脑神经科学的新知

脑神经科学的新知

　　 人的腦袋雖然只有1.3公斤的重量，但是它是人體最複雜的部位，它含有一千億的神經細胞，而神經細胞之間又有數不盡的連絡網路，這包括軸突（axons）、神經枝狀突起（den-drites）等，這網路是用來傳遞訊息的。腦的運作機制仍然有許多無法理解的神秘地方。如是非善惡的辨認、語立學習的細節等等。

　　美國於一九九○年開始，國會通過一項為期十年的腦神經科學研究計劃，每年撥一千多億美金做研究經費，八年來已經有許多突破性的發現，尤其是神經網路、神經生理學與神經萎縮疾病。在脊髓柱的傷害與醫療、腦中風的緊急處理與預防、阿滋海默的診斷與處理等，都有頗多的新發展。 

日本的腦科學研究

　　去年筆者在休假的期間，應日本國家實驗室理化研究所的邀請，去日本訪問，做研究與講學，在五個月的期間，對日本的研究動向有所瞭解，下面是有關日本的腦科學研究的幾個見聞。

　　日本於一九九五成立一個國家腦科學研究院，這固然是受美國的影響，但一方面也是有鑑於全國花費在治療神經與心理疾病的費用佔所有醫藥消費的二成，以去年來說，日本就花費了四兆圓日幣。而在可預見的未來，這與心理疾病是發生在高齡者身上，而日本正逐漸趨向高齡社會，所以政府才毅然編列每年一千億圓的預算來從事這項研究。

　　日本的腦科學研究計劃分做二個十年計劃來推行。研究的課題有三個領域：

一、腦結構與功能： 腦是人的思想、智慧與行動的指揮中心。這項研究是想找出腦結構的細節與各項功能的關聯，這些功能包括辨認能力、智慧、學習、感情、語言、記憶、教學、機動能力、良知、毅力、愛心、社會心理等。不僅要找出腦的那一部位在做什麼工作，也要找出工作的程序，是結構與動力的整合研究。神經網路是如何進行控制這些功能的？譬如記憶的基本步驟是靠突觸的可塑性（synaptic plasticity），是什麼化學分子在推動這步驟？

二、腦神經細胞功能與生物化學機制： 這項研究主要在探討老化與各種神經疾病的前因後果。包括腦的老化、阿滋海默氏症、巴金森氏症、神經分裂症、萎縮退化症、腦創傷、基因突變等等。有了這層的研究才能探知疾病的起源，也才有可能去做有效的預防與治療。

三、神經電腦的發展 利用已知的神經系統與神經網路，來發展最高階層的新電腦系統及機器人的應用。著重在設計與發展神經訊息的傳遞程序細節。舉個簡單的例子：感情與感覺如愛、恨、喜怒哀樂等與腦的運作有密切關係，感情失平衡時，會帶來心理變態。腦的研究要從辨認能力、動機因素、學習與記憶的層次去探討，做一個科學家定量性的探討。參加這項研究計劃有不同行業的專業人員，包括醫學、生物、化學、物理、數學、電子工程等。為二十一世紀的來臨做一大準備。

修女的見證：活力的泉源

　　最近美國肯塔基大學感染病理教授史諾坦（D.Snowdon）博士發表一個為期數年的研究報告，對是六百七十人名的修女，她們的年齡都超過七十五歲。史諾坦與他的同僚對這些修女的健康與生活細節做詳細的調查記錄，在她們死後，並進行解剖分析她們的腦部結構。

　　修女是個研究老化的最好對象，因為她們的生活環境、宗教信仰及飲食都很相近，並且她們的身世、教育，甚至於年輕時候寫的傳記小文都有詳細記載與存檔。

　　史諾坦的檔案中有一名修女，名叫瑪麗，她在一百歲時，還充滿活力與熱情，可與比她年輕二、三十歲的修女媲美。她用放大鏡看報紙雜誌，每天看著桌上的地球圓圖，逐次為某國家某地方的婦女與小孩禱告，祈求上帝祝福他們平安快樂。瑪麗隨和融溶合於四周的環境。史諾坦認為瑪麗是這一群修女中，最懂得生活，過得最有意義的老年生活。

　　瑪麗活到一Ο二歲，於一九九五年去世，在屍體的解剖中，史諾坦發現瑪麗的腦部呈現很多斑痕（plaques），纖維也纏結成糰，並有許多空洞，表示大半的腦細胞早就已經死亡了。照理說，這種情況會呈現在嚴重的阿滋海默氏症的患者身上。當初史諾坦無法理解為什麼瑪麗在這種如此萎縮的腦部，仍然能相當清醒，做起事仍然能有條理，能有活力與熱情。

　　慢慢地，經過四年的繼續解剖分析，史諾坦與他的同僚發現瑪麗的情況並不是那麼特別，在六十一名罹患阿滋海默氏症而去世的修女中，有十九名跟瑪麗一樣，在生前過得相當清楚，並沒有痴呆的徵狀。

　　史諾坦等在美國醫學協會會刊報導他們的分析：呈現痴呆症的一群，有九成三的人曾經有過小型的腦中風，這種小型腦中風可能是小血管破裂或動脈血管有輕度梗塞，使血液無法順利循環。腦細胞時時刻刻都需要血液，以期補充氧氣與葡萄糖，血液中斷就會引起腦細胞的死，而腦細胞死了就不能復生，故會喪失記憶與部份機動神經，嚴重時會來半身不遂。

　　人的腦大約有十億多的腦神經細胞，到四十歲以後，每天有上千的腦神經細胞會死亡，這是老化的必然現象。所以，即使沒有罹患過腦中風的修女，有六成的人，到八十歲時也會呈現痴呆徵狀。

　　這些修女在老來時，能保持清楚的思考，固然一方面是沒有罹患過小型腦中風，另外一方面是懂得生活，懂得生活也表示：她們在精神上與心靈上有寄託，能過得安祥，不會抑鬱，不會怨天尤人，能知足，能以神的旨意為旨意。故要開朗活到高齡，不僅要有健康的身體，還得有平衡的精神與心靈的信抑。

　　另外在老來時，要經常動腦筋，在思考的過程中，可以開導新的神經傳遞管道，增加腦細胞之間的網路與連線，雖然部分腦細胞死了，但多刺激的思考中可擴大連絡網，也就可以補救這老化的缺陷，這是瑪麗修女的見證。

促進你的記憶力

　　有名的神經學專家大蒙特博士（M.Diamond）曾以小鼠做記憶的實驗，她把二十個月大的鼠放到有新玩具，新活動的環境中，十個月後，解剖牠們的腦袋，大蒙特發現那些在有刺激性環境的小鼠，牠們的腦皮質的量要比在平常環境中的小鼠多出二成。動物的記憶力與腦皮質的量成正比。腦需要經常刺激，才能增強記憶，這是用進廢退的原理。

　　下面是幾個活躍腦筋的要領：

　　《新的嘗試》學習新東西，思考新問題，創造新觀念，這是刺激神經細胞的嘗試，這些會帶來神經細胞間的網路連線。可以從一些簡單的事情做起，譬如你每天開車或走路上班，你可試試走不同的路線。或外出吃飯，不要老是去同一個地方，換個地方，試試不同的菜式口味。或看不同電台的電視，或經常更換室內的佈置，或去上夜校學語言、學畫、學琴都是值得一試的簡單事情。每一個新的嘗試都會動用到腦的不同部位。

　　《改變態度》樂觀知是抗抑鬱的最好辦法。抑鬱常常會帶來心臟血管疾病，包括小血管疾病，引起小或大型的腦中風。據統計：老人癡呆症有三成是起因於多重血管梗塞或破裂。

　　要有自信，但不要固執守舊，要跟著新科技的潮流走，或許你從來沒有機會動過電腦、上網路，就放大膽去試試新的科技，有挑戰，不認輸，才會有成就感。

　　培養幽默感，放鬆自己，學學講笑話，或講古給朋友或兒孫聽，有朋友有親人共享親情會給自己很大的欣慰。

　　流露真情，不要事事苦悶在心頭。廣交朋友，擴大社交圈，這可以從參加義工或社團活動做起，或去參加團體旅遊。不同的生活圈，不同的體驗會刺激不同部位的腦細胞。

　　不要掛慮不安，輕輕鬆鬆地活著，即使你暫時忘記了什麼事情，輕鬆了，反而會有許多事情又跑回腦海。

　　即使你已經退休不管事了，也該想辦法找一份自己喜歡的工作做，義工也好，第二春的新生活是一個最好的學習機會。

　　《飲食與運動》一個人的健康與壽命決定於二個內外的因素：（一）你的基因組合，及（二）飲食與運動，基因組合受之父母，你無法更改，是先天的。但是飲食內容及運動習慣是後天的，是唯一你能改變的及努力的重點。

　　要有好的記憶力，尤其是老來時，你必須特別注意營養的補給，譬如乙醯膽鹼是腦神經的主要傳導物質，它也是保存記憶所必須的物質。乙醯膽鹼是由膽鹼蛋白質製造，食物中含最多膽鹼的有肝、腎臟、腦髓與卵黃，又卵磷脂就含有豐富的抗氧化物質與維生素。運動能促進代謝生機，加強心臟血管的機能。運動會產生神經化學成分，如腎上腺素、血清動素與多巴胺等。

 　　運動會增加腦的氧氣流量，運動能使人放鬆，忘記煩惱，也會使人有成就感。故運動不僅對肉體鍛鍊，也會調整情緒，促進記憶力。

音樂、藝術與腦的啟發

　　最近神經科學家發現：旋律、韻調與柔美的聲調會刺激腦部幾個不同的部位。他們並進一步試用音樂去矯正語言困難與心理的傷害。

　　根據哈佛大學醫學院神經生物學家柴阿模教授（M.J. Tnamo）表示，音樂的聲調會影響到生物的成長，音樂是人類的藝術品。音樂的訓練會使人更完美。

　　波士頓市的BID（Beth Israel Dea-c o n e s s）醫療中心的史拉格（G. Schlaug）博士最近報導：古典音樂的訓練能擴大、增強小腦的功能。他利用磁共振攝影技術來比較二組男性，第一組是三十二名用右手拉琴的音樂家，第二組是二十四名沒有受過音樂訓練的男性。

　　史拉格發現：第一組的音樂家的小腦容積比第二組的普通人要大百分之五。史拉格說：腦的結構變化是經年累月的音樂訓練中得來的，並不是天生下來就有區別的。不過史拉格並沒有發現：女性的音樂家與普人有大的區別，但是他不敢下定論，因為他的研究對象中只有幾位女性。

　　另外加拿大的馬其爾大學的神經心理學家布拉德（A.Blood）教授報導：音樂的旋律對一個人的感情會有很大的影響力。利用最新的腦攝影技術，她發現：不同音響的旋律會刺激不同部位的腦反應。

　　如果音樂變得相當沉悶時，它會刺激腦右邊的副海馬腦回帶（parahippocampal gyrus），這部位是控制感情的地方。

　　但是如果音樂的旋律變得相當柔美時，左右二邊控制感情的腦部位會開始發電波反應。

　　布拉德教授表示：不同音樂的旋律會刺激不同部的神經細胞，將來有可能可以利用音樂的旋律來治療或矯正某種神經或心理疾病。

　　音樂與藝術的訓練對學童的表現也有另外一層意義，根據美國教育測驗服務中心(Educational Testing Services) 最近的調查統計報告:高中畢業生中，那些有四年以上的藝術訓練(音樂與美術)的學生，他(她)們的SAT(Scholastic Aptitude Test)成績要比完全沒有藝術訓練的一群高出八十二分。按SAT是美國大學的入學資格審查的一個重要成績，考試分語文與數學兩科，每科以八百分為滿分。要進哈佛大學非得有一千五百分總分以上才有希望。故經過藝術訓練的一群能多得百分之五的總分也是相當可觀的。

　　音樂或美術對學生的磨練有很大的價值。不僅能使學生瞭解別的科目，人文與歷史，培養美的欣賞，音樂與美術還需要學生去學習、體會與參與練習，不像其他學科，常常只有學習、唸唸書、背背書、應付考試，過了一陣子不用就忘得一乾二淨。

　　故教育家與最近神經科學家的研究結論是:音樂的訓練是一輩子的事，孩童及年輕時代的音樂接觸最為重要，它會幫助啟發學生的腦神經細胞，使學生變為更聰明。美術也有同樣的效果。但是你不能期待一有音樂或美術的訓練，就保證馬上變得更聰明，而必需有長期的培養與薰陶
 
脑神经科学的新知
 
　　 人的腦袋雖然只有1.3公斤的重量，但是它是人體最複雜的部位，它含有一千億的神經細胞，而神經細胞之間又有數不盡的連絡網路，這包括軸突（axons）、神經枝狀突起（den-drites）等，這網路是用來傳遞訊息的。腦的運作機制仍然有許多無法理解的神秘地方。如是非善惡的辨認、語立學習的細節等等。
　　美國於一九九○年開始，國會通過一項為期十年的腦神經科學研究計劃，每年撥一千多億美金做研究經費，八年來已經有許多突破性的發現，尤其是神經網路、神經生理學與神經萎縮疾病。在脊髓柱的傷害與醫療、腦中風的緊急處理與預防、阿滋海默的診斷與處理等，都有頗多的新發展。 
 
日本的腦科學研究
　　去年筆者在休假的期間，應日本國家實驗室理化研究所的邀請，去日本訪問，做研究與講學，在五個月的期間，對日本的研究動向有所瞭解，下面是有關日本的腦科學研究的幾個見聞。
　　日本於一九九五成立一個國家腦科學研究院，這固然是受美國的影響，但一方面也是有鑑於全國花費在治療神經與心理疾病的費用佔所有醫藥消費的二成，以去年來說，日本就花費了四兆圓日幣。而在可預見的未來，這與心理疾病是發生在高齡者身上，而日本正逐漸趨向高齡社會，所以政府才毅然編列每年一千億圓的預算來從事這項研究。
　　日本的腦科學研究計劃分做二個十年計劃來推行。研究的課題有三個領域：
一、腦結構與功能： 腦是人的思想、智慧與行動的指揮中心。這項研究是想找出腦結構的細節與各項功能的關聯，這些功能包括辨認能力、智慧、學習、感情、語言、記憶、教學、機動能力、良知、毅力、愛心、社會心理等。不僅要找出腦的那一部位在做什麼工作，也要找出工作的程序，是結構與動力的整合研究。神經網路是如何進行控制這些功能的？譬如記憶的基本步驟是靠突觸的可塑性（synaptic plasticity），是什麼化學分子在推動這步驟？
二、腦神經細胞功能與生物化學機制： 這項研究主要在探討老化與各種神經疾病的前因後果。包括腦的老化、阿滋海默氏症、巴金森氏症、神經分裂症、萎縮退化症、腦創傷、基因突變等等。有了這層的研究才能探知疾病的起源，也才有可能去做有效的預防與治療。
三、神經電腦的發展 利用已知的神經系統與神經網路，來發展最高階層的新電腦系統及機器人的應用。著重在設計與發展神經訊息的傳遞程序細節。舉個簡單的例子：感情與感覺如愛、恨、喜怒哀樂等與腦的運作有密切關係，感情失平衡時，會帶來心理變態。腦的研究要從辨認能力、動機因素、學習與記憶的層次去探討，做一個科學家定量性的探討。參加這項研究計劃有不同行業的專業人員，包括醫學、生物、化學、物理、數學、電子工程等。為二十一世紀的來臨做一大準備。
修女的見證：活力的泉源
　　最近美國肯塔基大學感染病理教授史諾坦（D.Snowdon）博士發表一個為期數年的研究報告，對是六百七十人名的修女，她們的年齡都超過七十五歲。史諾坦與他的同僚對這些修女的健康與生活細節做詳細的調查記錄，在她們死後，並進行解剖分析她們的腦部結構。
　　修女是個研究老化的最好對象，因為她們的生活環境、宗教信仰及飲食都很相近，並且她們的身世、教育，甚至於年輕時候寫的傳記小文都有詳細記載與存檔。
　　史諾坦的檔案中有一名修女，名叫瑪麗，她在一百歲時，還充滿活力與熱情，可與比她年輕二、三十歲的修女媲美。她用放大鏡看報紙雜誌，每天看著桌上的地球圓圖，逐次為某國家某地方的婦女與小孩禱告，祈求上帝祝福他們平安快樂。瑪麗隨和融溶合於四周的環境。史諾坦認為瑪麗是這一群修女中，最懂得生活，過得最有意義的老年生活。
　　瑪麗活到一Ο二歲，於一九九五年去世，在屍體的解剖中，史諾坦發現瑪麗的腦部呈現很多斑痕（plaques），纖維也纏結成糰，並有許多空洞，表示大半的腦細胞早就已經死亡了。照理說，這種情況會呈現在嚴重的阿滋海默氏症的患者身上。當初史諾坦無法理解為什麼瑪麗在這種如此萎縮的腦部，仍然能相當清醒，做起事仍然能有條理，能有活力與熱情。
　　慢慢地，經過四年的繼續解剖分析，史諾坦與他的同僚發現瑪麗的情況並不是那麼特別，在六十一名罹患阿滋海默氏症而去世的修女中，有十九名跟瑪麗一樣，在生前過得相當清楚，並沒有痴呆的徵狀。
　　史諾坦等在美國醫學協會會刊報導他們的分析：呈現痴呆症的一群，有九成三的人曾經有過小型的腦中風，這種小型腦中風可能是小血管破裂或動脈血管有輕度梗塞，使血液無法順利循環。腦細胞時時刻刻都需要血液，以期補充氧氣與葡萄糖，血液中斷就會引起腦細胞的死，而腦細胞死了就不能復生，故會喪失記憶與部份機動神經，嚴重時會來半身不遂。
　　人的腦大約有十億多的腦神經細胞，到四十歲以後，每天有上千的腦神經細胞會死亡，這是老化的必然現象。所以，即使沒有罹患過腦中風的修女，有六成的人，到八十歲時也會呈現痴呆徵狀。
　　這些修女在老來時，能保持清楚的思考，固然一方面是沒有罹患過小型腦中風，另外一方面是懂得生活，懂得生活也表示：她們在精神上與心靈上有寄託，能過得安祥，不會抑鬱，不會怨天尤人，能知足，能以神的旨意為旨意。故要開朗活到高齡，不僅要有健康的身體，還得有平衡的精神與心靈的信抑。
　　另外在老來時，要經常動腦筋，在思考的過程中，可以開導新的神經傳遞管道，增加腦細胞之間的網路與連線，雖然部分腦細胞死了，但多刺激的思考中可擴大連絡網，也就可以補救這老化的缺陷，這是瑪麗修女的見證。
促進你的記憶力
　　有名的神經學專家大蒙特博士（M.Diamond）曾以小鼠做記憶的實驗，她把二十個月大的鼠放到有新玩具，新活動的環境中，十個月後，解剖牠們的腦袋，大蒙特發現那些在有刺激性環境的小鼠，牠們的腦皮質的量要比在平常環境中的小鼠多出二成。動物的記憶力與腦皮質的量成正比。腦需要經常刺激，才能增強記憶，這是用進廢退的原理。
　　下面是幾個活躍腦筋的要領：
　　《新的嘗試》學習新東西，思考新問題，創造新觀念，這是刺激神經細胞的嘗試，這些會帶來神經細胞間的網路連線。可以從一些簡單的事情做起，譬如你每天開車或走路上班，你可試試走不同的路線。或外出吃飯，不要老是去同一個地方，換個地方，試試不同的菜式口味。或看不同電台的電視，或經常更換室內的佈置，或去上夜校學語言、學畫、學琴都是值得一試的簡單事情。每一個新的嘗試都會動用到腦的不同部位。
　　《改變態度》樂觀知是抗抑鬱的最好辦法。抑鬱常常會帶來心臟血管疾病，包括小血管疾病，引起小或大型的腦中風。據統計：老人癡呆症有三成是起因於多重血管梗塞或破裂。
　　要有自信，但不要固執守舊，要跟著新科技的潮流走，或許你從來沒有機會動過電腦、上網路，就放大膽去試試新的科技，有挑戰，不認輸，才會有成就感。
　　培養幽默感，放鬆自己，學學講笑話，或講古給朋友或兒孫聽，有朋友有親人共享親情會給自己很大的欣慰。
　　流露真情，不要事事苦悶在心頭。廣交朋友，擴大社交圈，這可以從參加義工或社團活動做起，或去參加團體旅遊。不同的生活圈，不同的體驗會刺激不同部位的腦細胞。
　　不要掛慮不安，輕輕鬆鬆地活著，即使你暫時忘記了什麼事情，輕鬆了，反而會有許多事情又跑回腦海。
　　即使你已經退休不管事了，也該想辦法找一份自己喜歡的工作做，義工也好，第二春的新生活是一個最好的學習機會。
　　《飲食與運動》一個人的健康與壽命決定於二個內外的因素：（一）你的基因組合，及（二）飲食與運動，基因組合受之父母，你無法更改，是先天的。但是飲食內容及運動習慣是後天的，是唯一你能改變的及努力的重點。
　　要有好的記憶力，尤其是老來時，你必須特別注意營養的補給，譬如乙醯膽鹼是腦神經的主要傳導物質，它也是保存記憶所必須的物質。乙醯膽鹼是由膽鹼蛋白質製造，食物中含最多膽鹼的有肝、腎臟、腦髓與卵黃，又卵磷脂就含有豐富的抗氧化物質與維生素。運動能促進代謝生機，加強心臟血管的機能。運動會產生神經化學成分，如腎上腺素、血清動素與多巴胺等。
 　　運動會增加腦的氧氣流量，運動能使人放鬆，忘記煩惱，也會使人有成就感。故運動不僅對肉體鍛鍊，也會調整情緒，促進記憶力。
音樂、藝術與腦的啟發
　　最近神經科學家發現：旋律、韻調與柔美的聲調會刺激腦部幾個不同的部位。他們並進一步試用音樂去矯正語言困難與心理的傷害。
　　根據哈佛大學醫學院神經生物學家柴阿模教授（M.J. Tnamo）表示，音樂的聲調會影響到生物的成長，音樂是人類的藝術品。音樂的訓練會使人更完美。
　　波士頓市的BID（Beth Israel Dea-c o n e s s）醫療中心的史拉格（G. Schlaug）博士最近報導：古典音樂的訓練能擴大、增強小腦的功能。他利用磁共振攝影技術來比較二組男性，第一組是三十二名用右手拉琴的音樂家，第二組是二十四名沒有受過音樂訓練的男性。
　　史拉格發現：第一組的音樂家的小腦容積比第二組的普通人要大百分之五。史拉格說：腦的結構變化是經年累月的音樂訓練中得來的，並不是天生下來就有區別的。不過史拉格並沒有發現：女性的音樂家與普人有大的區別，但是他不敢下定論，因為他的研究對象中只有幾位女性。
　　另外加拿大的馬其爾大學的神經心理學家布拉德（A.Blood）教授報導：音樂的旋律對一個人的感情會有很大的影響力。利用最新的腦攝影技術，她發現：不同音響的旋律會刺激不同部位的腦反應。
　　如果音樂變得相當沉悶時，它會刺激腦右邊的副海馬腦回帶（parahippocampal gyrus），這部位是控制感情的地方。
　　但是如果音樂的旋律變得相當柔美時，左右二邊控制感情的腦部位會開始發電波反應。
　　布拉德教授表示：不同音樂的旋律會刺激不同部的神經細胞，將來有可能可以利用音樂的旋律來治療或矯正某種神經或心理疾病。
　　音樂與藝術的訓練對學童的表現也有另外一層意義，根據美國教育測驗服務中心(Educational Testing Services) 最近的調查統計報告:高中畢業生中，那些有四年以上的藝術訓練(音樂與美術)的學生，他(她)們的SAT(Scholastic Aptitude Test)成績要比完全沒有藝術訓練的一群高出八十二分。按SAT是美國大學的入學資格審查的一個重要成績，考試分語文與數學兩科，每科以八百分為滿分。要進哈佛大學非得有一千五百分總分以上才有希望。故經過藝術訓練的一群能多得百分之五的總分也是相當可觀的。
　　音樂或美術對學生的磨練有很大的價值。不僅能使學生瞭解別的科目，人文與歷史，培養美的欣賞，音樂與美術還需要學生去學習、體會與參與練習，不像其他學科，常常只有學習、唸唸書、背背書、應付考試，過了一陣子不用就忘得一乾二淨。
　　故教育家與最近神經科學家的研究結論是:音樂的訓練是一輩子的事，孩童及年輕時代的音樂接觸最為重要，它會幫助啟發學生的腦神經細胞，使學生變為更聰明。美術也有同樣的效果。但是你不能期待一有音樂或美術的訓練，就保證馬上變得更聰明，而必需有長期的培養與薰陶。