人腦的美麗境界－《BBC知識》國際中文版

【文／麗塔‧卡特（Rita Carter）；譯者／謝伯讓】

大腦中的長程神經連結色彩繽紛得猶如萬花筒。

先前有「人類基因體計畫」將人體細胞中的所有基因定序，現在則有「人腦連接體計畫」（Human Connectome Project，簡稱HCP）嘗試以截至目前為止最精準的方法，定位人腦中的連結與神經活動，意圖解開其中奧祕。

這項大型計畫是在2009年發起，初步的詳細成果剛剛出爐。這些猶如萬花筒般的影像呈現出我們神經細胞的電生理活動，迷濛色彩標記著大腦的電流走向和各種彎曲奇異的神經束，霓虹般的色澤宛如會發光的奇特昆蟲。

什麼個性，大腦有跡可循

掃描出這些圖當然不是為了欣賞，這些大腦圖片將使我們得以一窺人類心智運作的內幕。「人腦連接體計畫」的一項工作，是定位大腦中組成白質的長程神經連結（它們可說是神經中的高速公路）。以往，神經科學家一直忽略這些外頭覆有白色髓鞘（一種由脂肪所構成的保護性結構）的神經，如今已知它們扮演十分重要的角色。加州大學洛杉磯分校的傑克‧范霍恩（Jack Van Horn）參與了這項定位大腦白質的工作，他表示：「這幾年下來我們逐漸明白，大腦是個密不可分的系統，某腦區的活動會傳遞到其他區域。我們的想法與行為，就是腦中各處神經活動的集體模式所產生的。」

范霍恩與同事長期利用水分子擴散頻譜造影（DSI）追蹤大腦中的長程神經活動，方法是透過磁振造影掃描儀來記錄水分子在腦中的自然流動。范霍恩說：「水分子比較容易沿著與神經纖維平行的方向擴散。」也就是說，水分子運動阻力最小的路徑，旁邊往往就是神經纖維。這種腦部掃描方式並不新鮮，但「人腦連接體計畫」團隊（包括哈佛大學的幾位科學家）在美國麻州綜合醫院的磁振造影掃描儀是個狠角色。「這是磁振造影掃描儀中的保時捷，它的性能非常好，也就是說解析度相當高。」范霍恩解釋。

為什麼要釐清這些長程的「細節」呢﹖因為我們每個人會如此獨一無二，正是拜它們所賜。比方說，如果某人的杏仁核（與產生恐懼的情緒有關）和前額葉皮質（使我們能意識到恐懼的腦區）之間的連結較少，前額葉就不易猛地被皮質下方傳來的警告訊息所淹沒，因此可能較不易緊張。另外，如果大腦中的韋尼克區（Wernicke's area，負責「理解」語意）和布洛卡區（Broca's area，負責語言表達）之間有大量連結，那麼這人的語言能力極可能很不賴。

接下來的幾個月，加州大學洛杉磯分校的研究團隊希望能公布第一批研究資料，好集思廣益，讓各地科學家一起解謎。這項計畫預計蒐集三十至五十名受試者的腦部掃描資訊。

起心動念，都露端倪

華盛頓大學與明尼蘇達大學一群科學家所組的團隊，則在這項計畫中負責研究短程的連結反應，也就是觀察做某件事（例如聽故事）時哪些區域的神經元會活化。他們不追蹤水分子，而是用功能性磁振造影（fMRI）來記錄血流變化：某處血流量多，就意味著那兒的神經比較活躍。

他們也分析了作白日夢時的腦部變化。以往的實驗常會讓受試者做特定活動，然後記錄他們大腦哪些區域出現變化，加以分析。最近研究者則開始注意到休息狀態（即放鬆、未從事任何活動）時腦部的複雜活動，也就是「預設模式網絡」（default mode network，簡稱DMN）。他們的掃描結果，顯示了大腦如何持續記錄一切，並根據過去和當下的事件來幫助我們在生活中找到「定位」。

范霍恩說：「預設模式網絡的相關腦區有獨特的活動模式。這可能是最大且整合最多領域專才的資料蒐集計畫，這計劃還會檢視相關的遺傳因子。」華盛頓大學與明尼蘇達大學合組的這團隊最近釋出了第一批資訊，那是：六十八位受試者的腦部掃描影像，以及他們人格特質和認知能力的數據。他們的目標是一千兩百位。

這項為時五年、由美國國家衛生研究院資助四千萬美元的計畫，最終成果會是一張多層次的大腦地圖，它會告訴我們一個人的基因、行為和他的大腦神經連結間的關聯。它不但可以清楚呈現健康心靈的運作機制，更可以幫助研究人員釐清腦部疾病的原由。范霍恩表示：「這項計畫的成果，將使我們能做更多更細膩的研究。」