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揭開大腦產生意識的謎底 (2)

傑拉德.愛德蒙(Gerald M. Edelman)

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基底核是種耐人尋味的構造,對運動的控制和排序具有舉足輕重的影響。倘若這種核團的某些構造受損,便會導致神經傳導物質多巴胺(dopamine)喪失,從而引發帕金森氏症。

罹患這種病症的患者會出現震顫、運動動作起始困難、強直,甚而出現若干心理症狀。基底核(如圖一所示)位於腦中央,透過視丘與皮質相連。

它們的神經連結和皮質連結大相逕庭,其組成包括連結各個核團的連續突觸迴路或多突觸迴路。

就大體而言,基底核不具有(見於皮質本身和皮質與視丘之間的)交互連結模式。此外,基底核的活動多半憑藉抑制型神經元來執行,所採用神經傳導物質為γ—胺基酪酸。

不過,既然這類迴路有可能發生「抑制之抑制」(或「去抑制」)作用,基底核除壓抑目標神經元之外,也可能激發其活動。

我們認為基底核涉及運動模式之引發、控制。另外,我們所稱的程序記憶(好比記得如何騎腳踏車),還有其他無意識習得的活動,可能也大半都取決於基底核的機能而定。

稍後我們便會見到,在實際經驗期間的種種知覺類型之形成作用,也深受基底核的調節機能影響。

最後還有一組構造,也深切影響到關乎學習和意識維繫之腦部活動。這些都屬上行性系統(ascending system),由於其活動關乎酬賞以及生存所需反應,因此我的同事和我都稱之為價值系統(value system)。

這些構造分具不同的神經傳導物質,而且從核團源頭向外伸出軸突,採分散伸展的模式沿著神經系統分別往上方及下方延伸出去。

價值系統由眾多核團組成,包括:「藍斑核」(locus Coeruleus),這是腦幹中神經元較少的核團,能釋放正腎上腺素;能釋放血清素的「縫核」(raphe nucleus);還有形形色色的「膽鹼核群」(cholinergic nuclei),這個名稱起因是它們能釋放乙醯膽鹼(acetylcholine);釋放多巴胺的「多巴胺核群」(dopaminergic nuclei);以及「組織胺系統」,位於一處稱為「下視丘」(hypothalamus)的皮質下區域裡面,下視丘影響身體的眾多關鍵功能。

這群價值系統具有一項驚人特徵,它們能分散地投射,彷若滲漏的澆花水管般,同時釋出神經傳導物質,各自影響大批神經元。

這樣一來,這批系統便影響到比鄰價值系統軸突的神經元,改變其接受麩胺酸輸入之後的放電機率。

這群價值系統之所以冠上「價值」名稱,理由是它們能偏轉特定神經反應,而這些神經反應能影響學習和記憶,也控制生存所需之身體反應所致。

此外,腦中還有其他幾個具有調節機能的部位,它們的中介傳導物質稱為神經胜.(neuropeptide);舉例來說,稱為腦啡.(enkephalin)的神經胜.是種內生型類鴉片,可調節疼痛反應。

此外,腦中還有其他的區域,好比牽涉到害怕等情緒反應的杏仁核。不過這類腦區和我們的要討論的議題無關,這裡無須詳細描述。

總結我們至此所述內容,就大體而論,我們或可表示,人腦的神經解剖構造具有三大主體(圖三)。

首先是視丘皮質主體(thalamo-cortical motif),內含緊密相連的多群神經元,這些神經元群除了局部的緊密連結之外,也透過豐富的交互連結做長距離傳導。其次是基底核抑制型迴路的多突觸迴路構造(polysynaptic loop stracture)。

第三種構造則是由不同價值系統的分散上行投射(diffuse ascending projections)所組成。當然了,這種概括式論述完全過於簡化,其實神經迴路是極端細瑣又各有千秋。

不過,稍後我們便會見到,這樣的描述提供了有用的簡略概念,一旦我們知道它們是怎麼運作的,我們會更了解該怎麼看待這樣的簡化訊息。

簡要概述談夠了。至此我所描畫的寫照,只隱約點出腦部神經構造的驚人複雜動態現象。各位已經見識圖一所示各腦區的大體布局,理解了圖二展現的突觸形貌,現在請你閉上雙眼,想像幾百萬條神經通路當中出現數不清的神經放電。

其中部分神經活動依特定頻率展現,另有些則展現各種變動頻率。身體活動、從環境而來的信號與大腦本身的信號,都會改變突觸強度,從而改動傳導通路的選擇偏好。

我不敢期望讀者能精準設想出超天文尺度的神經模式類別數量,儘管如此,這種操練或許可以讓我們更能領會腦部的複雜程度。

現在我們的條件齊備了,可以就本章開頭提出的幾項問題提出所見。請斟酌「大腦是台電腦嗎?」這項問題。

倘若我們檢視動物神經迴路在發育期間的建構方式,那麼大腦看來就不像電腦。大腦形成是從胚胎的神經管(neural tube)開始發展。源祖細胞(progenitor cell,神經元的前身,負責佐助一種神經膠細胞﹝glia cell﹞)依特定模式移動,構成多種層理和模式。

當源祖細胞分化為神經元,其中也有許多要死亡。從神經解剖學發軔迄今,細胞移動和細胞死亡都顯現高度統計變異。結果發現,沒有哪兩個人擁有相同的解剖構造型態,就連同卵孿生子也不例外。

在發育最早階段,物種的獨有細胞組織受控於好幾類基因家族,其中包括所謂的同源基因(Hox gene)和配對基因(Pax gene)。然而到了特定時點,神經連結和最後結局的控制,便成為後生型(epigenetic)因素;也就是說,這並沒有像「硬接線」(hardwiring)一樣先預設好,而是由神經活動的型態所引導。

同步放電的神經元因而彼此串聯在一起(Neurons that fire together, wire together.)。儘管在較早階段,是由型態化的細胞運動(patterned cell movement)和計畫性細胞死亡(programmed cell death)來決定大腦的結構,然而個別神經元的運動和死亡,卻也顯現統計變異或隨機現象。

到了較晚的階段,特定神經元的相互連結也出現相同現象。結果便產生一種具有恆常性和變異性的型態,致使每隻動物都出現高度個別化的神經網絡。

這種做法完全造不出一台電腦,電腦必須依循預先確切配置的程式,來執行輸入演算或可行程序,而且接線不容有誤。

還有其他更中肯的理由,令人無從採信腦活動以數位計算為基礎之理念。稍後我們就會明白,對電腦形成致命干擾的雜訊,就高階腦部功能運作而言卻屬不可或缺。

不過,眼前且讓我們從其他幾個層面來考量腦部的複雜性,以及複雜性和腦部構造、功能的關係。

回顧我剛才討論的腦部分區整體配置,各位或許要順水推舟歸出結論,認為模組化是腦部功能的要件。

舉例來說,既然腦部有幾處各具分化功能的視覺區(甚至還有色彩、運動和定向分化),或者改以聽覺或觸覺的相仿情況為例,我們或許要順勢歸出結論,認為腦部特定作用,主要是肇因於這些獨立的局域分區(或模組)的特化功能所致。

若是把層次推到較高層級,這項簡單觀點便會產生顱相學。這種大腦的各種功能分別定位在各種腦區的構想,最早是由法蘭士.約瑟夫.加爾(Franz Joseph Gall)提出。

如今我們知道,這種模組化觀點是站不住腳的。另外一種設想,腦部運作完全是整體的表現(整體觀),同樣禁受不起窮原究委。

模組化觀點是根據一項極度簡化的詮釋而來,出自摘除腦部位所產生的效應,其中有動物實驗,還有肇因於中風,或者癲癇手術的結果。

舉例來說,摘除皮質視一區,總要導致失明,這點十分清楚。然而,我們卻不能據此推斷,所有視覺特性全都由視一區的機能運作來負責,事實上,該區是構成一系列視覺傳導路徑的第一個皮質區。

再舉現代造影技術為例,儘管找到了積極參與特定功能的某些腦部分區,我們卻同樣不能依此推斷,該群腦區的活動是某些特定行為絕無僅有的起因。「必要」不見得「充分」。

然而,反面的整體派論據卻也禁不起考驗,它必須把腦活動的整合、分化現象一併說明清楚。這是我們提出全腦理論(global brain theory)必須先達成的要務之一。

稍後我們便會見到,當我們考量到各具分化功能的腦區彼此連結為一套複雜系統,構成雖繁複卻又整合的運作方式,這時功能區域特定論者(localizationist)和整體論者之間的長年紛爭就會冰消瓦解。這種整合現象是意識突現的要素。

這項推論是理解腦部功能和意識之關係的關鍵。當然,腦中有些部位一旦受損或遭移除,便會導致意識喪失永不復甦。

其中一區是中腦網狀結構(midbrain reticular formation)。另一區是視丘中包含層內核的腦區。然而,這類構造卻非意識的棲身位置。

作為一種歷程,意識需要這類構造的活動,然而要清楚解釋詹姆斯氏的意識特性,還需要動態特性遠高於此的設想,而且其中還牽涉到多重腦區活動的整合作用。

現在我們的條件齊備了,可以尋思一種全腦理論,來清楚解釋這種最複雜器官的演化、發展和功能,也藉此為這樣的設想奠定根基。@(本文結束)

摘編自 《大腦比天空更遼闊:揭開大腦產生意識的謎底 》 商周出版社 提供 (//www.dajiyuan.com)

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