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專門辨認祖母的神經元

102/06/14 8850

王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

腦子裡有專門辨認祖母的神經元嗎？這是1960年代一位學者提出的問題。他提出這個問題，是為了嘲笑一種關於腦子運作的理論–裝配線理論。

根據裝配線理論，我們的感官知覺是以許多細節裝配起來的，那是當年美國哈佛大學醫學院教授修伯（David H. Hubel）與魏叟（Torsten N. Wiesel）的工作假說。1960年代初，他們以動物實驗建構了第一個以單個神經元反應為基礎的神經知覺理論，修伯與魏叟因而獲得1981年的諾貝爾生醫獎。

修伯與魏叟的假說是，大腦皮質處理感官刺激的方式，係採取逐步分析的策略。初級階層的神經元只針對知覺印象的某個點的某個特徵有反應，例如顏色、亮度、在空間中的角度等，然後初階神經元向高階神經元「匯報」或「裝配」。所以每個高階神經元都擁有較多資訊，可以看見大局。按這個邏輯推理下去，位於最高階的神經元，必然有一個擁有組裝完整的知覺，那就是所謂專門辨認祖母的神經元。當然，我們也可以推論，按這個邏輯，大腦皮質上也有專門辨認祖父的神經元，甚至專門辨認橘子的神經元。

修伯與魏叟的研究是精彩的研究，得到諾貝爾獎的肯定，實至名歸。但是由他們的研究引伸出來的裝配線理論，卻招來嘲笑，因為裝配線理論引起複雜的問題。

簡單地說，人類認知活動的實況不支持這個理論。例如我們在極短的時間內，根據極少量的資訊，就能辨認面孔，直到現在科學家仍然不清楚腦子是怎麼做到的。事實上，我們辨認祖母也不全依賴視覺訊號。身影、走路的姿態、說話的聲音、甚至咳嗽的聲音，都能讓我們想起特定的人。

因此有學者假定，所謂「專門辨認祖母的神經元」，代表的是專門負責概念的神經元，那個神經元可以動員那個概念涉及的所有資訊。那麼，問題就成了：有些概念是經驗打造的，例如「祖母」，有些卻不像是經驗打造的，例如「上帝」。

這個問題繼續討論下去，會變得更為複雜，那就是：所有那些概念神經元的神經纖維通到哪裡去？順著這條思路，就很可能得出一個心物二元論的結論，就是腦子裡住了一個小人。

這是現代認知神經科學的根本問題，也是心靈哲學的問題，暫時說到這兒。總之，在1960年代，所謂「專門辨認祖母的神經元」是個受嘲笑的概念。可是從1970年代起，科學家開始發現猴子有些神經元只對手、面孔之類的視覺刺激有反應。也就是說，那些神經元似乎專門負責辨認手、面孔。可是科學家不知道如何解釋，就對它們存而不論。

最近，美國一個研究團隊以8位癲癇病人做實驗，發現他們的大腦皮質上真的有功能高度特化的神經元，譬如說，見到電視影集〈六人行〉的女主角安妮絲頓會有反應，見到茱利亞羅伯茲卻沒反應。更重要的是，那些反應是所謂一致反應，就是對同一個人的幾張不同照片都有同樣的反應，甚至看到那個人的名字及相關的事物，都會反應。

因此，人的大腦皮質上，也就是腦子的高級中樞所在地，有功能高度特化的神經元，就像所謂的「專門辨認祖母的神經元」。

這個消息立即引起許多影視八卦報紙的興趣，說是人的腦子裡有「安妮絲頓神經元」云云。當然，安妮絲頓非常高興，不在話下。

可是，這個實驗是怎麼做的呢？這涉及到癲癇。癲癇就是大腦組織自主而不規律地放電，造成病人身體無法自主的劇烈反應，激烈時，會使人傷到自己，好在現在已有藥物可控制病情。但是有一些人，藥物沒效，只好以最原始的方式治療，就是動手術。

而動手術，第一，必須找出病灶；第二，切除範圍越精確越好。因此必須在病人的大腦皮質上進行精密的定位，就是在大腦皮質上植入微電極，偵測電位的變化。由於顳葉是主要的癲癇病灶好發地，大腦顳葉有語言區，又有管記憶的海馬，管情緒的杏仁體，因此外科醫師在動刀之前，非要小心從事不可。

美國這個研究團隊就是利用手術前的空檔做這個研究，他們的發現令嘲笑所謂「專門辨認祖母的神經元」的科學家驚訝。由於科學家是在顳葉偵測到那些神經元的，而顳葉不但在視覺中樞中屬於高級的資訊處理層次，同時還與管記憶的海馬，管情緒的杏仁體有聯繫，因此那些神經元也許不屬於視覺系統，而是記憶系統也不一定。

總之，這個發現告訴我們：腦子運作的方式，似乎與我們料想的不同。期望從神經科學下手解開人類認知之謎，大概還有很長一段路要走。

神經科學能不能提供改善科學教育的好點子？

美國國家科學基金會，類似我國的國科會，最近動員了認知神經科學家、心理學家、計算機專家與教育專家，希望發展出一套教育科學，提升美國科學教育的品質。結果引起許多批評，許多學者指出，目前神經科學的研究成果在教育上的應用價值，仍然極為有限。

資料來源

《科學發展》2005年8月，392期，78 ~ 79頁

元皮質(2) 癲癇(4) 科發月刊(5221)

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