,活用不同的能力。例如以做生物研究的人來說,若能與工程方面的專家合作,就可以跨越障礙。孫以瀚以神經科學領域中的一個議題為例,「例如疼痛就是一個重要,但不是世界各國都密集關注的問題。」他說,假如我們可以針對「疼痛」,從整合基礎到臨床的研究,到發展相關儀器,並藉此連結到產業界,或許就能有所突破。

「我們無法像美國或歐盟做又基礎又龐大的研究。」但臺灣仍然有幾個強項,其中一個就是果蠅,意即模式生物(model organism)的應用。江安世院士在果蠅領域建立了堅實的基礎,如追蹤果蠅的平台。假使這些技術能夠開放給大家利用,就能使臺灣做這部分研究的人取得世界領先。當然,孫以瀚認為,單純只做果蠅還不夠,必須讓臨床或心理學專長的人可以進駐合作,使果蠅行為與疾病、心理等議題連結(如躁鬱症、憂鬱症、注意力和決策等),如此就能衍生更多有趣且重要的研究。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

美國實行一個神經科學計畫時,會設立很明確的目標。其他像是歐盟、日本,也都有很完整想要到達的方向。不過當要孫以瀚為臺灣神經科學計畫描繪一個目標時,他這麼回答:「我不太認為我們需要有一個明確的終點,像人類基因體計畫(human genome sequencing),或者是腦部描繪(brain mapping),這些目標都是很具體的,可是那些並不是我們所追求的。」他認為:「很多東西仍然需要廣泛的討論,同時我也希望,在計畫實踐過程中,能夠不斷發掘出新的事物。」在科學研究這條路上,仍有許多的不確定性,但同時也是最大的樂趣所在。在未來,孫以瀚博士仍將全心投注自我,為臺灣神經科學領域持續貢獻心力。(本文選自《科技報導》2015年5月號)

報導延伸閱讀:
歐巴馬的BRAIN計畫
當BRAIN計畫進入實際運作

看《科技報導》議論科學五四三

文章難易度
科學月刊_96
249 篇文章 ・ 3481 位粉絲
非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
合成生物學:開啟人類未來的鑰匙?——《未來的造物者》導讀
臉譜出版_96
・2023/11/10 ・2542字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 陳瀅州/國立陽明交通大學生命科學系暨基因體科學研究所助理教授

這幾年在大學教書,每逢金秋十月的諾貝爾獎季節,整個校園都彌漫著一股躁動與期待。尤其在生理醫學獎、物理學獎和化學獎公布前夕,各種猜測和傳聞紛紛出現,談論著獎項可能頒給合成生物學領域。這些傳言不僅在學生和老師之間流傳,甚至吸引了媒體的關注。有幾次,校方和記者會提前找到我,希望從我這打著合成生物學旗號的研究學者得到一些線索或看法。這樣的情境不僅凸顯了合成生物學在科學界的日益重要性,也充分反映了合成生物學打破學科界限,跨越不同領域的研究。事實上,合成生物學不僅僅在健康醫療領域取得進展,其創新技術和理論已悄悄滲入到每個人的日常生活中,包括永續環境、智慧農業、奈米科技,甚至是政府政策與法規的擬定,展現真正的跨領域合作。

二○二三年三月,美國白宮科學和技術政策辦公室公布了對生物技術的未來展望,明確標示出合成生物學在全球科學發展的關鍵角色,從氣候變遷到供應鏈韌性、從農業創新到人類健康,合成生物學的影響與應用已無所不在。而美國並非唯一看到這趨勢的國家。近年來,中國將合成生物學列為其戰略前瞻性重大科學領域和重點發展生物技術,反映出中國對於這門學科的高度重視。同時,在台灣,國家發展委員會近年也積極推動與合成生物學相關的研發策略,融入其六大核心戰略產業和五加二產業創新計畫中。這些策略決策不僅展現了各國政府對合成生物學的信心,也凸顯了它在全球科技發展中的核心地位。

合成生物學到底是什麼?它為什麼如此重要,以至於受到如此多的關注和期待?圖/pexels

當我們邁入二十一世紀,面對合成生物學這一革命性的學科成為我們日常生活中不可或缺的一部分,我們首先要回答的問題是:合成生物學到底是什麼?它為什麼如此重要,以至於受到如此多的關注和期待?合成生物學結合了生物探索、工程設計和跨領域的技術應用,致力於發展和構建新的生物系統。與傳統的基因工程不同,傳統的基因工程技術主要著重於研究及修改基因,從而修補或增強基因的某些功能。然而,合成生物學的範疇遠不止於此。

合成生物學的目標是全面理解生物系統的工作原理,並根據這些知識重新設計和構建具有特定功能的生物機器。它不只是在既有的生物框架上進行微調,還可以從零開始,系統性地設計和構建全新的生物系統。由於需要將複雜的生物元件進行重組和調控,近年結合人工智慧,使科學家能夠更精準地預測、模擬和控制生物系統,這是傳統基因工程難以實現的。這其中的挑戰遠超我們的想像,但所帶來的可能性也是前所未有的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

舉例來說,在精準醫療領域中,合成生物學已經開發出能夠生產新型藥物、治療遺傳性疾病,甚至對抗癌症的智慧細胞。在環境保護領域,我們可以設計微生物來處理汙水、減少溫室氣體排放或修復受汙染的土地。在農業上,合成生物學提供了更為高效、節水、高產的作物品種,這對於食品安全和全球糧食問題都具有深遠的意義,而這只是冰山一角。隨著技術的發展和研究的深入,合成生物學將在未來幾十年內帶來更多創新和驚喜。不難想像,在不遠的將來,我們的生活、工作甚至教育都將深受其影響。

隨著技術的發展和研究的深入,合成生物學將在未來幾十年內帶來更多創新和驚喜。不難想像,在不遠的將來,我們的生活、工作甚至教育都將深受其影響。圖/pexels

合成生物學的發展確實為人類打開了無數的可能性,從創造具有特殊功能的生物,到解決困擾已久的醫學難題。但與此同時,我們也不能忽略合成生物學帶來的挑戰和風險。例如,如何確保這些被重新設計的生物體不會對環境和人類健康產生意想不到的影響?我們應該如何看待和處理因基因修改而產生的生物機器?這些問題需要我們集體思考和探索,並與各領域專家共同合作,確保合成生物學的發展能夠真正造福人類。

在課堂教授合成生物學時,我常以電影《侏羅紀公園》的離氨酸權變(lysine contingency)帶領學生反思當科技進步與人類控制意願之間出現衝突時可能會發生的事情。在侏羅紀公園中,為了防止恐龍逃出公園威脅全球生態系統,科學家亨利.吳(Henry Wu)進行了基因改造,使得恐龍無法製造其中一種必須氨基酸離氨酸(lysine)。此設計的初衷是讓恐龍只能依賴公園提供的離氨酸食物,進而防止它們逃離公園。這是一種典型的「安全措施」,旨在確保基因改造生物不會帶來無法預料的風險。然而,正如影片中所呈現,這種所謂的「完美」控制計畫卻遭遇了意外。雖然恐龍依賴離氨酸來生存,但它們找到了其他途徑來獲取這種氨基酸,這意味著即使在有限的條件下,生命也會找到生存下去的方法。

失落的世界:侏羅紀公園 (1997)。圖/IMDb

這故事讓我們明白即使是最先進的技術,也不能保證完全的控制。當我們嘗試限制和控制生物,自然界總是有其應對方式。這對於合成生物學家來說是一個警示,因為我們在改造生命的過程中,必須充分考慮到潛在的不確定性和風險。面對快速進步的科技,我們必須問自己:我們是否真的準備好面對所有潛在的後果?在追求科學進步的同時,我們也應該謹慎行事,確保我們的決策不僅是基於技術的可能性,還要考慮到其對生態和人類社會的影響。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

對於熱愛科學的我們來說,這是一個充滿機會的時代。每一次的科技進步都驗證了人類的智慧和創造力。透過這本書,我相信讀者將更深入地認識和理解合成生物學,體會其獨特魅力及即將面對的挑戰。我期望這本書能夠鼓勵大家抱持開放、謙虛且謹慎的態度面對科技的發展。同時,希望此書能激發更多人對科學和未來進行深入的思考,並鼓勵大家投入合成生物學的創新研究和人才培育之中。

——本文摘自《未來的造物者》,2023 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

臉譜出版_96
84 篇文章 ・ 254 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

1

4
1

文字

分享

1
4
1
【從中國經典認識大腦系列】從「子非魚,安知魚之樂?」淺談主觀意識的本質
YTC_96
・2023/10/18 ・3086字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

宋劉寀群魚戲荇。圖/npm.edu.tw

惠施觀點:人不能知道魚的快樂

「子非魚,安知魚之樂?」出自《莊子.秋水》篇中的濠梁之辯。惠施認為莊子不是魚,又怎麼能知道魚是快樂的?這看似簡單的一句話卻點出困擾哲學家以及科學家數百年之久的問題,那就是主觀意識到底是什麼?

圖/Pixabay

濠梁之辯的情境是這樣子的。莊子和惠施同遊至濠水的橋梁。莊子說:「鯈魚出遊時很從容,這就是魚的快樂啊。」惠施說:「你不是魚,怎麼知道魚的快樂?」莊子回答說:「你不是我,怎麼知道我不知道魚的快樂?」惠施說:「我不是你,當然不知道你的想法,而你當然也不是魚,所以你不知道魚的快樂,這完全是可以肯定的。」莊子說:「請回到開頭的話題。你問我『你怎麼知道魚的樂趣?』既然你已經知道我知道,並且問我,那我就是在濠梁上知道的。」

既然莊子認為自己能知道魚的快樂,那我也想問莊子,你知道成為一隻魚又是怎麼樣的感覺嗎?

圖/YouTube

成為一隻蝙蝠可能是什麼樣子

在濠梁之辯後的兩千多年,美國著名哲學家湯瑪斯.內格爾(Thomas Nagel)也從想像自己是蝙蝠(注意不是小小鳥)的過程中獲得靈感,並在 1974 年發表了〈成為一隻蝙蝠可能是什麼樣子〉(What is it like to be a bat?)。他認為主觀經驗無法透過客觀描述來獲得,是心靈與物理之間的解釋鴻溝(Explanatory Gap)。簡單來說,就算我們知道蝙蝠是透過聲納來感知並飛行在空中,但因為我們不是真正的身歷其境成為一隻蝙蝠,我們還是無法知道作為蝙蝠是什麼樣的感覺。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/YouTube

這種主觀經驗,哲學上稱作感質(Qualia),是指主觀意識經驗的特殊品質或性質。它們是個人直接體驗的主觀感受,無法通過客觀描述或第三人稱觀察來完全理解或解釋。感質是一種主觀的、非物理的屬性,無法被完全捕捉或解釋。它們涉及到我們感知世界的方式、感受事物的質感、觸覺、視覺、聽覺、嗅覺等等。

舉例來說,如果你試圖向另一個人解釋一朵玫瑰的芬芳,或者試圖描述一個人的愉快感受,這些主觀感受都屬於感質。它們是我們內心獨有的體驗,無法被他人直接體驗或理解。

另一個哲學家們喜歡舉的例子是「你和我看到的紅色是一樣的嗎?」這或許聽起來是一個很蠢的問題,因為當紅色物品擺在眼前,非色盲或沒有眼疾的一般人都能異口同聲說出該顏色。透過醫學研究,我們也都知道波長約 700 nm 的紅色光刺激到視網膜的錐細胞是我們大家都能看到紅色的原因。

不過,雖然紅色光能刺激每個人相同的視網膜錐細胞是不變的客觀物理事實,但沒有人能保證你和我主觀感受到的紅色是相同的,就像是幾年前網路爆紅的藍黑白金裙 (The Dress)(圖一),即使是同一條裙子的照片,有人說是藍黑裙,卻有人說是白金裙。這也說明看似客觀的色彩,也存在有主觀性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖一、藍黑裙?白金裙?都幾咧。圖/The dress – Wikipedia

人類或許能想象自己作為一隻蝙蝠使用聲納來飛行導航,又或是把自己像蝙蝠般倒掛休息,但這和成為一隻真正蝙蝠的感受還是不同的。

感質可能埋藏在複雜的神經網路中

莊子和惠施的辯論背後探討了意識的本質,也引發人們對於知覺和主觀體驗的一種思考。即使經過數千年的探索,「意識究竟是怎麼產生的?」仍是一個深奧而又複雜的問題,也是所謂的「意識的困難問題(Hard Problem of Consciousness)」。從哲學角度,感質無法透過描述去感受,但從科學上來說,我們無法否認大腦是產生主觀感受的關鍵,這也讓神經科學家們好奇是否能找到感質的神經機制。

英國巴斯大學疼痛研究中心的教授羅傑奥普伍德(Roger Orpwood) 多年來進行感質的理論研究,他認為感質是局部大腦皮質網路訊息處理的結果。這個網路能轉換訊息結構(Information Structure; 訊息在大腦中的物理表現,主要是動作電位的模式)和訊息資訊(Information Message; 感質的基礎)(圖二)。當輸入的訊息結構被網路辨識,而產生訊息資訊,這網絡還可以輸出一個訊息資訊的表徵並進行下一個傳遞與轉換(Structure → Message → Structure → Message…)(圖三)。舉例來說,臭雞蛋的硫化氫(H2S)氣味感質是透過一層一層的網路後產生。 當鼻腔吸入硫化氫氣味分子後,嗅覺系統的訊息結構通過嗅覺神經束傳遞到嗅覺皮質網絡。而傳遞的訊息所獲得的資訊都建立在前一個資訊的基礎上。這資訊從硫化氫的第一階段的辨識內在身份(Inner Identiy),演變為硫化氫的內在形式(Inner Form),到發展成硫化氫的意象(Inner Likeness or Image),也就是硫化氫的感質體驗(圖四)。

知名美國神經科學家,研究意識神經機制多年的克里斯托夫.科赫(Christof Koch),也認為意識不是來自個別大腦區域,而是來自區域內和區域間高度網絡化的神經元。意識相關的神經區域(Neural Correlates of Consciousness (NCC))概念的興起,也希望透過實驗研究的方式來找到產生意識的最小神經集合,並了解哪些大腦的區域是產生意識所不可或缺的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖二、當我們看到藍色後,大腦透過訊息結構的模式傳送到視覺皮層 V4 區域。對大腦來說,這就是一種訊息資訊,是我們主觀上看到的「藍色」。圖/frontiersin.org
圖三、網絡或神經元集合中的​​基本訊息處理。輸出訊息結構從被辨識的訊息資訊從輸入訊息結構中形成。訊息(Information)從結構(Structure)到資訊(Message),再到結構。圖/frontiersin.org
圖四、嗅覺感質的產生示意圖。圖/frontiersin.org

結論

莊子和惠施辯論河中的鯈魚是否快樂,以及雙方怎麼知道魚是否快樂,很有趣的帶到了哲學以及神經科學重要的議題。意識到底是什麼?我們能否知道其他人又是其他物種的真正主觀感受?

圖/Pixabay

感質是意識研究中的一個重要議題,它引發了關於意識本質和主觀體驗的哲學和科學辯論。有些人認為感質是生物或腦部運作的結果,而另一些人認為它們是超出物理過程的主觀現象。不論如何,未來仍需要更多的研究來了解意識產生的機制。

參考資料

所有討論 1
YTC_96
11 篇文章 ・ 17 位粉絲
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。

0

4
2

文字

分享

0
4
2
瀕死大腦的最後波紋——人生跑馬燈的科學證據?
YTC_96
・2023/08/09 ・2578字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

最後波紋。圖/imdb.com

JOJO 的奇妙冒險中,西撒.安德里歐.齊貝林臨死前的「最後波紋」代表著生者最後的思念與力量,是讓 JOJO 粉痛哭流涕的名場景。最後的波紋看似只是作者荒木飛呂彦大師的創作,沒想到神經科學家記錄了瀕死的人類大腦的活動,發現死亡的當下出現有節律的高頻波紋。這些波形和做夢、記憶回憶以及冥想期間發生的腦電圖相似,也彷彿說明最後的波紋是真的存在!

此外,據說人在彌留時能瞬間看到過往的種種回憶,就像人生跑馬燈般快速回顧一生。這些在生死間徘迴所產生的不可思議現象一直是科學家們感興趣的議題。究竟心臟停止後的瀕死狀態(near-death experience (NDE))和大腦活動與意識狀態的關係是什麼?大腦在瀕死狀態時發生了什麼?這是否又能解釋人生跑馬燈的現象呢?

神秘的瀕死經驗

根據瀕死經驗科學研究的奠基者,且有瀕死經驗科學研究之父之稱的布魯斯.葛瑞森醫師(Bruce Greyson),瀕死經驗是一個深刻的主觀心理經驗,通常發生在接近死亡的人身上,處於嚴重的身體,或情緒危險的情況下。這種體驗超越個人自我的感覺,是一種神聖或更高原則的結合。包括脫離身體、漂浮的感覺、完全的寧靜、安全、溫暖、絕對溶解的體驗和光的存在。又甚至可能經歷包括痛苦、空虛、毀滅和巨大空虛的感覺[1-3]

瀕死體驗中反復出現的常見元素是看到一條黑暗的隧道,經歷明亮的燈光,寧靜祥和的感覺。該圖為荷蘭畫家耶羅尼米斯·波希 (Hieronymus Bosch) 的Ascent of the Blessed。圖/wikimedia

即時記錄瀕死的人類大腦活動

過去認為心臟停止後大腦是低活動的狀態,直到約 15 年前左右(西元 2009 年),才記錄到死亡前電流激增(end-of-life electrical surges (ELES))的現象。 但這些紀錄僅來自回溯瀕死期間的測量值,並不是即時記錄臨終患者腦電圖[4]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

大約 10 年前,密西根大學研究員吉莫波吉金(Jimo Borjigin)和其團隊進行老鼠實驗,發現在心臟停止後的前 30 秒,gamma 振盪與 alpha 和 theta 之間的相位耦合在大腦皮質與心臟,以及大腦前端和後端的連接性有增加的現象。這些神經振盪原本都只存在於清醒的生物上,但在瀕死狀態下,這些高頻神經生理活動卻超過了清醒狀態下的水平[5]。 這也說明了在動物在臨死前可能經歷了特殊的體驗。

第一次在人類大腦進行從瀕死到死亡過渡階段的連續腦電圖記錄,則在去年 2 月發表在「老化神經科學前沿」( Frontiers in Aging Neuroscience)。愛沙尼亞塔爾圖大學的勞爾維森特(Raul Vicente)博士及其同事使用連續腦電圖檢測一名 87 歲的患者癲癇並同時進行治療。雖然很遺憾,最後患者心臟病發作並去世了,但他們測量了死亡前後 900 秒的大腦活動,並調查心臟停止跳動前後 30 秒內發生的情況。結果發現,就在心臟停止的前後,出現了 gamma 振盪、theta 震盪、alpha 震盪以及 beta 神經震盪的變化。這結果就和之前的老鼠實驗相當類似[6]

在瀕死狀態下,這些高頻神經生理活動卻超過了清醒狀態下的水平。 這也說明了在動物在臨死前可能經歷了特殊的體驗。圖/ Pixabay

瀕死之際大腦活動激增能否解釋人生跑馬燈?

雖然以上的研究說明,人在死亡前大腦會產生類似清醒狀態時才有的腦波反應,但這些證據並不足以證明人生跑馬燈的存在。為了證實這個現象的可能性,之前提到進行老鼠實驗的吉莫波吉金(Jimo Borjigin)在人類使用相同的計算工具來分析腦電圖信號,並關注腦電圖功率的時間動態、低頻和高頻振盪之間的局部和遠程相位-振幅耦合,以及所有頻段的功能性和定向大腦皮質連接。簡單來說,就是想要知道瀕死時人類大腦和意識以及認知功能相關的腦區是否產生變化。

他們對四位已陷入昏迷的病人進行紀錄,在死亡前,兩名在前額和中央皮質區出現廣泛的 beta 和 gamma 波增加。這兩名病人隨後出現了顳葉中反復出現的大型 beta 和 gamma 波活動,並涉及到體感皮質(somatosensory cortex, SSC)。高頻 gamma 波的振幅與慢速 beta 波的相位之間的關聯是發生在背外側前額皮質(dorsolateral prefrontal cortex)和體感皮質之間。更值得注意的是,gamma 波激增的位置是在和意識緊密相關,由顳葉-頂葉-枕葉皮層組成的後皮質熱區(posterior cortical hot zone)[7]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
一名 24 歲昏迷婦女在移除呼吸器後的的腦電圖變化。
S1:該婦女有呼吸器維持生命,因心臟驟停引起缺氧損傷。
S2: 開始時移除呼吸機,此時出現高頻和高振幅活動。
患者的最後一次心跳發生在右側的 S11 末尾。圖/National Library of Medicine

受限於道德倫理以及醫學技術,科學家們無法直接驗證瀕死大腦產生的腦波狀態是否就是產生瀕死經驗。但至少能確定的是,哺乳動物的大腦可以在瀕死時產生與增強的意識處理相關的神經關聯。

結論

《論語‧先進篇》子曰:「未知生,焉知死?」雖然孔子曾說,活人的事情道理都還不明白,又怎能清楚死亡是怎麼一回事呢?但探討人在生死間徘徊的現象不僅僅是一個科學問題,更代表著意識研究、臨床應用和倫理議題的突破。

透過更精細且長時間的腦電波紀錄追蹤,有許多證據觀察到在人們跨越生死那一瞬間,大腦會試圖做最後的掙扎。人生在世短短數十載,轉眼間便煙消雲散,瀕死的大腦在跨越生與死那鴻溝之前的體驗也是人生謝幕前的最後一次演出。

從瀕死經驗探討人性的電影-別闖陰陽界(Flatliners)。圖/IMDB

參考資料

  1. Greyson, B. (2000). Near-death experiences. In E. Cardeña, S. J. Lynn, & S. Krippner (Eds.), Varieties of anomalous experience: Examining the scientific evidence (pp. 315–352). American Psychological Association.
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Bruce_Greyson
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Near-death_experience
  4. Chawla, L. S., Akst, S., Junker, C., Jacobs, B., and Seneff, M. G. (2009). Surges of electroencephalogram activity at the time of death: a case series. J. Palliat. Med. 12, 1095–1100. doi: 10.1089/jpm.2009.0159
  5. Borjigin, J., Lee, U. C., Liu, T., Pal, D., Huff, S., Klarr, D., et al. (2013). Surge of neurophysiological coherence and connectivity in the dying brain. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 14432–14437. doi: 10.1073/pnas.1308285110
  6. Vicente R, Rizzuto M, Sarica C, Yamamoto K, Sadr M, Khajuria T, Fatehi M, Moien-Afshari F, Haw CS, Llinas RR, Lozano AM, Neimat JS and Zemmar A (2022) Enhanced Interplay of Neuronal Coherence and Coupling in the Dying Human Brain. Front. Aging Neurosci. 14:813531. doi: 10.3389/fnagi.2022.813531
  7. Xu G, Mihaylova T, Li D, Tian F, Farrehi PM, Parent JM, Mashour GA, Wang MM, Borjigin J. Surge of neurophysiological coupling and connectivity of gamma oscillations in the dying human brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023 May 9;120(19):e2216268120. doi: 10.1073/pnas.2216268120.
YTC_96
11 篇文章 ・ 17 位粉絲
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。