阿玆海默症(1) ~
探索人類大腦的奧密
11/14/2017
脊髓動物腦子的結構, 大致都可歸納為:上腦 (Forebrain)、中腦 (Midbrain)、下腦 (Hindbrain) 和脊髓 (Spinal Core) 四部分。
簡言之, 當動物從外界接收到各式各樣的觀感訊息之後, 其訊息經脊髓中樞神精細胞, 傳給不同層面的腦部, 進行思考、了解、分析, 然後腦子將行動命令訊息再經脊髓中樞神經, 輸送到身體各部位, 以採取反應動作。
这讓我想起, 当初参与設計超高速(有線/無線)通訊晶片的架構颇為類似。這脊髓中樞神精簡直就是接收/發射器, 利用它, 系統晶片(SOC)內部的资訊得以和外界溝通。接收到訊息後, 按地址將其傳給系統晶片中各個單元, 如处理器、記憶体、控制單位、顯示器…等。按着儲存在各單元中預設的程式, 進行處理。
同時, 各單元也將處理完畢的數据及地址, 回饋到發射器,送到目的地。然而神設計的每一個單元, 如眼、鼻、耳、口…要比我们人類設計的精密複雜千萬倍。那反應速度、感受程度…都讓人類嘆為觀止。
所有人類腦子的結構和功能都很類似, 各部門之間分工合作得十分精密複雜。 科學家對人類身上這顆使他(她) 有智慧的器官, 及它的結構、功能和運作早就感到興趣, 但一直以來都如瞎子摸象, 一知半解,
不得其門而入。 近年科技突飛猛進, 科學家們終於對人腦有了更多的認識。
人腦平均雖只有3磅重, 解剖大腦, 横截面清楚地呈現出上下兩層: 上層叫灰質 (Gray Matter), 下層叫白質 (White Matter)。
灰質約含有860億個神經元 (Neuron), 或叫神經細胞。包括視覺和聽覺、記憶、情緒、言語、決策和自我控制等感官知覺。
白質由聯絡管道束 (Tract bundle) 組成, 它的功能是連接大腦各灰質區域, 負責傳遞神經衝動。白質提供超過100兆條的神經管道, 提供電化訊號以每小時270英哩的速度彼此連絡。
腦袋消耗人體20% 的能量! 當我5歲的外孫多多, 在努力思考一件事時, 我摸他的腦袋是滾燙的!
2016年初, 德國慕尼黑工業大學使用fMRI（功能磁共振成像）和PET（正電子發射斷層）雙重方法掃瞄大腦, 繪製出大腦神經細胞之間的活動網絡。天啊! 眼前所看見的圖示有如密密麻麻縱橫高速交錯的光纖, 井然有序地交織著, 其複雜程度令人嘆為觀止。他們的結論是, 即使再先進的醫療成像技術, 也無法全面展現或記錄人類日常生活中大腦的活動狀況。
有人說, 人類經過幾十億年的進化, 才有今日這般聰明的腦袋。我想老天真是枉然賦予這等無知的人如此精製的腦袋! 或者以說這樣的人, 他們的大腦是退化了!
人腦的結構
總之, 人腦的結構從外層向内解剖, 順序是: (一) 大腦; (二) 小腦; (三) 邊緣系統, 及 (四) 腦幹。 玆分別簡單介紹如下:
(一) 大腦 (Cerebrum Cortex)
大腦又稱為顱內皮層 (Cranial endothelial layer), 它的功能是使人類具有語言、思考、記憶、注意力、認知、意識和情感表達的能力。
人類的大腦皮層好像是一個水袋, 被強力擠壓後硬是被塞入一個狹小的頭顱空間一般。 若將其張開撫平後, 像一層硬果凍, 厚約0.5公分, 面積約0.89平方公尺(是猴子的四倍!), 它占人腦重量的80％。 被擠壓後,
皮層表面呈現凹凹凸凸的縐紋, 凹下的溝叫腦渠 (Sulci), 突出的丘稱為腦迴 (Gyri), 其中以中央溝渠最明顯。
如球狀的大腦(皮層), 又分為左右對稱兩個半球,稱左腦和右腦, 分別控制右邊和左邊身體的感覺和運動神精。 連接左右兩腦之間, 有一座橋樑叫胼胝體
(Corpus Colosum), 也叫腦橋。
有人將左右兩腦比喻為兩台平行的中央處理器 (Parallel Central Processor)「平行處理資訊」。左右處理器雖各有類似的四個「顺序小處理器」(Sequential processors), 然而它们的功能及專長又很不同。比如說左腦着重在處理日常生活上的事務, 包括:邏輯、理智、數學、語言、科學、訓練、閱讀、符号。它比較注重細節; 而右腦則善於處理非日常事務, 包括:
情緒、感情、藝術、文學、幻想、圖像處理、直覺、抽象、方向、空間和創意發揮等, 它較注重整体。 當然, 這架構只能表達一個極為簡化的大腦概念。
實際上, 一個正常的人, 不但左右腦同時並且各自進行思考, 兩腦之間更是借着腦樑相互頻煩地溝通協調。同時小腦及周邊系統也隨時参與相通互動, 比起今日任何人造電腦系統要複雜千萬倍。
更有趣的是, 左右腦的神精在延腦處交叉, 使得右腦控制左半身, 而左腦控制右半身。這現象在大腦局部受傷, 如左腦中風者, 右半身癱瘓而得到驗證。
眼睛視覺神精則在眼球後方交叉, 左眼將所看見的資訊反應到右腦。反之亦然。人類到今天还搞不懂, 上帝為何如此設計? 我猜想这不只在一個人遭遇到危險, 或当身体局部受傷時会彰顯出意想不到的好處, 就是当一個人在平常的狀況之下, 也会協助他保持意識和肉体的平衡。
腦裂手術
1940年代, 美國腦神精協会創始人威廉‧瓦格寧博士, 曾經因治療一位癲癇病患, 將其腦橋切断。結果, 腦中發出的雜訊因無法再在兩半腦中來回激盪, 癲癇病得治癒。此後这類手術又稱腦裂的手術, 被用來醫治嚴重癫癎病患。手術後似乎沒有留下太大的後遺症。
兩腦失去了溝通和協調的機制之後, 要在特別的測驗之下才可以表現出來。如右眼看到的東西, 傳到左腦, 有語言能力可以說得出來。反之, 左眼看到的却無法說出。正常人, 看見的事物, 不但看到它的整体也会注意其中的細節。總之, 人腦的設計實在太讓人感驚訝, 一般人或許只發揮了其中極少部分 (<10%) 的潛能。
左右腦彼此对稱, 從前、側、頂、後的位置順序來看, 可分為四個部份, 即上述所謂的顺序處理器 (Sequential Processor):
(1) 前頭葉 (Frontal Lobe)
又稱「額葉」, 位於中央溝（Central Sulcus）的前方, 其功能包括: 情緒控制、問題解決、邏輯思考、判斷、決策、觀念、長期記憶、推理、計畫、語言、運動…等, 可以說是個「理智中心」。 我們的額葉比其他動物大, 研究發現, 在幼年時期接觸到音樂訓練者, 如小提琴或鋼琴, 似乎可以刺激額葉某一區, 叫K-
Knob处的腦细胞發展。
額葉後部皮層, 有一個布羅卡區 (Broca Area), 該區域的損傷會導致失語症, 其特徵是言語猶豫不振, 語言不完整, 語法結構稀少。彈奏樂器可以提高溝通的能力。
(2) 側頭葉 (Temporal Lobe)
又稱「顳葉」, 位於大腦外側, 太陽穴附近（Lateral Fissure）, 其功能包括: 語言、閱讀、知覺、聽覺、刺激、辨識…等。我們使用語言中心來欣賞音樂, 必須跨越大腦的兩側, 因為語言和單詞在左半球中被解釋, 而音樂和聲音則在右半球中被理解。其中, 韋尼克區 (Wernicker Area), 理解書寫和口頭語言, 大腦用它分析和欣賞音樂。
(3) 頭頂葉 (Parietal Lobe)
又稱「頂葉」, 位於中央溝（Central Sulcus）的後方, 其功能包括:觀感反應、注意力、語言、觸覺、壓力、溫度以及疼痛等; 和
(4) 後頸葉 (Occipital Lobe)
又稱「枕葉」, 位於腦部後側, 稱後腦其功能包括: 視覺、形狀、3維、空間、顏色、以及記憶…等。 比如, 右枕葉解讀左枕葉視覺空間圖像, 左枕葉解讀右枕葉視覺空間圖像。據研究, 睡著的人, 若量測到快速眼動 (REM), 可以判斷他在做夢, 作夢和後兩葉的腦部活動有關。
專業音樂家在聽音樂時使用枕葉皮層, 即視覺皮層, 形像地看到樂譜。而像非專業人士, 則使用顳葉 ~ 聽覺和語言中心聽音樂。
以上所提各項功能, 老實說至今各家說法仍不盡相同, 僅供參考。據說有些人的腦袋局部受傷後, 他或許失去日常記憶, 但昔日講話和彈鋼琴的能力卻絲毫不減。 太妙了! 可見這種特殊功能性的記憶體, 如專門記憶語言或音樂的, 是分散在不同的腦部, 以降低風險。
1955年科学天才 ~愛因斯坦死後, 他的腦袋捐給医学界研究。世人十分好奇他的頭腦到底和一般人有何不同。結果他的腦袋被切成240塊分送到美加各大学醫院等处研究。發現他的腦袋比一般人輕, 不到三磅重, 但枕葉比正常人大15%。此外, 他喜欢拉小提琴, 所以在額葉右侧的k_knob突出。細部分析, 也發現他的神經細胞及連絡神經管道密度比一般人高。
伏伏核 (Nucleus Accumbens) 坐在靠近大腦底部的位置, 研究發現伏伏核核是那種厭惡、獎勵、強化和動力等功能的主要參與。尋求愉悅和回報, 並在成癮中起重要作用, 因為它釋放神經遞質多巴胺 (Dopmine) 。樂可以說是一種非常容易上癮的毒品, 因為它與毒品在大腦中起類似作用。
(一) 小腦 (Cerebellum)
位在大腦半球下方, 緊鄰腦幹後方, 也分左右對稱兩半球, 並有皮層包住。 小腦的功能在感覺、感知、協調骨骼肌肉活動、存儲記憶, 它在控制運動姿勢平衡中扮演重要角色, 它似乎也輔助處理大腦項葉的注意力, 及額葉的語言能力。
阿爾茨海默氏症患者即使他不認識妻子, 也可以彈鋼琴, 因為他年輕時就學會了, 彈奏已經成為一種肌肉記憶, 小腦中的記憶永不消失。
小腦收傷者, 多無法接收脊髓和大腦各部傳來的訊息, 人便會喪失協調身體平衡和運動的能力。科學家們正在努力研究, 希望將來能藉著植入生物晶片, 使傷患能恢復運動的能力。
(二) 邊緣系統 (Limic System)
首先, 本人對中文翻譯「邊緣系統」有些意見, 它的功能、協調和主導性甚至比起其它腦部有過之而無不及, 不如稱它為腦子中央處理組合系統。
它在腦袋的中心, 被皮層包住, 位於腦幹上方。 除了腦下垂體 (Pituitary) 外, 也多呈現左右對稱的結構。 邊緣系統負責處理記憶與情緒、行為, 並調節賀爾蒙及長期記憶, 它包括:
(1) 視丘 (Thalamus)
又稱為丘腦, 除了嗅覺之外, 清醒時所有的感覺器官訊息都必須經由視丘才能進入大腦皮質各個相關區域, 所以稱它是「通往大腦之門」也不為過。 睡眠時, 它會選擇性阻止訊號傳遞, 讓人休息。但個人認為, 逃過視丘管制的些微訊號, 或許就是觸發大腦的作夢活動。這和弗洛伊德做夢理論相吻合。 據報導, 下丘脑是体温调节中枢, 空调导致下丘脑失去了接收刺激的机会, 久而久之, 体温调节中枢将对外界温度不再敏感, 从而导致体温降低。
(2) 下視丘 (Hypothalamus)
位於視丘下方, 大小只有一顆豌豆那麼大, 男性的比較大。 它與腦下垂體 (Pituitary) 負責調節人體多種荷爾蒙分泌(生長激素、催乳素、甲促素、皮促素、濾泡性促素、黃體素等) 和神經系統。它們功能是調節體溫、口渴、食慾、新陳代謝、性行為、情緒、心率…, 此外器官運作的調節, 睡眠與甦醒的週期都由它掌控。它是人體「調節中心」, 日夜顛倒者易使其退化。例如, 如果您聽莫扎特演奏, 心率和血壓降低
(3) 杏仁體 (Amygdala)
狀似杏仁, 位居腦幹之上, 左右兩顆。有人說它是腦子中的核心元件。 它與所有強烈刺激性的情感有關, 例如恐懼、攻擊、性高潮等 (Triger emotion)。音樂可以控制您的恐懼, 或使您準備好戰鬥, 或增加樂趣。
當外在感官將訊息傳入視丘後, 視丘大體上採双軌制: (A)除了把相關訊息傳給大腦額葉皮層, 進行訊息辨識與處理後,再傳到杏仁体執行情緒反應; (B) 同時也會直接地通報杏仁體。如果杏仁體覺得事關重大, 它就會立刻讓下視丘輸送荷爾蒙到身體相關的部位, 做出急時反應動作。
另外杏仁體也會查詢「海馬體」內儲存的情感、無意識記憶, 做出緊急應變措施, 或本能逃生反應。 科學家們發現, 精神病患的殺人魔 (Psychopath) 他們的杏仁體多萎縮, 極容易衝動, 而且和其它腦部, 如額葉及海馬體等溝通不良, 失去理智和警覺。 這一半是先天遺傳的缺陷, 另一半是後天環境造成。
正常男人的杏仁體是女人的兩倍大, 在性高潮時, 男人各腦部保持清醒警覺, 而女性則多呈現昏迷現象。
(4) 海馬體 (Hippocampus)
每人有兩個海馬, 分别位於左右腦半球。主宰新記憶接收儲存的結構。它暫時儲藏清醒時學習的成果, 然後在睡眠時, 慢慢地將其分散儲存至各個大腦分區, 包括儲存在前頭葉長期記憶區, 以便日後隨時提取。 睡眠失常或熬夜者, 或許會產生短期記憶喪失現象。
有人具有快速記憶 (Photographic Memory) 的能力, 表示這方面比一般人強。 經長年的實驗研究, 發現原來人類海馬體一直到四歲以後才發育完全。換句話說, 四歲之前無法留下長期記憶。
海馬體本身就是一種不斷回饋的神經網路, 假如中間回饋的部分發生異常, 訊號就容易不斷地被放大, 變成癲癇了。有一個癲癇病人, 手術割去海馬体, 病得医治, 但是開刀之後, 他無法建立新的長期記憶。海馬體被認為是大腦的中央處理單元(CPU), 它是大腦最早受到阿爾茨海默氏病影響的區域之一, 從而導致混亂和記憶力減退。
失智病患也是海馬體失去功能。音樂可能會增加海馬的神經發生, 從而產生新的神經元並改善記憶。 除此之外, 在海馬體植入晶片以加強記憶儲存能力, 其可行性如今己被證實, 或許將來可以醫治失智疾病。
(5) 胼胝體 (Corpus Callosum)
負責連絡左右腦, 使其密切溝通、交換、傳遞訊息, 允許身體協調運動。它必須要等到進入青少年時期才會完全成熟, 才能靈活並準確地運作。所以小孩想法多直覺、天真、幼稚、可愛; 一般而言, 女性胼胝體比較厚, 較易同時使用左右双腦, 比如說在邏輯說話(左腦語言) 時会帶直覺感情 (右腦情緒)。左腦語言区受傷者, 女性比男性更易利用右腦來恢復語言能力。音樂家的左右腦, 特別保持協調。
(6) 松果體 (Pineal)
又稱腦上腺, 它位於胼胝體後端, 經過下視丘連結到視網膜, 具有「感光」的能力。
有人說松果體有如影像處理器。 它主宰所有腺體, 監視器官的運作, 控制各種荷爾蒙的濃度。
當松果體沒有感測到藍光時, 分泌褪黑激素 (Melatonin), 幫助睡眠。 它是調整人體作息與睡眠的生理時鐘。
自從松果腺被發現以來, 它一直被蒙上了一層神祕面紗, 被稱爲 「第三隻眼睛」。 它具有視網膜組織, 並且與肉眼對大腦視覺皮層的佈線相同。
松果體裡面漂浮著水和結晶體, 具有壓電發光的特性。 隨著晶體被壓縮, 它會釋放出光子。密歇根州大學分子與綜合生理學系博士吉莫·博爾濟吉（Jimo Borjigin）發現大腦松果腺中含有製造二甲基色胺 (Dimethyl tryptamine, DMT) 所需的兩種酶, 也存在於大腦其他部位, 包括：新皮質, 以及海馬體。DMT會造成迷幻意識, 其效果可以模擬瀕死體驗, 即人們曾報道稱超越身體進入另一個境界的感覺。
孩子小時候, 他們這方面的感覺比較靈敏。 隨著年齡的增長, 我們的日常生活中, 飲用水中的氟化物會干擾內分泌系統腺體的功能, 含有鋁量高的食物, 也會破壞神經系統,
造成我們無法發揮上帝賜给我們的潛力。
(7) 皮質下的神經核 (Subcortical Nuclei)
包含紋狀體 (Striatum)、蒼白球 (Globus Pallidus)跟相關結構。紋狀體分為背側跟腹側, 背側包含尾狀核 (Caudate) 跟殼核 (Putamen), 腹側包含杏仁核 (Amygdala) 跟嗅結節 (Olfactory Tubercle)。
殼核處理節奏並調節身體運動和協調, 音樂可以增加該區域的多巴胺, 以增加我們對節奏的反應。音樂可以暫時停止帕金森氏病的症狀。 例如, 節奏音樂已被用於幫助帕金森氏症患者的功能, 可以像拐杖一樣,幫助他們走路。不幸的是, 音樂停止播放後, 病理又恢復了。
(四) 腦幹 (Brain Stem)
上接間腦(包括視丘和下視丘), 下連脊髓 (Spinal Core), 由中腦 (Midbrain)、橋腦 (Pons) 和延腦(Medulla) 三部分組成:
(1) 延腦功能包括心跳、呼吸、血管收縮、吞嚥、咳嗽、嘔吐等自律神經的反射中樞。
(2) 橋腦是自大腦傳至小腦神經脈衝的橋樑, 並且也是呼吸調節中樞。
(3) 中腦是視覺和聽覺的反射中樞, 如: 瞳孔遇光縮小（瞳孔反射）、耳聞聲側頭, 等。若中腦中黑質區的神經元多巴胺 (Dopamine) 分泌不足, 會引起帕金森氏病。
是一種慢性中樞神經系統退化疾病, 主要影響運動神經系统。
12對腦神經之中, 除了大腦顳葉(Temporal Lobe)中的嗅覺神精, 和枕葉(Occipital Lobe)中的視覺神經之外, 其餘10對全部都在腦幹之中。 腦幹是我們的生命中樞, 人無辦法控制這一部分腦部的活動。近年來傳聞換頭手術, 最困難之處我想便是如何將某甲頭部這些神經連接到某乙身體的脊髓之上。 只要稍有差錯, 縱然成功, 病患恐怕也是生不如死。
結論
人腦的結構是多麼地精深奧密呀! 最簡單的系統晶片 (SOC) 都需要智慧來設計、生產、組裝、測試和應用。 若把它放在抽屜裡, 十年八年後, 它是不會變得更聰明, 它更不會自動演化成更多功能更快速的電腦。 它最終的命運是生銹、故障, 就報廢了!
再說, 集合千萬人的智慧, 設計一台超級量子電腦, 再加上非常成熟的人工智慧, 很神氣了吧? 但它許多功可能比一個剛出生嬰兒的腦袋還要落後千萬倍! 可能比小狗還糟。
人類若再不謙卑, 俯伏在造物者面前, 盲目地相信並依賴自己的智慧, 最終的結局必是滅亡!
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