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一八六一年四月十八日布羅卡發現大腦皮質上的「說話區」

大腦是人體最複雜的器官,一九九○年,美國總統老布希宣布二十世紀最後十年最重要的科學任務,就是揭露大腦的奧祕。現在,「大腦的十年」已經過去,我們對大腦有什麼突破性的認識嗎?
 
 
 
一九九○年,美國總統老布希宣布二十世紀最後十年最重要的科學任務,就是揭露大腦的奧祕,政府預算不僅寬列研究經費,還資助各種教育節目。書市中,大腦也成為火紅的題材。現在,「大腦的十年」(the decade of the brain)已經過去了,我們對大腦有什麼突破性的認識嗎?

西元前四世紀:亞里斯多德

大腦是人體最複雜的器官,西方科學家一開始就沒搞對,例如他們的祖師爺亞里斯多德觀察過雞胚發育,也做過比較解剖學,結論卻是心臟居於動物生理的核心位置,是生命的熱源,以及運動與感覺的中樞。至於大腦,當然也很重要–它是個冷卻器,可以調控心臟的生命之火;睡眠也是大腦的功能。換言之,「頭腦冷靜」這個詞是對大腦功能的描述,不折不扣。

好的開始是成功的一半,那麼不好的開始呢?

西元二世紀:蓋倫

亞里斯多德的弟子並沒有盲從師說,例如蓋倫(Galen;與張仲景、華佗同時)就以實驗證明「言為心聲」的說法是錯的:肌肉能隨意運動,因為它們受到神經控制,而那些神經來自大腦……我能以解剖方法證明……肌肉能驅動某個器官,肌肉也需要(來自大腦的)神經驅動,一旦將神經切斷,肌肉、器官就立即停止運作。發聲器官(咽喉)與說話器官(舌頭)都受肌肉驅動,要是將控制那些肌肉的神經切斷,肌肉與器官都會失去功能。我能以動物實驗分別研究各肌肉的功能。

於是蓋倫切斷狗的返喉神經(the recurrent laryngeal),狗就無法吠叫,證明大腦透過神經支配全身的肌肉。那麼大腦的功能由什麼支配呢?這個問題極為困難,直到今天仍未解決。

解剖學家將大腦切開後,印象最深刻的是左右半球中的腦室。許多人因而認為腦室是「靈魂」的居所,而「靈魂是生命的總綱」似乎是人類普遍的信念,難怪達文西(十五世紀)、維薩琉斯(十六世紀)、笛卡兒(十七世紀)製作的大腦圖,都以腦室為中心。

十八世紀末:高爾

研究大腦功能,另一個路數是臨床觀察。鬥毆、意外、戰爭導致的腦傷病人,古人並不陌生。但是從腦傷會導致各種症狀的事實,推論大腦的功能組織,是極為曲折的過程,得從高爾(Franz Joseph Gall, 1758-1828)講起。

現代神經科學到了十八世紀末才算有個起點,就像法國大革命標誌了現代史的起點一樣。因為那時高爾發明了顱相學(phrenology),他從大腦皮質入手,說明大腦如何創造心靈。

高爾先將智、情、意等概念拆開,假定各種智力(如「計算」)、心理能力(如「親情」)與人格特質(如「自負」)在大腦皮質上各有專門區域負責,每個區域都會影響腦顱的發育。因此,觀察一個人的腦顱特徵,就能判斷他的智力、心理、人格特徵。例如高爾認為「說話」由大腦前額葉上的一個區域主管,要是腦顱上對應那個區域的部位很突出,就表示此人口舌滔滔,辯才無礙。

用不著說,高爾的理論是錯的,但是它能指引有興趣的人進行觀察,蒐集資料,進行研究。要是沒有理論,連觀察都無法進行,研究什麼?

十九世紀上半葉:辯論

一八○七年,高爾到巴黎宣傳自己的理論。許多人受他的影響,開始注意臨床病例,還有人以動物做實驗,想驗證他的理論。

例如後來擔任過巴黎醫學院院長的布依由(Jean Baptiste Bouillaud, 1796-1881)教授,早在一八二五年就主張以病人症狀推測大腦病灶的位置,這等於支持高爾的大腦皮質功能理論。布依由還在一八四八年公開宣稱:任何人因腦傷而失去說話能力,病灶都在大腦前葉。只要找到一個反例,他情願奉上五百法郎。

這個賭注似乎沒有引起任何人的興趣,一方面可能由於法國政局、社會動盪;另一方面,已經有科學家利用動物實驗證明,動物大腦表面受傷面積越大,功能受損程度越高。換言之,大腦表面的功能與它的完整程度成正比,絕無破壞特定區域就導致特定傷害的情事。

布羅卡登場

到了一八六一年初,這個問題仍然是辯論的焦點。正巧這時巴黎人類學會的例會中,人類大腦成了討論的焦點,有人主張大腦功能不可能分割。因此,一八六一年四月四日,布依由的女婿奧布耳丹(Simon Auburtin)醫師出席反駁這個論點,再度將他岳父13年前的賭注提了出來。外科醫師布羅卡(Paul Broca, 1824-1880)正好在場。

布羅卡是人類學會的發起人兼總幹事,研究過腦容量與智力的關係,對這個問題倒沒有先入之見。不過,他聽了奧布耳丹的發言,印象極為深刻。哪裡知道,一個星期後,布羅卡在醫院當班的時候,外科部來了一位病人,右腿感染得厲害,從腳到臀部都爛了。但是引起他注意的是另一個症狀:病人無法說話。他最多只能發出一個單音節音「堂」,主要以左手手勢溝通,接近他的人都叫他「堂」。

於是布羅卡著手蒐集「堂」的病史,詢問了照顧他的醫護人員、同房病友、親友。原來「堂」現年51歲,他31歲喪失說話能力就入院了,已經在醫院待了21個年頭。他不能說話,但是聽得懂別人的話,智力正常,要是別人不理解他的手勢,脾氣會變得暴躁。於是布羅卡通知奧布耳丹,請他會診。奧布耳丹判斷「堂」大腦前葉上的語言區必然已經受損。

四月十七日上午,「堂」因為敗血症過世,二十四小時後,由布羅卡操刀取出大腦檢驗。再過幾小時,「堂」的大腦就在人類學會展示了。果不其然,「堂」大腦額葉表面有個巨大的傷口。在科學史上,「堂」這個病例不僅證實「大腦表面有控制說話的區域」,連顱相學的基本假設也確立了——大腦表面上有許多各有專職的功能區。從此,大腦成為一個可以進行科學研究的對象,不再是個只能觀察外表的黑箱。

布羅卡區

事實上,當時布羅卡並沒有完全說服大家接受布依由的斷言,而他的成就應該分兩方面來談。

一方面,在人類學會中,布羅卡對於「堂」的大腦只做了簡短的討論,四個月後,才在巴黎解剖學會宣讀了詳細的研究論文。大概細讀過這篇論文,才能讓布羅卡的推理說服,而不堅持「眼見為信」。

首先,「堂」大腦上的傷口實在太大–有個雞蛋那麼大的空洞,正在左半球側腦裂的位置,而解剖學家都把側腦裂當做額葉與顳葉的界址。也就是說,只憑肉眼可見的證據,任何人都無法下結論道:「堂」失去了說話能力,是因為他大腦額葉上的說話區受傷了。(這個大腦現在仍然保存在巴黎人類學博物館,許多專家都重複檢視過,就是想弄清楚「堂」的病灶。)

其次,布羅卡分析「堂」的病理,並不只依賴肉眼可見的證據,他必須重建「堂」的病史。因為「堂」並不是一失去說話能力就過世了,他在醫院住過21年,要是當年直接導致他失語的病灶一直在擴大,最後才變成布羅卡觀察到的大洞,那麼,這個潰爛過程必然會導致更多症狀,只有詳細的病史才能證實。

於是布羅卡使出當時巴黎醫學界蜚聲國際的絕活–臨床病理方法(clinico-anatomical approach)–分析「堂」左腦上的病灶與病史。

一開始,「堂」因為喪失說話能力而入院。當時他身體健康,智力正常,與常人唯一的差異,就是無法說話。「堂」在醫院裡待了十年後,身體才出現新症狀:他的右手臂逐漸無力,最後完全癱瘓。那時他還能正常地走路。不久之後,他的右腿也開始軟弱無力。等到他無法走路了,就乾脆臥床不起了。從上肢軟弱到下肢癱瘓,一共經過四年。然後,「堂」在床上躺了七年。布羅卡見到他的時候,他的右腿已經因為褥瘡而潰爛。

布羅卡仔細觀察「堂」大腦上的傷口,推斷原始病灶位於額葉下方(側腦裂之前、位於眼眶上方),然後逐漸向後蔓延,因此病史與病理學證據互相呼應。

另一方面,布羅卡並沒有就此歇手。他繼續留意同樣的病例,到了一八六五年,終於歸納出我們現在在教科書裡讀到的結論:「我們以左腦(說話區)說話。」因為大多數人的說話區位於左腦額葉皮質。為紀念他的成就,學界將那個區域命名為「布羅卡區」(Broca's area)。

這一步非常重要,因為大多數人都沒有給「堂」的病例說服,要不是布羅卡鍥而不舍,就沒有機會說服他們了。

分久必合

十九世紀末,學者已經發現哺乳類大腦表面的皮質可以劃分成許多區域,各有各的組織學特徵與功能。現在,科學家已確定大腦皮質負責「高級功能」,並以越來越精密的儀器,鑑定出越來越多功能區,甚至在組織學家辨認出的區域中,都能找到功能不同的更小單位。

但是,我們仍然缺乏一個通貫的理論說明大腦的功能,尤其是人類的大腦。過去,「大腦功能無法分割」的理論,是發展現代神經科學的最大障礙。現在,我們知道了皮質上有許多區域分別負責視覺、聽覺、觸覺、語言等功能,可是我們仍然不清楚大腦如何將那些功能整合在一起,創造出意識、心靈。

布羅卡在人類學會中得到靈感,開創了神經語言學的故事,對我們最大的啟示也許是:我們必須先對人感興趣,才能對大腦進行有意義的研究。

科學史上的這個月
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