可愛的細胞：大腦如何運作？《Mind Change》讀書筆記

《Mind Change》是神經科學家 Susan Greenfield 的作品，旨在探討科技的進步如何改變人們的心智。

Greenfield 認為，心智改變（Mind Change）就像氣候變遷（Climate Change）一樣，是複雜而牽涉廣泛的議題。我們無法很快找到一個「確定」「說服」所有人的因果連結，但我們也不應該等到那個時候。—— 我們應該現在就開始探討各種改變中的現象、科技生活對心智的正負面影響，然後主動選擇、形塑我們所想要的未來。

書中對大腦如何運作的說明比喻很有趣，在這裡筆記摘錄。[1] [2]

就像一個繁忙的大都會

要理解大腦是怎麼運作的，我們可以想像一個繁忙的大都會，例如紐約。

解剖學裡大腦的不同區域，對應到不同的自治市（曼哈頓、布魯克林、皇后區等）。自治市裡的區域、鄰里，就像是越來越小的細胞群。

當我們來到一個街區、一條街、或是一排房子時，我們就來到了神經溝通最基本的單位：腦細胞之間的間隙（突觸）。

街上的房子，就是神經元（neuron）本身。房子裡面則有著讓細胞維持生命的各種構造組織。

「大都會」的比喻，描述了大腦在解剖學中呈現的階層式結構，但這個比喻也就到此為止了；這只是大腦結構的一個「靜態」圖像。

比起磚牆瓦片，腦細胞更像是人

比起「磚頭、房子」這些固定的結構，大腦細胞更像是人，他們是高度動態的居民。

因此，要了解大腦如何運作，我們不只需要「靜態」的解剖學階層構造，還需要知道這些結構、細胞如何「動態」運作。

神經元是大腦的基本單位，就像人是社會組織的基本單位。和人一樣，每一個神經元會有共同的特色，卻也同時是一個獨立的個體。

人會隨著時間改變，神經元也會適應改變。

細胞之間溝通的語言：化學信差（神經傳導物質）

神經元會跨越間隙（突觸）、逐漸建立起連結，方法為利用中介的「化學信差」（神經傳導物質 neurotransmitter）；腦細胞之間直接的接觸雖然是可能的，但較為少見。

同樣地，人主要也是透過非直接接觸的方法 —— 語言 —— 和其他人建立連結；直接碰觸是比較少見的。

腦細胞用的「化學信差」和人使用的「語言」都有很多種，但都有個共同特點：兩個獨立個體之間、不涉及直接接觸的溝通方式。

在最簡單的情況下，一個神經元可以透過神經傳導物質發出「yes」或「no」的訊號，這個訊號將被翻譯成對目標細胞的「瞬間激發」或「瞬間抑制」。

它是這樣運作的：

當一個腦細胞「說話」時（或者，技術上來說 ——「活躍」時），會產生一道小小的電位變化，並持續大約千分之一秒（一毫秒）。

這個變化會一路傳傳傳，往下跑到細胞的末端，好跟隔壁的神經元溝通。

問題是，當這個訊號到達突觸時，就沒辦法再往前走了。於是它只好「變身」！電位能過不去了，於是轉成化學能的方式繼續前進 —— 訊號會讓細胞尖端釋放出化學信差。化學信差可以在突觸之間傳遞，如同我們說的話可以在空氣之間傳遞一樣。

當信差抵達目的地之後，便會和特定的感覺接受器進行「分子握手」。不同的神經傳導物質對應到不同的接受器，就像不同的鎖需要不同的鑰匙一樣，各自量身打造。這樣的「握手」會使得目標細胞的電位產生短暫的改變，有效地把化學信號翻譯回電位信號。

當細胞說「yes」的時候，會讓電位被短暫的「激發」；反之，「no」則會讓電位被短暫的「抑制」。

在情境之中解讀；隨時間逐漸改變

就像語言不是只是單音節的簡單溝通，而是「許多音節組成一個單字，許多單字組成一個句子，許多句子組成一個論述」一樣，神經傳導物質也是：最終的效果，將取決於一段時間內，所有抵達該細胞的神經傳導物質及其順序。

「神經傳導物質」和「文字」一樣，其最終的影響，都取決於一個更大的情境（context）。

然後，隨著毫秒累積成秒、成分鐘、成小時、成天，最終，這些細胞溝通過程中所影響的連結 —— 神經元之間的連結 —— 也隨之改變。

神經元和人一樣，年輕時較為有彈性，然後會逐漸專門化，隨著其網絡的成長，而變得越來越「獨特」。隨著時間過去，人們長出了不同的個性，神經元也長出了自己特殊化的連結網絡。

「神經元之間的連結」和「人與人之間的關係」很像：重複使用會增強，不使用則會逐漸萎縮。

隨著人的成長，他會建立越來越複雜的人際網絡關係，有親近的、也有較為疏遠的，越來越大的團體互相關聯，最終形成一個社會。大腦也是如此：最終，腦中所有的區域會互相連結，作為一個整體運作。

要從微觀看，也要從巨觀看

這種「下到上」的方式，探索了這樣的組織是如何形成的。

如果你是專門研究神經傳導物質、感覺接受器、突觸的神經科學家，那麼你就像是大腦裡的「人際溝通專家」一樣。例如，多巴胺（dopamine ）這種神經傳導物質，和不同的大腦過程有關，包括：激動（arousal）、成癮、獎勵、和採取行動。

但要了解多巴胺是如何運作的，我們還需要「上到下」的理解方式 —— 探索大腦如何共同運作，產生不同的行為和想法。這就像是「社會學」或「人類學」：專注在集體的趨勢、結果，而非單一個體的行為。

事情不只是表面上看起來的那樣

科學家們現在使用腦部掃描，來觀察在不同刺激、環境、行為時，大腦各個區域的活動情況。

在這樣的腦描中，你可能會看到灰色的大腦中，有些亮點；或者你會看到一張許多顏色的圖 —— 白色是熱點，以及黃色、橘色、紅色、到低活躍的紫色區域。

然而，在大腦神秘的協同運作下，各個不同區域之間所有正在進行的對話（chatter），實際上是看不到的。

腦部掃描的影像，是大腦在一段「長」時間內的運作狀況。這些掃描的解析度通常是數秒（最新技術可以達到數十毫秒），但大腦中實際運作的變化，比這還要快數百倍。

腦部掃描就像是維多利亞時代的相機，照出靜態的建築物，但照不出移動較快的人和動物。建築物是真的，但並不是完整的畫面。

不是「一個區域，一個功能」，也不是簡單的減法

當我們在觀察腦部掃描時，很容易會想將「亮起來的區域」想成是「負責該行為／反應」的區域。這種「運作中心」的概念很吸引人；如果事情真是這樣，理解大腦會簡單得多。

隨著醫藥發展，人們即使在腦部遭受極大創傷後（中彈、中風）還能夠存活，這也使得「一個區域，一個功能」的概念受到歡迎。—— 人們認為，只要把「損傷的區域」和「喪失的功能」連結起來，就可以推知大腦各區域的功能。

但正如同超過半世紀以前，一個心理學家舉的例子：如果你把收音機的真空管（是的，就是這麼老的譬喻）拔掉，收音機開始哀號亂叫；你不能因此推測說： 喔，這根真空管的作用是「抑制收音機哀號亂叫」。

如果大腦的某個區域受損了，整體的功能也會受損，但你不能用簡單的減法去計算該區域的功能。

再舉個例子，如果火星塞壞了，車子便無法發動；但你不能藉由研究火星塞而理解一輛車如何運作。[3]

就像演奏一首交響曲那樣

我們現在知道每一個功能，都由不只一個的大腦區域所控制。例如視力 —— 「看見形體、動作、顏色」的種種不同面向，就由大腦的三十多個不同區域負責。

每一個大腦區域，也都有不只一樣的功能。大腦的每個結構為整體貢獻的方式，就像交響樂團中，不同的樂器共同演出一首交響曲那樣。

大腦的這些過程會決定你如何看待世界，但任何時候的任何外在輸入、經驗，也會同時改變你大腦細胞組織的方式，進而改變你的思考。

頂尖腦科學家 Bryan Kolb 是這樣總結的：

「
任何改變你大腦的事，
就會改變未來的你。

你的大腦不只是由基因決定，
也是被一生的經驗所雕刻出來的。

經驗改變大腦活動，
而大腦活動的改變又改變了基因表達。

任何行為上的改變都反映了大腦的改變，
反之亦然，行為也可以改變大腦。」

附註

[1] 本篇文章參考、整理自《Mind Change》p.49-54。

[2] 如果你覺得有趣，但跳入一本書是太大的負擔，或許可以看看 Susan Greenfield 同主題的演講：Technology & the human mind | Susan Greenfield | TEDxOxford、Susan Greenfield on Mind Change。

[3] 讀完之後，我有一個問題 —— 我記得以前上普通心理學的時候，好像就是學到「醫生根據腦部受損的病人，歸納出腦部各區的功能」這件事，也就是 Greenfield 所反對的「一區一功能」說法。一個大腦圖畫著：語言、動作、藝術、邏輯的圖片好像也常常看到，所以到底哪個是對的呢？

（2019.03.09 更新）讀了《打破大腦偽科學》，這本書對大腦如何運作的論點和《Mind Change》描述的相似。主要相關的論點是：

• fMRI 的極限

彩色大腦圖顯示的是腦袋各區域間血流量的差異，其假設是「思考活動多、所需的能量也較多、所以該區的血流會變大」，但這個假設有兩個缺點：1. 這是一種間接的推測。2. 太慢 —— 大腦裡正常脈衝的速度約為每小時四百公里，而 fMRI 要完成一張片子，需要近兩秒的時間。這兩秒內可以發生的活動太多了，大腦辨識一張圖片或一個臉孔大概只需要千分之幾秒。

• 「右腦有創意，左腦懂邏輯分析」是迷思

腦的確發展了某些模組處理特定任務（例如：視覺感官有特定的神經細胞群處理顏色、方向等資訊），但更複雜的大腦運作，例如情緒、感覺或人格特質、特定的思考過程、智力、創意都不能歸納在特定的模組裡，而需要與其他網絡合作才能達成。

神經科學家研究「創意」時發現，受試者的任務不同，活化的腦區也有所變化：有時在左腦、有時在右腦，端看被賦予的創意任務而定。科學家沒有發現任何腦區是所謂的「創意中樞」。

同樣地，科學家也沒有發現有哪個腦區是所謂的「數學中樞」，當兩個腦半球合作的越密切時，數學問題解的越好。

不過「語言中樞」的確是存在的：布羅卡區和沃尼克區。雖然語言中樞大都在左腦（96% 的右撇子、70% 的左撇子語言中樞在左腦），但右腦也負責了語言的音律，兩個腦半球彼此合作，共同完成整個腦的功能。

但除此之外，很少有神經網絡會（像布羅卡區一樣）集中在單一腦半球，大部分的實驗任務都需要兩個腦半球的不同腦區合力完成，而且有些腦區還相距甚遠。腦子活動時並不是活化兩個「腦模組」，而是不同腦區之間的資訊交換。

• 互相合作的腦袋

腦幹並不是「只會干擾大腦思考有意義的事」的「爬蟲類腦」，「原始」並不代表「構造簡單」或「比較低等」，而是在演化史上類似的構造已經存在很久了。

「理性的大腦對抗本能的腦幹」是一派胡言，腦的運作原則只有一個：為生存做出最佳安排。