人類心智的神經圖像：瑞士刀

大腦造影先驅南希‧坎維西爾利用功能性核磁共振造影 fMRI 來觀察大腦區域（經常用她自己的大腦）。她在這個演講中分享她和研究團隊的發現：大腦是由許多高度分工的專區，以及一部通用的「機器」所共同構成。另一項驚人的發現：我們對大腦的認識還僅是冰山一角。

今天我想分享

全球科學家正在進行的一項計畫，

它的目的是要
畫出人類大腦的神經圖像。

這項工作的核心概念是，

人類的心智和大腦，

並非單一、通用的處理器，

而是許多高度分工單元的集合體，

各自負責不同的特定問題，

同時也聯合造就了

我們之為人類和思考者。

為了讓大家感受一下我的意思，

請想像這個情景：

你走進你孩子的托兒所，

像往常一樣，你看到十幾個孩子

正在等著家長來接。

但是這次，

這些孩子的臉孔看起來出奇地相似，

你認不出哪個是你的孩子，

是你該換一副新眼鏡了嗎？

還是你神經錯亂了？

你心裡快速自我檢查了一下，

還好啊，你思緒清晰，

視力也沒問題，

一切看起來都很正常，

除了孩子們的臉孔。

你可以看到他們的臉，

但是它們看起來沒有明顯的差別，

而且全都很陌生。

後來是因為你看到一條橘色髮帶，

才找到你的女兒。

這種突然失去臉孔辨識能力的情況，

真的發生在某些人身上，

叫做「面容失憶症」，

是因為大腦特定部位損傷所致。

神奇的是，

除了臉孔辨識能力受損以外，

其他一切正常。

面容失憶症只是
許多奇特的精神疾病之一，

都是大腦損傷後
可能產生的後遺症。

長久以來，這些病症一直都在暗示我們，

大腦可以分成許多特殊的單元。

我們對這些大腦單元的研究，

近來進展神速，

這要歸功於大腦造影技術的發明，

特別是 MRI 核磁共振造影。

磁振造影能看到
高解析度的腦部結構，

我馬上要給你們看

某日常物品的一組 MRI 橫截面圖。

我會快速掃過一遍，

看你們能不能認出這是什麼東西。

開始：

不容易認出來，是一朵朝鮮薊。

好，我們再試另一組，

從底部掃到頂部。

觀眾：青花菜！
講者：一顆青花菜！

這不是很美嗎？我超愛這個。

好，再一個。

是大腦，很明顯。

事實上，這是我的大腦。

正在掃過我的頭，產生一連串縱剖面圖，

右邊是我的鼻子，

現在掃到這裡。

這些照片很漂亮，如果容我這麼說，

但這只能看到解剖圖。

功能性造影 fMRI 最偉大的進步是

科學家不再只能看到大腦的「構造」，

而能看到「活動」，

也就是神經元活動的地方。

原理是這樣：

腦很像肌肉，

活躍時，

需要充血，以供活動所需。

幸好，大腦血流量控制是區域性的，

所以，若這裡有一束神經元活躍起來，

並且開始發射，

就只有這裡的血流量會增加。

所以功能性造影 fMRI
會測到這裡的血流量增加，

在神經元活躍處，
產生較強的核磁共振反應。

為了讓大家實際看一下，

功能性造影實驗怎麼進行，

並且了解它的功用和限制，

讓我介紹我早期的一項研究：

我們想知道，
大腦中是否有辨識臉孔的專區。

當時已有理由支持這個假設，

因為有剛才講的「面容失憶症」病例。

但是從未有人在正常的大腦裡
找到過這個區域，

所以我們開始尋找它。

我是第一個受試者。

我進入掃描機，仰躺著，

頭盡量保持不動，

一邊盯著像這些人臉的照片，

以及像這些物品的圖片。

再看人臉，再看物品，連續好幾小時。

我待在核磁共振儀裡的時間，
久到快破世界紀錄，

所以我可以告訴大家，

做 MRI 研究要具備的一項重要技能，

就是憋尿。

（觀眾笑聲）

走出掃描儀以後，

我快速分析了一下數據，

看看我的大腦有沒有什麼區域

會在我看到人臉時，產生更強的反應，

強於看到普通物品時。

這是我所看到的：

依今天的標準來看，這個影像粗糙不堪，

但當時我認為它很美。

它展示了那個區域，

就是那一個小小的亮點，

大概像一顆橄欖的大小，

位在我大腦的底部表層，

大約在從這進去一吋深的地方。

我大腦這部分所做的，

就是產生較強的核磁共振反應，

也就是，較活躍的神經元活動，

這發生在當我看著人臉時，

而不是看著物品時。

這非常有趣。

但我們怎知這不是巧合？

最簡單的方法，

就是再做一次實驗。

所以我又躺回掃描儀中，

看了更多的臉孔，以及更多的物品，

結果得到幾乎同一處亮點。

然後我又重複一遍這個實驗，

再一遍，

又一遍，

再一遍。

做完這一遍，

我決定相信，實驗結果是正確的。

但是，這可能是因為我的大腦比較怪，

別人的大腦不會這樣。

為了找到答案，我們又掃描了一批人，

結果發現幾乎每個人

都有那一小塊臉孔辨識區域，

大約都在大腦中相似的地帶。

所以接下來的問題是，

這個區域到底是做什麼的？

它真的只專門辨識臉孔嗎？

不見得，對吧？

可能它不只對臉孔有反應，

而是對身體任何部分都有反應。

可能它對任何人類的、

或是有生命的、

或是圓形的東西都有反應。

唯一的確認方法，

證實它專門辨識人臉，

就是一一排除這些可能性。

所以接下來兩、三年，

我們幾乎都在掃描受試者，

讓他們看各式各樣不同的圖片。

結果發現，這個大腦區域

只要看到是臉孔的圖像，反應都很強烈。

但是看到非臉圖像時，反應不強，

就像下排這些。

那麼，我們是否解開了謎底？

確認我們需要靠它來辨識臉孔？

不，還不能確定。

大腦造影技術沒辦法告訴我們

某個大腦區域對於某種功能
是否為必要。

大腦造影只能

觀察人們有不同想法時，
大腦各區的亮、暗情況。

若想知道大腦某區域
是否為某種心智功能之必要，

必須刺激這個區域，看看會發生什麼事。

通常我們沒有機會這樣做。

但是後來有一個奇妙的機緣：

最近我的幾位同事

測試了這位癲癇病患，

這是他躺在病床上，

醫院剛安裝了一些電極

在他的大腦表面，

以便找出癲癇的病灶。

很巧的是，

其中兩個電極

剛好裝在臉孔辨識區上面。

在病人的同意之下，

醫生通電流刺激大腦這個區域，
然後問他有什麼感覺。

當時這位病人並不知道

這些電極裝在哪裡，

也從未聽說過大腦有臉孔辨識區。

讓我們看看發生了什麼事：

先從控制組開始，

螢幕左下角會有淡紅色標示 “SHAM”，

表示這時沒有電流通過。

你會先聽到神經學家對病人說話。

我們開始看：

神經學家：好，看著我的臉，

然後告訴我，
當我這樣做的時候發生了什麼事。

可以嗎？

病人：好。

神經學家：一、二、三。
（SHAM，未通電流）

病人：沒事。
神經學家：沒事？好。

我要再做一次，

看著我的臉，

一、二、三。
（通 4 毫安培電流）

病人：你剛剛變成了另外一個人！

你變臉了，

你的鼻子下垂，往左偏了，

你看起來幾乎很像
我以前見過的某個人，

但又不是那個人。

太迷幻了！

（笑聲）

所以這個實驗

（觀眾掌聲）

這個實驗終於確認

大腦的這個區域

不只會對臉孔產生反應，

而是直接影響臉孔認知。

我解釋臉孔辨識區的這所有細節，

是要讓你們了解，

要怎樣才能確知大腦某個區域

是專門負責某項腦力活動。

接下來，我會很快地介紹，

我們和其他科學家發現的
大腦其他功能專區。

為了這個，上個月我常待在掃描儀內，

好讓你們看看我大腦的這些區域。

讓我們開始吧：

這是我的右腦。

掃描是從這個方向，
你們是這樣看我的大腦。

想像把頭殼拿掉，

然後從這裡看大腦表面。

好，正如你們所見，

大腦表面滿是褶皺，

這樣不容易看，裡面可能還有東西，

我們想要看到大腦的全部，

所以把它展開，就可以看清楚了。

接下來，要找出剛講的臉孔辨識區，

就是對這些圖有反應的那個區域。

要看到它，就把大腦轉過來，

看底部的內表層。

找到了，這就是我的臉孔辨識區。

它的右邊，是另一個區域，

標成紫色的，

會對色彩有反應。

另外，在這兩區附近，

有些區域是跟地理認知有關。

像現在，我正在看四週的講堂空間，

這些綠色的區域

會非常活躍，

外表層也有一個綠色的。

還有幾個臉孔辨識區。

另外，這附近還有

一個處理視覺運動的區域，

就像這些運動的小點，

就是在大腦底部黃色的這個區域。

旁邊的這個區域，

會在看到身體部位時產生反應，

像這些圖片，

就是在大腦底部亮綠色的那個區域。

到目前為止，我給你們看的所有區域，

都是跟視覺的特定面向有關。

那麼，我們是否有大腦專區

負責其他感覺呢？

例如聽覺？

有的。

如果把大腦再轉過來一點，

這裡有一塊深藍色區域，

是我們在幾個月前才確認的，

聽到有音高的聲音時，這區會強烈反應，

像這些聲音：

（警報聲）

（大提琴音樂）

（門鈴）

但是，同樣這個區域，

聽到無明顯音高的熟悉聲音時，
卻反應微弱，

像這些聲音：

（拍手聲）

（鼓點聲）

（馬桶沖水聲）

好，音高區的旁邊，

有另一組區域，

會對講話聲有反應。

好，我們來看看同樣這些區域，

在我的左腦，也有相似的區域分佈，

不完全相同，但是十分相似。

同樣的這些區域
幾乎也都在左腦裡，

只是大小可能不一樣。

到現在為止，我介紹的所有區域，

都跟知覺的不同面向有關，

視覺跟聽覺。

那，大腦有沒有專區

負責很高階、複雜的心智活動呢？

有的。

這些粉紅色塊是我的語言區。

科學家很早就發現，

大腦的這些地帶

是語言處理區。

但我們的最新研究顯示，

這些粉紅區域的反應

是非常有選擇性。

當你了解一個句子的意思時，反應很強，

但是對其他複雜的腦力活動沒有反應，

例如，心算，

或記憶訊息，

或欣賞一段音樂的複雜結構。

目前所發現最令人稱奇的區域，

是藍綠色的這一塊，

當你猜測他人心思時，這一區會很活躍。

聽起來很詭異，

但其實，我們人類經常做這件事，

比方說，當你想到

你的伴侶會很擔憂，

如果你會晚回家卻沒打電話。

現在我大腦的那一區也在這樣做，

就在我意識到
你們可能正在猜測

大腦中那些未知的灰色區域，

想知道它們是做什麼的？

其實，我自己也很想知道，

我的實驗室團隊正在進行很多實驗，

想找到其他一些

可能存在的大腦專區，

負責其他特定心智功能。

但是我想強調，

不是每個重要的心智功能
都有對應的大腦專區，

即使是攸關生存的重要心智功能。

事實上，幾年前，

我實驗室有一位科學家，

他十分肯定

自己發現了辨識食物的大腦專區，

當人們看到這些圖像時，反應很強烈。

不但如此，

他在 12 位受試者中發現，
有 10 位都在相似區域有類似反應。

這發現讓他非常振奮，

在實驗室滿場跑，

告訴每個人他要上電視《毆普拉》受訪，

分享他的大發現了！

但接下來他設計了一個關鍵的測試：

給受試者看像這樣的食物圖片，

對照另一組顏色、形狀都很相似

但並非食物的圖片，就像這些，

結果這個大腦區域

對兩組圖片反應都一樣，

所以它並不是食物專區，

只是一個喜歡顏色和形狀的區域。

上《毆普拉》的美夢就泡湯了。

那麼接下來的問題當然是，

人類是如何辦到

其他那些沒有大腦專區負責的事呢？

我認為答案是，

除了今天介紹的這些高度分工專區，

大腦裡還有許多通用的機制，

使我們能夠處理遇到的任何問題。

事實上，我們最新的研究顯示，

這些白色區域，

在你做任何困難任務時都有反應，

至少對我們設計的全部七個任務
都有反應。

我今天介紹的每一個大腦專區，

在每個正常大腦中，位置幾乎都一樣。

我可以隨意挑選你們其中一人，

送進掃描儀，

找出在你大腦中的這些專區，

結果會和我大腦的分佈很像，

儘管精確位置和大小可能稍有差異。

對我而言，這項工作的重要性，

並不在於這些大腦專區的特定位置，

而是發現，

大腦和心智確實有非常專屬的單元。

意思是，當初可能有不一樣的發現，

人腦可能是個單一、通用的處理器，

像一把菜刀，

而不是一把瑞士刀。

然而，腦造影技術呈現了

豐富奧妙的人腦圖像。

所以我們看到整個大腦是

一部萬用機器，

加上令人驚奇的許多

高度分工的專用元件。

腦神經科學還在萌芽階段，

人類大腦神經圖像
我們只畫了剛開始的幾筆，

最根本的一些問題仍無解答。

例如，

今天講的每個區域到底是做什麼的？

為什麼我們需要三個臉孔區域？

和三個地理區域？

它們之間如何分工？

第二，大腦中這所有的東西

如何互相聯繫？

利用擴散造影，

可以追蹤連接大腦不同部分的
多束神經元，

你現在看到的這個方法，

可以追蹤「個別神經元」之間的聯繫，

有朝一日，或許能畫出完整的人腦線路圖。

第三，這整個超高系統結構

是如何建立起來的？

童年時期的發展對它有什麼影響？

物種演化對它又有什麼影響？

為了解決像這類的問題，

科學家們已開始掃描其他動物，

也掃描人類嬰兒。

許多人認為腦神經學
值得斥資重金研究，

認為將來可能會幫助我們

治療大腦疾病，

如老年癡呆症和自閉症。

這個目標極其重要，

若我的研究能有助此目標，
我會高興得不得了。

但修復世間的破碎與敗壞，

不是唯一值得做的事。

認識人類心智和大腦
同樣值得追求，

即使這些努力沒能治癒任何疾病。

有什麼比了解人類生命經驗的基礎
更令人振奮呢？

從本質上，了解「我們是誰？」

我想，

這是人類永遠最重要的科學探索。

投影片：感謝研究團隊過去與現在成員
（觀眾掌聲）