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2019.10.09 22:00

【大腦S01E01】和笛卡兒一起思考「舉手」怎麼啟動──腦科學的歷史緣起(一)

大腦好好玩 #S01E01

文|謝伯讓 聲音|謝伯讓 主圖|東方IC 

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“雖然笛卡兒因與教廷的協議而沒有挑戰神和靈魂的地位,但是他所提出的半機械式理論,最終仍在思想界中引起了漣漪並產生轉變,引發後人提出唯物機械式的心靈理論。最後,也因為這種「心靈有可能是唯物的、機械式的理論」,讓長久以來眾人一直認為神祕不可碰觸的心靈,終於落入了自然科學的範疇之中。原本被認為是神祕且非物質的心靈,搖身一變成一種物質與機械,心靈從此變成一種科學研究主題,心靈科學也從此開始萌芽。總結來說,笛卡兒對於一個簡單問題的追問而促成了心靈科學,並在稍後發展成心理學和腦科學。”

「動作(例如舉手)是怎麼啟動的?」這個問題看似簡單,至今仍無解答。十七世紀哲學家笛卡兒就是從這個問題開始,為後世的心理學與腦科學引領出一條光明之路。

腦科學緣起的第一個時期:心靈科學的起源期

首先,我們先回到十六世紀看一下當時的歷史背景。如果要以幾句話總結十六世紀,我們可以說:十六世紀處於文藝復興時期,這是一個世界觀開始轉變的時期,是一個機械科技開始發達的時期,而且是一個科學思維開始萌發、教會的勢力逐漸式微的時期。

以幾個當時大事件為例。例如,1519年麥哲倫船隊環繞世界,顯示當時是地理大發現及殖民主義開始興起的時期;正因如此,當時人們的世界觀隨著地理概念轉變越來越寬闊。同時,十六世紀初期,機械科技開始發達,當時小型懷錶開始量產,成為上流社會人事的隨身用品。同一時期,也是科學思想的萌發期,像是1543年哥白尼發表地心說,1589年伽利略完成比薩斜塔鐵球實驗。

總結來看,十六世紀是一個世界觀開始轉變、機械科技發達、科學思維萌發、文藝復興工商業興盛,並導致教會勢力逐漸式微的年代。其中機械科技的日益發達及科學思維的萌發,是促成心靈科學起源的主要原因之一。當時哲學家笛卡兒在機械工業及科學思維的薰陶下,開始思考一個問題──「人的動作究竟是如何啓動的」?

關於這個問題,我先簡單地提出幾種可能性。

第一種,動作的起始源頭來自某一個或某群神經元,而這個神經元只是隨機發出指令讓我們可以舉手。這個說法,我猜大家可能不太滿意;因為如果發出指令、讓我們舉手的神經元只是隨機的,為什麼我們沒有感覺這是一個隨機的動作呢?畢竟我們的直覺感受是:這個指令是我們主動發出的,不是隨機的。

第二種可能性:這個指令不是隨機發出,而是這個(群)神經元在接收並聆聽腦中其他神經元的訊號後所作出的決定。這種說法聽起來比第一種說法要令人滿意,因為舉手的指令不是隨機發出,而是聆聽其他神經訊號後所做出的決定。但這個說法還是有點問題:如果舉手動作的啓動機制只是一些神經元聆聽其他神經訊號後所做的決定,那這似乎是一種完全機械式的過程;我們的「意志」究竟有沒有扮演任何角色呢?如果舉手的動作只是一些神經元聆聽其他神經元訊號後就可以自主啓動,那我們是不是完全沒有自由意志可言?

第三種可能性:動作其實是我們的「意志」所啓動(至於意志是什麼,那是另一個問題,我們今天先不討論)。有些人認為,意志基本上就是一般認為的「靈魂」或某種「精神力量」,當靈魂想要動時,就會啓動腦中的神經元讓我們可以運動。

不知道大家對於這個問題有什麼看法?現在,我們再回來看看笛卡兒是怎麼看待這個問題,也介紹一下他所提出的理論,究竟如何啓動了心靈科學。

「我思故我在」──笛卡兒與心靈科學的萌芽

大家應該都不陌生,笛卡兒就是那名提出「我思故我在」的法國哲學家。事實上,說他是位哲學家其實有點太侷限了他的格局。更精確來說,他還同時是一位偉大的思想家和科學家。尤其他不只是單純在躺椅上的哲學家,更特別著重於「實證」。湯碼士赫胥黎(《美麗新世界》作者阿道斯‧赫胥黎的祖父)曾經在書中提過:一位朋友知道笛卡兒是一位知名的哲學家後,便想像他家應該有很多藏書、很大的圖書館,請求笛卡兒帶他參觀圖書館。結果這位朋友到了笛卡兒的圖書館後,才發現那裡除了書之外,整個空間基本上就是一個實驗室──根本是各種動物和人體的解剖現場。由此可以看出,笛卡兒並不只是單純依賴哲學推理的躺椅哲學家,他對於實證和實驗也同樣的看重。之所以要解剖動物和人體的其中一個原因,就是想知道:「動作究竟是怎麼啓動的?」

在笛卡兒前最主流的理論是來自於古羅馬的蓋倫。這名蓋倫不是《英雄聯盟》裡面整天喊「德馬西亞」、然後不斷轉轉轉的無腦蓋倫,而是和華陀同一時期的一位古羅馬醫師。蓋倫認為,人的腦中存在一種「精神氣」(pneuma)可以推動動作,並讓我們有感覺、能夠感知世界。

笛卡兒顯然對這樣的說法不甚滿意。也因此,他特別針對神經系統做了大量的解剖,希望能找出背後真正的原因。有次笛卡兒到巴黎市郊知名的聖日耳曼昂來花園(可以說是當時的迪士尼樂園),園內有著各式雕像,尤其是一些液壓式可以移動的雕像。這些液壓式雕像的特點,就是它有著精密的機械設計,可以做出許多複雜的動作(像是偶爾還會看到機械式鐘塔,每到整點就會有些人造的機械小鳥或芭蕾舞者出來跳一段複雜的舞蹈活動)。據說笛卡兒在那次參觀後,就頓悟並提出了一個理論,認為:神經系統其實就像是液壓系統一樣,都只是機械式的運作而已。他更因此主張──所有動物的動作,以及大部份人類的動作,其實都只是機械式的反射性動作而已。

笛卡兒的理論,其實是介於上述的第二種可能性和第三種可能性。第二種可能性基本上認為所有的動作都只是機械式的動作、都只是腦中負責啓動動作的神經元在接受了其他訊號後所發出的訊號。笛卡兒認為,所有動物及大部份的人類動作,都是這一種類型。不過,要注意笛卡兒所說的是「大部份的人類動作是如此」;換句話說,有一小部份的人類動作並非如此。笛卡兒的理論認為有些特殊的活動,其實是靈魂透過松果體互動後才產生的。

為什麼笛卡兒不乾脆將所有的人類動作都視為機械式呢?歷史謠傳笛卡兒為了能合法解剖人類屍體,和教廷做出了協議──教廷同意讓笛卡兒解剖屍體及人腦,但是笛卡兒不准挑戰神和人類靈魂的概念。或許是因為如此,笛卡兒才在他的理論中為靈魂保留了一個空間,而不是全部拋棄神和靈魂的精神世界去接受一種全然的機械論。

不過,笛卡兒雖沒有提出全然的機械論,但有趣的是,如同華盛頓的名言:「自由就像種子,一旦入土生根,就再也無法阻擋它的成長。」他的半機械論在思想家之間傳遞開來,很快就引起了共鳴和轉變。英國思想家洛克很快就質疑:如果動作可以是機械式的,那人類心靈的整個運作方式有沒有可能也是全然機械式的?另一位英國思想家詹姆士彌爾(《論自由》作者約翰彌爾的祖父)也順水推舟地提出了唯物論,認為人類只是生活在物質世界中的物質生命而已,這個世界的一切就只有物質,運作方式也就是機械式的機制而已。

雖然笛卡兒因與教廷的協議而沒有挑戰神和靈魂的地位,但是他所提出的半機械式理論,最終仍在思想界中引起了漣漪並產生轉變,引發後人提出唯物機械式的心靈理論。最後,也因為這種「心靈有可能是唯物的、機械式的理論」,讓長久以來眾人一直認為神祕不可碰觸的心靈,終於落入了自然科學的範疇之中。原本被認為是神祕且非物質的心靈,搖身一變成一種物質與機械,心靈從此變成一種科學研究主題,心靈科學也從此開始萌芽。總結來說,笛卡兒對於一個簡單問題的追問而促成了心靈科學,並在稍後發展成心理學和腦科學。

腦科學緣起的第二個時期:心理學的起源時期

接下來,我們來介紹早期的心理學。笛卡兒在回答「動作如何啓動」問題時,提出了半機械式理論,認為所有的動物行為及大多數的人類行為都是機械式的,但有少部份的人類行為可能和靈魂有關。其他思想家(如:洛克、詹姆士彌爾)並不滿意這樣的理論,而是認為人類的動作、行為和心靈完全都是機械式的。如此一來,心靈不再神祕、不再是科學不可觸碰的,從此開始,以科學方法研究心靈的學門就誕生了。

早期的科學心理學集中在十八、十九世紀的歐洲科學與文化中心──德國。在此以德國的海姆赫茲為例,一窺當時科學心理學的研究方法。海姆赫茲曾經做過一個非常有創意的研究,討論「人類神經傳遞的速度有多快」。

這個問題在當時非常難回答。原因有兩個:第一,傳統測量青蛙或其他生物的神經傳導速度的方法,是將電極插到神經中直接測量反應速度;但我們無法用同樣的方法測量人類的神經傳導速度。第二個原因,是當時(19世紀初期)所用的計時器具不夠精準。既不能在人身上直接插電極,又不能用很快的精準碼表記錄時間,到底要怎麼測量呢?

海姆赫茲的方法其實很簡單但相當有創意,就是透過大量連在一起的受試者來取平均值。首先,找來了100名受試者,請所有人手牽手;接著,我們觸碰第一個人空著的那隻手,並請他在被觸碰後,馬上握緊下一個人的手,然後一直傳下去,並記錄傳遞到最後第一百個人的時間。假設最後總時間是50秒,除以100後,就可以知道每個人的反應時間是0.5秒。透過這種人形蜈蚣的方法,可以解決碼錶不夠好的問題。但是,每個人反應時間0.5秒,並不表示這0.5秒全都是花在神經傳遞上。事實上,0.5秒可以被區分成三部份:第一部份是從左手傳到腦,這部分算是神經傳遞;第二部份是在腦中的處理時間,這部份涉及了神經傳遞以外的東西;第三部份是從腦傳到右手出去,可以算是神經傳遞。由於我們不知道在腦中到底發生什麼事,所以應該想辦法扣除這部份才行。

海姆赫茲又想到一個好方法,這次請受試者用手抓住下一個人的腳踝,然後一樣以人形蜈蚣的方式,當第一位的腳踝被握緊時,就緊握下一個人的腳踝,如此一直傳遞下去。現在,假設測量到的總時間是55秒,除以100就是每人反應時間0.55秒。

這兩個實驗一比較就可以發現,每一個人的反應時間由0.5秒增加成0.55秒,也就是每個人的傳遞時間多了0.05秒;同時因為每個人的腳比手大概要長一公尺,也就是訊息多傳遞一公尺需要0.05秒,所以每秒的速度大概就是20公尺。實際上和後來的精密實驗相比,海姆赫茲的測量其實已經相當接近了!

海姆赫茲的實驗就是當時典型的心理學研究,基本上就是透過物理測量的方法來量測人類心理和行為。而這種方式,也稱作「心理物理學」,就是心理學的最前身。

本集我們知道了心理學的起源,是源於笛卡兒想要回答「動作如何啓動」而提出半機械論;其他思想家順水推舟,提出了全然機械論,或者稱作唯物論;從此,心靈落入了科學研究的範疇,心理學也因此誕生。下一集我們將會繼續順著這個脈絡,看看心理學如何演變出各種門派,其中就包括了我們最有興趣的「腦科學門派」。我是《大腦好好玩》的主持人謝伯讓,用科學故事,讓腦說話,我們下次再見。

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更新時間|2019.10.04 08:57

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