緒言  

　　諾貝爾生理醫學獎得主埃寇爾斯爵士（Sir John C. Eccles, 1903-1997，澳洲生理學家，1963年得獎）於 1973 年寫了一本名為《瞭解腦》（The Understanding of the Brain）的書，其序言一開始就說以「腦去完全瞭解腦」（a brain completely understanding a brain）不單是未來式，同時也是個弔詭的說法：腦究竟能瞭解腦嗎？

         四分之一世紀後的今天，英國的格林菲爾德教授（Susan A. Greenfield）再度嘗試了同樣的工作。有趣的是兩本書的緣起都是由系列的演講稿衍生而來，只不過埃寇爾斯爵士的演講對象是美國印第安那大學的師生，內容著重實驗的細節，非一般人所易懂；而格林菲爾德教授則是以通俗科學講座的方式，對一般外行的大眾解釋目前研究者對腦的最新瞭解，雖不能說是老嫗能解，但一般受過國民教育者當都能看懂。

腦與心 

　　人自從有意識開始，就不免對自己的「心靈活動」感到好奇。人除了擁有動物所共通的生存本能及需要外，還多了所謂的「心智與意識」，不獨發展出語言及文字，作為表情達義的工具，還進一步產生抽象的思考，能「究天人之際、通古今之變」。雖然如此，人對於自我身體的認識，常不如對外界事物的瞭解為深，其中尤以我們的思想情感所在為最。

　　古人多以「心」為人體器官的主宰、思維的根源，於文字上遺留下來的痕跡也最多，譬如《孟子告子上》云：「心之官則思。」《素問靈蘭秘典論》中說：「心者，生之本，神之變也。」現代人談到思想與情感，也處處離開不了「心思」、「用心」、「心情」、「心事」等表達方式。至於「腦」，古早認為是「髓之海」，或說頭為「六陽會首」，雖然重要，但並不以為是思想情感的所在，這一點倒跟西方早期的想法並無二致。直到清代王清任的《醫林改錯》一書，才說：「心乃出入氣之道路，何能生靈機、貯記性！靈機記性在腦者……」；但該書接著又說：「精汁之清者，化而為髓，由脊骨上行入腦，名曰腦髓。」又是想像多於實證、似是而非的說法。

　　時至二十一世紀的今天，一般人對於腦在心智活動上所扮演的角色，大抵都有認識；但真要非生物醫學專業的人士說明腦部的構造聯結、神經元的電性與傳導、腦中化學傳導物質的種類與作用、感覺意識的產生、身體運動的控制、甚或是學習、記憶、情緒、動機等所謂的高級腦部功能（higher brain function）究竟為何，大概是千百人中不得其一。這一點其實不足為奇，日常生活中我們「不知亦能行」或「知其然，但不知其所以然」的事情太多了。像許多人會用電腦、會開車，但不一定清楚電腦或汽車的內部構造及運作方式。多數人雖然對於神經系統的基本層面瞭解不足，也不妨礙他們過正常的生活，甚至可能對於自身腦部的運作還有一套自己看法（雖然多是不合學理的）。

神經解剖與生理 

　　人類對於自身的瞭解一向是解剖先於生理，也就是說對於構造的認識早於其功能，其中尤以神經系統為最。譬如說流動的腦脊髓液及不成對的松果腺，都曾視為靈魂的所在，而腦下腺則以為是收集腦部排泄物形成鼻涕的構造等。造成這種現象的緣由也不難瞭解，到底觀察死人或動物的屍體並作記錄，要比探討一些腦部構造在活體的作用來得容易些。

        神經系統的大體解剖記錄已有幾世紀的歷史，但真正進入顯微神經解剖，在光學顯微鏡下觀察到神經元的各種形態與聯結，要到十九世紀末、二十世紀初的高爾基（Camillo Golgi, 1843-1926, 義大利人）及卡厚爾（Santiago Ramon y Cajal, 1852-1934, 西班牙人）兩位才開始（他倆於1906年同獲諾貝爾生理醫學獎）。之後的神經解剖學者發展出各種追蹤神經通路走向的方法，大致解開了神經網路聯結的迷團，可是其中的複雜程度還是遠超過我們的想像。

　　再者，十八世紀的嘎爾凡尼（Luigi Galvani, 1737-1798）發現，電可以刺激神經造成青蛙腿部的肌肉收縮；自此，電生理的方法就成為神經生理學者使用的主要研究法。神經生理的重要觀念之一，是所有的活細胞都具有膜電位（也就是細胞膜兩側具有不對稱的離子分布），並且細胞可藉由膜電位的改變而產生訊息。神經、肌肉及一些腺體細胞更能產生主動性、大幅度的動作電位（action potential），作長距離的傳送。經由刺激及記錄神經元電性的變化，神經生理學者對於各種腦功能的瞭解都有相當的貢獻，其中尤以感覺及運動系統最為顯著。

　　訊息於神經細胞上雖然是電性的傳導，但在神經與神經之間卻有空隙（稱為突觸 synapse），電訊號無法直接傳遞（有少數例外），必須靠某些化學傳遞物質的釋放，才能達成任務。如此一來，神經系統的複雜性又更前進了一步。一方面，一個神經元的末梢可以形成成百上千的突觸聯結，與其它的神經或是肌肉、腺體相接；再來，一個神經細胞的本體上更可有成千上萬的突觸，接受來自各方的訊息輸入。每個突觸不一定是同時活化，所造成的反應興奮與抑制的都有，造成各種的加乘及抵消作用。因此每一個神經元都是整合中心，將來自各方的訊息整理後再決定是否產生動作電位往下傳送。

神經化學與藥理

　　神經與神經之間經由化學物質傳遞的這個發現，使得神經化學及神經藥理學的研究在二十世紀中葉以後大放光采。無論是愈來愈多神經遞質（neurotransmitter）或神經調質（neuromodulator）的發現、它們在腦中的分布、作用機制、以及在生理、病理情況下所扮演的角色等，都是目前神經科學研究的顯學。腦中具有神經活性的物質不下百種，從最早的乙醯膽鹼（acetylcholine）到不斷有新「種」發現的神經胜肽（neuropeptide），從複雜的蛋白質大分子到簡單如一氧化氮（NO）的氣體分子等，令人目不暇給。

　　神經的化學傳遞還有更複雜的一面，就是受體（receptor）的多樣性。受體是位於細胞膜上的特化蛋白質，是神經遞質的作用點，保證其作用的專一性。受體於體內的分布也決定了神經遞質的作用位置，也就是目標所在。早先以藥理的方法得知，乙醯膽鹼的受體有尼古丁型（nicotinic）及蕈毒型（muscarinic）兩種，而腎上腺素的則有阿爾法（α）及貝他（β）之分。之後以藥理或是分子生物學的方法更分出許多的亞型受體，單單蕈毒型受體就有五種亞型。再以血清張力素（serotonin）為例，十幾年前還只有兩類的受體，如今已有超過十三種的亞型。不同的受體亞型對同一遞質有不同的親和力及反應，在腦中也有不同的分布。

　　近代由於電腦的發展，常有人將人腦比為「龐大的數據機」，但只要是多瞭解一些腦部構造及功能的人，就會知道那是太一廂情願的說法，人腦可是要比目前最先進的電腦，還要複雜千百倍。因此，面對這麼一個複雜的腦部，以及對其與時俱增的瞭解，一般人又能從中得到什麼助益呢？這可以從幾個層面來談，首先是神經聯結的可塑性。

神經科學與現代人生

        我們都知道，學習與經驗對於一個人心智的成長與能力的增進，具有莫大幫助，這一點對於成長中的幼兒以至於青少年尤其重要。將實驗動物飼養在多變化、刺激豐富的環境中，腦部神經聯結的數目要比養在貧乏環境中的動物來得多，腦皮質的厚度也有所增加；這個發現為先前的假說提供了實際的證據。更值得強調的是產生這種改變的能力，終其一生都存在；那也正應了一句俗諺：「活到老，學到老」。我們不但要提供下一代更好更多的學習環境與機會，成年人甚至老人自身也應該不要間斷新知的學習、與新事務的接觸，以維持腦的活力。

　　其次，經由腦部化學傳遞的瞭解，我們對於各種讓人上癮、甚至濫用的藥物的作用已相當清楚。絕大多數造成濫用的藥物會興奮腦中的報償系統（rewarding system），使得服用者一而再、再而三地想要重覆使用，造成心理性成癮。同時由於藥物的大量及重覆使用，引起一些分子層面的改變（例如受體的負調節），造成使用劑量逐漸增加以及停藥後的不適，是為生理性成癮。

　　至於腦中的這個報償系統當然不是為了藥物而存在，而是與「飲食男女」有密切的相關。人從飲食及男女之事上可以獲得相當大的滿足與快感，這是為了個體存活及種族延續所必需；不幸的是許多的藥物經由作用在此路徑，引起同等甚或更強的快感，造成服用者的廢寢忘食，難以自拔。

         這條腦中的報償路徑，主要包括由中腦的多巴胺神經元投射至前腦邊緣系統的通路。已有許多的實驗證據顯示，像安非他命、古柯鹼、嗎啡，甚至尼古丁、酒精等成癮藥物，都是經由增加此通路中多巴胺的作用而來。如果這些藥物只造成快感還也罷了，但長期使用下不是產生神經毒性（如安非他命、酒精、古柯鹼）、就是有其他的副作用（如尼古丁、嗎啡），因此為害更大。一般人都以為像嗎啡、海洛英、安非他命、大麻一類的違禁品才是有害的「毒品」，事實上為害最烈的濫用藥物是合法販賣的尼古丁（菸草製品）及酒精（各種酒類），這一點只要看看每年因肺癌、肝病、及醉酒車禍的死亡人數統計便可了解。如果多一些人知道這些成癮性藥物的作用，乃針對人類原始慾望之訴求，不是輕易可由意志所控制的事實，嘗試的人該少上許多。

　　經由神經科學的進展，目前對於許多神經及精神性的疾病，像是帕金森氏病、阿茲海默症、癲癇、精神分裂症、躁鬱及抑鬱等，都有相當的瞭解。雖然目前對這些疾病的治療，多還是以只算治標的藥物為主；但隨著我們對基本的腦生理有更多的認識，終有可能確定其發病的根源（譬如一段突變的基因引起亨丁頓氏舞蹈症），進而找到治本之道。

        舉個例子，抑鬱症是相當常見的精神失常，發病率可高達人口的百分之十（女多於男），嚴重者會有自殺的傾向。抗抑鬱症的藥物早期以抑制單胺類分解的藥物為主，近年則有「百憂解」（Prozac）一類血清張力素回收抑制劑的藥物。最近的研究更指向腦中一種控制腦下腺─腎上腺激素分泌的胜肽有所失常，因此藥廠積極開發該胜肽之拮抗劑，希望發展出副作用更小的抗抑鬱藥。

        另外由動物實驗發現，新生的幼鼠或猴如果與母獸分離及缺乏照顧，成年後就會有下視丘─腦下腺─腎上腺軸的活性失調、及類似抑鬱的症狀發生。類似這樣的新發現，不但在治療上可有新的方向，更可能在預防工作上加強。

意識與心靈 

　　早先針對所謂的高級腦部功能的研究多屬於心理與行為科學方面的探討，雖然其中有不少創見與洞悉，但總是描述多於解釋、臆測多於實證，讓人不盡滿意。自從一九三○年代腦部立體定位儀（stereotaxic instrument）的發明以來，多少學者利用實驗動物（少數以人）對局部腦區進行破壞、刺激、記錄、甚至取樣等的實驗方法，再配合各種生理指標以及行為的檢測，使我們對於腦子的黑箱作業已有相當程度的瞭解。晚近更有各種非侵入式的腦部造影記錄與分析的方法，不但能針對有病的腦找出病灶，研究者更能利用這些方法來找出參與各項高級腦功能的腦區來。

        到目前為止，我們已知生物體的所有活動，都受到包括腦在內的神經系統調控，其中不單是感覺、運動、思想與情緒，餘如心跳、血壓、呼吸、消化、代謝、體液、生殖、甚至免疫等種種生理現象也包括在內。神經內分泌與神經免疫則是兩門因應而生的學問；國人強調「身心一體」的健康，確有其科學根據。

　　針對腦部的研究，終究離不開對意識與心靈的探討。神經科學研究秉持的大原則是：「心靈與意識的活動不能脫離腦而存在」，所有正常與異常的心智活動必定有它的生物基礎，這是與許多的哲學、宗教與玄學不同之處。

        雖然現階段對於意識的生物基礎瞭解仍屬有限，但從感覺、運動、到學習、記憶、及認知等各方面的諸多研究顯示，腦部所執行的各項功能並非僅局限於某些個腦部區域的參與，而是有許多的腦區作臨時的組合，共同完成。同時腦部功能愈發達的動物，不但具有表面積更大、形成皺摺狀的皮質，同時多出來許多功能不甚明確的所謂「聯絡皮質」（association cortex）。這些聯絡皮質與腦中各處都有聯繫，很可能就包含了掌握各種腦部組合的樞紐。這種將不同的腦區作暫時性任務編組的觀念，可以解釋我們的意識經驗，不論是記憶、思考還是情緒，是無窮盡的，不斷隨著時間、情境作轉換、新生。

結語 

　　整個人類文明的歷史，撇開時時開倒車的政治、宗教紛爭，無非是對我們所處外在與內在環境的認識與改善，進而有所創造與建設。現代人常在兩個極端之間擺盪：一端是自詡科技文明之進步，以為萬物皆可為吾所用，而眛於自身之限制，造成狂妄；另一端則是太過強調人的渺小，將一切未知推給造物的奇妙，甚至是人造的玄學。個人以為對於這兩種極端的鍼砭之道，不外乎「學與思」而已：無知產生恐慌，而正確的知識才是安定的力量。

　　借用電視影集「星艦奇航」（The Star Trek）的開場白，如果太空是人類對外探索的最後一塊未知領域，那麼人腦便是我們向內探索的最後一塊未知領域。回到本文開頭埃克爾斯爵士所提的問題：以我們的腦去完全瞭解腦是可能的嗎？這一點與莊子所說：「吾生也有涯，而知也無涯」有異曲同工之意。窮一人之腦、終個人之一生，想要完全瞭解腦的運作，只怕是不容易的事（有人會說「不可能」）。但人類觀念的突破與實質的進步，早已將多少不可能化為可能，故此未可自限。

        最後引用神經藥理學者富勒（Ray W. Fuller, 1935-1996, 抗抑鬱藥百憂解的發明人之一）最喜歡的一段銘言：「我不認為人生的目的只是為了追求快樂。我想生命的意義應該是要有所用、有所擔當及有熱情；更重要的是要當一回事，堅持某些理想，並做出貢獻，才不枉此生。」我們對知識、對真理的追求（包括我們的腦），亦可作如是觀。

 《大腦小宇宙》The Human Brain: A Guided Tour, Susan A. Greenfield, 1998，陳慧雯譯，潘震澤審訂，天下文化，1998