科學家透過研究果蠅的大腦，來了解人腦的運作。（圖／fatcat11繪）

「如果做個問卷調查，有多少人知道自己的腦袋有幹細胞？比例也許不到1/10。再問大家幹細胞在哪裡？知道的，可能只剩1/100。幹細胞又是如何補充產生新的腦細胞？我想一般人幾乎都不知道。」臺灣雖然在腦神經科學基礎研究屢屢領先全球發表突破性新發現，但清華大學生命科學院院長暨腦科學研究中心主任江安世感慨表示，「大家都說自己很重視教育，教育的目的就是要改變腦袋，然而我們對腦袋的了解卻少到難以置信！」

身體要鍛鍊，大腦也要

大家也許會覺得這些有神經科學家懂就好，一般人知道這麼多有何好處？江安世指出，人的身上有各式各樣的細胞，大家都知道肌肉經過運動訓練，就會變得更結實強壯，因此健身房門庭若市；其實腦神經細胞經過訓練產生的效果，遠超過肌肉細胞，卻沒有人在鍛練腦神經細胞。大家都知道沒有辦法走路，要做復健；但是記憶衰退、甚至失智了，怎麼沒有人鍛練自己的腦袋呢？大家如果能夠了解腦部結構和運作機制，好處多到出乎意料。

人類腦神經細胞磁振造影(高角解析度擴散影像)。（圖／ NIH Image Gallery）

隨著生命科學突飛猛進，人類壽命不斷延長，伴隨高齡化發生的腦神經退化疾病，成為21世紀全球共同面臨挑戰。「超過90歲以後，80%會有某種程度的失智；超過100歲以後，失智風險可能高達90%！」江安世強調，這也是世界各國為什麼在過去15年競相投入腦科學研究的主因，必須了解腦袋的運作機制，才能夠找到解決的方法。但科學家花了約100年才理解神經細胞如何透過蛋白質傳遞與接收訊息，要完全理解腦的功能、治療腦部疾病，就要先破解腦部最基本單元彼此之間如何運作，建立分子與細胞層次的腦神經網路圖譜。

AI的發展，有機會破解700萬年的不可能任務

然而人腦的錯綜複雜遠超過大家想像，美國神經科學學會2年前邀請全球頂尖科學家共同研究評估，即使是利用最先進的電子顯微鏡做連續切片，大概要700萬年才能破解人類腦神經網路圖譜。「不談錢，光看時間，這是多荒謬的天文數字！」不過江安世指出，科學研究經常隨著新方法誕生，出現quantum jump（量子跳躍），就像人類基因體解碼計畫，PCR（聚合酶連鎖反應）花10年做出第1個基因體序列，第2個做了1年多，第3個縮短到1個月，現在只要幾個小時。科學家普遍認為AI（人工智慧）的快速發展，可能超乎想像地縮短人類腦神經網路圖譜解碼進程。

在AI科技出現突破性發展前，科學家採取「從小見大，以簡破繁」的迂迴策略，利用果蠅研究昆蟲的腦部如何跟環境互動、控制身體行動，進而達到對人腦的了解。江安世帶領研究團隊在蟑螂身上找到NMDA（麩氨）膜蛋白，並證實果蠅的學習與記憶跟人類同樣需要 NMDA接受器，奠定了生物從最基本的昆蟲到人腦，神經細胞作用機制都類似的科學基礎，開啟全球破解果蠅腦神經網路圖譜研究風潮。霍華德休斯醫學研究所攜手GOOGLE歷經13年，斥資20億美元研究經費，預定在明年初公布人類科學史上最完整的果蠅腦神經網路圖譜。

果蠅腦神經網路示意圖。（圖／科技部Kiss Science）

從了解果蠅腦到了解人腦，用假記憶治療不好的記憶

「研究果蠅最終的目的是了解人腦。科學家把上帝創造最複雜的機器拆開，又重新組合，就知道他是怎麼做的，也可以知道零件故障要怎麼換俢！」江安世指出，雖然利用果蠅腦神經網路圖譜研究並治療人相關疾病還很遙遠，但「我們從研究果蠅知道昆蟲腦部的發育和運作機制，很多都跟人類一樣。果蠅的記憶有好壞之分，有興趣的事情，很快就記得；沒興趣的，就跟學生到補習班，讀了十幾次，才強勉記得。」了解機制、找出潛在刺激因子，就可以創造出快速記憶方法，提升孩子學習效果。

江安世強調，大家對很多事情都知其然而不知其所以然，如果每個人都能夠認識自己的腦袋，建立「brain awareness」（腦意識），就可以讓意志力獲得某種程度的適當發揮，作用機制其實就是腦科學的原理。曾有位長笛演奏家莫名罹患怪病，嘴唇經常在吹奏中途不自覺顫抖，遍訪國內外名醫都找不到病因，音樂生涯面臨中斷危機。江安世在某次聊天得知音樂家的困擾，認為這種症狀應該跟過度練習導致神經與肌肉「接錯線」，經年累月形成不好的長期記憶有關，過度不正常使用，強化了不該強化的訊號連接。

清華大學生命科學院院長暨腦科學研究中心主任江安世。（圖／李宗祐）

江安世建議音樂家每次練習時，感覺到嘴唇快要顫抖，立即停止吹奏，不管時間長短，就是不要讓嘴唇再跳。經過半年後，音樂家的怪病不藥而癒，快樂重返樂團。「嘴唇顫抖既然是過度練習長積累積的負面記憶，我們就製造假記憶來治療不好的記憶，讓嘴唇收不到到腦神經細胞傳遞顫抖的訊號，久而久之，顫抖訊號自然弱化、甚至消失，被不會顫抖的假記憶取代。」江安世說，類似的原理早就被應用在治療兒童弱視，利用遮眼平衡兩眼受到的光刺激，校正視力。這就是了解腦科學的好處。