Thursday, October 06, 2016

《大腦簡史》成大座談評論:〈天地不仁,基因非人〉by 陳信吉

[天地不仁,基因非人]

就如同顏聖紘老師說的,我們很容易把其他生命擬人化,並過度解讀他們,謝伯讓的《大腦簡史》試圖探討<生物經過四十億年的演化,大腦是否已經超脫自私基因的掌控?>時,也一樣將基因給擬人化了,似乎基因具有自己的意志,並想要「掌控」人類的行為,然而,基因,就如同那位一樣被擬人化了的「紅色皇后」,都只不過是設定了遊戲規則,然後就不管了,我們愛怎麼玩怎麼玩,他們才不會在乎。

對紅色皇后來說,這生物圈就如同一座大蠱,所有的生物自行在其中演化,凡是能夠持續繁衍的就留下,無法維繫的就淘汰,他並不會去評判誰比誰更好,或預設任何大小快慢軟硬等等的標準,來決定要留下哪些而淘汰掉哪些。

基因也是,他只是在紅色皇后的遊戲規則下逐漸演進的結果,但除此之外,以人類的基因來說,他除了設定好「吃甜食會讓你感到愉悅」、「到了一定的年齡生殖系統會成熟,然後會受到性對象的刺激,發生性行為後會感到滿足」等「規則」之外,剩下的就是我們的事了,我們吃不吃甜食、我們做不做愛,我們吃甜食會不會得到養分、我們做愛能不能懷孕,他才不在乎,也無從在乎。

是的,理論上,會隨著基因而遺傳下來的「規則」,應該是對基因的繁衍有利的才對所謂自私基因),但實際上,這個蠱罈無一日不變,誰也無法預知哪些規則會繼續有利或是不是還有其他更有利的規則,所以人類的基因不僅沒有「掌控」我們的大腦,甚至還給了我們的大腦更大的「彈性」,讓人類能夠隨著環境與群體關係等的差異,選擇要一夫一妻還是一夫多妻,而不是如同黑猩猩或長臂猿,要嘛一夫多妻要嘛一夫一妻,甚至要如同巴布諾猿般來個雜交派對,不要戰爭只要性愛,都是可以的。

所以,人類已經脫離自私基因的掌控了嗎?既無掌控,何來脫離?


[被限定的自由,自以為的自由]

噢,人類既然不受(自私)基因的掌控,那就是自由的囉?不不不!差得遠呢!

基因確實沒有掌控我們「一定要生存」、「一定要繁衍」,而允許人類節食、自殺、避孕,但他仍然「掌控」著我們的很多的行為,例如你還是會想吃甜食,也還是 會想做愛,因為這些才是基因真正「掌控」的部分,就如同一個只看成績的三流老師一般,只要你成績有達到標準(性器官受到刺激並達到高潮),他就給你獎勵, 至於你這個成績是扎扎實實地讀書讀來的(無避孕陰道性交)、
看隔壁的(避孕性交)、還是自己帶小抄的(自慰),他才不管!

換句話說,我們不是不自由,只是我們的自由是受限的,在本能衝動的層級,我們受到基因的「掌控」,但如何表現或滿足本能衝動,卻有選擇的自由,或者說,基因支持下的大腦的彈性,讓我們以為我們有選擇的自由。

為什麼這麼說?再拿多偶制或單偶制當例子:我們可能會認為,婚姻制度的建構是自由的,君不見各種不同的文化其婚姻制度都不同,如此豐富多樣,怎麼可能是事先建構好的呢?這問題的答案,既是,也不是,是的部分是,它的確豐富多樣而必然有其可允許的彈性空間,不是的部分是,這個彈性空間並不是無限的,反受到某些前提的左右而讓這個空間可大可小或朝不同的方向挪移。

馬克思說:「經濟基礎決定上層建築。」而婚姻制度便是受經濟基礎決定的上層建築中很具代表性的一個,例如從多偶制轉變到單偶制的過程,其主要力量來自於中 階級,因生產方式的改變,中產階級增加,反過來推翻了貴族階級對性的壟斷,而且社會資源分配相對平均的社會,一夫一妻制對兩性皆有利,反之,當今社會隨著資本主義的盛行,中產階級萎縮,貧富差距擴大,有越來越多女性不婚(與低社經地位者結合對女性利益有限)的同時,也有越來越多女性願意成為富人的小三、小四(與高社經地位者的伴侶競爭資源仍然有利,更何況現在還有DNA檢測技術能保障非婚生子女的受扶養權與遺產繼承權),繼續這樣下去會不會哪天一夫一妻制崩潰或至少名存實亡?誰也不知道!但很顯然的,在階級社會談一夫一妻制有如笑話,就跟在資源平等分配的社會要搞一夫多妻很困難一樣,都不是你愛怎麼樣就怎麼樣的「文化自由」。

所以,想脫離基因的掌控?先問問你自己能不能克制不吃三高(高油高鹽高糖)的食物,或願意與任何年齡、身材、社經地位的人發生性關係先!

2016/9/4 by 陳信吉

Tuesday, September 13, 2016

尼紐消失錯視與赫曼方格錯視


盯著任意一個黑點,你的餘光還能看到幾個其他的黑點?很多人只能看到視野中央正在注視的那個黑點而已。這個錯視現象,叫做「尼紐消失錯視」( Ninio’s extinction illusion,由 Jacques Ninio 發現),應該是赫曼方格( Hermann's grid)的一種變形


所謂的赫曼方格,就是當你盯著上圖中某一個白色交叉點時,餘光所見的其他白色交叉點似乎比較黑。此現象傳統上可以用視網膜神經節細胞的側抑制機制、及其接受域大小來解釋:



接受域
(receptive field),就是一個神經細胞所能「看見」的視野位置與大小,也就是上圖中的紅圈(圖片來源:MichaelBach)。有一類型的視網膜神經節細胞,其接受域呈現出一種「內正外負」的形態。就是當接受域中央有光線時,該細胞就會活躍,當接受域的邊緣區有光線時,該細胞就會被抑制。

如上圖所示,視野邊緣之白十字交叉點所對應到的視網膜神經節細胞(左上細胞),會比
視野邊緣之白線所對應到的視網膜神經節細胞(左下細胞)受到更多的抑制,所以該位置看起來會比較黑。相較之下,視野正中央則不會出現變黑的現象,因為視野正中央所對應到的視網膜神經節細胞有較小的對應域。



不過,側抑制其實無法解釋某些案例,例如上圖中的圖B和圖C,依照側抑制機制的預測,此兩圖應該也要出赫曼方格錯視現象,但是卻沒有出現(圖片來源:ShillerLab@MIT),所以說,此錯視也可能與大腦的填補機制、或其他的未知機制有關。


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延伸閱讀
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1. 原始論文: Ninio and Stevens (2000). Variations on the Hermann grid: an extinction illusion.

2. 謝伯讓(2016)。 《大腦簡史》(趁機打書 XD)。貓頭鷹出版社出版。

3. 謝伯讓(2015)。都是大腦搞的鬼》。時報出版。

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我其他幾篇關於錯視的文章
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Wednesday, August 10, 2016

第十三對腦神經!


有學過生物學的學生應該都知道,人有十二對腦神經。但是很可惜,這是一個過時的錯誤知識。人其實有十三對腦神經!!

這第十三對腦神經,叫作「終末神經」(terminal nerve)。他的功能非常特別,是腦中的第三套嗅覺系統。而更令人驚訝的是,幾乎沒有人知道它的存在。不要說一般人對它毫無所知,甚至連很多醫生或腦科學家也都沒有聽過這一套系統。

這一對「終末神經」,差點就讓所有教科書中的腦神經全部改名!它到底是何方神聖呢?以下就一起來看看它的發現歷史和生理功能吧!

顛覆神經科學知識的一條鯊魚

修過生物學或神解(神經解剖學)的學生,應該應該都背過類似這樣的十二對腦神經口訣:
一嗅二視三動眼,
滑車三叉六外旋,
顏面八聽九舌咽,
迷走十一副舌下。

解剖人腦時,如果把已經從頭顱取出的腦面對著我們,然後朝上翻轉九十度,我們就可以看到由上而下依序排列的十二對腦神經(如下圖)。其中最上方的第一對腦神經,就是嗅神經(olfactory),最下面的最後三對則是迷走(vagus)、舌下(hypoglossal)和副神經(accessory)。

由於所有的人類感官知覺幾乎都被這十二對腦神經給囊括解釋了,所以數百年來,學者們也都自以為這十二對腦神經就是全部的腦神經。



沒想到,到了19世紀末,人類引以為傲的腦神經知識體系卻讓一隻「鯊魚」無意間撞出了一個大破洞,我們對大腦的無知也終於原形畢露。

1878年,德國大學的生理與解剖學家佛瑞胥(Gustav Fritsch)檢視了鯊魚的大腦,結果發現在十二對腦神經的前方,竟然還有另一對腦神經,(下圖紅星處)[1]。


這個發現著實讓解剖學家們傷透腦筋!因為按照位置來說,這一對新發現的腦神經應該要叫做第一對腦神經才對,然後嗅神經應該要改稱為第二對腦神經,而且後面每一對腦神經編號,都應該要因此往後順移。但是如果真的把十二對神經的編號全部改變,那數百年來文獻中的腦神經使用名稱,就會因為和新的名稱不一致而陷入完全混亂的局面。

由於全面改動的代價實在是太大了,而且解剖學家也不確定人類究竟有沒有這一對神經,所以命名和改名的事也就一直沒有定論。

只是屋漏偏逢連夜雨,這一對腦神經也在 1905 年時於人類胚胎中發現 [2],而且稍後在 1914 年也於成人腦中發現 [3]。

由於人類腦中也發現了這對腦神經,學界對命名的問題終於避無可避,同一年,生物學家洛西(William A. Locy)才想出一個辦法,正式把它叫做「第零對腦神經」或是「終末神經」[4]。由於羅馬字母中沒有零的符號,這對神經有時也被稱為「第N對腦神經」(cranial nerve N)[5]。但是不知為何,至今為止許多教科書中仍然看不到這對腦神經的蹤影。


終末神經(第零對腦神經)的功能?

這套默默無聞的嗅覺系統,到底扮演著什麼角色呢?目前有些許證據顯示,這一套系統可能是與性行為有關的荷爾蒙偵測系統。

比方說,從解剖學的結構來看,終末神經的末梢位於鼻腔,但是其接收到的資訊並沒有傳到嗅球,而是連接到大腦裡面與性行為密切相關的「隔核」(septal nuclei)(如下圖)。




行為神經科學的研究也顯示,當雄金魚的終末神經被刺激時,就會立刻釋放精子 [6],而當終末神經被破壞時,雄倉鼠的交配行為則會消失 [7]。

美國國家衛生院的神經生物學家菲斯(Douglas Fields)還發現,終末神經除了偵測荷爾蒙,甚至可能還有釋放荷爾蒙的功能。他觀察到終末神經的軸突中有許多荷爾蒙,這些荷爾蒙會在神經末梢處釋放出來,並進入血液之中以調節生殖行為 [8]。

此外菲斯還有另一項發現,也大大突顯出終末神經的重要性。他在解剖鯨魚的大腦時發現,鯨魚竟然仍保有終末神經。鯨魚在演化的過程中因為重新回到海中,牠們的鼻孔,也就是噴氣孔,為了方便呼吸已經移至頭部的上側後方,而牠們也因為長期生活在水中,不常接觸到氣味分子,所以主要嗅覺系統和副嗅覺系統都已經喪失。

有趣的是,牠們卻仍然保有終末神經。這項發現可能顯示出終末神經有著極為重要的生存繁衍功能,因為鯨魚在演化的過程犧牲了前兩套嗅覺系統(嗅覺系統與副嗅覺系統),但是卻沒有放棄這第三套嗅覺系統,其重要性可想而之。(有興趣的瞭解另外兩套嗅覺系統的故事的話,可以參見我的新書《大腦簡史》。)

至於終末神經的重要功能究竟是不是透過偵測與釋放荷爾蒙來調節性行為?在人類腦中的終末神經是否已經失去功能?未來的研究很快就會為我們揭曉。


參考資料:

[0] 本文節錄改寫自我的新書大腦簡史》(貓頭鷹出版社出版)。博客來連結:http://www.books.com.tw/products/0010723238

[x] 九月和十月份的新書講座活動:https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLScnenU_5BS15caN_EC2Se8lpY2e3vZfi9VQagh7j90N_Xn0Rg/viewform

[1] Fritsch, G. (1878) Untersuchungen über den fieneren Bau des Fischgehirns mit besonderer Berücksichtigung der Homologien bei anderen Wirbelthierklassen. Berlin:Verlag der Gutmann'schen Buchhandlung.

[2] De Vries, E. (1905) Note on the ganglion vomeronasale. Proc kon ned Akad Wet 7: 704-708.

[3] Johnston, J.B. (1914) The nervus terminalis in man and mammals. Anatomical Record 8: 185-198.

[4] Locy, W.A. (1905) On a newly recognized nerve connected with the forebrain of selachians. Anat Anz 26: 33–123.

[5] Vilensky, J.A. (2014). The neglected cranial nerve: nervus terminalis (cranial nerve N). Clin Anat. 27(1):46-53.

[6] Demski, L.S. and Northcutt, R.G. (1983) The terminal nerve: a new chemosensory system in vertebrates? Science 220: 435–437.

[7] Wirsig, C.R. (1987), Effects of Lesions of the Terminal Nerve on Mating Behavior in the Male Hamster. Annals of the New York Academy of Sciences, 519: 241–251.

[8] Fields, R.D. (2007). "Sex and the Secret Nerve". Scientific American Mind 18: 20–7.

Tuesday, August 02, 2016

電玩的正面效益!


一提到電玩,大家的刻版印象應該都是暴力、成癮、近視、浪費時間等負面想法,但是電玩真的一無可取嗎?

專門研究電玩的認知神經科學家巴佛利爾(Daphne Bavelier),最近就在科學人上回顧了自己對於電玩之正面效益的許多相關研究。以下來幫大家整理並補充一些文章中沒有提到、或沒有仔細說明的部份:

巴佛利爾發現,熟稔動作類型遊戲的玩家,其認知能力與一般人的差異在於:

Monday, August 01, 2016

《大腦簡史》自薦文!


大家是否曾經感到疑惑,為什麼台灣原創科普書中,向來很少出現像是「自私的基因」或是「時間簡史」這種提出原創新概念、並且圍繞著單一理論而撰寫的大部頭科普書?

其實,台灣學界不乏妙筆生風、學識過人的高手大咖,但是,或許是因為長年的學界氛圍總是重視學院教育而非社會普及教育,因此較年長的前輩們通常對於科普這件事,要嘛不願寫、要嘛不屑寫,而年輕的學者們,要嘛不敢寫(怕被說不務正業)、要嘛不能寫(完全沒時間)。

Monday, July 25, 2016

《‪大腦簡史‬》新書預告!



大家應該都有注意到,最近版上的文章很少,為什麼呢?因為新書要出版啦!我的這本新書叫做《大腦簡史》,預計今晚或明天就可以預購,到時候再來正式推薦給大家。

現在呢,先來搶先分享一下新書的立體封面照,還有清大焦傳金老師的推薦序:

「自私的大腦」如何戰勝「自私的基因」

任何曾讀過劍橋大學物理學家史蒂芬霍金(Stephen Hawking)所撰寫《時間簡史》的人都知道,這是一本講述關於宇宙起源和命運的暢銷科普書籍,他用一般大眾可以了解的詞句和概念,來介紹天文物理學的 重要議題,包括黑洞和大爆炸等。

同樣的,杜克-新加坡國立大學認知科學家謝伯讓所撰寫的《大腦簡史》也用輕鬆詼諧的筆調,來介紹腦科學中的許多重要觀念, 包括大腦的演化、意識的產生等。

Friday, July 15, 2016

腦造影研究全面崩盤?


兩週前,PNAS 上的一項研究指出,十五年來將近四萬篇的「功能性磁振造影」(fMRI)相關論文可能都有問題(註1)!紅透半邊天的 fMRI 腦造影研究,真的只是一種即將崩盤的「新顱像學」嗎?腦造影研究是否會全面崩盤呢?

簡單快速的答案是,不會。那大家為什麼會喊的如此聳動?原文到底說了什麼?腦造影研究究竟有什麼潛在的問題呢?以下就來幫大家分析一下這其中的眉角。

1. 原文說了什麼?

PNAS 這篇文章其實出發點很單純,就是想看看 fMRI 真實資料中出現「假陽性結果」的機率(false positive rate)有多高。這裡所謂的「假陽性率」,就是看起來像是「真訊號」、但其實卻是由隨機雜訊所致的「假訊號」。