11 腦神經的成長與保健 郭博昭 楊靜修 腦神經的結構人類的大腦包含了將近千個細胞, 每個細胞的大小比針尖還小 這些細胞若一個一個單獨生存, 可能毫無價值可言, 但一旦結合在一起構成神經系統, 其功能比人類所造的任何一臺機器都還強大 人的神經系統又可區分為腦 脊髓與神經三大層次 腦基本上就是指在脖子以上的部分, 全部都埋藏在堅硬的頭殼裡面 這個頭殼內部不是一個單純的球形, 而是由許多奇形怪狀的骨頭構成之非常複雜的結構 而裡面的腦再因其部位細分為大腦 中腦 小腦 橋腦和延腦 大腦占據我們腦的最上層, 從前額到後腦都是它的範圍, 大腦的中央區域 ( 即頭最頂處 ) 掌管我們的感覺與運動, 舉凡手腳的感覺 身體的感覺 臉孔五官的感覺都是在此處形成, 四肢與軀幹的運動也是由此處掌管 除了感覺 運動外, 大腦的後半部即俗稱的後腦部分掌管我們的視覺, 所以如果有人的後腦被敲了一下, 他會覺得滿天星斗, 好像看到了許多星星, 這就是一個說明 另外在大腦的左右兩側 ( 大部份的人在左側 ) 掌管聽覺, 有些部分更細部分化為語言區 如果大腦的側邊受損, 有些人會失去語言的能力, 包括聽 說 讀 寫都會受到影響, 而有些人則會喪失聽覺的認知 至於大腦的前區 ( 額頭 ), 功能較不明顯, 有學者認為和品格有關 曾經有一個著名的病例, 將近一百年前, 有一位美國的鐵路工人在工作時發生意外, 前腦被鐵柱穿了一個大洞, 嚴重受損 雖然這個人奇蹟似的存活下來, 可是從此之後他的性情由
12 腦神經的成長與保健 原本的恭謙有禮變得放任不羈, 甚至脾氣暴躁 另一方面, 前腦又會影響一個人的容貌, 所以曾經有人認為光看一個人的容貌與頭型就可以了解他的大腦結構, 進而推知他的個性與品格, 就是所謂的 骨相學, 至今尚未獲得定論 在大腦的最深層有一個小區域掌管我們的荷爾蒙分泌, 同時也掌管生物周期的運行 這個地方如果受損, 有些人造成失眠, 有些人造成昏迷, 有些人造成整個內分泌失調, 這個地方就是下視丘 在下視丘的旁邊是視丘, 也是屬於大腦深層組織, 這個地方的功能像是全身神經網路進入大腦的入口 來自全身各處的所有神經訊息必須經過視丘這個小小區域匯集之後再傳達到大腦各處 在視丘下面, 就逐漸脫離了大腦的範圍, 隨即進入到了中腦 中腦的區域大約就在耳洞向內延伸之極限, 中腦的下面就是橋腦, 之後是延腦 中腦 橋腦 延腦三個加在一起又稱腦幹, 它的樣子就像一根短棍一般 這個腦幹在演化的過程中較早出現, 很多低等生物都有類似的構造, 舉凡清醒 睡眠 呼吸 心跳 血壓等生命的基本功能都和腦幹有關, 所以腦幹長久以來又有生命中樞的美譽 在醫院的神經科裡, 醫生都知道一件事情 : 大腦如果損傷, 譬如大腦中風, 對生命其實不會造成立即的危險, 但是一旦中風的部位發生在腦幹, 病房裡立刻拉起緊急警報, 因為病人隨時會有喪命的危險 神經科醫師時常就在替病人分清楚究竟是大腦還是腦幹的疾病 大腦如果發生損傷雖然不會造成立即的生命危險, 但可能會造成手腳癱瘓 講不出話或聽不懂等後遺症, 這些對生活品質都有極大的影響 腦幹介紹後先介紹脊髓和神經, 脊髓大略從脖子開始一直延伸到臀部, 包埋在堅硬的脊椎骨內 根據它的位置從上到下區分為頸區 胸區 腰區和薦區, 各區的脊髓隨著所在的位置控制各區的神經與肌肉, 譬如說胸髓就控制著手部的感覺與運動, 而腰髓就控制著腳部的感覺與運動 脊髓對一般人來講, 相關的問題就是長骨刺, 如果
13 是頸部長骨刺, 會造成手臂的麻木或無力 如果是腰部處長骨刺, 會造成腿部的麻木或無力 這些脊髓發出電訊號藉由神經傳遞來控制全身的肌肉產生運動功能 同樣的位於手腳的感受器也會將觸 壓 冷 熱 痛等感覺經過神經回傳到脊髓 大腦 腦幹 脊髓 神經與肌肉就好像一個階級分明的行政組織, 從上層控制到下層 一般來講, 最基層的神經系統 ( 譬如脊髓與神經 ) 已經能夠進行一些簡單的功能, 如果這個功能比較複雜, 小腦與腦幹就要參與協調控制, 如果連小腦與腦幹都還無法做到完美的時候, 大腦就要接手來管控 這就好像政府裡的組織架構, 或是在學校裡各階層的管控都是類似的機制 如果基層做的好, 高層就不需要介入, 也會比較輕鬆 反過來如果基層處理不好, 高層就要樣樣監督, 到最後就會很累 這些原理在之後的神經學習上還會有更詳細的解說 腦神經的功能我們常說人有無限的可能, 以腦科學的角度觀之, 的確也是如此 許多人類的發展有時候常常會讓人嘖嘖稱奇, 甚至超乎想像之外 譬如有些人失去了雙手, 他可以用腳來取代一切功能, 可以寫字 吃飯 運動 打電話 有些人反過來喪失了雙腳的功能, 經過了努力訓練之後, 他能靠雙臂達成行走的能力, 甚至往藝術發展, 成為一個小提琴家 人確實有無限可能, 至於如何達到無限可能的細節至今尚未完全明朗 部份重要的原理已經由科學家的長期研究而有所了解 神經系統包括大腦 小腦 腦幹 脊髓 神經等, 如果你把它不斷的放大觀察, 到最後都會發現它們都是由神經細胞所構成 神經細胞又可大致分為三個結構, 樹突 細胞本體與軸突 分別對應輸入 處理與輸出三種功能 樹突如其名就是長得像樹的突起, 它更像天線一樣接收來自於其它神經的訊號, 這些訊號會經由樹
14 腦神經的成長與保健 突的主幹傳到細胞本體 這些樹突往往會接受一大堆鄰近甚至遠端細胞的訊息, 這些訊息可能會同時來自十個甚至上百個周遭細胞的軸突 而來自各個細胞的訊號經樹突收集之後, 會在細胞本體進行運算 譬如如果所有的鄰近細胞都產生興奮的訊號, 這個神經就會產生興奮, 如果附近的神經都產生抑制的訊號, 這個神經就不會被興奮而保持寂靜 某方面來講, 一個細胞就好像在進行一些簡單的加法功能, 如果附近的神經都給予興奮的訊息, 細胞本體加總的結果是正值, 這個神經就會產生興奮的訊息而經由軸突傳給下游神經 如果附近的神經都給予抑制的訊息, 細胞本體加總的結果是負值, 這個神經就會保持寂靜, 而下游神經就不會收到來自它的訊息 如果附近的神經有些是興奮有些是抑制, 那該怎麼辦? 那就要看所有訊息加總的總和, 如果總和還是很大, 這個細胞依然會產生興奮 如果加總的總和很低, 這個細胞就會維持寂靜 雖然一個細胞的功能看似簡單, 可是如果是十個神經一起運作, 甚至百個 萬個 億個神經在運作, 它所產生的變化就令人難以想像 舉凡學習記憶 情緒 視聽 運動 感覺都是由這麼單純的神經運作而達成! 在這方面, 由一大群神經所構成的神經網路就顯得相當重要, 資訊工程就產生了一個新的學問 類神經網路, 嘗試學習人腦的運作方式賦予電腦更強的運算能力 相關的成果已成功運用在電腦視覺 文字辨識 人腦辨識上 一個神經運算能力是很薄弱的, 可是若是一大群的神經幾乎可以進行所有複雜的運算和處理, 而且這些運算能力還可以因需求而改變! 神經運算能力的改變以另外一個角度來講就是學習與記憶 學習與記憶如何產生, 這是神經與心理學家長久想要解答的謎題 簡單而言, 一個人的神經的數目是固定的, 在出生之後就沒有太大的變化, 除非發生了衰老或是損傷 如何以這些不變的神經細胞進行多樣的學習與記憶, 一直令科學家非常的好奇與著迷 經過這一百多年來
15 的研究, 神經生理學家已經可以告訴我們, 原來重點並非那些固定的細胞本體, 而是多樣性的樹突與軸突連結 這就好像從前的電話接線生, 他們每天忙碌的把甲先生的線接到乙先生, 或是把丁先生的線接到乙先生, 在不同的時候因不同的需求進行線路的改變 雖然電話機的數目一直維持固定, 可是整個溝通的功能卻是有很大的彈性 這完全是靠接線的改變 腦神經的運作非常接近電話網路, 如此藉由樹突和軸突之間連線的變化, 整個神經網路的功能可以徹底的改變 而且更有趣的是, 雖然神經訊號是由發話神經的軸突傳到收話神經的樹突, 可是收發之後會產生興奮的效果還是抑制的效果, 就有很大的彈性 樹突和軸突的連結, 起碼有兩種後果, 其一是興奮性, 其二是抑制性 此外, 神經細胞還有能力因環境的需要修改這些神經間的連線 或是將連線拆開, 或是將連線接上去, 或是產生興奮性的連線, 或是產生抑制性的連線 這些樹突和軸突的接線與斷線是由神經本體的自我生長與自我拆解逐漸達成 而神經生長與拆解常常都要花很多的時間, 譬如幾天或幾個禮拜才會將這些連線修改完成 也因為這些施工時間讓我們學習總是無法一蹴可幾, 但是中途放棄就永遠學不會, 這個在學習音樂上很多人有非常深刻的體驗 腦神經的成長小提琴是一個優美的樂器, 不只外形優美, 聲音也優美 可是如果您聽過一些初學者拉琴的聲音, 有時真的可用慘不忍睹來形容 小提琴與鋼琴最大的差別就是, 它本身只有四條弦, 只能發出四個固定音調, 其它的聲音都是要靠左手的手指頭在適當的位置按下而達成 一旦手指頭的位置不對, 就會產生過高或過低的聲音 而指板上又沒有任何刻度可供參考, 所以從來沒有一個人在第一次拉小提琴的時候就能拉出正確的音準 有一
16 腦神經的成長與保健 位提琴大師曾經說過, 練小提琴非常的辛苦, 必須要從音準的訓練開始, 必須要訓練四個手指頭 ( 拇指除外 ) 在正確的地方按下去, 光是將這些基本動作訓練到完美, 訓練到不假思索一按就準的情況, 可能已經九十歲了, 所以也沒有機會再進行更高層次的音樂表達 這樣說可能有點誇張, 但是對很多學琴者的親身感受就是如此 不過為什麼一個音樂家可以從原本五音不全的窘境經過幾十年的訓練之後, 不旦音準無懈可擊, 甚至所表達的音樂內涵會令人感動, 這其中所發生的變化, 著實令人好奇 以現在的神經科學觀點, 在彈奏小提琴時, 尤其是剛開始練習時, 左手按的地方一定不準, 這時就要靠耳朵的聽覺發覺這些不準的情況, 評估是聲音太高還是太低, 太高的話就將手指頭往後退一點, 太低的話就將手指頭往前進一點 有時候不只用聽的, 甚至眼睛也要盯著手指頭看, 確定每個手指頭都按在正確的地方 這時候脊髓內部的神經本體控制著運動神經, 興奮手臂的肌肉, 移動手指頭按在想要按的地方 在手指按下的同時, 有些肌肉必須要用力, 有些肌肉卻必須要放鬆, 如果全部肌肉都用力的話, 手指會變得非常僵硬, 完全無法做任何動作 至於哪些肌肉該收縮哪些肌肉該放鬆, 已經超出脊髓所能掌控的範圍, 就必須要由更上級的小腦來進行協調控制 同時候視覺與聽覺的訊息傳到大腦裡, 大腦於是可以判斷手指是否正確 一開始當然不正確, 所以大腦就要馬上下令給脊髓與小腦進行動作的修正 所以在一開始學習的過程中, 雖然實際動作的是手臂肌肉, 但是控制的神經不只是脊髓與小腦, 還包括大腦 經過了不斷的練習之後, 小腦的內部神經網路會進行重新的連線, 樹突和軸突之間的連結會以成長 拆解 加強或減弱的方式將神經網路進行漸進式的修正 幾個星期, 甚至幾個月之後, 這些神經網路越來越完美 越來越正確, 這時大腦所偵測的錯鋘就越來越少, 而對小腦的干涉也越來越少, 所以在這個階段時大腦就
17 可以功成身退, 不再參與這些惱人的評估與更正工作 同樣的道理, 一開始小腦可能花很多的能力在監督脊髓的功能, 一旦脊髓內部的神經網路逐漸成熟, 小腦需要修正的時機也越來越少, 一旦不需要再修正的時候, 小腦功可以休息了 最後就只剩下脊髓與肌肉需要動作, 小提琴家就可以用反射的方式不假思索的演奏出接近完美的音樂, 而且他演奏起來絲毫不會覺得累 神經運作的原理就如剛剛所比方, 由大腦控制小腦, 小腦控制脊髓, 一旦有問題時就是層層控制, 一旦沒有錯誤的時候, 就會一層一層降低干預 實際上要讓小腦脫離這個調控工作幾乎不可能, 但讓大腦脫離這個調控工作是常常發生的 剛剛是以音準的例子作比方, 一開始初學者可能會非常累, 因為所有的神經系統都要參與活動, 實際上也耗掉很大的能量, 一旦經過不斷的學習與修正之後, 當局部的神經網路成熟, 上級的神經就可以不再干預而進入休息狀態, 結果就是這個人越拉越好, 而且越拉越輕鬆 另一方面, 透過適當的練習, 也可以讓原本完全不會的能力奇蹟似的產生, 譬如說小提琴有一個重要的技巧叫揉弦, 就是左手的手掌產生如顫抖的動作, 讓聲音一秒鐘顫動數次, 產生猶如人類嗓音發抖的聲音 這個揉弦動作基本上是靠前臂背側的一條肌肉來達成, 有些小提琴老師在訓練學生的時候, 就會特別去摸那一塊肌肉 但是對一般人來講, 那一塊肌肉平常時根本用不到, 我們的手沒事也不會在那邊抖 所以這條肌肉在很多人手臂是退化的, 更慘的是甚至連神經的連結都缺乏, 所以對於這些所謂天賦不足的學習者, 有些人就放棄了, 雙手一攤說我沒有那塊肌肉 我沒有那個神經 ( 先天少一根筋 ), 所以無法學會 可是有些人就會契而不捨, 每天將手掌進行擺動, 進行類似復健的動作, 每天擺啊擺, 一天可能前後揉個十至一百次甚至一千次, 今天練習 明天練習 後天練習, 練習一個月 練習一年 練習十年 通常在一段時間後, 短則一個星期 長則
18 腦神經的成長與保健 一個月, 有心學習的人會發現, 原本他認為少長的那一條肌肉好像可以開始接受控制了, 原本以為少一根筋, 現在居然長出來了! 其實肌肉和神經都沒變, 變的是在腦脊髓內樹突和軸突之間的連結 原本這個人無法控制的肌肉, 經過幾個月不斷的練習, 終於有辦法在很專心的情況下做成揉弦的動作, 這表示基本的神經網路已經建立成功, 但在這情況下還是必須非常專注才能夠作出動作 如果學習者不以此為滿足, 繼續的練習, 有一天他會發現, 他 突然 不假思索就達成揉絃的動作 這就是說, 小腦與脊髓的神經網路已經建立成熟, 不再需要大腦的干預與控制 這種學習的轉變是非常的微妙, 不但需要長久的專注, 需要長期的重覆同樣的動作, 但一旦成功之後就可以在意識之外來控制它, 進行所謂的反射動作 這時只要拿起提琴, 左手就會自動的揉弦, 自然會發出如顫抖的聲音 所以很多學習的奧秘就是將基層的神經網路訓練好, 而讓高層的神經能夠騰出空檔去做它更重要的工作 腦神經的保健最後提到神經系統的衰老與保健的問題 當人類辛辛苦苦經由不斷的學習訓練建立了豐富的神經網路, 學習了一技之長之後, 通常這個一技之長可以陪伴他走一輩子, 但是目前人類終究免不了衰老的過程 有些人是神經細胞逐漸的凋亡, 造成功能緩慢的衰退 另外一種可能就是得了疾病, 讓神經系統急速的破壞 對於感覺或運動功能的老化, 常常發生在年紀很大的時候, 當人感到體力不支或感覺遲鈍時可能已經過了六 七十歲, 這時感到好像是 一下子 變老了, 而有些措手不及 最近的研究顯示神經系統的一個特殊分支, 自主神經系統, 對衰老有相當漸進式的發展 首先要介紹什麼是自主神經系統, 一般來講, 它是一種從腦幹或脊髓
19 所分出來的神經, 但和一般掌管手腳感覺與運動的神經不一樣, 它控制的對象是五臟六腑, 包括心臟 肝臟 肺臟甚至生殖等器官, 都是自主神經的轄區, 所以說自主神經是器官的神經一點也不為過 而這些器官也是我們維持生活的重要班底, 只要我們活著一天, 這些臟器就必須運作一天, 連帶著連自主神經也必須工作一天, 即使你躺在床上什麼都不做 所以自主神經對生命的維持是息息相關, 而自主神經的直屬上司正是所謂的 生命中樞 延腦 最近由於研究技術的進步, 對於自主神經功能的測量也有了更客觀而正確的方法 研究者就發現, 人類的自主神經在懷孕的時候逐漸成形, 大概在懷胎五六個月時, 自主神經已經初步開始發揮作用, 然而在出生的時候, 自主神經的功能尚未完全成熟 它還必須經過幼年 兒童 青少年幾個階段的成長才會達到最成熟的階段 最近一個有趣的發現, 就是自主神經功能最成熟的階段正好就是在 18 歲青春期的時候, 在 18 歲前自主神經從無到有逐漸的增加其功能, 到 18 歲之後自主神經功能大約維持一個穩定狀態並開始緩慢的衰退, 到了 40 歲之後, 衰退的步伐像是一個過河卒子, 頭也不回每年有固定的進度在進行, 從 40 50 60 70 到 80 呈漸進的衰退 孔子有說,30 而立 40 不惑 50 知天命 60 耳順 70 從心所欲不逾矩 這一方面不但是心智的修練, 同時也伴隨著自主神經功能的衰退, 到 70 80 也真的是無法再逾矩了 對於自主神經的研究, 除了很殘酷的告訴我們衰老的事實外, 其實也提供我們一個機會, 讓我們針對保健不足的地方加以補強 到底現在有沒有一種有效的方式能夠延緩甚至反轉衰老, 達到返老還童的目的 最近有些研究成果可供大家參考 有學者發現更年期婦女自主神經功能會急速的衰退, 這些自主神經功能的衰退同時也會預告著心血管疾病 身體不適 忽冷忽熱等症狀 有醫師就讓停經的婦女服用女性荷爾蒙, 發現了自主神經功能顯著的提升, 恢復到將近年
20 腦神經的成長與保健 輕十歲的狀態, 同時原本一些惱人的症狀也跟著消失了 是否女性荷爾蒙達到了返老還童的效果, 值得進行更深入的查證 原本女性荷爾蒙是更年期婦女的一大福音, 也是這些婦女提高生活品質的希望, 可是這個希望在幾個國外的研究發表之後幾乎破滅 這些研究顯示女性荷爾蒙會造成乳癌等一些疾病的增加, 於是剎那之間幾乎全世界的醫生都不再敢給病人服用女性荷爾蒙, 造成了許多原本已經獲得改善的婦女再度回到痛苦與不適 針對這些窘狀, 有醫生想到是否還有其它藥物或食品具有女性荷爾蒙的好處, 但是沒有女性荷爾蒙致癌的壞處 先前已有不少學者提倡食物間含有一些物質類似女性荷爾蒙的結構, 也許它們可以成為女性荷爾蒙的替代品而不會產生副作用 有一篇在台灣進行的研究, 研究對象是醫院內的志工, 邀請其中年紀稍長而停經的婦女進行研究, 依他們的飲食習慣分成素食組與葷食組, 結果發現素食組的自主神經功能較葷食組的要高, 吃素食造成自主神經功能增加的比例接近於女性荷爾蒙的效果 這篇發表在美國心臟醫學期刊的論文, 一方面支持植物內包含類似女性荷爾蒙的成分, 一方面也肯定了素食對身體改善的成效 除了女性荷爾蒙及素食外, 有沒有其它的方法能夠加強自主神經的保健甚至對抗衰老 目前所了解的另一種有效的方法就是運動, 甚至不用服用任何的藥物, 就能夠達到保健自主神經的效果 有一項研究, 將老人分成二組, 一組是沒有運動的控制組, 一組是有固定運動的實驗組, 這些運動是以太極拳為主, 比較和緩而適合老人 經過統計分析, 發現有規律運動的實驗組比無規律運動的控制組有較高的自主神經功能, 而這自主神經功能增強的幅度也將近 5-10 歲之間, 表示他們擁有年輕 5 歲到 10 歲的身體 以上幾點, 不管是運動 素食或是女性荷爾蒙, 都是目前已經知道能夠保健自主神經的方法 最後一種方式也可供大家參考, 就是我所謂的 待機 理論 這個理論其實是來自於電腦
21 的運作原理, 目前的電腦都是由中央處理器在進行一切的運算, 而現今中央處理器的運算速度非常快, 一秒鐘可以執行上億次的運算 可是對一個處理器而言, 所進行的運算越多, 所消耗的電量就越大 最近為了節能與環保, 工程師一直在設計如何節省耗電的方法, 於是他們在處理器上設計了一個待機模式, 只要電腦無事可作, 電腦就會自動進入待機模式, 將計算速度變慢成原來的百分之一甚至千分之一, 消耗的電流也會同比例的下降 一旦有新的工作進入, 電腦就立刻恢復原狀進行全速的運算 在實際運作上, 電腦很多情況下都是在等待使用者的輸入, 譬如我們按一個鍵可能花了一秒鐘, 在這按鍵之前的很多分鐘, 電腦並沒有做任何工作, 這時候就可以進入待機而節省電源, 一旦你按鍵按下去, 電腦立刻用最快的速度將指令執行, 隨即進入下一次的待機狀態 後來確實證明有待機功能和無待機功能電腦的耗電差異很大, 不論是耗電量或是整個電腦的溫度都因待機功能的採用而大幅降低 待機除了可以降低耗電量促進環保之外, 另一方面它也延長了電腦的使用壽命, 因為電腦的使用壽命也是有限的, 它的使用壽命會因為溫度及運算頻率而受到影響, 在待機時不但能夠降低溫度而且會讓電腦的運算頻率下降, 這兩點都是有助於其整個系統的壽命延長 於是就有人想到既然電腦可以待機, 那麼人腦是不是也可以用待機的方式讓大腦休息以實行保健, 我們可以比照電腦待機的原理做看看, 或許會有意想不到的好處