2009年1月15日 星期四

【腦專輯】適當訓練可強化大腦功能

【腦專輯】適當訓練可強化大腦功能
腦子越用越靈光,不用就生鏽。

http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=303&CL=18


撰文╱霍洛韋(Marguerite Holloway)
翻譯/王道還,中研院史語所助理研究員,專長為生物人類學。


從突觸談起

美國加州大學舊金山分校的尼柯爾(Roger Nicoll)認為:「『可塑性』是神經科學中最受濫用的字眼。」他的實驗室正在同校備受爭議的神經科學家莫山尼奇(Michael M. Merzenich)的對面。現在,大腦的任何變化,都說是「可塑性」,不管是化學上的變化,還是新神經元的形成(這叫「神經新生」),或者是較大區域的「功能重劃」(remapping)。然而,可塑性最基本的層次,是尼柯爾正在研究的「突觸」。突觸是神經元以化學物質為訊號互相溝通的地方。學習可強化神經元之間的連結,一方面創造更多的連結,另一方面也加強它們的化學溝通能力。這些變化把涉及某個動作、感受或者念頭的神經元串接在一起,有句俏皮話"Neurons that fire together, wire together."(可以譯做「神經元一齊開火,一齊串連)就是指這個現象。神經可塑性必須從突觸的層次開始,否則一切免談。

直到1960年代中,大家還認為成年人無法形成新的突觸,一旦大腦停止發育,神經元的連結就凍結了。後來,科學家才發現事實並非如此。舉例來說,當年英國牛津大學的雷斯曼(Geoffrey Raisman)與費爾德(Pauline M. Field)證明了:成年人的突觸具有可塑性。其他人發現環境與經驗都能影響大腦,令人矚目,例如美國加州大學柏克萊分校的羅森茲威(Mark R. Rosenzweig)、伊利諾大學的葛里諾(William T. Greenough)領導的研究團隊。葛里諾證明了,要是訓練大鼠從事具挑戰性的任務,或將牠們放入「複雜的環境」中(他說,不過是在籠裡放些好玩的玩具罷了,「當然比不上牠們在自然環境中所面對的智力挑戰。」),大腦裡都會形成新的突觸,不管成年了沒有。這些新的突觸或者強化記憶,或者強化運動協調能力。

這些針對演練效果所做的研究,以及後來叫做「豐富型環境刺激」(透過玩具與作業提供刺激)的研究繼續開花結果,許多人正在尋找臨床應用的竅門。刺激與演練使大腦受傷的大鼠復原得較快;最近的研究結果也顯示,帶有杭丁頓氏症基因的小鼠,要是生活在複雜的環境中,發病時間就會延後。葛里諾與其他研究人員認為,這些效果不只是新突觸導致的,還有新生的血管以及新生的星狀細胞(astrocyte,負責清理大腦中的過剩物質,例如鉀離子,使神經元處於最佳環境中)。這些情境下,包裹在神經軸突表面的髓磷脂(myelin)也強化了,而這種脂質的神經鞘是神經纖維的生存與傳訊所不可或缺的(譯按:多發性硬化症就是神經鞘剝落的結果)。

發現突觸具有可塑性之後,科學家開始評估大腦在更大的尺度上是否具有可塑性,例如整個神經網絡或大腦某個區域。不過,這個想法並不新鮮。19世紀末、20世紀初,有幾位科學家就主張大腦會因經驗而重新形塑。例如詹姆斯(William James, 1842~1910)就假定大腦會不斷地受經驗改變。1920年代時,拉胥里(Karl Lashley, 1890~1958)發現,猴子的運動皮質似乎每個星期都會變化。直到1970年代,仍有人從事同樣的研究;但是主張成年大腦是固定而不變的科學家居主流地位,他們發現,大腦只在嬰兒期與兒童期早期,亦即所謂的「關鍵期」,才會發生大規模變化。莫山尼奇評論道:「宗教是從主流發展出來的。而主流認為:大腦像個計算機,重要功能在關鍵期已經建立了。」

1980年代,莫山尼奇與合作者進行了一系列實驗,包括美國田納西州范德比爾特大學的卡斯(Jon Kaas),他們揭露了:成年猴子的運動皮質會發生變化。大腦皮質位於大腦外層,上面有負責處理觸覺、運動、聽覺、視覺等感官資訊的區域;人類的大腦皮質還有負責語言與推理能力的區域。有一個實驗,是將猴子的手指切下一根,結果牠大腦皮質運動區由那根手指驅動的區域,不久之後就對傳遞鄰近手指資訊的神經元有反應了。可見皮質上原先負責那根失去的手指的區域,正在監控與處理鄰近手指的資訊;就像一塊棄置的土地,很快就會遭鄰居佔用。莫山尼奇回憶道:「那個實驗結果把我給喚醒了。」



【不可不知】大腦的功能重劃

這是莫山尼奇以猴子做的經典實驗,證明大腦皮質具有可塑性。首先,他將猴子身上負責手指或手上某個部位(左圖彩色區域)的神經切斷。他發現,大腦皮質上的對應區開始對先前它不負責的區域有反應。而且,那個皮質區對應的身體區域會逐漸擴大(右圖彩色區域)。

大腦可塑性︰它是什麼?

大腦可塑性︰它是什麼?
http://www.dls.ym.edu.tw/neuroscience/plast_c.html


大腦可塑性—概觀

大腦可塑性是什麼?它意味著我們的大腦由塑膠製品做成的嗎?當然不。可塑性,或者稱為神經可塑性,是大腦根據新經歷而重組神經路徑的終身能力。如同我們學習,我們透過指示或經驗而獲得新的知識和技能。為了學習或者記住一個事實或技能,在大腦裡一定有持久的功能的變化藉以描述新知識。隨學習而改變的大腦的能力,即是所謂的神經可塑性。
為了說明可塑性的概念,試著想像一架照像機的膠捲。假裝膠捲代表你的大腦。現在想像使用照像機給一棵樹拍照片。當照一張照片時,膠捲正暴露於新訊息 -- 一棵樹的圖像。為了這幅圖像能被保留,膠捲必須對光和 hange? 有回應以記錄樹的圖像。與此類似,為了新知識能被保留在記憶裡,在大腦必須發改變來描述新知識。
以另一種方法說明可塑性,想像在一塊黏土裡做一枚硬幣的印記。為了要讓硬幣的印記在黏土裡,黏土必須發生變化 -- 當硬幣被壓進黏土時,黏土的形狀改變。與此類似,對於經驗或感覺刺激,在大腦裡的神經迴路必須重改組。

有關神經可塑性的事實

事實1︰神經可塑性包括在一生進行的幾個不同的過程。
神經可塑性不由一種單一類型的形態學上的變化組成,而是包括發生在整個個人一生的幾個不同的過程。腦細胞中很多類型涉及神經可塑性,包括神經元、膠細胞和血管的細胞。

事實2︰神經可塑性有清楚的視年齡而決定的原素。
雖然可塑性發生在一個人的一生,不同類型的可塑性在一的某些時期占支配性地位,但較少在其他時期流行。

事實3︰神經可塑性在兩種主要條件的大腦裡發生︰
1. 在正常的大腦發展期間,當未發育完全的大腦首先開始處理感覺訊息時直到成年(發展的塑性和學習和記憶的塑性)。
2. 作為一個適合的機制去補償失去的功能,和/或使如果大腦發生損傷時保持功能最佳化。

事實4︰環境扮演影響可塑性的關鍵作用。
除遺傳因素之外,大腦透過一個人的環境的特性和由那個相同的人的行動被形成。


發展的可塑性︰突觸修剪


Gopnick等人在1999年描述神經元為增長的相互交流的電話線。誕生之後,一個新生兒的大腦收到許多來自嬰兒感官的訊息。這感覺訊息必須設法被送回能將它處理的大腦。為此,神經細胞必須相互連接,把神經衝動傳送到大腦。繼續以電話線類比,像在城市間基本的電話幹線,新生兒的基因指示一條路徑讓訊息從一個特別的神經細胞去大腦的正確的地區。例如,視網膜的神經細胞將神經衝動傳送到大腦枕葉主要視覺區,而不傳送到腦中顳葉的語言產生區(韋尼克氏區)。這個基本的幹線已經被建立,但是精確的從一個房子到另一個房子的連接線需要另外的信號。
在生活的最初幾年,大腦迅速生長。隨著每個神經元成熟時,它發出多個分支(軸突,發送訊息,及數突,接受訊息),增加突觸接觸的數量和鋪設挨家挨戶,或者在大腦情況下,從神經元到神經元間具體的連接。出生時,在大腦皮質裡的每個神經元有大約有2,500個突觸。當一個嬰兒2到3歲時,突觸的數量大約是每神經元15,000個突觸(Gopnick, et al., 1999). 這數量大約是平均成年人的大腦的兩倍。當我們變老時,舊連接透過叫突觸修剪的過程刪除。
突觸修剪消除較弱的突觸接觸,同時較強大的連接被保持並加強。經驗決定哪個連接將被加強和將被修剪;已經被活化的連接通常被保護。神經元必須有目的倖存。如果沒有一目的,神經元透過一過程叫細胞程式凋亡而死亡,不能接受或傳送訊息的神經元變得損壞並且死亡。無效或者弱的連接被同樣地「修剪」掉,就像一位園丁將修剪一棵樹或灌木叢,給植物被要求的形狀。可塑性是發展和修剪連接的過程,允許大腦適應它的環境。


學習和記憶的可塑性

曾經相信當我們變老時,大腦的網路變得固定。不過,在過去二十年,大量研究已經揭示大腦從未停止改變和調整。正如Tortora和Grabowski在1996年所定義,學習是透過指示或經驗獲得新知識或技能的能力。記憶是知識隨著時間被保留的過程。可塑性是大腦隨學習而改變的能力。那麼大腦怎樣隨學習而改變?根據Durbach(2000)理論,看來像是至少兩類修改發生在學習中的大腦︰
在神經元內部的架構方面的變化,最顯著的事在突觸區域內。
在神經元之間的突觸的數量增加。
最初,新學習的數據被"儲存"在短期的記憶,這是回想片段訊息的一個暫時的能力。一些證據支持,短期的記憶倚賴大腦裡的電和化學事件,與架構上的變化如新突觸形成相反。短期記憶的一個理論說明記憶可能由everberating?神經迴路引起 -- 也就是說,一個進來的神經脈波刺激第一個神經元,第一個神經元刺激第二個神經元,依此類推。 在一段時間之後,訊息可能被進入一種更永久類型的記憶,長期的記憶,這是根據大腦裡發生的解剖或生物化學的變化的結果(Tortora and Grabowski, 1996)。


傷害引起的可塑性︰可塑性和大腦修補

在大腦傷害之後的修理期間,儘管大腦被損壞,可塑性變化被面向使功能最大化。在大腦區域被損壞的大鼠研究裡,圍繞損壞區域的腦細胞經歷功能和形狀的變化,允許他們承擔被損壞的細胞的功能。雖然這現象在人的研究還不廣泛,數據表明相似變化(雖然較少有效)在人腦損傷之後發生。

2008年12月28日 星期日

The Brain that Changes Itself_譯評 3

【The Brain That Changes Itself】 by Norman Doidge, M.D.

<原譯> p.45
「我決定與其教他困難的走路,還不如教他爬。我說:『你是從爬開始學走路的,你先爬一陣子。』…他的手和腳軟弱無力,不能支持他,所以一開始時,很困難。」一旦派德洛可以稍微支持自己一點後,喬治就要他… 我唯一的模式是嬰兒如此學會走路的。

<原文> p.21
“I decided that instead of teaching my father to walk, I was going to teach him first to crawl. I said, ‘You started off crawling, you are going to have to crawl again for a while.’ … At first we held him on all fours, but his arms and legs didn’t hold him very well, so it was a struggle.” As soon as Pedro could support himself somewhat, George then… The only model I had was how babies learn.

<試譯>
「與其教我爸爸走路,我決定先讓他學著爬。我說:『小時候是先從爬學起,你要重新學著爬一陣子。』…他的手和腳軟弱無力,無法支撐著他,所以一開始時,很困難。」一旦派德洛可以稍微撐住自己一點後,喬治就要他…我唯一遵循的是嬰兒學會走路的模式。

<譯評>
1. 原譯中「決定與其」不合中文語法,讀起來很不通順。若把「decided」放到句子後半部來描述,應該會好些。
2. 原譯「從爬開始學走路」感覺很奇怪,是不是直接把「爬」說出來即可。另為了表示原本是會爬和走的,但現在要重新從「爬」學起,認為將again的意思譯出會表達的明確一點。
3. 原譯「手和腳…不能支持他」、「一旦派德洛可以稍微支持自己一點後」,將hold和support均翻為「支持」,在這裡是錯誤的語意表達,應該翻成「支撐」較符合文意。
4. 原譯將 “The only model” 翻為「我唯一的模式…」在前文中指出喬治不懂復健,所以不受當時的規則和模式所限制,因此在這裡 “The only model”指的應是喬治所遵照的概念是最簡單的人類成長自然法則。,因此覺得譯成「我唯一遵循的是嬰兒學會走路的模式。」應較為妥當。

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<原譯> p.49
雖然在固化時期沒有顯著的進步可見,生理的變化是在內部發生,它使新的技術變的更自動化及更精緻。

<原文> p.24
Though there was no apparent progress in the consolidation stage, biological changes were happening internally, as new skills became more automatic and refined.

<試譯>
雖然在固化時期沒有顯著的進步,但內在所產生的生理變化,使腦神經能更自動地連接,有更精緻的再生過程。

<譯評>
1. 原譯中「雖然在固化時期沒有顯著的進步可見」,「可見」顯得多餘。
2. 原譯將 “biological changes were happening internally, as new skills became more automatic and refined” 譯為「生理的變化是在內部發生,它使新的技術變的更自動化及更精緻。」感覺語意不清楚:「內部」指的是什麼東西的內部?「使新的技術變的更自動化及更精緻」指的又是什麼新的技術?在哪裡變的更自動化?什麼東西變的更精緻?
由於前面提的是大腦復健的「神經連接再生」有「高原現象」,需要「固化時期」好讓大腦適應並將新連接的神經線路固定。此句在本段的最後一句,覺得說的更明確、更清楚一些,當做是上述事件的小結。

※「高原現象」指的是事件在「高原區」所呈現的現象。
高原區plateau:是統計學上的名詞,指曲線上升到某個地步後,不再上升而維持原來高度。

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<原譯> p.51
當施力茲的大腦發展出新的平衡感—或是盲人的大腦發展出新的神經迴路使他學會辨識物體、視知覺及動作—這些改變並非神秘、不知為何的例外,而是規則本身。感覺皮質本來就很有彈性,很有適應性,當施力茲的大腦學習去對人工的受體作反應時,它並不是作例外的事,它是在盡它的本分。

<原文> p.26
When Cheryl’s brain developed a renewed vestibular sense—or blind subjects’ brains developed new paths as they learned to recognize objects, perspective, or movement—these changes were not the mysterious exception to the rule but the rule: the sensory cortex is plastic and adaptable. When Cheryl’s brain learned to respond to the artificial receptor that replaced her damaged one, it was not doing anything out of the ordinary.

<試譯>
施力茲的大腦發展出新的平衡感—或是盲人的大腦發展出新的神經迴路使他學會辨識物體、開始有視知覺,並能察覺周圍的動靜—這些改變並非不可思議的特殊事件,而是感覺皮質本身的靈活變通性和高度適應力所致。對大腦來說,施力茲學習對於替代的人工受體作出反應,是與生俱來的基本功能。


<譯評>
1. 盲人的大腦發展出新的神經迴路使他「學會辨識物體、視知覺及動作」—「學會辨識物體」是可以理解的,但若將「學會」套在「視知覺」和「動作」前,似乎不太符合中文的語法,因此建議應該以不同的動詞來連接,以幫助讀者瞭解。由於這裡指的是「盲人的大腦所發展出的新功能」,因此譯為「學會辨識物體、開始有視知覺,並能察覺周圍的動靜」。

2. 這些改變並非「神秘、不知為何的例外」,而是「規則本身」— 是原文的直譯,但易讓讀者摸不清頭緒,不知道所指的「不知為何的例外」是什麼?又有哪些「規則」? “plastic”在此並非指「皮質本身所具有的彈性」,而是在說「感覺皮質很靈活、能夠適應環境而變通」。因此建議譯為「這些改變並非不可思議的特殊事件,而是感覺皮質本身的靈活變通性和高度適應力所致。」

3. 「它並不是作例外的事,它是在盡它的本分。」“out of the ordinary”意思是「不平常的」,沒有「例外」的意思,原譯與中文語法不合,語意也不清。在這裡作者指的應該是「施力茲的學習,是天生的自然反應。」

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<原譯> p.51
它給了我們一個大腦用改變它自己的方式在這個善變的世界中存活下來。

<原文> p.26
It has given us a brain that survives in a changing world by changing itself.

<試譯>
它給了我們一個能適應環境而改變運作的大腦,讓我們能存活在這個瞬息萬變的世界。

<譯評>
看原譯時想了好一下,實在不是很懂這句話的意思,查詢原文後才瞭解此句想表達的意思。畢竟這是在篇章中的最後一個句子,語焉不詳恐怕易讓讀者混淆原文書中想傳達的意思,是應該特別注意的地方。

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<原譯> p.58-59
楊總是在找東西,因為她沒有心智地圖,一轉眼就忘記了那個東西,所以…。

<原文> p.28
Barbara lost everything all the time. With no mental map of things in space, out of sight was literally out of mind, so…

<試譯>
楊總是找不到東西,因為她腦中沒有物品位置的空間地圖,視線範圍內沒看到的東西她就記不得,所以…。

<譯評>
1. 原文是 “lost everything all the time”,「在找東西」不太合於原意,譯為「找不到東西」較為妥當。

2. 在這裡 “no mental map of things in space” 指的是沒有「空間推理能力」,「無法推斷物品在空間中的位置」,譯為「沒有心智地圖」易讓讀者混淆語意,清楚說明似乎較為妥當。

3. “out of sight was literally out of mind” 譯為「一轉眼就忘記了那個東西」,感覺好像是她「記性不好,容易忘東忘西」的意思,實際上是在說她「腦中沒有空間地圖的概念,沒看見就不記得」。

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<原譯> p.60
這些補救的方式都不能達到問題的根源,只是使問題更加痛苦罷了。

<原文> p.30
But the attempts at remediation didn’t get at the root of the problem; they just made it more agonizing.

<試譯>
這些補救的方式都不是治本之道,只是讓狀況更嚴重而已。

<譯評>
1. 原文 “didn’t get at the root of the problem” 譯為「不能達到問題的根源」,將 “get”直譯為「達到」,與中文語法不符,宜轉換語氣以不同的中文語法結構譯出為佳。
原譯「使問題更加痛苦」,但問題本身無所謂「痛不痛苦」,原文 “they just made it more agonizing” 指的應該是「問題更加嚴重,使人更為痛苦」才對。

How the Body Works: The Brain and personality

How the Body Works: The Brain and personality
http://tw.youtube.com/watch?v=hbm913O6-a8&feature=related

How the Body Works: Medical Health information video

The Miracle in Human Brain

The Miracle in Human Brain
http://tw.youtube.com/watch?v=FZ3401XVYww&feature=related

How your brain works, amazing connections between billions of neuron cells.

How the Body Works : Anatomy of a Nerve

How the Body Works : Anatomy of a Nerve
http://tw.youtube.com/watch?v=XgIaAs_ONG4&feature=related

Anatomy of a NerveMore than ten thousand million nerve cells and their fibers, or axons, make up the nervous system. The axons are grouped together in nerve trunks containing sensory fibers, which conduct information from the sensory organs to the central nervous system, and motor fibers, which carry information to the central nervous system of the body. The nerve fibers which carry information quickly are enclosed in a thick sheath made of the fatty substance myelin. They are called myelinated nerve fibers. The myelinated sheath has regular indentations along its length called the nodes of Ranvier. The nonmyelinated nerve fibers, which carry information slowly, are grouped together and enclosed in a single sheath.


The anatomy of a nerve includes: the cell body, which is composed of cytoplasm and contains the cell nucleus; the nucleus, which contains the information needed to control the activity of the neuron; the dendrites, outgrowths of the cell body to which and from which they conduct impulses; the epineurium, a fibrous sheath that surrounds the whole nerve; the perineurium, the connective tissue sheath that surrounds bundles of nerve fibers; the endoneurium, the fine sheath of connective tissue around each nerve bundle; the axon, the extended fiber of the nerve cell which carries impulses to and from the cell body; the fatty myelin sheath, the insulating coat that separates the axon in a nerve bundle; the Schwann cell nucleus, the mechanism responsible for the production and maintenance of the myelin sheath and the Nodes of Ranvier, constrictions in the myelin sheath.

Neurons and How They Work

Neurons and How They Work
http://tw.youtube.com/watch?v=ysDGX6bOgAw&feature=related

Discovery Channel - Neurons and How They Work