《大腦的悖論》:語言與大腦——誤解的由來

《大腦的悖論》:語言與大腦——誤解的由來
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我們想讓你知道的是

「創新與例行」這假說,造就了許多極深遠的分支,而且它們也讓人們對於左右大腦半球的角色,完全脫離以往的認知。與過去賦予兩個腦半球固定角色的說法不同,「創新與例行」 假說,預測了左右大腦半球互動的狀況是會不斷改變的。

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文:埃爾克諾恩.高德伯(Elkhonon Goldberg)

語言與大腦:誤解的由來

傳統上,嘗試理解左右大腦的過程,往往會被一些潛在的假設所主導。第一個假設是,兩者的差異僅限於皮質,亦即我們所稱的大腦半球。第二個假設是,兩者的差異僅限於功能上的不同,而在結構上與生化層面上則完全相同。第三個假設是,這種差異性只體現在人類大腦上, 其他物種的左右大腦則在結構上、生化層面上以及功能上都是完全對稱的。

後來結果顯示,這三個假設模糊了真相,無助我們對於事情的瞭解,而且最終也全數被證實為錯誤。因為如此,過去最屹立不搖的神經心理學與認知神經科學信條被迫澈底改寫:過去認為,兩腦半球語言與非語言功能的差異,最能顯示兩腦半球的不同之處。

要瞭解這些誤解的緣由,我們必須重新檢視語言和兩個大腦半球的一些基本事實。我們早就知道左大腦半球比右大腦半球,掌管了更多語言相關功能,也因此左大腦半球又被稱為語言半球。目前已有許多證據支持這個論點。我們會稱罹患中風、創傷性腦傷或是任何腦部損傷而致使左大腦半球受影響,因而有語言功能障礙的成人患者得了「失語症」,但如果這個人是右大腦半球受影響,我們不會這麼說。(等一下我們就會瞭解,就小孩而言狀況沒有分得這麼清楚,小孩的兩側大腦沒有明顯的功能區分,這也是為什麼多年來專家們都難以瞭解小孩的大腦半球分別在哪些功能上較占優勢。)

進行神經外科手術時,若對左大腦半球顳葉進行電刺激,便會製造出有如說話一樣的幻覺體驗:患者會聽到自己的聲音講出充滿智慧的語句。思覺失調患者也多有幻聽症狀,聽到的多是完整的話語,而非只是無意義的聲音。這也許也反應了思覺失調患者的左腦受到的影響, 比右腦多上許多。左顳葉形成的癲癇,也會製造出類似幻聽的體驗(這也是為什麼顳葉所引發的癲癇,有時會被誤判為思覺失調症)。另外,朗讀困難也是孩童常見的語言發展障礙,根據統計,這樣的症狀在左撇子孩子身上,比右手慣用者身上更加常見。

這些孩子有時甚至是因為左腦在年幼時就受到傷害,導致後來慣用左手(這個現象有個相當不友善的名字,叫做「病態性左撇子」,為了要與遺傳而來的天生左撇子做區分)。失語症是左大腦失去功能所致,至於多語症(hyperphasia)這種會像鸚鵡一般連珠砲似地講話的病症,其患者則有左大腦比常人巨大的問題,而多語症是威廉氏症候群的常見症狀。這些證據,在在指出左腦主導語言功能的地位。不過在此我要再次強調, 這些證據都僅限於成人,只看這些面向的話會對人左右大腦半球的分工實況產生曲解,導致一些相當重要的面向被遮蔽。

相對於左腦,過去認為若右腦受到傷害,往往會影響到語言以外的各種心智能力,如面容失認症(prosopagnosia,又稱為臉盲症)或是無法感受音樂的旋律(又稱為失樂症amusia)。

是這些相關發現,形塑了之前對於左右大腦功能的基本假設。由於語言功能在人類社會極為重要,因此所謂的語言半球甚至直接被稱為優勢半球,意味著左腦的地位更為重要。而右腦被稱為第二優勢半球,意味著右大腦半球較次要的地位,其功能好像可有可無一樣。直到今日,神經外科醫師在進行左腦手術時,仍會比較戰戰兢兢;而在進行右腦手術時,則相對漫不經心。

請注意左右大腦在功能上的重大差異,並非在於一個接收聽覺資訊、一個接收視覺資訊,而是在於一個處理和語言(口說與書寫)相關的流程,另一個處理無關語言的流程(純聽覺與純視覺等)。

即使已如此簡化地去理解左右大腦,人們卻還又繼續簡化對於大腦的理解。漸漸地,左大腦半球被理解為語言半球,而右大腦半球變成視覺空間半球。至今,仍有許多研究大腦的科學家有這樣的認知,也恐怕有許多臨床人員、心理學家和治療腦部疾病的醫師存在著這樣的認知,畢竟最尖端的科學知識常要多年以後才能成為臨床上的規範。但這顯然是不對的。新的科學證據已經澈底挑戰這種主張,我們應該要用新的方式,來重新理解大腦的二元性。

接下來,我不在技術細節上鑽牛角尖,而是會用簡單的方式解釋為何會有這樣的發展。在我們理解左右大腦差異的過程中,就像許多追尋真相的過程一般,清楚的思考與基本邏輯,往往比任何艱澀的技術知識來得更為重要。基本邏輯告訴我們,所有針對語言和非語言的心智運作過程差異所做的比對,基本上只對能夠使用語言的物種有意義而已。狹義來說,我們人類是目前唯一建立完整語言體系的物種,因此語言和非語言的差異,僅對人類有意義。然而結果顯示,這個假說在理論和實際經驗層面都有極大問題,「語言—視覺空間大腦半球」優勢理論的喪鐘於是被敲響了。

的確,多年來人們主要是認為,左右半球具有優勢大腦的假設僅存在於人類。這樣的假設表面上看來符合邏輯,也看似很有道理。但有另一個同樣屹立不搖多年的假設,表面上看來就不太符合邏輯,多年來也不斷受到科學家的質疑。這個不可思議的假設就是:人類的左右大腦半球,在結構和生化層面上有著幾乎鏡像的相似關係。因著左右大腦半球的功能有所差異這個顯而易見的理由,這假設不斷困擾科學家們。功能上有所差異,反應了兩大腦半球在「材質」層面勢必不同。而反觀這個假說最不可思議且反常識之處就在於:若左右大腦半球的結構完全對稱,又將如何表現不同的功能呢?

因為總是憂心著這個問題,再受到威力強大的神經造影技術的鼓舞,許多頂尖的神經科學家紛紛著手研究,功能不甚相同的左右大腦在結構上有何不同。由於當初進行這些研究的原動力,是要解釋語言和左大腦的關係,因此研究焦點是放在大腦的「語言區」上。早期許多專注於大腦皮質語言區的高精確度測量是由諾曼.格施尚溫德(Norman Geschwind,雖有爭議,但一般稱他為北美行為神經科學之父)和其同事所著手的。

不久,科學家就發現左右大腦在結構上的差異。有兩個腦區對於語言發展尤其重要:負責區別語音的顳平面(planum temporale)與對發出語音來說相當重要的額葉島蓋(frontal operculum)。以慣用右手的人為例,這兩個腦區在左大腦半球的體積,都較右大腦半球裡的大。還有什麼比這個更能印證左大腦是語言的優勢半球呢?

但科學家很快就發現,在類人猿的腦裡,位在左腦的這兩種大腦結構一樣比位在右腦的部分來得大,而一般不認為猿猴具備語言系統(僅管一九八○年代,有隻大猩猩可可經科學家訓練後, 會使用簡單的手語)。再者,古人類學告訴我們,根據對於顱內模的研究(在顱骨內側的各種凹痕印記),從南方古猿(Australopithecus)開始就已經出現左右大腦半球不完全對稱的狀況。隨著繼續研究,有更多左右大腦半球間的不同之處被發現了,不管是在大腦形態學方面,或是大腦生化學方面。這證實了沒有任何一種大腦特質,是人類所特有。與其說,左右大腦半球間的差異顯示了人類的特殊性,不如將人類與其他物種統合成一個群組。我們的大腦和其他物種有著共通的特質,這些物種包括靈長類,甚至非靈長類的哺乳類動物大鼠或小鼠等。

左右大腦半球的差異開啟了科學家對人類或非人類大腦各種不同維度的觀察。這包含從宏觀角度觀察整個大腦(神經大體解剖學),也包括從微觀角度觀察分子層級的大腦。在神經大體解剖學的層級,這些差異包括:右大腦微微向前突出、左大腦稍微向後突起,這稱為雅科夫列夫扭矩(Yakovlevian torque);而左大腦半球的顳平面與額葉島蓋,都比右大腦半球的還要大。往微觀的尺度走,左右大腦半球的皮質厚度也有所差異(至少在男性身上,右邊較左邊更厚)。

在最微觀的層級(科學上稱為細胞結構學),會發現左右大腦半球的梭狀細胞數量並不相同,右大腦半球的梭狀細胞顯然比左大腦半球多得多。從生化通路的角度看,左右大腦半球釋出多巴胺和去甲腎上腺素量也有所不同,而這剛好是大腦中進行訊號傳遞的重要化學物質(神經傳導物質與神經調節物質)。其中,左大腦半球的多巴胺通路較多,右大腦半球則去甲腎上腺素通路較多。最後,由分子層次來看會發現,左右大腦海馬迴裡分布的NMDA受器數量有些差異。NMDA 受器在記憶和學習的過程中扮演極重要角色,讓大腦中常見的神經傳導物質麩胺酸鹽,能藉此調控神經元間的訊號傳遞。我們都已經瞭解到,對於記憶形成來說,海馬迴是大腦結構中相當重要的一環。而我們也該體認:人類海馬迴的這些許差異,跟其他哺乳類沒有太大不同。

所以,我們原本以為可做為解釋的觀點,最後都成為了讓我們更加困惑的來源。想要翻轉這些爭論的話,如果你還是認為功能不同就該有不同的結構,那麼你也應該認為不同的結構意味著功能上的不同。但是,以黑猩猩或大猩猩來說(先不提大鼠或小鼠好了),功能上的差異,不能被理解為是具不具有語言系統的差異。雖然我們尊重其他哺乳類的心智能力,也知道牠們有多元且有時很複雜的溝通方式(隨便舉兩個例子,例如狼的嚎聲和鯨魚的歌唱等),但牠們的溝通方式都不是真正的「語言」!

當然,我的意思不是說,要去刻板地推翻對於動物語言的浪漫想像。科學家如果總結說, 其他物種左右大腦的差異,就反映在牠們具有自己的語言系統上,那我想他們最好要堅持這個論點更久一點。最近由阿爾貝托.帕斯夸爾與其同事(Alberto Pascual)所做的研究就顯示,果蠅身上也有大腦的不對稱性!這樣的不對稱性讓牠們比起那些大腦具對稱性的果蠅更具優勢。雖然兩者都能形成短期記憶,但只有具備不對稱性大腦的果蠅,才能形成長期記憶。由此看來, 大腦的不對稱性比起語言的發展似乎更加基本,在系統發展上也更早上幾百萬年。除非︙︙你覺得果蠅間存在著自己的語言系統!

漸漸地,我們發現我們的確需要一個全新框架,將我們對於大腦二元性的思考做典範的轉移。尋找新典範總算正在進行中,且毫無意外地產生了大量的新發現。左大腦半球主導語言的角色是不爭的事實,但是能否將這事實用來解釋左右大腦半球的差異,則還是個問題。目前看來,左右大腦半球在語言功能上之所以扮演不同角色,其實是肇因於腦部更為基本且還未被發現的某些差異。這個未被發現的差異,也能同時在人類和其他動物身上觀察到。這究竟是什麼呢?

就像過去一樣,當正統科學迷失了方向,通俗的比喻就會進來填補空缺。因此,有許多引人注目的比喻陸續浮現。左大腦半球被稱作「具序列運算力」;而右大腦半球被視為「具同步運算力」。左大腦半球號稱是「分析性的」;右大腦半球則被視為「全面性的」。但問題是, 這些比喻僅僅是比喻,只能被寫進詩歌,無法被納入科學裡。基本上,不可能真的用精確的實驗去測試他們,或是如卡爾.波普爾(Karl Popper)所說的,去否證這些比喻。對於科學來說, 一個假說即使無法被證實可能為假,或是你純然對這假說有信念,甚至其靈活解釋的程度連德爾菲的神諭(Delphic oracle)都相形失色,也不能因此就說它是真的。於是,這些模稜兩可的比喻在大眾媒體中常嶄露頭角,卻很少出現在認真的科學期刊中。研究還是得繼續下去。

新的典範:陌生的事物與熟悉的事物

我個人對大腦二元性的興趣僅集中在一個理論上,這理論與當時神經心理學界的主流大異其趣。它關注的是「新」與「舊」的差別。我認為,如果要理解左右大腦半球的不同,就必須要瞭解大腦處理資訊的動態流程,而非關注每一個靜態階段。我們的心智生活總是不斷在流動, 用一個實際一點的詞來說明的話,就是學習。這裡所謂的學習,絕非只是教室課堂裡的那種, 而是學會掌握外在世界與內在自我,瞭解其中的各種意象。人通常不會一瞬間就能神奇地頓悟所有事、從全然無知到突然全知全能。學習通常需要一段過程。

我認為,左右大腦半球大體上扮演著不盡相同但彼此可以互補的角色,而且在面對全新與熟悉的事物上,兩者有著不一樣的做法。右大腦半球是創新半球、大膽半球,勇於探詢未知和未被記載過的事物。左大腦半球則是濃縮知識的庫存地、穩定的模式辨識器,這使得大腦能夠藉由過去熟悉的狀況和例行公事,有效率地處理各種事務。

我大約在一九六○年代晚期開始有「創新與例行」這個想法,當時我還是一個剛在神經心理學領域初出茅廬的學生,跟亞歷山大.魯利亞在莫斯科的布爾堅科神經外科中心一起工作。

也就是在那裡,我才發現左腦受傷在成人身上的影響比在小孩身上來得嚴重很多。但反過來看,右腦受傷的小孩,情況往往比成人來的嚴重很多。我在想,如果這些觀察是真的,那麼這裡面暗示的事情可多了。這表示在認知發展的過程中,會將認知的控制權大幅地由右大腦半球轉移到左大腦半球,這樣的轉移很有可能終其一生都在進行。

這樣的觀察在當時僅僅是傳說中的臨床表徵,沒辦法撐起一個偉大的理論。顯然需要更系統化的證據,才能反駁或是支持這個理論。在科學領域,一個啟發性的觀察,常常會變成系統化研究的起點。但因為當時我正在計畫如何逃離蘇聯,並在我的新家紐約落腳,因此這計畫被擱置了好幾年。

至於為什麼右大腦半球善於處理創新事物,而左大腦半球適合儲存心智上常見的例行公事,顯然是因為它們的神經連結有著相當微妙的差異。根據當時剛收到的一些新例證來看,我認為在左右大腦半球存在著兩種差異相當微妙卻會造成重大變異的神經連結。

第一個差異點是,兩個大腦半球的表面,分布著不同類型的皮質層。右大腦半球看來比較喜歡多模整合皮質;而左大腦半球比較喜歡單模整合皮質。兩種皮質都會參與複雜的資訊處理,只是會以不同方式進行。單模整合皮質處理的資訊是由特定的感覺系統而來,像是視覺、聽覺或是觸覺,在皮質當中有不同的區塊,分別處理這些不同的感覺系統。單模整合皮質將我們身邊的世界拆解成不同意象。打個比方,想像一個三度空間的物體,分別被投射到X、Y、Z軸上,便會創造出三種不同的意象,這便是單模整合皮質處理輸入資訊的方式。換言之,多模整合皮質負責整合來自不同管道的感覺訊號,將各種景象合成並還原成原來的多媒體世界。

第二個差異點是,各種不同的皮質層連接左右大腦半球的方式。左大腦半球看似比較喜歡幾個鄰近的皮質區域就近連結;而右大腦半球則更喜歡連結跨皮質區域。左大腦半球的連結方式比較像是一隊計程車;你搭乘它們從城鎮一端到另一端,但不會從一個洲的一端飛到另一端。右大腦半球的連結則像是一隊飛機,你可以搭乘它們從這洲的一端,飛到另一端。梭狀細胞以這概念為背景的話,尤其有趣。你可以想想上一章節有提到,梭狀細胞專門承載資訊,橫跨相當遙遠的腦區。再加上這章節剛好又提到大腦半球的連結性,我們可推斷,比起左大腦半球,梭裝細胞在目前研究過的物種中,的確都是在右大腦半球更加盛行。

顯然,大多數「創新與例行」這想法的典範,幾乎都是應用在右撇子身上。大部分對於左右大腦半球分工的研究都是以右撇子為對象,因此科學家對於左撇子的大腦半球間相互連結的動態模式,仍然充滿猜測。對於左撇子或是沒有慣用手的人來說,所謂的優勢大腦半球較不明顯,其左右大腦半球的功能也比較相近。很有趣的是,他們的左右大腦半球在結構上也較為相似,雅科夫列夫扭矩(Yakovlevian torque)較不明顯或是甚至完全消失。

有六到七成的左撇子, 優勢大腦的狀況和右撇子一樣,因此可以說右大腦半球是掌管創新,左大腦半球掌管認知的例行公事,而且其認知分布有由右大腦半球往左大腦半球遷移的現象。另有大約三到四成的左撇子,優勢大腦的分布趨近於右撇子的相反。要假定這些人是由左大腦掌管創新、右大腦掌管認知的例行公事,其實並不牽強。他們腦功能發生了由左大腦半球往右大腦半球遷移的現象,而非右大腦半球往左大腦半球遷移的現象。不過,雖說左右大腦半球的動態遷移方向,會隨著時間、隨著慣用手的不同而改變,但「一個大腦半球掌管創新、另一個大腦半球掌管日常例行公事」的這個法則卻是確定的。

「創新與例行」這假說,造就了許多極深遠的分支,而且它們也讓人們對於左右大腦半球的角色,完全脫離以往的認知。與過去賦予兩個腦半球固定角色的說法不同,「創新與例行」 假說,預測了左右大腦半球互動的狀況是會不斷改變的。今天覺得「新鮮」的話題,明天、一週或是一年後就會變得「熟悉」。每個狀況適用的模式是會被建立的,今天遇到的新問題需要絞盡腦汁去想對策,但日後碰到它時只要叫出可供辨識的模式就能解決了。「創新與例行」這假說還挑戰了另一個傳統學說:所有人類大腦的功能性結構大致相似。對一個人來說新奇的事物,對別人來說可能並不稀奇。因此「創新與例行」這假說也暗示了個體間的大腦功能在比起以往所認為的有更高程度的差異。

我的點子可能根本上就錯了;事實上,打從一開始,我對自己也是半信半疑,覺得這個理論完美到不太像是真的。但這理論的確符合波普爾所說的「可否證」條件(可否證是所有正統科學的條件之一),也因此讓這個理論與當時較流行的其他理論做出區隔。從我的想法延伸出來的否證相當直接明確。如果沒有這個論證,我的理論將會像紙牌屋一樣倒下。任何形成新模式的流程—無論是陳述性的(學習一種概念)或是程序性的(學習怎麼解決一系列問題)—都必須先抵達右大腦半球,之後才到左大腦半球。因此「心智重心」一定有某種程度的位移,而且這樣的位移,一定是高度可預測、相當常見且單方向的(由右到左)。

另一個出現在我腦海裡的想法是:習慣創新與習慣熟悉事物之間的差異,不只是對人類相當重要,對於任何具學習能力的生物都相當重要(這想法非常重要,讓我想起「人類以外的生物也有大腦不對稱現象」的說法)。動物的腦一樣會形成模式,讓牠們透過模式辨識找出在這世上生活的方式。我的鬥牛犬布里特就對一些熟悉的指令,會作出反應(像是坐下、過來、趴下和不可以),儘管牠是透過我的聲音學會的,但我辦公室裡任何一個同事都可以下這些指令。而且牠也知道, 無論是在公寓或是辦公室裡,牠都不能進入某些區域(像是廚房和浴室)。

布里特也學會了一個神秘的技能,那就是能夠分辨不同的大門警衛。在我們住的曼哈頓中城區,有許多門衛會帶餅乾給附近的狗吃。因此布里特已經學會,即使牠其實是第一次到這棟大樓的門口,也是第一次遇到那位門衛,牠也會直接蹲在門衛面前,露出非常期待的眼神,動也不動地等待牠的餅乾。牠只會對門衛做出這樣的反應。我想了一輩子都還想不透,牠怎麼有辦法從其他人之中分辨出誰是門衛,但牠的確做到了,這正好是個完美的例子,說明了人類以外的一般物種也能自行學會辨識某些模式。

我以狗學習善意的模式辨識做為例子,是因為我觀察這種哺乳類已經好多年了。你一定也可以在其他物種上找到許多類似的例子,畢竟牠們也能理解全新的事物與例行公事之間的差別,以及不同的意義。因此「創新與例行」這假說,至少能做為一個原則,去解開在哺乳類演化過程中,大腦為何具有二元性的謎團。雖然這聽起來像是試圖瞭解人性的一種自我追尋,但大腦的二元性如何適應演化的謎團,卻是演化神經科學中最基本也最棘手的挑戰。相較於其他基於語言與非語言間的差異所發展出來的半球理論,「創新與例行」這假說似乎讓我們離解答這個謎團更近,也更適合成為解決這問題的基本原則。

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書籍介紹

本文摘錄自《大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦》,八旗文化出版
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作者:埃爾克諾恩.高德伯(Elkhonon Goldberg)
譯者:黃馨弘

老年不是詛咒,而是時間的饋贈。
智慧往往出現在老年,但老年不保證一個人擁有智慧。

當大腦衰老時,如何讓心智變得更強大?

本書以相當獨特且正面的角度,探討了老化的大腦,以及心智老化的議題。在這個人人都害怕心智能力退化的時代,全球知名的神經心理學家埃爾克諾恩.高德伯博士(Dr. Elkhonon Goldberg)帶來一系列令人訝異的新證據,證明老化雖然使大腦失去某些功能,但同時也在其他層面上大有斬獲。其中最值得一提的,就是年紀增長同時也帶來「智慧」上的增長,運用過去一生中所累積的知識和經驗,讓自己能夠快速地以模式辨認的能力,做出有效率的決定。

高德伯博士也對人類大腦老化背後的神經機制進行研究,並提出了解釋。智慧是老年的產物大家都知道,但是不是年老就一定可以變得有智慧。怎樣的心智才能在累積經驗之後,可以將專長、才幹,提升轉化為智慧?而得到時間最棒的餽贈?

高德伯博士也以神經生物學的角度來探討智慧的形成,提出許多歷史上直到晚年,也依舊能夠有極大成就的藝術家和領袖們,做為有力的佐證。

本書富含知識性卻有饒富趣味,概述大腦精巧的構造在人類一生中如何發展及演變。作者也透過研究指出,年輕時度過的活躍心靈生活的人,可以讓我們擁有許多認知工具,這些認知工具可以在我們年老時,賦予我們強大力量,可以保護我們對抗時間對於神經功能削弱。

身為神經心理學家和認知神經科學家的高德伯,寫這本書的目的根本是為了解決自己與身邊友人面對老化的焦慮問題,並試圖提出有教育意義的答案,讓即將進入熟年的人們知道如何面對自己的焦慮,以為即將來的老年做準備。老化並非沒有好處,老化是智慧的代價,而智慧是無價的。

目標讀者群

  1. 即將在十年到二十年內邁入老年的中年世代,如何面對老年的焦慮以及老後生活。
  2. 對於人類大腦老化背後的神經機制有興趣的科普讀者。
  3. 想開始進行大腦認知運動的讀者。
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Photo Credit: 八旗出版

責任編輯:翁世航
核稿編輯:潘柏翰

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