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抗拒大腦退化疾病!神經科學家教你訓練兩個大腦機制

2018-11-19 18:03八旗文化 文/摘自《大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦》

【文、圖/選自八旗文化《大腦的悖論》,作者埃爾克諾恩.高德伯】

雖然明尼蘇達聖母學校修女會的修女過世前罹患阿茲海默氏症,但她們晚年的心智狀態都極...
雖然明尼蘇達聖母學校修女會的修女過世前罹患阿茲海默氏症,但她們晚年的心智狀態都極為強健,完全看不出來有病。 圖/ingimage

人類的心智如果高頻率地重複某種心智工作,一種強健且能長期存在的記憶就會快速產生,能讓人聯想到該段記憶的許多想法(包括以前能讓事情成功的解決方法)也會快速生成,而這對讓我們理解為什麼有些記憶特別能夠抗拒大腦退化非常有幫助。但在新皮質上形成結構上的改變,並非是大腦為了保護重要資訊,對各種千奇百怪的腦部退化與疾病,所設下的唯一一道安全線。還有其他許多的保護機制。

藉由當代頂尖的功能性神經影像,我們才能發現這樣的機制。這些神經影像工具,包括fMRI(功能性核磁共振造影)、PET(正子造影)、SPECT(單光子發射電腦斷層掃描)、MEG(腦磁圖)等等。它們讓人類科學史上第一次能夠在一個活著的人進行各種心智活動時觀察大腦運作所放出來的生理訊號。應用這些技術,已經澈底改變神經心理學與認知神經科學,就如同天文望遠鏡澈底改變天文學一樣。沒有哪個領域是憑著空談概念就能有成果的,導入強大的新科技(這些新科技在它們各自所屬的領域都是很新穎的發明)加以輔助,通常是科學進步的關鍵。

這些新科技的應用,讓我們多發現了兩個能夠保護位於新皮質裡的常用知識的機制。它們是:模式擴增成為毫不費力的專家。這兩個機制互相呼應。

模式擴增是指,透過練習、體驗與重複地使用,大腦中特定用於運動、感覺或是認知技巧的區域能夠漸漸向周邊皮質區擴張。這已經由加州大學舊金山分校的麥可.梅日尼奇(Michael Merzenich)教授和同事們,用一系列關於猴子學習的實驗中獲得證實。這個理論在人類的身上也可以見到一樣的效應。阿爾瓦羅.帕斯夸爾.雷歐尼(Alvaro Pascual-Leone)就證實了常常讀點字的盲人,腦中感受手指觸覺的皮質區域,比起完全不會讀點字的人,要大得多。另外常用左手彈奏樂器的音樂家,控制那些手指的腦區也比常人來得大。腦區的擴張使得這些模式,更加不會受到腦部疾病的影響。你可以把腦區想像成一塊瑞士起司、把腦部疾病想成起司上的孔洞,在這片起司上孔洞數量是固定的。如果這些孔洞的數量和大小保持恆定,那麼如果這塊起司的體積越大,孔洞以外的區域就越大。

雖然聽起來有點過於簡化且不夠正統,但瑞士起司的比喻並不算太過荒謬。許多與年齡相關的腦部疾病會使大腦佈滿如四散孔洞一般的損傷,破壞神經細胞本身並干擾神經細胞間的連結。以阿茲海默氏症來說,其病灶就是微小的神經組織糾結與塊狀物,那是死去的或衰敗的神經組織的碎片。另外還有一種人主要會罹患的退化性疾病:路易氏體(Lewy body)失智症,其雖然個案較少、一般大眾也較沒有聽過,但其影響相當惡性,會讓人的腦中充滿微小的路易氏體。還有另一種類型的失智,是我們所謂「 多發性梗塞」或「 小血管疾病」,其由腦血管分佈問題所致,病灶為腦血管中四處散布的小型梗塞物。無論這些病灶的病因與發病機制是什麼,它們破壞大腦組織的方式就像對著靶心隨意射靶一般。但只要靶的面積夠大,能夠免於被射中的區域就會越多,這似乎是目前最能有效保留認知技巧的方法之一。

會發現模式擴增的機制,有一部份因素跟明尼蘇達聖母學校修女會(School Sisters of Notre Dame)所發現的奇怪現象有關—該校的成員,似乎都能相當長壽,且維持心智能力正常運作。針對部分過世修女病理解剖顯示,雖然她們過世前罹患阿茲海默氏症,但她們晚年的心智狀態都極為強健,完全看不出來有病。那些修女的大腦患了阿茲海默氏症,但心智卻沒有受影響。雖然大家都覺得修女的病理解剖報告相當特別,但我可不這麼想。正是模式擴增所帶來的保護,讓許多年老的醫師、律師和工程師的專業能力完全不受影響。他們到了晚年,雖然偶爾會想不起一些事情或是難以保持專注,但還是能保持每天高專業度的工作狀態。

接下來我要介紹另外一個能保護使用頻率高的記憶免受侵襲的方式:成為毫不費力的專家。藉由練習和不斷體驗,神經組織完成工作時對新陳代謝的需求會變低。這表示大腦使用更少的資源,甚至是更少的血液供應,一樣可以漂亮地完成例行的工作。這項發現,其實在我們每個人的日常生活中就可以驗證。即便你累了、餓了或是缺乏睡眠,你一樣可以完成熟悉的工作,但如果是做一件新的事情,即便它的複雜程度跟例行工作差不多或更低,你還是很可能會犯下奇怪的錯誤。

現代功能性神經影像讓我們能夠以高精準度去證實這樣的效果。在一項早期的研究中,R.J.海爾(R. J. Haier)和他的同事使用PET(正子造影),來探究當個體進行相當嶄新且複雜的活動時,其大腦的葡萄糖代謝狀況會如何。在這個實驗中他們使用的是玩法可以相當複雜的空間電動遊戲:俄羅斯方塊。他們發現當研究對象逐漸習慣遊戲玩法的時候,大腦對葡萄糖的代謝需求會逐漸下降。經過了幾個禮拜的練習,大腦葡萄糖的代謝率明顯下降了,而遊戲表現還進步了七倍。值得一提的是,最大幅的代謝需求下降出現在人透過練習而變得最精通的事情上面。這真的是「事半功倍」啊!

最近,運用fMRI(功能性核磁共振造影)所做的研究也找到了一個類似「事半功倍」的現象。當人對於工作變得熟悉,其展現的工作成果更好,但卻運用到更少與該工作相關的皮質區。伊恩.多賓斯(Ian Dobbins)和同事們就設計了一個相當聰明的實驗,來展示這個現象。實驗結果顯示,人之所以能夠「事半功倍」,幾乎不是靠著分析問題的細節並一一進行校正,而是靠著一種直覺式的反應—這可說是利用模式辨識走捷徑。

能用更少的代謝資源一樣熟練地將工作做好,這是保護大腦免受神經衰退攻擊的一大資源。人年老時,大腦常會因某一個腦區的血液供應變少而功能受損。血液供應變少的狀況很多,有的相當輕微,有的則非常嚴重,各種小動脈和其分支都有可能受到影響。導致這些問題最常見的原因是,因為血管壁上有膽固醇和其他小碎片的堆積,使得血管直徑變小。由於血管直徑變小,能供應該區的血流和氧氣就跟著變少。周邊血液供應突然減少,很有可能會造成中風,使得周邊組織受損。而緩慢地減少血液供應,卻又會讓一個人的認知變得很遲緩。能夠在相對缺乏血液供應(也因此缺乏氧氣)的環境下,一樣進行複雜的心智功能,這雖然不是非常強大的能力,但也是保護大腦能在腦血管出現問題的狀況下持續運作的重要功能。

.書名:大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦.作者:埃爾克諾恩.高德伯...
.書名:大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦
.作者:埃爾克諾恩.高德伯
.譯者:黃馨弘
.出版社:八旗文化
.出版日期:2018/11/07
如果能同時結合模式擴增與在某個專業上成為毫不費力的專家的優勢,就能將更多腦容量分配給專精的認知功能,而且使得維繫這些功能正常發揮所需的代謝減少。儘管他們各自的保護能力有限,但如果兩者結合,也許就足以長期對抗退化性與血管性的腦部疾病,可能可維持個幾年到一、二十年。

大腦老化
認知功能
失智症
阿茲海默症

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