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繪製大腦地圖

撰文/卡爾‧齊默 Carl Zimmer;攝影/羅伯特‧克拉克 Robert Clark    

科學家研究大腦已有好幾百年歷史,但直到1800年代,他們仍只能辨識出肉眼可見的區域,如這張插圖中所繪。今日的科技讓科學家可以深入觀察隱藏在大腦內的結構。IMAGE: National Geographic
凡.韋登捻著花白的鬍子,俯身靠近電腦螢幕,在裡面無數個檔案中搜尋。我們坐在一間沒有窗戶的圖書館裡,周遭放滿了斑駁的箱子,裡頭裝著老信件、頁角捲翹的科學期刊,一旁還擺了一台還沒人有時間丟掉的舊式幻燈片播放機。

「我得要花一些時間才能找到你的大腦,」他說。

韋登的硬碟裡儲存了好幾百張精細的3D大腦影像,舉凡猴子的、老鼠的,以及包含我在內的人腦,應有盡有。韋登要帶我到我自己的大腦裡一遊。

「我們會走完所有景點,」他微笑著保證。

這是我第二次拜訪馬蒂諾生物醫學影像研究中心,它位在波士頓港的一間船繩工廠舊址。我在幾個星期前初次造訪時,自願當韋登和他同事的神經科學白老鼠。我躺在掃描室的平板床上,頭枕在一個沒有蓋子的塑膠盒裡。放射師在我的臉上罩上白色塑膠面罩,我透過眼孔看著他將面罩栓緊,讓裡頭的96根迷你天線緊貼我的腦部來接收大腦釋出的無線電波。當平板床滑進掃描艙圓筒狀的開口時,我不禁聯想到《鐵面人》的情節。


一台大腦掃描器所需的能量幾乎相當於一艘核子潛艇。當掃描器的磁場激化大腦中的水分子時,天線就會接收到大腦發出的訊息。接著電腦便會將數據轉為高解析度大腦影像顯示白質纖維以神祕的網格結構排列,彷彿地圖上的經緯線。PHOTO: Robert Clark/National Geographic

大腦的諸多區塊都是靠白質相互連結,而稱作白質的神經纖維全長約16萬公里,足以繞地球四周。攝於馬蒂諾研究中心的這張影像和其他影像,首度揭露了構成認知功能的特定神經途徑。圖中粉紅色和橘色的神經束負責傳送對語言功能不可或缺的訊息。IMAGE: Nationa
接著,周圍的磁鐵開始發出隆隆聲響和嗶嗶聲。我閉著眼躺了一個小時,努力想讓自己保持平靜。這並不容易。韋登和他的同事為了盡可能獲取最高的影像解析度,所設計的掃描艙對於我這種體型的人幾乎是僅有容身的空間。我順了順呼吸來平撫恐慌感,並把自己帶到回憶裡,有一瞬間甚至回想起在某次暴風雪後我牽著九歲女兒越過雪堆送她上學的情景。

我一面躺著一面想到,這些思緒和情感都是這團正在接受檢查的1.4公斤肉葉製造出來的:透過電脈衝傳送的恐懼訊息匯聚在大腦中稱為杏仁核的組織體;為了因應恐懼的安撫反應是由額葉皮質區下令發出。我跟女兒散步的記憶則是稱作「海馬迴」的神經元所協調產生的作用,它會重新活化我腦內廣大的神經網絡,當年我攀越那些雪堆、形成這些記憶時,就是經由這同一片網絡。

接受這次腦部掃描,是我跑遍美國各地進行採訪報導的一部分,為的是要記錄現代最偉大的科學革命之一,也就是科學家在解讀人類大腦運作的驚人突破。有些神經科學家著重研究神經細胞(或稱神經元)個體的細微結構;有些則分析大腦的生化機制,調查腦內幾十億的神經元是如何製造及運用數千種不同的蛋白質。還有其他包含韋登在內的神經科學家,致力於繪製空前精細的腦內神經迴路影像:大腦的神經網絡是由總長約16萬公里、稱為白質的神經纖維所組成,連結了心智的各個區塊,我們所思、所感、所知的一切都來自於此。


形成記憶時,「大腦會產生實質改變,」南加州大學的唐.亞諾說。從圖中這一個老鼠神經元延伸而出的分支上遍布紅色和綠色的圓點,代表與其他神經元交換訊息的位置。當老鼠形成新的記憶時,新圓點會出現,舊圓點則消失。


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