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腦的難解之謎:智慧如何形成?流進腦部的感官以及在腦部啟動的行動。介於中間的是真正的智慧
2014/11/26 22:22:50瀏覽115|回應0|推薦0
腦的難解之謎:智慧如何形成?
田思怡譯
美國和歐洲聯盟已經啟動一些新的腦部研究計畫,這些研究計畫是最近激增的相關研究的一部分。科學家正在為老鼠、蒼蠅和人類腦部的某些部分製作各種不同放大倍率的圖譜。這些科學家對於腦部如何運作已經有了更深入的了解,破解哺乳類動物腦部航行和記憶位置的方式,(編按:大腦擁有一套「內建的定位系統」(inner GPS),幫助我們在空間中導向,並且為更高層的認知功能奠立基礎。) 即為其中一例,這一項研究成果獲得了2014年的諾貝爾醫學獎。

不過,數量愈來愈龐大的資料,包括地圖、地圖集、顯示細胞與腦部各區域連結的神經元聯結體,也代表著進步本身具有的吊詭性,因為在獲致進展的同時,也益加凸顯了我們在理解上仍有重大的不足。

因此,仍有許多大大小小的問題無法解答。資訊如何編成密碼,在細胞與細胞之間,或是細胞的網路與網路之間傳送?科學家發現一種基因密碼,但是並沒有遍行於整個腦部的神經密碼;沒有電氣或化學字母的存在,可以將它重新組合用來表達 「紅色」或者「恐懼」。而且沒有人知道,在腦部的不同區塊,資訊的編碼方式是否也不同。

64歲的賴瑞.艾波特原為理論物理學家,現服務於紐約市哥倫比亞大學,是這個領域最傑出的理論家。他在1980年代末從物理學轉攻神經科學,那是在他順道拜訪了他在麻州布蘭迪斯大學的同事伊芙.瑪爾德的實驗室之後。瑪爾德的實驗室當時正在研究螃蟹控制一種肌肉的神經元。她的一個學生向艾波特展示記錄神經元的電氣活動、並將它翻譯成鍵音的設備,每當有一個細胞激發,我們便可透過揚聲器聽到鍵音。艾波特說:「這些激發的聲音讓我著了迷。」

瑪爾德和艾波特這兩位博士發明了動態鉗位技術,這種方法把腦細胞連結到一台電腦,用以操縱細胞的活動,並測試一些關於細胞和細胞網路如何運作的假設。

十年前,艾波特從布蘭迪斯大學轉到哥倫比亞大學工作,他和哥倫比亞的其他科學家嘗試建立可以說明腦部如何運作的電腦模型。他說,單神經元已了解得差不多了。現在的問題是更大的團體,數以千計的神經元如何一起運作,以便產生一個行動,像是伸手去拿杯子,或是去感覺(聞)一朵花。

有一些方法記錄腦部神經元的電活動,而且進步快速。不過,他說,「如果我給你一千個神經元一起激發的畫面,它不會告訴你什麼。」電腦分析有助於精簡這樣的畫面,不過,他說,「目標是去發現資料中的生理學機制」。

他最近與同為哥倫比亞大學研究員的納特.梭泰爾,以及梭泰爾實驗室的一名研究生安.甘迺迪合作,研究弱電魚。不像電鰻和其他用電波來電昏獵物的魚,這種魚產生微弱的電場,協助牠找到獵物。研究人員原已設計出一些實驗,對於魚的腦和感電器官如何運作,取得了相當程度的了解。

艾波特加入實驗室的其他人,把這方面的了解往前再推進一步。這種魚有兩種感應系統。一是被動的,接收其他魚或獵物的電場。另一是主動的,發出脈衝,供通訊用,或是像電氣版的聲納。他們已知,這種魚能藉由創造艾波特所稱的「負像」來抵消自己的電脈衝

他們把一隻弱電魚的腦接上電線,發現一群令人驚訝的神經元稱為單極梳狀細胞)正在發出的訊號,是腦的另一部分向電氣器官發出訊號的延遲複製版這個延遲的訊號直接傳向被動的感應系統,抵消電脈衝發出的訊息。

梭泰爾說:「腦部必須運算什麼是自己產生的,什麼是外來的。」

這聽起來也許不像大躍進,卻是腦部如何整理大量的外來資訊,並賦予意義的開始。

畢竟這是腦的一部分工作,從光子和電子明和暗分子和運動去建構一個影像,並與魚或人所記憶、需要和想要的連結。

艾波特說:「我們從兩端往裡面研究神經系統」,意謂流進腦部的感官,以及在腦部啟動的行動。「介於中間的是真正的智慧,對吧?好戲就在這兒。」

【2014-11-25/聯合報/G5版/UNITEDDAILYNEWS】 紐約時報(The New York Times)與台灣聯合報合作,每週推出紐約時報精選周報。

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