跨越時光的旅程
我，喬治．布希，美利堅合眾國總統，現在宣布，從一九九○年一月一日開始，是腦的十年（The Decade of Brain）。我呼籲美國所有的公務員和人民，用各種適當的計畫、典禮和活動，來宣揚這個十年。
一九九○年七月十七日，美國總統布希在白宮簽署了第六一五八號總統文告，宣布從一九九○年一月一日起，進入腦的十年。在這之前的十五年，腦造影技術大幅改進，現在可以直接看到大腦內部的工作情形。當技術進步到這個境界，時機就成熟了，政府可以啟動公共和私人的基金，進行這個前所未有的大腦研究。
研究頭腦發展預防疾病方法
這個新的計畫非常吸引人，醫生希望新的研究經費注入，可以幫助他們更了解從憂鬱症、自閉症到思覺失調症、癲癇、藥物上癮和失智症等各種心理健康失調，是出了什麼問題，以及如何發展出新的、更好的預防和治療方法。因為精神疾病耗費大量的醫療照護支出，這個花費還持續高度成長，政府部門和健康經濟學家明確贊成相關的研究計畫。
對我們其他人來說，這個十年開始了對大腦科學的長期愛情長跑。跟以前所有的歷史相比，在腦的十年中，有關大腦和它內部運作的知識，是以前的兩倍。媒體用聳動的標題，來報告大腦的新發現。科學家也用寫通俗的科普書，來回報媒體的熱情；在書中，科學家解釋他們高科技的研究，這些書創造出更見多識廣的觀眾，他們渴望能學習到更多。
我們被激起好奇心。大腦如何控制我們的行為、我們的思想、我們的情感？所有這些新科學，可以使我們變得更聰明，或是改變因擾我們一生的憂鬱症和焦慮症方向嗎？我們是否開始能了解好朋友或家人的大腦在想什麼，使他們走上絕路？這些大腦知識和它運作的方式，最終可以告訴我們：是什麼造成現在的我們嗎？
中央發號司令台
想了解大腦及它如何控制我們身體和情緒的運作，是從有文字記載的人類歷史以來，就有這樣的探索。古希臘人不太了解大腦的基本生理結構，所以當時的辯論，都是哲學上的問題：普通常識（common sense）落在大腦的什麼地方？大腦的哪個區域，控制著我們的記憶、理智和想像力？大腦和靈魂、精神或心靈的關係是什麼？靈魂在大腦的什麼地方？
希波克拉底（Hippocrates，四六○～三七五BC）認為，大腦是智慧的所在地，負責我們所有的感覺。他說：「人應該要知道，從大腦，而且只有從大腦，我們得到快樂、喜悅、笑語和嘻笑，以及我們的悲傷、痛苦、哀悼和眼淚。」然而，不久之後，另一個知名且有影響力的希臘人亞里斯多德（Aristotle，三八四～三二二BC），又有另一種權威觀點。亞里斯多德和他的追隨者說，不是大腦，而是心臟決定我們到底是誰。心臟是我們唯一的智慧來源。大腦只不過是一個冷卻機制，只有在釋放心臟過度工作，而製造出大量熱的時候有用，因為它扮演的是安全活門。
木乃伊沒有大腦
古代埃及人也不注重大腦，埃及人跟他們同一時代的其他文明一樣，都在人死亡之後，做成木乃伊，他們認為肉體在死後可以復活，所以要盡可能好好保存，復活時可以再使用。
製作木乃伊的過程很冗長與費力。內臟都要第一時間拿出來，因為它們很容易腐敗。這些器官會個別進行防腐處理。只有一個器官留在身體裡面，就是心臟。這是因為心臟是智慧和情感的泉源，對死後的生活很重要。他們把身體和未經搬動的心臟進行脫水和防腐處理。
其他內臟隨後會放回它們原來的地方，再用麻布把身體包裏起來。每層布之間都放著護身符，以保護身體到下一個世界時，不會受傷。過程中，他們唯一丟掉的器官是腦。古埃及人認為，他們不需要腦，就可以在另一個世界活的很好。
大腦的運作需要實驗證明
七世紀到十三世紀，是伊斯蘭教的黃金時代，許多科技和醫學的新想法湧出，迷信的大腦假設，逐漸被系統化和科學的驗證取代。海桑（Alhazen，九六五～一○四○）是偉大的阿拉伯物理學家、數學家，他在光學上有偉大的成就，最為人知的，是解釋眼睛如何把影像傳到大腦。
他是第一個宣稱所有關於大腦如何運作的假說都該丟棄，除非這個假說是實驗可以觀察得到的。「追求真實的人，並不是研讀古書，然後相信它們，而是懷疑自己對這些說法的信仰，質疑他收集的這些說法有何問題；追求真實的人是屈服於論據和實驗展示，而不是說人的本性充滿了不完美的缺陷。」
大發明家達文西
這是我們今天所謂科學方法的起源。在文藝復興時期，許多科學家都是極有成就的藝術家。在他們仔細解剖之後，開始看見人體的結構，而每一個新發現，都需要記錄和畫下來。所以，藝術家和科學家就這樣一起發展起來了。藝術與科學結合最有名的例子，就是集藝術家與發明家於一身的達文西（一四五二～一五一九）了。
他是自學的解剖家，一開始的研究是生理和解剖學，所以可以把人體更真實地表現在他的畫布上。但他也對大腦結構有興趣，因此畫了很多詳細的大腦圖。我們今天運用的大腦各部位名稱，就是在那個時候標上去的。
大腦構造細分
大腦（cerebrum）是拉丁文的腦，位於腦殼前端，體積是整個大腦的三分之二。它包括兩個腦半球，左半球和右半球，大腦控制著高層次的腦功能，如思考和動作。小腦（cerebellum，拉丁文的小腦）在腦殼後端，控制著動作和平衡。延腦（medulla）在小腦前面，調節身體的非自主歷程，如血壓、心跳、消化和呼吸。
當皺褶成了一件好事，最早也最有名的解剖教科書之一，是一五四三年出版的《人體的構造》（De Humani Corporis Fabrica；英文：On the Working of the Human Body），作者是安德雷亞斯．維薩里（Andreas Vesalius，一五一四～一五六四），這是第一本區分出大腦灰質和白質兩種大腦細胞組織的書：大腦的外層皮質由灰質組成，白質是中間的神經纖維。
大腦表面皺摺
這也是第一本正確畫出大腦表層的書：大腦表層有許多皺褶，形成腦溝（sulci）和腦迴（gyru）。早期的解剖學家以為，這些迴旋的起伏是隨機的，很像他們剖開肚子時，看到的捲曲小腸模樣。維薩里就不認為這些迴和溝有什麼特別的。「人的大腦沒有什麼特別之處，我在驢、馬、牛和其他動物的大腦內，也都看過這些迴溝。」他說。
然而，到了十六世紀結束時，人們知道維薩里是錯的。大腦表面的迴和溝，既不是隨意的，也不是捲曲的，它們都牢固地連結到大腦底部。而且，高等動物的比較深。在比較不同動物的大腦時，大腦皮質越大，腦溝和迴會變得越複雜。
人類腦迴旋很深
這個時期的版畫，顯示出清楚的演化歷程：河狸（beaver）的大腦很平滑，狐狸的大腦有五個迴旋（convolution），馬的迴旋比羊深，大象的迴旋又比馬深。但沒有任何一種動物的腦，像人類的迴旋那麼複雜。
十九世紀初，法蘭茲．喬瑟夫．高爾（Frang Joscph Gall，一七五八～一八二八）這位德國解剖學家，有很多人都對他很感興趣。靠著熟練的解剖技術，他成了第一個找出顱內十二條神經的人，這些神經透過腦殼的通道流出大腦外，而不是透過脊柱。
顱相學興起
有些顱內神經控制著感覺器官，有些控制著肌肉，其他的連結到器官上或內臟，如心和肺。這些發現很重要，因為他，神經學逐漸發展成一門獨立的學問。但高爾在顱內神經上的貢獻，並沒有讓他吸引到最大多數人注意；他會變得有名，而且廣受一班大眾歡迎，是因為顱相學（phrenology）的理論。
根據他的理論，大腦不是一個器官，而是由很多器官組成的，每個器官各在大腦特定的迴旋處，每一個控制著不同的情緒和心智功能。因為大腦的腦殼形狀和迴旋有關，他相信，腦的大小和形狀，它的腫塊、隆起和凹陷，可以預測個體的人格特質和心智能力的強弱。
顱向學的特色
針對社會上行為極端的人，如罪犯和牧師，高爾檢視他們的大腦，把他們大腦特殊的地方畫下來，找出所謂誠實、自律、正直、毅力等特質，甚至是音樂之類的藝術天賦。感受個人各自的腫塊，或是解讀某人的腫塊，變成一種廣受歡迎的娛樂：星期天下午沙龍的娛興節目。
聽說甚至連維多利亞女王都邀請顱相學家去替她的孩子摸頭，想搜尋他們內在的才能和脾氣。到了十九世紀中葉，顱相學變成一個賺錢的事業，尤其在美國，很多大城市都設立了顱相學機構。這些顱相學家宣稱他們可以診斷疾病，計算未來得病的機率。
情侶在婚前用它來測試兩人是否契合，企業用它去篩選來求職的人。甚至連政客在競選公職前，都會求教顱相學家。有些當時的名詞，我們到現在還在用，例如「知識分子」（highbrow）、「低俗的人」（lowbrow）與「你該去檢查腦袋了」（你的頭腦有問題了；you need your head examined）。
心理學興起
顱相學讓位，心理學誕生。唯一的麻煩出在高爾身上，因為他雖然是個技術高明的解剖學家，卻不是一個很好的科學家。他的原始研究有很大的抽樣問題，他只找符合自己理論的人來做，也只報告符合他理論的結果，凡是不符合的資料，就統統丟棄一旁。
法國的生理學家尚．皮埃爾．弗盧龍（Marie-Jean-Pierre Flouren，一七九四～一八六七）公開宣稱他對這種偽科學的厭惡，對顱相學家這樣欺騙大眾感到憤怒。後來，拿破崙請他去驗證高爾的理論。他用動物做實驗，證明高爾是錯的，並沒有證據支持他的理論。
大腦隨迴旋的來由
然而，大腦形狀和功能之間的關係，最後使得科學家回頭去想皮質上迴旋溝迴的本質。為什麼人類的迴旋比動物複雜許多？是什麼樣的壓力，使大腦產生突起的腦迴和凹下的腦溝？卡爾．威尼基（Carl Wernicke，一八四八～一九○五）認為，這是為了增加大腦的面積。
當我們越來越聰明時，大腦就要越來越大，但大腦的發展受限於腦殼大小。當大腦無法向外擴展，只有向內擴展，而褶痕幫助面積擴展。到了十九世紀末葉，開始出現大腦結構和功能的詳細地圖。前腦（forebrain）包括大腦皮質，是我們感覺、學習和記憶的所在地。
系統化研究心理學
訊息從眼睛、耳朵和其他感官進來，都先送到中腦去，然後再傳回前腦。語言在左腦，而呼吸和消化這種非自主控制功能（involuntary function）在後腦，那裡有最多顱內神經。到了一八○○年後期，人們重新喚起對心智影響行為的興趣，「心理學」這一門新的學科因此誕生。
德國生理學家威廉．馮特（Wilhelm Wundt，一八三二～一九二○）是第一個用系統化的方式，去研究不正常的心智狀態，他運用可測量的現象，像是注意力廣度（attention span）和反應時間（reaction time）來做指標。他認為，心智處理（mental processes）可以分析和計算，就像化學家去分析和分類化合物一樣。
實驗結果要能複製
在研究法上，馮特也有很大的貢獻。他堅持所有的實驗，都必須在嚴謹控制下的情況進行，而且要詳細記錄過程，使別的實驗室也能重複做出同樣的結果。假如一個實驗的結果不能複製，這個結果就有可能不是真的。
有趣的是，最近的科學分析發現，竟然有五○％的科學論文在發表之後，別的實驗室無法複製出同樣的結果，就連在龍頭醫學期刊發表的文章，也有這種現象；因此，有可能是誤導的結論（譯註：這是目前一個很嚴重的問題，如果著名期刊發表的論文都不可相信，那我們要相信什麼？
論文造假的損失
台灣自從台大論文造假，從校長到研究員的事情爆發之後，我們在國際上的名聲大大受損，五十年的努力，可能才換來台灣在國際學術界的地位，五件造假可能就毀了前面的心血，做研究，不可不慎）。
大腦受傷的經典案例
哈佛醫學院的華倫解剖博物館（Warren Anatomical Museum）有一個玻璃櫃屋，裡面裝著一組奇怪的物件：一個男人的頭骨、一個男性臉孔的鐵面具和一根長鐵棒。頭骨和面具屬於菲尼斯．蓋吉（Phineas Gage）的頭和臉，他曾是鐵路工頭。
而鐵棒是蓋鐵路時炸山用的，在石頭上鑿個洞，把炸藥放進去，上面用泥土覆蓋，用這根棍子把土塞緊，然後點燃引線。一八四二年，蓋吉二十五歲時，負責建造一段通往維蒙特州（Vermont）的鐵路。在他要用這根棍子去塞緊炸藥時，炸藥爆炸了，這根棍子穿過他的臉頰，從額葉伸出，把他震到十丈之外，坐在地上。
驚人的是，蓋吉活了下來。意外發生之後，他馬上就能走路、也能說話，自行回去旅館，在那裡，醫生隨後從他破碎的頭蓋骨鑽洞，把棍子從他的腦袋拔出來，並處理他的傷口。起初，他從昏迷、腦部感染以及譫語階段中恢復時，穿插著一段又一段的清醒時間。然而，他在接下來四年的恢復期，是緩慢而且不穩定的。
大腦受傷改變性格
他的奇蹟恢復，歸功於治療他的約翰．馬丁．哈洛（John Martin Harlow）醫生：當時很少有醫生的技術這麼好，足以成功地排出他大腦的膿瘍。蓋吉的身體復元得很好，雖然失去一眼的視力，還有一邊的臉頰麻痺。但他的性格完全變了。他曾是一個非常負責任、安靜、勤奮的工頭，現在卻變得乖戾和好鬥。
被鐵路公司開除之後，他發現很難找到任何待得下來的工作。這個知名的個案，在很多神經科學的教科書中都可以看到，是研究大腦結構跟行為關係的一個里程碑。它不但顯現人格跟額葉皮質有關係，還告訴我們這個地方受傷了，行為會有什麼改變。
最近，加州大學洛杉磯校區（UCLA）的研究者重新檢視這個個案，用腦造影技術去看當年大腦受傷的部位。結果，他們發現，那根棍子造成大腦白質大面積的損傷。我們現在知道，白質連結大腦很多部位，它們一定要共同工作，我們才能作推理和記憶。蓋吉大腦白質的破壞，使他的行為劇烈改變。
顯微鏡使人更了解細胞
蓋吉在受傷十二年之後死於舊金山，得年三十七歲。顯微鏡的改進，也使我們更加了解大腦的祕密。十七世紀中葉，英國科學家虎克（Robert Hooke，一六九五～一七○三）用放大鏡來檢視一個銀行軟木塞。他發現，軟木塞其實是很多小室緊密組合在一起所形成的。
因為它們很像修道院裡修士住的小房間或單人小室，他把這些結構取名為「細胞」（cell，譯註：一排排相似的小房間叫cell，例如牢房、軍營的房間）。虎克發現的，是從植物到動物和人類，所有生物最基本的結構。
顯微鏡了解大腦內部
當光學進步時，放大鏡就被顯微鏡取代了。雖然一開始粗糙，顯微鏡帶給我們大腦的內部結構訊息，卻是前所未有的。人類發明新的方法，去「修整」脆弱的、像果凍一樣的大腦組織，把它浸在酒精或福馬林（formaldehyde）中，讓它不能分解，方便操作，並可以切成幾乎是透明的薄片。
各種染色技術發展出來，使細胞的顏色增加，得以標示不同的內部結構。
吃出健康高智能的大腦
作者： 艾琳．波爾福德–梅森
譯者： 洪蘭
出版社：遠流
出版日期：2019/01/27