【大脑S01E01】和笛卡儿一起思考「举手」怎幺启动──脑科

浏览量269 点赞626 2020-06-12
【大脑S01E01】和笛卡儿一起思考「举手」怎幺启动──脑科

「动作(例如举手)是怎幺启动的?」这个问题看似简单,至今仍无解答。十七世纪哲学家笛卡儿就是从这个问题开始,为后世的心理学与脑科学引领出一条光明之路。

脑科学缘起的第一个时期:心灵科学的起源期

首先,我们先回到十六世纪看一下当时的历史背景。如果要以几句话总结十六世纪,我们可以说:十六世纪处于文艺复兴时期,这是一个世界观开始转变的时期,是一个机械科技开始发达的时期,而且是一个科学思维开始萌发、教会的势力逐渐式微的时期。

以几个当时大事件为例。例如,1519年麦哲伦船队环绕世界,显示当时是地理大发现及殖民主义开始兴起的时期;正因如此,当时人们的世界观随着地理概念转变越来越宽阔。同时,十六世纪初期,机械科技开始发达,当时小型怀錶开始量产,成为上流社会人事的随身用品。同一时期,也是科学思想的萌发期,像是1543年哥白尼发表地心说,1589年伽利略完成比萨斜塔铁球实验。

总结来看,十六世纪是一个世界观开始转变、机械科技发达、科学思维萌发、文艺复兴工商业兴盛,并导致教会势力逐渐式微的年代。其中机械科技的日益发达及科学思维的萌发,是促成心灵科学起源的主要原因之一。当时哲学家笛卡儿在机械工业及科学思维的薰陶下,开始思考一个问题──「人的动作究竟是如何啓动的」?

关于这个问题,我先简单地提出几种可能性。

第一种,动作的起始源头来自某一个或某群神经元,而这个神经元只是随机发出指令让我们可以举手。这个说法,我猜大家可能不太满意;因为如果发出指令、让我们举手的神经元只是随机的,为什幺我们没有感觉这是一个随机的动作呢?毕竟我们的直觉感受是:这个指令是我们主动发出的,不是随机的。

第二种可能性:这个指令不是随机发出,而是这个(群)神经元在接收并聆听脑中其他神经元的讯号后所作出的决定。这种说法听起来比第一种说法要令人满意,因为举手的指令不是随机发出,而是聆听其他神经讯号后所做出的决定。但这个说法还是有点问题:如果举手动作的啓动机制只是一些神经元聆听其他神经讯号后所做的决定,那这似乎是一种完全机械式的过程;我们的「意志」究竟有没有扮演任何角色呢?如果举手的动作只是一些神经元聆听其他神经元讯号后就可以自主啓动,那我们是不是完全没有自由意志可言?

第三种可能性:动作其实是我们的「意志」所啓动(至于意志是什幺,那是另一个问题,我们今天先不讨论)。有些人认为,意志基本上就是一般认为的「灵魂」或某种「精神力量」,当灵魂想要动时,就会啓动脑中的神经元让我们可以运动。

不知道大家对于这个问题有什幺看法?现在,我们再回来看看笛卡儿是怎幺看待这个问题,也介绍一下他所提出的理论,究竟如何啓动了心灵科学。

「我思故我在」──笛卡儿与心灵科学的萌芽

大家应该都不陌生,笛卡儿就是那名提出「我思故我在」的法国哲学家。事实上,说他是位哲学家其实有点太侷限了他的格局。更精确来说,他还同时是一位伟大的思想家和科学家。尤其他不只是单纯在躺椅上的哲学家,更特别着重于「实证」。汤码士赫胥黎(《美丽新世界》作者阿道斯‧赫胥黎的祖父)曾经在书中提过:一位朋友知道笛卡儿是一位知名的哲学家后,便想像他家应该有很多藏书、很大的图书馆,请求笛卡儿带他参观图书馆。结果这位朋友到了笛卡儿的图书馆后,才发现那里除了书之外,整个空间基本上就是一个实验室──根本是各种动物和人体的解剖现场。由此可以看出,笛卡儿并不只是单纯依赖哲学推理的躺椅哲学家,他对于实证和实验也同样的看重。之所以要解剖动物和人体的其中一个原因,就是想知道:「动作究竟是怎幺啓动的?」

在笛卡儿前最主流的理论是来自于古罗马的盖伦。这名盖伦不是《英雄联盟》里面整天喊「德马西亚」、然后不断转转转的无脑盖伦,而是和华陀同一时期的一位古罗马医师。盖伦认为,人的脑中存在一种「精神气」(pneuma)可以推动动作,并让我们有感觉、能够感知世界。

笛卡儿显然对这样的说法不甚满意。也因此,他特别针对神经系统做了大量的解剖,希望能找出背后真正的原因。有次笛卡儿到巴黎市郊知名的圣日耳曼昂来花园(可以说是当时的迪士尼乐园),园内有着各式雕像,尤其是一些液压式可以移动的雕像。这些液压式雕像的特点,就是它有着精密的机械设计,可以做出许多複杂的动作(像是偶尔还会看到机械式钟塔,每到整点就会有些人造的机械小鸟或芭蕾舞者出来跳一段複杂的舞蹈活动)。据说笛卡儿在那次参观后,就顿悟并提出了一个理论,认为:神经系统其实就像是液压系统一样,都只是机械式的运作而已。他更因此主张──所有动物的动作,以及大部份人类的动作,其实都只是机械式的反射性动作而已。

笛卡儿的理论,其实是介于上述的第二种可能性和第三种可能性。第二种可能性基本上认为所有的动作都只是机械式的动作、都只是脑中负责啓动动作的神经元在接受了其他讯号后所发出的讯号。笛卡儿认为,所有动物及大部份的人类动作,都是这一种类型。不过,要注意笛卡儿所说的是「大部份的人类动作是如此」;换句话说,有一小部份的人类动作并非如此。笛卡儿的理论认为有些特殊的活动,其实是灵魂透过松果体互动后才产生的。

为什幺笛卡儿不乾脆将所有的人类动作都视为机械式呢?历史谣传笛卡儿为了能合法解剖人类尸体,和教廷做出了协议──教廷同意让笛卡儿解剖尸体及人脑,但是笛卡儿不准挑战神和人类灵魂的概念。或许是因为如此,笛卡儿才在他的理论中为灵魂保留了一个空间,而不是全部抛弃神和灵魂的精神世界去接受一种全然的机械论。

不过,笛卡儿虽没有提出全然的机械论,但有趣的是,如同华盛顿的名言:「自由就像种子,一旦入土生根,就再也无法阻挡它的成长。」他的半机械论在思想家之间传递开来,很快就引起了共鸣和转变。英国思想家洛克很快就质疑:如果动作可以是机械式的,那人类心灵的整个运作方式有没有可能也是全然机械式的?另一位英国思想家詹姆士弥尔(《论自由》作者约翰弥尔的祖父)也顺水推舟地提出了唯物论,认为人类只是生活在物质世界中的物质生命而已,这个世界的一切就只有物质,运作方式也就是机械式的机制而已。

虽然笛卡儿因与教廷的协议而没有挑战神和灵魂的地位,但是他所提出的半机械式理论,最终仍在思想界中引起了涟漪并产生转变,引发后人提出唯物机械式的心灵理论。最后,也因为这种「心灵有可能是唯物的、机械式的理论」,让长久以来众人一直认为神祕不可碰触的心灵,终于落入了自然科学的範畴之中。原本被认为是神祕且非物质的心灵,摇身一变成一种物质与机械,心灵从此变成一种科学研究主题,心灵科学也从此开始萌芽。总结来说,笛卡儿对于一个简单问题的追问而促成了心灵科学,并在稍后发展成心理学和脑科学。

脑科学缘起的第二个时期:心理学的起源时期

接下来,我们来介绍早期的心理学。笛卡儿在回答「动作如何啓动」问题时,提出了半机械式理论,认为所有的动物行为及大多数的人类行为都是机械式的,但有少部份的人类行为可能和灵魂有关。其他思想家(如:洛克、詹姆士弥尔)并不满意这样的理论,而是认为人类的动作、行为和心灵完全都是机械式的。如此一来,心灵不再神祕、不再是科学不可触碰的,从此开始,以科学方法研究心灵的学门就诞生了。

早期的科学心理学集中在十八、十九世纪的欧洲科学与文化中心──德国。在此以德国的海姆赫兹为例,一窥当时科学心理学的研究方法。海姆赫兹曾经做过一个非常有创意的研究,讨论「人类神经传递的速度有多快」。

这个问题在当时非常难回答。原因有两个:第一,传统测量青蛙或其他生物的神经传导速度的方法,是将电极插到神经中直接测量反应速度;但我们无法用同样的方法测量人类的神经传导速度。第二个原因,是当时(19世纪初期)所用的计时器具不够精準。既不能在人身上直接插电极,又不能用很快的精準码表记录时间,到底要怎幺测量呢?

海姆赫兹的方法其实很简单但相当有创意,就是透过大量连在一起的受试者来取平均值。首先,找来了100名受试者,请所有人手牵手;接着,我们触碰第一个人空着的那只手,并请他在被触碰后,马上握紧下一个人的手,然后一直传下去,并记录传递到最后第一百个人的时间。假设最后总时间是50秒,除以100后,就可以知道每个人的反应时间是0.5秒。透过这种人形蜈蚣的方法,可以解决码錶不够好的问题。但是,每个人反应时间0.5秒,并不表示这0.5秒全都是花在神经传递上。事实上,0.5秒可以被区分成三部份:第一部份是从左手传到脑,这部分算是神经传递;第二部份是在脑中的处理时间,这部份涉及了神经传递以外的东西;第三部份是从脑传到右手出去,可以算是神经传递。由于我们不知道在脑中到底发生什幺事,所以应该想办法扣除这部份才行。

海姆赫兹又想到一个好方法,这次请受试者用手抓住下一个人的脚踝,然后一样以人形蜈蚣的方式,当第一位的脚踝被握紧时,就紧握下一个人的脚踝,如此一直传递下去。现在,假设测量到的总时间是55秒,除以100就是每人反应时间0.55秒。

这两个实验一比较就可以发现,每一个人的反应时间由0.5秒增加成0.55秒,也就是每个人的传递时间多了0.05秒;同时因为每个人的脚比手大概要长一公尺,也就是讯息多传递一公尺需要0.05秒,所以每秒的速度大概就是20公尺。实际上和后来的精密实验相比,海姆赫兹的测量其实已经相当接近了!

海姆赫兹的实验就是当时典型的心理学研究,基本上就是透过物理测量的方法来量测人类心理和行为。而这种方式,也称作「心理物理学」,就是心理学的最前身。

本集我们知道了心理学的起源,是源于笛卡儿想要回答「动作如何啓动」而提出半机械论;其他思想家顺水推舟,提出了全然机械论,或者称作唯物论;从此,心灵落入了科学研究的範畴,心理学也因此诞生。下一集我们将会继续顺着这个脉络,看看心理学如何演变出各种门派,其中就包括了我们最有兴趣的「脑科学门派」。我是《大脑好好玩》的主持人谢伯让,用科学故事,让脑说话,我们下次再见。

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