用均衡飲食吃出健康大腦

醒報編輯部 2019/05/22 11:53 點閱 3177 次

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