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2019.10.24 05:58

【大腦S01E02】偽科學居然促進了大腦科學的研究──腦科學的歷史緣起(二)

大腦好好玩 #S01E02

文|謝伯讓

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“雖然顱相學所宣稱的腦功能位置錯的一塌糊塗,但有趣的是它所提出的一個概念還可以說是部分正確:大腦功能模組化。也就是說,顱相學者認為大腦的功能可以被區分成一塊一塊的,每一種功能都是由不同的腦區處理。顱相學之所以不科學,是因為他們在缺乏證據的情況下就恣意的宣稱某個腦區負責某個功能;但這種不科學的做法卻意外地激起科學界的反彈,因此展開了大腦功能分區化的實驗研究。這些用來反對顱相學的實驗方法和結果,也大大地促進了心理學和腦科學的發展。”

【大腦S01E02】偽科學居然促進了大腦科學的研究──腦科學的歷史緣起(二)

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上一集我們談到了腦科學起源四部曲中的前兩部。第一部曲的主角是十七世紀的法國哲學家笛卡兒,他率先針對人的行動展開研究,試圖回答「人的行為動作究竟是如何啟動」的問題。針對這個問題,他提出一個理論:「人的心靈是半機械式的」,認為人的大部分行動都是機械式的。笛卡兒的理論很快就席捲當時的知識圈,而且很快地其它理論家便提出更激進的修改版本:「人的所有行動都是機械式的,連心靈的運作也都可能是機械式的」。從此之後,原本只能是神學和哲學的研究對象的心靈,終於落入了科學的研究範疇之中。

上集我們也快速聊到了腦科學起源的第二部曲。在笛卡兒把心靈從哲學與神學範疇,一把推向科學的懷抱之後,當年最強盛的歐洲文化中心之一的「德國」,許多科學家一步步針對心靈開始進行科學研究。第二部曲的這個時期,比較知名的是「心理物理學」,也就是希望以客觀的物理方式來量測人類的知覺心理現象。這個時期,可以算是資料多但理論較少的時期;就算有資料也都是生理資料,偏向生理學,而離心理學比較遠。

很快的,與腦科學起源有關的心理學研究也開始出現,進入了第三部曲;這個第三時期可以說是心理學的理論時期,也是各種心理學流派大亂鬥的時期。這個第三部曲,我們就從「結構主義」開始說起。

 

腦科學起源第三部曲:結構主義誕生

心理學結構主義的產生可以歸功給化學的週期元素表。因為俄國化學家門德列伕1869年提出了化學的週期元素表後,一種在科學中尋找秩序、規則、結構的風潮很快地席捲了整個科學界,心理學當然也不例外。德國心理學家馮德(Wundt)認為,我們在研究人類的心靈和心理現象時,應該也能效法化學元素表,以一種充滿結構與秩序的方式來加以描述。此外,他也反對那種只單純用「內省法」來做研究的心理學。他特別強調透過實驗,要求受試者透過在進行實驗控制下內省,藉此找出心靈和心理現象的結構和規則。他在1879年成立了全世界第一間心理學實驗室,也被後人敬稱為實驗心理學之父。

 

結構主義開枝散葉

馮德的結構主義實驗心理學派對後世影響深遠。在成立了全世界第一間心理學實驗室後,學生自世界各國慕名而來,不少學生後來都成了心理學的大師級人物,許多人後來都回到各自的母國,讓實驗心理學開枝散葉。馮德從1875到1919年這45年間,一共指導了187位博士畢業,其中有70位不是德國人,18位是美國人。整個美國第一代和第二代的心理學家,全部都是馮德的學術子孫。

不過,樹大招風,一個理論有支持者,必然會有反對者。以下簡述由結構主義所衍伸出的各種不同反對立場。

 

結構主義樹敵無數

首先第一個反對派認為結構主義只是基礎研究,不能治病。最有名的反對者即是大名鼎鼎的弗洛伊德。有鑑於此,弗洛伊德提出了自己的一套精神醫學,著重於精神治療。

第二種反對派,認為結構主義只著重結構,卻不注重功能。反對者就是達爾文和美國的心理學之父威廉詹姆士;他們反對只著重結構的結構主義,而主張注重功能的功能主義。

第三種反對派認為功能主義不夠科學。為什麼不夠科學呢?這就要回到剛剛提到馮德所主張的實驗和內省並重的方法。在馮德前,心理學幾乎全是內省,雖然馮德主張以實驗方式來控制條件,但是內省的成分仍然存在。一旦有內省成份存在,就有主觀成分,也就是不夠科學。所以反對者就提出了「行為主義」,主張我們只能量測人的行為,而不應該去碰心裡面無法被客觀觀察的黑盒子。唯有測量可被客觀觀察的行為,才是真正的科學。

第四種反對派認為結構主義有根本缺陷,因為許多心理現象顯示,我們的感官知覺並不能被拆解成完全獨立的小部分;事實上,感官知覺很多時候並非是部分的總和。也就是說,當把知覺的許多小部分組合起來時,有時候會得到不同於各個部件的東西,也就是1+1不等於2。如果1+1不等於2,那結構主義主張把心靈拆解成小部分的做法,恐怕就不完全正確。這個反對結構主義的學派,也就是大家常聽到的「完形心理學」。

第五種反對派認為結構主義缺乏生物學基礎,因此應該直接結合生物學。這也間接促進了腦科學和認知神經科學的誕生。

 

腦科學起源第四部曲:顱相學、腦傷、電刺激、腦造影

早期心理學流派大亂鬥簡單總結來說,就是開山祖師馮德提出了結構主義實驗心理學,主張以實驗加上內省的方式來找出心靈的結構。祖師開山之後,就是成群的追隨弟子及來自各方的挑戰者。例如,弗洛伊德批評他不能治病,因此誕生了「精神心理學」或「精神醫學」;達爾文和威廉詹姆士認為他只重結構而忽略功能,於是就誕生了「功能主義」;再來有人批評他不夠科學,就誕生了「行為主義」;還有人認為結構主義忽略了知覺的整體性,就誕生了「完形心理學派」;最後,有人認為它缺乏生物學基礎,間接催生了「腦科學」和「認知神經科學」。

接下來就進入最關鍵的重點,也就是現代腦科學的誕生歷史。提到腦科學的早期歷史,我們就不得不提及「顱相學」。

 

顱相學

顱相學由德國醫生高爾提出。高爾認為,人的性格可以從頭顱性狀看出端倪;某部位的頭顱如果突出,就代表該部位頭顱下方的大腦比較發達。高爾宣稱,人格可以區分成二、三十種,有人好色、有人慈祥、有人記憶力強、有人口才好、有人衝動等等,而每一種特質都可以對應到某個頭顱部位及其下方的腦區。

高爾醫師1808年提出顱相學之後就開始四處演講。據說他是一位非常傑出的演說家,常在演講時擺出大量的人類頭骨、動物頭骨、名人的頭顱模型還有彩色大腦模型,有時甚至會當眾解剖剛死亡的動物和人類大腦。由於他的演講功力驚人,到了1826年,社會上的顱相學狂熱現象已經到了幾乎瘋狂的境界。

當年的倫敦四處都可見到商家展售顱相學的道具和相關商品,相關的產業更是五花八門。例如路邊有頭顱摸骨師,也有頭顱鑄型師,只要幾分鐘就能摸出你的頭型然後複製出一個模型商品。

此外,顱相學也是當時茶餘飯後、社交場合上的必聊話題。舉凡維多利亞女王、鐵血宰相俾斯麥、哲學家黑格爾、發明家愛迪生、美國詩人惠特曼,全都是顱相學的忠實粉絲。蘇格蘭小說家史蒂文森就曾說,當年上流社會的交際話題,第一是拜倫的詩,再來是蘇格蘭小說,然後就是顱相學。

還有一個數字,可以幫助大家想像當時顱相學的受歡迎程度,這個數字就是蘇格蘭顱相學家喬治康布(George Combe)的著作銷售量。喬治康布在1828年出版《人類的構造》(The Constitution of Man),在出版後的大約三十年間一共賣出了超過30萬本!同一時期達爾文的《物種源始》銷量,大約只有售出5萬本。當然了,《物種源始》的5萬本已經很多了,但是和這本顱相學著作《人類的構造》的30萬本相比,就有點相形見絀了。

顱相學雖然風靡全球,但很可惜它並不是一門科學,因為它缺乏明確的實驗證據。講白了,就是十九世紀西方的骨相算命術。但有趣的是,一般來說,如果是等級很低的偽科學,學院科學家是根本不屑一顧,聽到之後就拋諸腦後;但顱相學的瘋狂與熱門程度,已經大到學院派科學家都想要跳出來踢館了!比方說,法國的生理學家佛洛倫(P.J.M. Flourens)為了驗證顱相學,就把小狗的「好色腦區」切除,結果發現小狗變得行動順序異常,例如該左轉時卻向右轉,但卻不影響好色程度。因此可以知道,顱相學中的好色腦區是在小腦部位,可以說是錯得一塌糊塗。

另一位跳出來踢館顱相學的科學家,就是法國的醫生布洛卡。1861年,醫生布洛卡(Pierre Paul Broca)遇到了一位病人,這位病人「無法說話」但卻「可以正常理解他人話語」。由於這位病人他只會發出「唐」(tan)的聲音,因此有了「小唐」的綽號。小唐過世之後,布洛卡解剖了他的大腦,發現他的左腦前額葉外側下方的腦區受損;後來布洛卡又解剖了12位相同症狀的病人,也都發現類似的結果。這個腦區也因此被稱為「布洛卡語言區」(Broca’s area)。由於這個語言區和顱相學所主張的語言區位置,根本不一樣,因此顱相學宣稱的腦功能位置再次被證明是全盤皆錯。

雖然顱相學所宣稱的腦功能位置錯得一塌糊塗,但是它所提出的一個概念還可以說是部分正確──大腦功能模組化。顱相學者認為大腦的功能可以被區分成一塊一塊的,而每一種功能都是由不同的腦區處理。顱相學不科學的地方在於,在缺乏證據的情況下就恣意的宣稱某個腦區負責某個功能;但是,這種不科學的做法,卻意外的激起科學界的反彈,並因此展開了大腦功能分區化的實驗研究。這些用來反對顱相學的實驗方法和結果,也大大地促進了心理學和腦科學的發展。

 

腦傷研究

科學接下來的發展方向就是對動物進行大腦破壞,研究其對應的功能;對人則是尋找腦傷的病人,去觀察對應的認知功能。比方說,腦科學發展初期最知名的一個腦傷案例,就是1848年美國鐵路工人的穿顱案。這位工人叫做蓋吉,在施工時不小心被鐵條刺穿前額葉,雖大難不死,卻似乎出現了人格改變的現象。這個案例也因此激起了科學界和醫學界對前額葉的一系列後續研究,讓我們對前額葉的執行決策和抑制功能有了更多的了解。

 

大腦刺激研究

腦傷研究後,早期關於人類大腦研究的另一個關鍵里程碑就是大腦刺激研究。大腦刺激研究的代表人物是美國的神經外科醫師潘非爾德。潘非爾德生於1891年,活躍於二十世紀初期,他當時在治療癲癇病人時,必須透過手術來破壞或切除某些腦區。在手術之前,他會先用微小的電擊來刺激大腦各個區域,以確定他要切除的部位的功能。結果這個方法讓他發現了每個腦區都對應到了不同的功能。在人腦的感覺和運動皮質區,他甚至發現了一個小人地圖;也就是說,我們的身體觸覺所對應到的大腦區域排列起來就像是一個小人一樣,好像大腦中就有一張我們的身體地圖。只要刺激到這張身體地圖的某一部位,我們身體相對應的部位就會有動作或有感覺。

 

腦造影研究

現在我們知道腦科學的起源,顱相學功不可沒。雖然顱相學被視為是偽科學,但是科學界為了反駁顱相學,竟意外開啟了大腦功能區塊化的系列研究。一開始以動物研究和腦傷病人為主,後來逐漸進展到對病人直接施予電流刺激。到了現代,我們有了腦造影技術,包括了常聽到的EEG、MRI、還有TMS,就是跨顱磁刺激,也就是電磁誘發電流刺激大腦的技術,終於可以採用非侵入性的實驗方法來研究人腦,這也開啟腦科學最蓬勃發展的年代。

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更新時間|2019.10.17 14:24

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