在意識的繁花裡漫步：偶爾也和認知神經科學家來場生活探險

人類擁有許多獨特怪異的才華，
造就了各種看似光怪陸離，風馬牛不相及的事，
其祕密就在於……腦和心的連結
短短四十年，結合了心智研究的「認知科學」和腦研究的「神經科學」，認知神經科學已漸漸取代傳統心理學，以實徵量化方式透過各種腦造影技術探究人類各項行為，包括學習、記憶、語言、知覺和意識的大腦神經運作，不僅驗證許多行為研究的理論，也逐步開啟大腦這個黑盒子的秘密。
在認知神經科學之父葛詹尼加創建認知神經科學研究所之後，這門新興科學風起雲湧，而曾志朗，即是隨後在台灣推動認知神經科學的第一人。
他不僅開設了第一個以認知科學為主的研究中心，也在國際上交出許多傲人的成績單。現在，他放下過多的學術語言，以最輕鬆的生活角度，帶你認識認知神經科學之美。
這本書從哪一篇章翻開來都可以，猶如與愛推理的科學家促膝常談，解開生活中各種謎團，作者從日常接觸的生活入手，結合認知神經科學研究的豐富知識，細緻而生動地為現實生活中各種光怪陸離提出科學解釋，鋪展出各種最新研究，一幀幀畫面歷歷在目，讓人不得不正視，有時候看似感性的生活面，也能科學相對。

曾志朗／著
熱愛運動、看電影、讀小說。西元四年級生，但保有赤子之心。一頭白髮，但身手敏捷。以研究記憶、閱讀歷程和注意力形成與分配知名的認知神經科學家，漢語神經語言學開創者之一。
他是中央研究院遷至臺灣後首位心理學院士，也是臺灣第一個獲得國際心理科學學會（APS）肯定的會士。2010年獲選為世界科學院（TWAS）院士，2016年獲得歐洲科學與藝術學院選為醫學組院士，是兩岸四地華人中首位獲得該組院士的科學家。
1990年回台，在中正大學成立第一個認知科學研究中心，與國際當代的學術走向接軌；在陽明大學神經科學研究所設立第一個認知神經科學組；在中央大學成立第一個認知神經科學研究所，更從2004年起每年暑假舉辦「臺灣認知神經科學暑期學校」，為臺灣的認知神經科學領域培育許多跨領域的年輕研究者，同時整合各種與腦科學研究有關的儀器設施與跨校合作平台。
科普小品寫作始於1992年，在《聯合報》發表「科學向前看」專欄，以充滿新奇的想像力引介科學知識，獨創「科學生活化」的寫作風格；在《科學人》雜誌開設「科學人觀點」專欄，以突破框架的跳躍思考，寫識寫智，寫景寫意，寫人寫情，再樹「科學故事化」的書寫情調，15年不曾間斷，曾獲金鼎獎最佳專欄寫作獎，並以「人人都是科學人」獲金鐘獎教育文化節目共同主持人獎。

自序：歷史盡在腦的演化中
引言：當福爾摩斯遇見白羅

第一章
在海馬回裡游泳
獸之初、性本惡，人呢？
觀其行以識善惡是人的天賦
明識嬰才，洞察人性
囝仔轉大人的代價：認知失調
旁觀者效應蒸發，還紐約清白
認知神經科學家的聖杯之旅

第二章
記憶的祕密房間
用腦導航：五項祕訣走四方
睡眠，生命中承先啟後的關鍵
人定勝天，老則不老
聽不清楚？戴上眼鏡吧！
閉目十分鐘，助憶建大功

第三章
性向天注定，基因難纏
陰佳陽差，定力有別
位置特定的抑制效應：Spooky！
眼眸傳情愫，狗事知多少
從遞減的語音細說祖先的故事
一見鍾情，佳偶怨偶，但看基因？

第四章
小木偶想變成人，得識人心
人、機之別，盡在腦中
神經卡大條，其來有自
猴頭猴腦的缺憾
成智五步：仿、借、存、轉、聯
會記、會忘、會算、會賭：草木有知？
邪不勝正：線上傳訊，善惡分明！

第五章
在意識的繁花裡漫步
石銅鐵、豬狗雞羊馬、蔥蒜黃瓜，都有話說！
膨風也能變創意
速讀成跳讀，越讀失悅讀
意識到意識研究的困境
知識轉換三部曲

附錄
巴拿馬報告：科學的人道精神與作為

【自序】歷史盡在腦的演化中
在蘊釀著為這本科普散文集寫序的思索時刻，我正在趕去亞洲大學做一場通識教育演講的路上。閉目養神之際，手機忽然連串震動，實驗室助理傳來幾則訊息，恭喜我獲選歐洲科學與藝術學院（European Academy of Sciences and Arts）醫學組的院士，肯定我帶領的研究團隊在認知神經科學與神經語言學上的成就；並附上幾張掃描圖檔，打開一看，那是如今已經很少見的傳統郵戳信封和親筆簽名信函，原來這件喜訊是這麼由歐洲越洋而來的。
那天下午，在亞洲大學的通識講座上，我興致高昂連講了兩個小時的科研故事，相信把聽講的學生都累壞了，但也許被我的熱情感染，竟然很少人睡著。除了以「含羞草會學會記會忘」、「捕蠅草會算」、「豌豆會賭」和「猴嬰會笑」說明草木有「知」，猿猴有情之外，也以細看竇加一張畫，說明物理學家如何利用高科技的X射線螢光光譜分析技術，在老婦人的畫像底下，重現竇加至愛的模特兒畫像：科學和人文共同為找真相而合作，譜出一樁非常羅曼蒂克的畫中有畫的揭密歷程！
我講得有些激動，而且意猶未止，卻看見主持人指手眨眼，暗示時間到了。我即時停了下來，話鋒一轉，提了一個問題，給學生們當做思考自我在未來定位時的功課：「從3D列印，到無人汽車及飛機，到靈光十足的機器人夥伴，世界變了。你們要如何準備，才能在以智能製造為核心的後工業社會裡，擁有競爭的優勢呢？」
帶著欣喜的餘韻，在返回台北的高鐵上，對這個天邊飛來的殊榮，我當然感激，但國際學界對我們研究團隊這些年成果的肯定，才是令我感到無比驕傲的地方！我心情盪漾在一生求學、教書、研究、回臺灣、建構腦科學實驗室、成立認知神經科學學會等種種往事的回憶裡，一件件、一樁樁湧出，歷歷如繪。但一路走來，其中的辛酸苦楚也一下子充斥胸間，如今終於有些為世人所讚賞的科學成就，不免露出含淚的微笑。
科學由觀天象開始，都和人的生活相關。天文、地理、水文為時空之依歸，豆草花木、魚蝦獸禽為萬物生命之泉源：格物致知、深度學習，成為智慧發展之根本，這一切知識的鋪陳和創新，都來自人類大腦的認知體系的演化結果。我很稱幸我的下半生都圍繞在對腦的研究上，而且從跨族群、跨語言、跨文化和跨時空的多向度交互作用中，去檢視語文和智慧的神經機制。什麼是普遍性原則？什麼是特殊性發展？社會的複雜如何剖析？在人類多元多樣的行為表現中，有的成功的跨過生命的生物極限，例如有些社會的人民，平均壽命已經延伸到八、九十歲以上，而其他社會的人民，平均壽命仍然停留在五十歲不到的限制裡。
不久前，在一個歲末的旺年會上，主人是幾十年的老朋友鄧維楨，在恭賀我獲選歐洲院士的介紹上，說：「他是位準確的科學預言者。三十年前在我家，他說科學的未來進展，會有四個可預期的方向。第一是核能研究將帶來更嚴重的核電存廢爭議和核戰一觸即發的險域中，第二是環境污染和大氣變遷的關係，第三是奈米和材料的研究將帶動後工業社會的革命，第四是大腦和智慧的研究將成為二十一世紀的顯學。我那時半信半疑，尤其覺得他對大腦科學的預言太過樂觀，也言過其實。如今看來，他說得都對，而且他在腦科學研究上，從基因到認知，為台灣的腦科學打造了一條可以和國際學界平起平坐的卓越研究之路！」
我莞爾一笑，感到有趣，當年閒聊中的預言，我自己都忘了，想不到他會記得那麼清楚。還好，這些預言一一兌現！那再三十年後呢？留給對科學有興趣的人，去好好的思考吧！

【引言】當福爾摩斯遇見白羅
顯然的，福爾摩斯的方法中有白羅灰質神經細胞，而白羅的思想推論中，也充滿福爾摩斯的實證腳印。唯有學說與方法兩者交融，真相才會浮現，科學研究亦然！
喜歡看偵探小說的人，絕大部分都知道柯南．道爾的福爾摩斯。這位大偵探雖然言行不同凡俗，但他的絕對方法論卻是科學研究中最重要的元素，而且他的名言：「沒有好的數據，就提出一套（自以為是的）理論，等同是嚴重的罪行，因為限定框架會使判斷發生偏差。」簡直就是對科學研究者的警惕之言，我想所有好的科學家都會贊同他的說法：好的方法所收集到的可靠數據，才是建構科學學說的基本要件！
為了從事好的數據採集，福爾摩斯親自設計了好多實驗，去親身體驗所收集到的數據的「涵義」。他是數據的耕耘者，也是數據的實地探勘者，更是根據邏輯推論、步步為營， 真正有本事的大偵探，而且他不輕信世俗的觀點，避免在舊有框架中那些人云亦云的偏見。其實他點出的也就是後來科學哲學家孔恩（Thomas Kuhn）所闡述的既成「典範」所造成的父母效應（parental effect），即地質學大師錢伯林（T.C. Chamberlin）在一八九七年所指稱的盲目護短的潛意識行為表現。福爾摩斯真正是科學方法的實踐者。
白羅，那位在阿嘉莎‧ 克莉絲蒂推理小說中的比利時籍私家偵探，又是另一類典型的真相探索者。這名退休警官永遠衣冠楚楚、皮鞋擦拭得發亮，上翹的大鬍鬚梳理得整整齊齊，強調的是善用「灰質的神經細胞」去做詳盡的思維論證，也就是目前很多科學家所稱的「思想實驗」（thought experiment）。他反對一般警探在犯罪現場「盲目」的收集資料。他認為資料不是數據，後者的檢索是有方向的，是由嚴密思維形成的理論所指導的。他不必親臨現場，可以坐在舒適的沙發椅上，指揮警探去找「有用」的數據。什麼是有用的數據？就是他坐在沙發椅上，動用灰質的神經細胞，在腦海裡勾劃出犯罪案情的圖像，而構圖中的矛盾之處，就必須靠特定方向所搜尋到的關鍵性數據來排除歧異！
白羅不是科學家，但做為尋找真相的探索者，所遵行的方法正是科學哲學家波柏（Karl Popper）所提出的「現象整理→形成學說→導引假設→設計關鍵實驗→檢視結果→推翻不符合的學說」的整體論述。這個強調學說以促進科學發展的研究方式，更在一九六四年普拉特（John R. Platt）所提的「強而有力的推論」（Strong Inference）這篇發表在《科學》雜誌上的論文中發揮得淋漓盡致！科學家對學說的迷戀，有如偵探小說迷對白羅的崇拜一般，認為建立學說才是科學研究的至高境界。
但科學家仔細想一想，研究方法的表現一目瞭然，而且新的方法導致更精細更正確更有信度和效度的全新測量，可以讓學說的精準度更有說服力。相反的，學說追求的完美，就可能容易使人忽略異象，聽不見噪音，阻礙了真相的浮現。常常一個學說提出後，就很難被推翻，即使不吻合的證據越來越多，還是很難被完全揚棄。最有趣的是到現在為止，歐美社會裡仍然有正式立案且擁有眾多信徒的「地球是平的社團組織」，對地球是平的學說堅信不移，這當然是對科學教育的一大諷刺，但物理學界還是有人相信「以太」的存在，而在生物領域，即使證據確鑿，反對演化學說的人還是很多，且根深柢固的舊信仰，使其對接二連三的演化證據視而不見！
社會科學界更是難以找到曾被推翻的學說！行為主義不是已經成為過去式了嗎？但打開教育理論的期刊和教科書，行為主義的主張仍然如影隨形！經濟學的舊思維是哪些？老酒新瓶的學說還是層出不窮！所以在科學研究的進展中，很多已經被推翻的學說猶如「老兵不死」，只是暫居幕後而已。看來，普拉特以為可以一劍定江山的「強而有力的推論」好像並沒有發揮它的威力。
在虛構的小說故事中，福爾摩斯重視的是實實在在的方法檢視，讓證據講話；而白羅強調以抽象的理論建構，去指導探索的方向，再以關鍵性證據來選取正確的答案。兩種求真相的途徑，各領風騷；但反映在科學研究上的成就，卻不是如此平衡。回顧近年來科學發展的歷史，方法好像居上風，而學說的推展就較為緩慢了！
最近諾貝爾獎的網站上公布了一項統計數字， 完全證實了我上述的看法。從一九九一到二○一一年，物理、化學和醫學三類共頒發了七十七個獎項。在這二十一年間，根據所表揚的得獎事蹟，百分之八十二是方法上的貢獻，只有百分之十八才是學說的建構。如果再細分，物理獎有百分之二十九在學說，是最高的；化學獎百分之十五在學說，百分之八十五在方法的精進；醫學獎則只有百分之九的獎落在學說，其餘的全在新方法的發明和改良上。所以科學研究的推展上，雖然方法和學說的貢獻都是必要的，但顯然的，方法的進步確實是較受學界的肯定。
我的專業領域是認知和實驗心理學，而後漸漸延伸到神經科學的研究。嚴格說來，我們這個專業在諾貝爾獎中並沒有相對應的獎項，但前後有九位諾貝爾獎得主，七位在醫學，兩位在經濟學。從他們得獎的表揚中，前七位都是貢獻在方法的推進上，而得到經濟學獎的兩位，一位是理論（西蒙，Herbert A. Simon），另一位則是理論和方法各半（康納曼，Daniel Kahneman）。總的來說，也是方法取勝。
我絕對不是說學說不重要，而是想指出，在現階段，所能提出的學說數量不會太多，但在新科技的推波助瀾之下，方法的革新確實還有很大的空間！尤其不能忽略一個事實，創新的方法往往也會因為學說在演進的過程上遇到了困境，突發奇想而產生的，這樣的交融（synergy）才是未來科學的動力！
其實很顯然的，福爾摩斯的方法中有白羅灰質神經細胞，而白羅的思想推論中，也充滿福爾摩斯的實證腳印，兩者交融，真相才會浮現，科學研究亦然！只是白羅的完美，有時自傲得令人受不了，他的創作者在晚年對他的評語是「insufferable（真讓人難以忍受！）」也許在科研上，我們要學習福爾摩斯的「活得像個真正的人」，親切不做作，不因一味講求完美而造成選擇性忽略的遺憾，或太容易因此而自視甚高令人不舒服，才不會讓人感到insufferable!

【內文試閱】
猴頭猴腦的缺憾
一五○多年前，達爾文所提出「窩裡自製」的概念如果是對的，則工具的使用，就可能是由猿至人之智慧演化所缺少的那個環節了。
我屬猴！依照世俗的習慣，被期待的形象總是猴模猴樣的行動派。親戚朋友一聽到我是「猴齊天」的徒子徒孫，就一致認定我猴手猴腳的，又機靈又俐落，而且一定很調皮，喜歡爬樹，摘果偷桃，很會自得其樂！不幸的（或者說有幸的）是我真的很符合這些期待，年輕時候確實是又黑又乾又瘦，住在鄉下，常常穿梭在山裡樹林間，尤其是芒果成熟時，高大的芒果樹上總會見到我躲躲藏藏的身影；在學校老師和同學的眼裡，又以伶俐調皮出名；在家裡和弟、妹吵架時，更常被冠以「潑猴」的「美稱」！
也許是在這樣的期待下長大，我從小就特別喜歡猴子，廟埕或市集裡有人耍猴戲，我絕對是第一個到場圍觀的「猴囝仔」！看著小猴子翻觔斗，騎小鐵馬，搶觀眾的東西吃，可愛滑稽得令人好開心，但看牠在休息時，脖子被鐵鍊栓住，行動受了限制，一副「猴落平陽被人欺」的可憐相，實在不忍心。有一次趁猴主人不注意時，偷偷拿老虎鉗剪開鐵鍊，放了小猴子，結果小猴子不逃走，反而被一旁觀眾嚇得跳上主人的肩膀上，害我的義行不得逞，還差點挨了一頓揍。哎！誰叫我就是有同類相憐的悲憫之心呢！
長大了，看「尪仔冊」，當然對漫畫裡的齊天大聖崇拜得不得了；等到會識字看書了，吳承恩是我心目中最偉大的作家，一遍又一遍翻看著《西遊記》，伴我度過了童年、少年、青年、壯年，到不惑之年。孫悟空的善良、機智、真誠、幽默和義氣，才是真正充滿了「人」性的美猴王呢！小說裡，孫猴子掃蕩群魔，歷經萬難，完成取經大業，功德圓滿之後，終於變成人，最後又成神。這個隱喻很有意思！猴子要變成人，單憑和人非常相似的猴頭、猴腦和猴身是不夠的，牠必須要能使用各種方法（七十二變加金箍棒，利用策略請求外援等等）去解決環境中遭遇的各種困境，才是成人之道！換句話說，工具的使用，才是人猴之別的關鍵！
日本理研（RIKEN）的腦科學研究中心，在年輕主持人入來篤史（Atsushi Iriki）的領導下，一群研究者針對這個「工具使用為猿到人演化的關鍵」說法，做了一系列獼猴的實驗，觀察到了相當有趣的結果，他們從這些結果中得出了一個很重要（當然，也會很有爭議）的結論：「就硬體而言，這些獼猴的腦神經擁有所有形成人類智慧的基本部件，但牠們的腦所缺少的就是適切組合這些部件的軟體程式，因此，空有零散的機件，卻無法整合出類似人類的智慧！」那人類在演化的過程上，如何去得到那個關鍵的整合程式呢？日本研究群的答案是：「人類學會利用工具去改變外面的環境，而這個持續性的工具使用，促成腦內各機件的適切組合。」
學會工具使用，真的會改變腦的組合軟體嗎？日本的研究者讓獼猴站在一個小長桌的一邊，另一邊的桌面上則出現一個又一個食物丸，猴子伸手拿不到，但被綁住又走不過去，又急又氣。這時候，實驗者拿出一根一公尺長的小耙子，教會猴子用一隻手拿耙子把食物耙回來，再用另一隻手去拿來吃。這個訓練需要手眼協調的巧勁，才能很快的拿到另一端持續出現的食物，大概要兩個星期才能使獼猴完全掌握，不管食物丸出現在哪個方向，牠都能動作俐落的一耙一個，快速吞食。
實驗者測量猴子腦皮質的電生理反應，發現訓練前和訓練後，在頂葉區的反應是不一樣的，訓練後的反應不但加強，而且只要看到耙子就會有反應！由於腦的頂葉賦有感知身體各部位心像的功能，一旦看到耙子也會有強的反應，表示腦已經把耙子這個外在物件視為手的延伸，進而成為身體心像的一部分了。接下來，實驗者把學習的工作難度又加高了一些。他們在獼猴的這一邊加了一塊板子，使獼猴只能看到食物丸，卻看不到自己的手和耙子，猴子要學會用看不見的手和耙子去耙食物。
完成這個訓練的時間更久，但完成之後，電生理反應不但大量出現在頂葉區，而且在前腦前區（pre-frontal area）也測量到訓練之前所沒有的活化反應，這表示當工具使用的難度變高、複雜性也提高時，頂葉要把工具和身體融為一體，還要結合前腦前區的控制系統，去設計出一套解決問題的方案。這套方案不只是機械式的重複擷取平面食物，而是當食物丸忽然被拋在空中時，猴子的眼、手和耙子要很快完成協調，用一個從沒出現過的動作，由不同於以往的方位去捕捉住飛起來的食物丸。這種彈性，代表著創意，也是人類智慧的雛型！
現在讓我們來探討從生理的部件組合所引起的認知能力改變的含意。身體心像的感知，是自我覺識的第一步，因為能夠控制外界物件，成為我身體的一部分，則自我的概念就由個體延伸到外面的世界。既然把「我」擴大到外面的環境，我就不得不去注意到外面世界的動靜與意涵，因此開啟了個體與外物互動的先機。這當然是社會化的起點！
舉一個例子就容易理解上述的說法了。小嬰兒長大到一歲時，眼睛自然會東看看、西看看，這時候你把手指頭對著他搖來晃去，等到他眼睛注視著你的手指頭時，你再把指頭指向遠處牆上的一張圖，你會發現他的眼睛不會停留在你的手指頭上，而是轉往你指頭指向的遠方標的。手指頭和牆上標的物並無實質的聯繫物，但嬰兒卻能認清你的「意圖」，理解你手指頭指向何方的意義。那條在物理世界不存在的聯繫線，已經融入在嬰兒的腦中，成為手指頭的延伸了。大部分的嬰兒都有快速掌握這種認出對方意圖的能力，但如果一個嬰兒到了兩歲還沒能掌握這個能力，那他出現自閉傾向的機率是比較高的，也就是說，他的社會化傾向是比較低的。
日本的研究團隊在實驗的過程上，也觀察到兩個與社會化相關的行為表現。第一個是這些受過使用工具訓練的獼猴，比之一般沒有受過訓練的猴子，會發出較多指稱性的低叫聲（reference calls）來引起實驗者或獼猴同伴的注意，象徵著人類語言的起始階段；第二個有趣的觀察是這些訓練過的猴子，比較會出現模仿實驗者或其他猴子的動作與姿勢，例如實驗者向其中一隻訓練過的猴子Pin做一個以前沒做過的伸舌頭動作，Pin就會去模仿這個動作，也向實驗者伸舌頭，在原野長大的獼猴很少看到類似的模仿動作，這個發現強化了因為使用工具而使社會化傾向增強的說法。
達爾文在一五○多年前提出了「窩裡自製」（niche construction）的概念，這些獼猴由於學會使用工具，改變了腦的組合，這個組合使腦的軟實力增強，又創造出更進一步的工具使用，改變了環境，需要新的適應，又帶動新的工具創造，以挑戰更新、更複雜的環境難題，這樣一步又一步的往前演化，由身體心像到自我覺識，到語言的演進，到抽象的問題解決能力，就有了人類智慧了！如果窩裡自製的概念是對的，則工具的使用，就可能是由猿至人之智慧演化所缺少的那個環節了。
這樣的說法當然有些過分簡單，而且只憑幾十隻獼猴的實驗就要去說明相當複雜的演化過程，很多學者都很不以為然，我倒是很同意入來篤史的辯解：「我們展示的只是那龐大演化史的一個小插曲而已！」
其實，我比較有興趣的是下次去參觀理研的腦科學研究中心時，一定要去找那隻獼猴Pin！我想知道如果我向牠豎起中指，牠會不會也以此回饋於我呢？
如果牠沒有對我比出中指，卻伸出大拇指來稱讚我的智慧呢？