在七年六班的閱讀

6 人類演化的灌木叢和通天梯

瑪麗. 李基的大發現
1975年10月31日, "紐約時報"第一版的頭條新聞是"坦尚尼亞化石將人類的起源追溯到三百七十五萬年以前"。這是瑪麗. 李基博士的發現, 她認為這些碎片很可能就是巧人的遺骸。根據目前最普遍的說法, 南猿被認為是人屬的直系祖先。大家為什麼會對這幾個比南猿晚一百五十萬年的下巴和牙齒, 感到這麼興奮呢?

到底有沒有失落的環節?
我認為瑪麗所發現的應該是我們現在所知, 最古老的人類化石。這種演化"樓梯"的比喻, 限制了我們思考人類演化的模式。長久以來我們一直在尋找一種單一逐步進化的轉變次序, 常說的"失落的環節"其實也就是失落的樓梯橫木。

建造演化的樓梯
諷刺的是這個樓梯的譬喻就先否決了非洲南猿在人類演化史上所可能扮演的角色。因為非洲南猿雖然是站著走路, 但是腦容量只有現代人的三分之一。但是當現代演化論興起之後, 原先反對聲音就消失了。因為天擇可以獨立對每一種特質產生作用, 而有所謂的"鑲嵌式演化"。所以南猿被認為是人屬的直系祖先。


引發爭端
然而當1930代, 另一種猿被發現後, 有一個小問題開始產生了。人類學家被迫承認同時有兩種南猿同時存在。1964年路易士和他的夥伴為東非發現的新物種命名(巧人), 引起了一陣重新評估人類演化問題的狂潮。他們認為巧人更有可能是人類的祖先。這對樓梯模型想法是個很大的壞消息, 可能的後代怎麼會和假設的祖先同一時代?

理查漂亮的成績單
路易士和瑪麗的兒子理查在1973年提出了一張漂亮的成績單; 挖到了一個幾乎完整的頭骨, 腦容量接近800立方公分, 接近三百萬年。這是當時近十年來最重要的發現。這項發現證實, 巧人不是目前已知南猿的直系後代。

錯誤的比喻
如果我們承認過去曾有三種互相沒有傳衍關係,且同時存在的人科動物, 那我們的演化樓梯將變成什麼樣子呢? 我認為錯不在演化過程的本身: 問題出在我們對演化的運作, 始終持著一個錯誤的想像。換句話說, "樓梯"的比喻是錯的。

"灌木叢"理論
"灌木叢"這個想法對: "化石紀錄當中突然出現某些新種, 且我們很難追蹤它們後續的演變化"這種事實, 是對我們所了解的演化理論的一種合理預測。演化的的次序是像灌木叢的枝條一樣旁枝分岔到最頂端。新品種如何產生? 大部分的生物學家可能會同意用"異位演化理論"來解釋。

看不到的改變
如果"演化"就是這些邊陲小族群快速形成新種的歷程, 那它們的化石紀錄我們幾乎不可能偵測到新種產生的過程。因為它發生得太快, 而且範圍很小。所以代智人並不是演化命定的產物, 只不過是"類人猿"這一個曾經燦爛、豐富一時的小灌木叢中, 最後僅存的一根小枝幹罷了。

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第二部  我們的故事

5別緊張, 程度不同而已

海馬迴之爭
歐文與赫胥黎是和達爾文同時代的比較解剖學家。歐文他認為海馬迴是現代智人特有的構造。赫胥黎他證明全部的猿類, 都有這個小海馬廻。在1861年4月整個大英帝國都在觀賞他們所展開的大戰。

唯有人類例外?
達爾文本身雖然接受"人類與其他動物在各方面是連續"的假設, 但他仍不敢輕易暴露他這個"異端邪說"。直到1871年, 他才鼓起勇氣出版"人類傳衍"。承認我們和黑猩猩之間具有連續性, 根本沒有多大差別, 我們若能接受這個事實, 得到的不但更多, 也可以更謙卑; 甚至享受、體認天合一的快樂和喜悅。

只是程度差異而已
雖然歐文學派在成年黑猩猩與人類身上所發現的差異, 並不是完全的無的放失, 但是這種差異並沒有性質上的不同。我們若是一部分一部分的來看, 依照次序和次序來比較, 人和黑猩猩是完全一樣的, 只是相對的大小和生長的速率不同而已。

觀念溝通的獨特性
那些堅持人類獨特性的科學家提出了另一種說法, 他們認為人類和黑猩猩的心智能力之間, 有一個難以跨越的大鴻溝。最近的說法集中在語言和觀念形成, 但是利用教黑猩猩手語來溝通, 己獲得初期的成功, 別太低估了我們的黑猩猩親戚了。

整體基因的差異
金恩和威爾遜在1975年4月11日" 科學"期刊上發表的研究結果, 最後整體來說, 人類和黑猩猩兩者的遺傳基因差別非常非常的小。兩者之間要比姐妹品種之間的差別更小, 那又是什麼原因使我們和黑猩猩在外形及行為上, 有這樣大的差異呢?

破解矛盾
這個矛盾的解答一定是: 有某些特定的基因, 它們的功能必然能產生更遠大、更廣泛的效應; 換言之, 這些基因所影響的層面, 一定是整個生物體, 而不是一個個單一的特性。所以, 如果這些關鍵基因發生些微的改變, 可能造成物種之間很大的分岐。研究歸因於基因調控系統的突變。

真是異想天開
雖然說人和黑猩猩的實驗在科學觀點上非常誘人, 但這也絕對不是道德及政府所能允許的實驗。不管怎麼樣, 如果我們能發現某種和我們這群最接近的親戚交談的方法, 那麼這種誘惑力大概也就大大的降低了吧!

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4 先別蓋棺論定, 達爾文還沒死呢!

沒有比宣告某些常見的主義已經死亡, 更能引起大眾及學者的注意力了。

達爾文主義死了嗎?
貝塞先生在1976年發表了一篇名為"達爾文的錯誤" 的文章, 宣稱達爾文主義已經死亡, 還替他守靈。但他在替"天擇"蓋棺時, 並沒有提出任何新的證據。他只是指出達爾文在推理時, 犯了一點小錯誤。


天擇, 美麗的珍珠
貝塞認為達爾文主義是爛到核心裡去, 但我卻發現達爾文主義的中心, 是一顆最美麗、最燦爛的珍珠! 達爾文理論的中心思想就是"天擇"--所謂最適應的存活下來, 把他們較好的特性散播在族群之中。


適應等於生存?
達爾文在"物種原始"的前面四十頁的大部分篇幅, 用來談論育種專家如何用人工選擇來養鴿子。達爾文的這個比擬有問題, 貝塞認為大自然既然不能提供"適應性"一個獨立的選擇標準, 所以天擇便是套套邏輯!


適應不等於生存
但是, 我堅持相信達爾文是對的, 而貝塞等人是錯的。其實, 對"適應"(這裡的適應是與生存獨立開來講的)的判斷標準, 是可以應用到大自然的。在真正的自然界, 達爾文式的演化, 也是生物對改變中的環境的反應。


絕非套套邏輯也!
"適者生存"並不是一種全真邏輯, 也不是唯一可以想得到、可以對演化史做合理解釋; 它是可試驗的。這些敵對理論不但愈發顯現天擇的可試驗性、抵得住挑戰, 且敵對理論也使它的範疇更加精確、明白。


天擇充滿創造力
達爾文主義的本質, 主要就是要主張"天擇能夠創造最具適應力的生物"。 "變異"無所不在, 也沒有一定的方向目標: 但是, 變異僅提供了原料, 天擇才是改變演化路徑的指標。天擇保留了較適當的變異, 逐漸層層堆砌, 建造出生物適應性。


迥異的命運
我非常同意: 人們常發現科學家力主的所謂事實, 到頭來也不過是當時流行信念所激發的遍見而已。但達爾文做了兩件命運迥異的事。首先, 他讓整個科學界都相信, 演化的現象的確發生; 其次, 則是他提出"天擇為演化的機制" 這項理論。


受歡迎是有原因的
如果, 天擇並不等於進步, 那麼它能在科學界廣受歡迎的原因, 就不是因為貝塞所說的"適合當今的政治氣候"。如果, 天擇理論包含一個對"適應性" 的獨立評判標準, 那它也不會是一種套套邏輯。天擇現在能受到歡迎, 必然是因為能成功的解釋我們目前不完美的演化資料。我倒覺得達爾文不但不會就此長埋地下, 反而還要與我們長相廝守呢!

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3 "演化"大奇航

達爾文、拉馬克和海克爾教是十九世紀最了不起的演化生物學家。但在他們著作的最初版本中, 卻都沒有用過"演化"這個字。他們為什麼不用演化這個字? 而生物改變的故事, 又是怎麼和演化這個字扯上關係呢?

"演化"的演化
達爾文之所以避免使用演化這個字來描寫他的理論, 其實有兩個原因。第一是在當時, 演化在生物學已被賦予一個很專門的技術性意義。1744年賀勒爾率先創造了"演化"這個子, 來描述他的胚胎學"先成理論。直到1859 年賀勒爾的理論已經瀕死, 在理論宣告死亡後, 演化這個字就可以重新定義了。

"演化" 不代表"進步"
另一個原因是當時"演化"這個字已經是很普遍的英文字, 這種演化的意義包含了一種進步性的發展觀念。而達爾文他對這個詞通俗使用時, 無可避免地會扯上" 進步", 感到很不舒服。

都是史賓塞惹的" 禍"
演化這個字最後會帶著"遺傳"加上"變異"的意義, 並在芇語裡廣為通用, 完全是因為史賓塞大力宣傳的緣故。對他而言, 演化是任何事物發展的最高定律。史賓塞的著作" 第一原理""生物學原理", 經常使用"演化" 這個字, 來描寫生命物質的變伈。其次, 他不認為"進步"是物質內在的力量, 而是與外在合作的結果。

早知如此, 何必當初
諷刺的是, 幾乎僅有"演化理論之父"達爾文一個人繼續堅持: 生命的改變只會導致生物對環境產生更好的適應, 並不會導致"進步" 那種抽象的理想。但是大部分不熟悉這個領域的人, 還是會把演化和進步看成同樣的東西。

生物不分貴賤
把生物演化與進步擺在一起的錯誤方式, 持續造成許多不幸的後果, 人類驕傲自大的來源。自認為是其他數百萬物種的統治者, 而不認為它們都是我們的兄弟姊妹。以前的科學家放棄了達爾文正確性高的"代代相傳, 略有差異"這個詞, 而用演化來取代, 以致產生的誤, 會我覺得這實在是件很不幸的事。

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2 與虎共餐五年情

如果有人問:"在英國小獵犬號軍艦上的自然學家是誰?" 如果答"當然是達爾文了!"那就錯了。事實上, 船上的醫師麥克密克, 才是官方指派的自然學家。達爾文既然不是小獵犬號軍艦上正式的自然學家, 那他為什麼上船?

達爾文上船之謎
達爾文之所以跟隨小獵犬號航行, 原本的功能是要當船長費茲羅同行的友伴。那為什麼船長會想要這個才認識一個月的人來當五年航程的同伴呢? 因為當時船長不但需獨自吃飯, 不能和下屬有任何的社交活動。而必需有一位紳士身分的友伴才能陪他吃飯, 而達爾文也確實有紳士身分。

陪船長吃飯
可是要如何吸引一名紳士和他一起航行五年呢? 算來算去, 就非從事博物研究的人員莫屬。所以透過貴族朋友邀請一位自然科學家。經由達爾文在劍橋的老師介紹, 見面之後頗為投緣, 於是就一言為定, 要在船上陪他吃每一頓飯。


告假返鄉
官方的自然學家麥克密克, 受到行政職責所限, 不能離船大肆採集，所以沒有多久達爾文收藏的動植物量, 就遠超過他了。一怒之下決定稱病回家, 在1832年4月搭上泰河號返回英國。這件事突顯社會階級對科學史的重要性, 如果達爾文不是有錢醫生的兒子, 他就不會有上船的機會, 沒有鉅額的財產, 也無法專心做研究。


餐桌上的風波
兩人的政治立場相左, 不幸的蓄奴問題還是搬上了飯桌, 成了他們公開爭執的導火線。當達爾文搬出去和其他軍官搭伙, 幾天後費茲羅態度軟化, 送了一封正式的道歉信給達爾文。但是船長海上的權威是至高無上的, 所以達爾文在海上的這些日子, 時時忍受著不能公然反對之苦。

無聲的叛變
達爾文在海上的這五年當中, 一直是位信仰虔誠、標準的好基督徒。還想要當一位鄉村牧師。而改變的哲學觀點是不是受不了費茲羅對上帝武斷的說法, 而想出的破解之道。但是, 懷疑的種子一定是他在船上冥然沈思時, 開始播下及滋長的。

鬱悶的達爾文
在這裡, 我們設身處地的想像一下他的環境: 每天要和獨裁的船長吃飯, 而這個人的話又絕不能反駁。天知道這五年不停的疲勞轟炸, 對達爾文哲學思想和演化學說中的唯物及反神觀點, 所扮演的催化刺激功效, 要遠大於加拉巴哥群島上的那一群鷽鳥咧!

在七年一班的閱讀

第一部  達爾文時代

1 達爾文您在等什麼?
達爾文在1838年發展出極端激進的演化論之後, 竟拖拖拉拉了將近二十一年, 直到華萊士快要從他手中奪走"演化發現者"的榮銜之際, 才急忙忙地出版他的演化理論。


靈光乍現
在隨著小獵犬號的五年當中, 達爾文的筆記中記載他對於"物種轉變"方面的思考。那時他已深信"演化"是已經發生、而且是正在持續進行的事實。在達爾文的自傳中寫到:"1838年10月的一個晚上, 讀馬爾薩斯的" 人口論", 突然間, 我的腦中蹦出了一絲靈感: 在競爭的狀況下"優勝劣敗", 若這種情形經年累用延續下去, 就會造成新種的產生。"


奇怪的沈默
但達爾文何以拖延了二十多年, 才發表他的學說呢? 這件事的動機必然很複雜,原因不單單是證據累積不足而已, "恐懼"這個因素一定也扮演了某種重要的角色。以當時29歲的達爾文, 沒有任何的專業工作, 所以他應該不會為了提倡一個別人眼中的歪理邪說, 而把自己的前程搞砸了吧!


邪說大公開
在十九世紀前半, 演化的觀念其是常被人提到的"邪說"。有兩本達爾文早期的筆記近年被公開了, 裡面記錄了很多他敢想卻不敢公開的主張, 這思想就是"哲學唯物論", 它主張物質是任何"存在" 的基礎, 所有心理和精神現象都只不過是其副產品。


無法扼抑的智慧之光
這些想法在當時來講, 實在是太邪惡了。因此達爾文即使在自己的第一部大著作"物種原始"裡頭, 也不敢提出來, 還是做壯膽做了暗示性預告。十年後, 他實在不能掩藏自己的思想了, 於是在"人類傳衍"及"人和動物的情緒表達"(1872年印行)書中提出他的想法。


白色恐怖
達爾文在1827年於愛丁保大學念書時, 就親身體驗過思想遭受箝制的恐怖。他的朋友布朗發表過一篇論文, 以唯物的觀點討論生命和心靈, 經過激烈的討論後, 所有提到這篇論文的東西都被刪除掉。然而達爾文科學成就的內涵, 就是對西方傳統思想一個最大的挑戰。

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前言  這樣的生命觀點   古爾德

"天擇"其實很簡單
天擇說之難以了解, 並不是邏輯有多複雜。其實基礎相當簡單, 只包含個事實和推出的結論: 第一, 生物會改變, 且遺傳給後代。第二; 生物的後代, 但並不是每一個都有生存的機會。第三、利於個體的變異, 便經由天擇而在族群當中累積。理論的精髓在於, 天擇不僅是淘汰, 它還是演化過程中創造新特性的主要動力。

演化既沒有目的, 也沒有方向
個體所產的變異必需是隨機的, 如果只朝某個"正確"的方向, 天擇就失去創造性的角色。甚次, 相對於產生新種的演化變異, 族群裡的個體變異一定要很小。它之所以難接受, 是達爾文所傳達的訊息裡, 隱藏著激進的涵義, 是當時西方傳統大家還沒有要放棄的概念。

演化既不是進化, 也不是退化
達爾文主張演化沒有特別的目的。個體的努力只是想下一代增加自己基因的比例而已。第二, 演化沒有方向,只是為了能適應環境, 並沒有所謂的進步或退步。第三, 他認為物質是所有"存在"的根基, 而心智、精神或上帝, 只是複雜神經交錯連結後的產物。

自從達爾文以來
這個世界的確是不同了, 它變得更精釆、更有趣、更能提振我們的心靈; 因為我們在大自然裡找不到目的, 所以我們得自己去追尋、去定義.。我們必需對的思想及其衍伸的涵義有真正的認識與了解。

我要替樹木講話
我知道出版由單篇文章所集結成的書, 其實對我們的森林有莫大的傷害，但是就跟兒童作家舒斯博士故事中的勞瑞一樣, 我覺得自己是在替樹木講話。

繽紛的生命
這本書共分為六部, 各自的主題展現繽紛的生命。第二部是達爾文論應用在人類演化。第三部用在特殊生物方面的複雜問題。第四部是用在生命史上"生命形式"的探討。第五部轉移到地球史, 板塊構造和大陸漂移理論。第六部想要理解小的東西, 物體的形狀和它的大小是息息相關的。

社會、政治、科學與人性
第七部或許會覺得和前面不連貫, 但我想把話題轉移到演化思想的歷史--尤其是社會和政治對所謂的"客觀"科學所造成的衝擊。我們要談科學裡隱埋的自大, 以及科學內隱含的政治見。科學並不是直通真的大道。

謝誌
感謝主編特尼斯先生, 以及本書的編輯愛德斯坦和貝克宏。如果不喜歡那些聳動的標題, 儘管去駡特尼斯, 因這些都是他想出來的。

探索生命意義
佛洛伊德講得好, 他認為演化觀念對人類生和思想產生了不可磨滅的衝擊。把人類貶斥到"我們都是動物世界的子民"個事實當中。讓我們像哈代詩中寫的一樣, 繼續去思考、繼續去探索我們為什麼會活在這個世界上。

在八年十班的閱讀

達爾文大震撼  古爾德著  程樹德譯  天下文化出版  2009年2版2刷


導讀  一場醉人的知性之旅  程樹德

怪胎古爾德
古爾德是美式學者中少見的怪胎, 不但專業精深, 學問更是無與倫比的淵博。他進入大學念古生物學, 畢業後在哈佛教書, 受邀在自然史雜誌上寫專欄, 持續了二十多年, 這本就是幾百篇小品的第一本集結。

為達爾文突圍
這三十三篇文章範圍很廣, 但是都是由達爾文的演化理論所貫通。如今飽受世人誤解的達爾文, 又得到當代被尊稱美國赫胥黎的古爾德來幫他突圍。


展現達爾文新貌
達爾文新貌之所以逐漸展現, 應該歸功於兩方面。近幾十年科學研究的風氣昌盛, 科學史成為一門獨立的新學術, 而達爾文以豐富的著述及成就之偉大, 成為研究的新寵。其次是大量原始資料的出現, 達爾文本人的片紙隻字都不任意銷毀, 各類的文字都被他分類收藏。

這是我們的故事
或計是西方宗教的影響, 西方人對"人類怎麼來的?""我們人類在宇宙中占了什麼樣的地位?"及人類為何活?"等, 一直有很深的關懷。因此演化論自然得提出它自己的看法。

匪夷所思的演化世界
質疑天擇的人, 必然也會問: "精巧如眼睛, 是如何憑演化就產生的?" 達爾文很重視這一種挑戰, 因此謹慎應付。而現代生物學有更多漂亮的證據, 以提出可信的解釋。

課本上學不到的生命史
地球出現有46億年, 直到"寒武紀大爆發" 才出現明顯的生物化石。這件一直深深困擾著達爾文, 而發現了三十多億年前的細菌化石後, 算是部份解決了困境。生物的分類除了動物、植物外, 還要加入, 細菌、真菌和單細胞生物的5界分類法。


關於這顆地球
孔恩認為, 科學不是漸進式的, 而是革命式的。地質學中就有兩個重大的革命事件, 在一番波折後, 確立了它今天的面貌。一個是萊伊爾的"漸變論"。一個是韋格納"大陸漂移"。

從教堂、大腦到星球
理論物理學家都有一個夢想, 想要把物理界的四大作用力, 融合成一個大一統理論。但在生物學的領域, 重大原理實在不多, 但是單純的物理原理, 是我們想要明白生物特性的極根本之處。點出物理對生物的規範性。

科學的應用與誤用
科學家不是離群索居的人, 他們在成長的階段, 也同樣深受當時社會文化偏見的影響, 不知不覺中塑造了他們對大自然的觀點, 而多多少少會扭曲真象。所以我們在剖析錯誤時, 也該提醒自己不要掉入相似的陷阱。

人類本色
第八部力主人性科學其實是"生物決定論"偏見下的研究, 否決了人類主觀努力後, 能改變命運的可能性。而古爾德則力主"生物潛能論", 他認為本性並不要緊, 人既從社會文化學到絕大多數的觀念, 就該致力改善環境並激發潛能。

在八年九班的閱讀

誌謝
過去27年, 很多人都曾參與過本書所報導的實驗。其中有些人在書中簡短的提到, 但是更多人對我的研究貢獻良多, 但是名字卻沒有出現在本書內文中, 有鑑於此, 我首先要做的就是, 向所有我有幸與之並肩研究、或讓我參與過私人生活及知識生涯的人, 致上謝忱。

延伸閱讀

每章都列出十數篇。
(中文版) 自私的基因, 天下文化出版

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第13章  回到星辰--"腦網"無遠弗界, 永垂不朽

優雅的殘夢
和外祖母麗吉雅的相處時光, 黃昏總是迫不及待每天的例行的音樂之約, 聽麗吉雅的演奏蕭邦。

機器人不可能毀滅人類
一些未來學家不斷的警告我們, 革命性的極端聰明的機器, 將會掌控我們的星球奴役我們。對腦機介面長期的思考與研究, 我對未來充滿了樂觀與期待, 雖然未來會出現某種非常聰明的機械智慧, 但演化出人腦的一連串依序偶發事件, 可能永遠不會出現第二次。人類獨一無二的演化史, 不可能壓縮成任何的演算法。其他的災害毀滅人類的可能性, 遠大於機器人毀滅人類。

再行走計劃--腦機介面的未來用途之一
未來二十年間, 透過雙向連接的腦機介面, 可以為數百萬不能再聽到、見到、碰觸到、抓到、行走或說話的病患, 修復他們的神經功能。我參與創辦的國際合作研究"再行走計劃", 可以讓我們一窺上述的遠景。設計全身性的外骨骼, 幫助脊髓受傷而癱瘓的病人。

價格低廉的療程--脊髓刺激術
經過老鼠的實驗很意外的發現一種簡單、侵入性最小、價格低廉的療程--脊髓刺激術, 很可能成為帕金森氏症最新療法的基礎。

腦功能分區只發生在新生兒皮質發育初期
明確的功能定域化現象與各腦區各自表現單一功能, 主宰了新生兒皮質發育初期的階段。最可能的原因是, 當時腦內的連結正在鞏固當中, 而中樞神經得謹慎的打造它內部現實模型。但是如果要了解人類的意識與自覺, 就必需放眼整個腦袋的電子海洋了。

神經疾病與精神病的區隔, 可能從此消失
腦動力學將成為一種媒介, 透過它, 我們可以看到所有人類心靈的騒動, 精神疾病可能是腦部在列行運作期間, 偶爾出現的同步波。最後我們可以真正認識這些疾病的真貌, 發現它們只不過是腦內動態的擾流而已。

新時代的"腦網"無遠弗界
在2003年3, 我已發起了一項大規模的科學計劃: 創立大腦學園(納塔爾國際神經科學研究所), 位於巴西的偏僻小鎮馬凱巴。未來希望建立多學門的合作模式, 經由腦機介面的研究, 給我們大不相同的未來。我們的腦部活動會被用來理解虛擬物件、啟動程式、撰寫備忘錄。以及與我們最心愛的腦網中的其他成員, 自由交流。

集體心靈的大熔爐
當我這趟航向未來的臆測之旅, 來到這個地步, 我們可能會好奇: 人類的行動與認知, 擴張到這種程度會是怎麼樣? 將人類腦袋從軀體中解放出來, 可能造成的最驚人後果是: 我們相對性腦, 基於它非凡成就的力道, 可能會征服這個宇宙中最令人渴求的大獎: 你操控自身的物種演化。　
回憶, 就是一種時間旅行
大部人在網路上的分享生活, 暗示了社交饑渴早已深深刻印在人類的天性中。當腦網真的實現, 它將會像超新星爆炸般, 傳遍人類社會組織, 那一天他們可能會集結成某種與今天我們所謂的人類, 非常不相像的生命。
回憶, 就是一種時間旅行。那些記憶是由我們的神經元交響曲的音符織錦, 精心堆積和保存的: 而穿越我們心靈時空連續體的腦波, 就是我們神經元交響曲。

珍藏人類的每一份記憶
假使本章描述的未來果然成真, 你只要再稍稍想像一下, 就不難理解, 我們的子孫一旦獲得這份新智慧時, 可能會決定: 替宇由的後裔子孫儲下巨大的寶藏--將大人類所有的腦部活動紀錄, 都給記載下來, 每一個獨特的心靈終將永垂不朽。

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第12章  用相對論性腦來計算--掙脫局限, 開啟無限的可能

巴西稱霸足壇的關鍵一擊
1970年6月21日,在高海拔的墨西哥市, 巴西和義大利國家足球代表隊, , 在進行一場公認世界杯足球賽有史以來, 最令人難忘的冠亞軍賽。在連續三十秒不間斷的過程, 有8名球員碰過球。但沒有人知道會產生什麼結果。球王比利傳給隊長阿爾拔圖射門得分。4比1巴西贏得冠軍。

化約策略無法解析複雜的行為
英國物理學家巴洛的著作"不可能"中說的:"如果把層次降得夠低, 所有我們列舉的案例, 都能推演到是由原子組成的, 但是這無助於讓我們了解一本書與一顆腦袋之間的差異。"

十條神經生理學原理的兩大基礎事實
1.幾十億個神經元製造的電流, 散布在高度導電的腦袋內部空間, 將緊密的腦細胞圍住, 進而產生一個分布廣泛的磁場。此一電磁場雖然就絕對強度而言, 相當微弱, 但依然有辦法影響周遭的神經元。
2.由數萬個"長程前饋與回饋的連結"組成的龐大複雜網路, 包括多重多突觸皮質與皮質下廻路, 能提供數千條乃至數百萬條途徑, 讓特定區域的皮質神經元藉由這些途徑, 隨時與腦袋裡其他距離很遠的神經元相互溝通。

視覺皮質也能撈過界, 處理觸覺資訊
1990年代中期, 科學家開始報告許多案例, 顯示視覺皮質跨功能資訊處理, 出現在明確失去視力的病人, 或是實驗室裡暫時失去視力的受測者。許多跨功能資訊處理的和腦內動態效應的證據, 對皮質功能專區的的想法, 構成致命的挑戰。

神經元時空連續體
我認為, 我們所用的腦袋(相對論性腦), 更接近一種具有下列特性的介質: 神經元時空可在其中融合成一個生理時空連續體, 這個連續體能以各種方式受徵召, 以執行所有落在它頭上的任何任務。

相對論性腦假說的物理哲學基礎
愛因斯坦的相對論, 是人類心智產生的相對主義思維最成功的代表。即便全心擁抱相對論, 相對主義的概念還是具有高度的爭議性, 這牽連到一個有爭議的觀點: 科學探索的真義為何?在海森堡的著作"物理學家的自然觀"中寫道" 打從我們捲入這場自然與人的爭辯, 科學就只是其中的一部分, 所以常見的區分法, 都不適用, 也因此將我們導入困境。"在此, 人要對抗的其實是他自己。

相對論性腦假說的生物學限制
"自然演化加諸我們腦袋上的種種生理限制"所扮演的角色, 就好比光之於相對論: 它界定了普適生物常數-- 以此為原點, 日常生活以及腦袋創造的模型也必需是相對化的。自然演化深埋在我們骨子裡, 也深埋在所有界定人類天性的事物裡, 我把它定義為"身體限制"

遙想不凡的未來
有朝一日, 當這一團一千四百公克的相對論性灰質, 羽毛豐滿了, 將能夠掙脫它的個人監獄, 和其他的灰質打成一片, 展開一趟新旅程, 甚至與它所誕生的天界來個大團圓。

在八年六班的閱讀

第11章  腦裡的怪獸--腦動力學初探

頭腦是一片從來閒不住的電波之海
過去幾年, 深受近二十年來研究成果的影響的我, 發現自己開始用不同的方式去看待頭腦。現在我喜歡把頭腦比喻成一種特殊的海洋, 一片從來閒不住的電波之海, 它是由神經元時間的多重同步波匯聚在一起, 能夠記住所有曾經航行過它那神秘灰色水域的事物。

老鼠有五種清醒和睡眠狀態
傑瓦松尼與里貝洛採用我們長期多點多電極記錄方法, 來研究自由行為鼠的醒睡週期。同時記錄4個不同的腦部結構, 記錄了極大量的資料。相較於靈長類以視覺為主的睡眠不同(快速動眼期), 老鼠的快速動鬚睡眠, 比較喜歡觸覺豐富的夢境。

台灣來的林士傑, 獨創"狀態空間圖"
雖然學界對這些醒睡週期細節的了解, 已經有一段時間了, 但是還沒有人嘗試用過單一平面繪圖方式, 來解釋這種電生理資訊, 林士傑辦到了! 他用圖形呈現出頭腦內部總體動態, 那是相對論性腦自我觀點的核心。

全腦動力學
研究顯示, 在大腦沒有那一個確切的空間位置, 其中的數據能夠用來界定整個腦部的動力學狀態。傑瓦松尼、里貝洛與林士傑將時間軸架入狀態空間圖之後, 得以將綜合連慣性納入, 進行整體的評估。揭露了在各個主要行為狀態之間的大部分轪速轉換, 具有"同步觸發突然強烈改變"的特性。調節性結構的集體行為, 引發了腦部狀態的轉換, 導致行為相對應的轉變。

神經生理學第八條原理: 脈絡原理
我相信產生在腦內的訊號, 及來自外界的訊號之間的融合或衝撞, 界定了我們感知的現實。這也顯示: 沒有絕對的真實, 因為腦袋並不是感官的奴隸。
脈絡原理: 對於外來刺激或是需要做出某個特定運動行為時, 皮質的整體反應方式, 要看腦袋當下的整體內部狀態而定; 也就是說, 在腦部針對任何特定行為, 欲產生最佳選項時, 當時的腦部動力學是最關鍵的。

線與球模型
過去線年曾用過"線與球模型,會來幫這類時空碰撞、腦部能量限制, 以及我對腦袋"一片從來閒不住的電波之海, 它是由神經元時間的多重同步波匯聚在一起" 的比喻。予以視覺化。在線與球模型裡, 一個小球在閉合的線圈中沿一條軌道, 於三維空間內上升、下衝或扭動。

"不應期"決定最大瞬間觸發率
由腦內動態來處理輸入的感覺訊號, 一切都是相對的。單一神經元會受到能製造的棘波總數和最高瞬間棘波速度兩項限制, 所以在動作電位大爆發過後, 會有很長的一段時間大約100毫秒, 該神經元沒有製造任何棘波。

觸發守恆原理與數量效應原理
觸發守恆原理: 一群神經元的觸發率有最大極限, 而且總觸發率也傾向固定不變,這是各種補償機制, 能創造出穩定的平衡。有增加其他的就會降低, 使大腦整體的能量預算, 能保持長期恆定。
數量效應原理: 當神經元集群的大小, 超過某個數值, 神經元元集群中的資訊數量, 就逐漸達到它的最大資訊量。這有可能解釋: 單一神經元觸發的相當大的變異性, 最後會被沖洗掉--因為那個神經元的貢獻, 被大型神經元集群給平均了。

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第10章  分享我們的心靈--邁向"腦對腦介面"

試圖把兩顆腦袋連在一起
我把這個想法, 和好友巴卡拉討論, 他是頭腦非常好的電機工程師, 能將任何的科學理論剖析得淋漓盡致。以前早有人想過, 要把兩個人的頭腦連結起來, 例如諾貝爾物理獎得主葛爾曼, 在1994年出版的"夸克與美洲豹"中寫到這樣的想法。不經過語言, 思想與感情完全共享。

企圖打造"腦機腦介面"
現行的神經工程科技即將有能力, 把兩個(或更多)頭腦連結在一起。成功的腦機介面需要裝設同時運作的兩個部分: 一個是"傳出"部分, 蒐集腦波樣本摘取資訊轉送出去。另一個是"傳入"部分提供回饋資訊, 描述表現回傳給受測者的腦。人工電子耳就是一個成功的案例。

毀譽參半的先驅--戴嘉多
超過一百年的腦電刺激實驗, 提供給我們的不只是靈感還有實用的技能。1969年戴嘉多就展示了第一個雙向腦機介面的自動操作, 實驗的結果他預測, 醫師可以直接把人腦連接上電腦, 以治療神經失調疾病。結果他和他的研究, 都被科學界給放逐了

鬥牛場上的神經科學家
1994年我從書架上抽出"實質控制心靈"這本書, 這本沒人看的書, 我好奇於戴嘉多在鬥牛場上進行有關抑制行為效應的腦電刺激實驗。其中的照片顯示, 他發現了一個方法, 可以讓怒氣沖沖的公牛, 在要撞到他之前止步。

使用腦電刺激, 抑制猴王的政擊性
戴嘉多這種非正統的腦電刺激實驗, 他也是第一位利用電刺激來控制猴群中的猴王的攻擊行為, 以影響猴王和其他猴群成員間的位階關係。

前額葉切除術, 惡名昭彰
戴嘉多的實驗對象除了動物之外, 還九25名罹患精神疾病和行為失調的病人。钬有辦法誘發或是阻斷許多行為, 包括運動行為、感覺、情緒、陶醉、溫順和慾望。但其中有很多差異同一名病人也會變來變去。他說明會進行電刺激, 是因為當時對精神分裂患者會施以前額葉切除術, 造成了損害嚇壞了他。

查品的破記錄"機器鼠"
他的"機器鼠"是將大鼠可經由無線接收指令刺激腦中特定區域, 來阻止或誘發身體的運動。利用這套策略他訓練機器鼠順利通過任何的迷宮, 成為第一個打破高等研究計劃署測試場紀錄的混血生物。

與猴子的大腦直接對話
我實驗室的研究生山德勒和費茲西蒙斯的研究, 取得了猴子將近一百個皮質神經元長期的電活動紀錄, 長達六年。設計的實驗, 將不同的脈衝及間隔訊號到猴子的皮質神經元, 提示食物在左邊還是右邊。在一個星期內猴子就學會了。

替代身體感官的"腦機腦介面"
這個腦機腦介面, 可以讓實驗動物透過一個閉合控制環路, 與特定的人工機械裝置進行互動。這個閉合控制環路, 能擋掉任何來自體內的訊息干擾。實驗的目標在於: 實驗的猴子能否學會將"單一的人工感官通道"極大化, 單單依靠腦部活動來破解指令。結果是可以的。

相對論性腦假說&第六感磁性鼠
依據我們累積的大批研究, 這些新科技, 可以重塑大腦本身的觀點: 所謂的相對性腦假說。在採用新的方式取得外界的資料, 結果大腦會產生一個新的世界模型, 終其一生, 這套模型將會不斷的接受測試與重塑。讓植入磁感測器的大鼠來進行實驗。

腦對腦介面--讓腦袋直接對腦袋溝通
實驗將兩隻大鼠的植入微導線陣列, 並以無線傳輸的方式連結。探勘鼠進行實際開口大小的探測, 而將結果傳給另一隻全黑情境的解碼鼠, 由解碼鼠表達開口的寬窄, 以獲得雙方的獎勵。這樣的實驗將是有史以來第一次成的證明: 兩顆腦袋可在功能上相連, 而且合作無間, 達成共利的目標。

進一步讓腦與腦集體交流
我在2005年傳給巴卡拉的腦對腦介面的不同版本中, 有一幅是不只傳給一隻解碼鼠, 而是傳給一群, 這群老鼠稱為中介鼠, 在中介鼠群各自做成自己決策後, 再傳給解碼鼠, 而解碼鼠新的任務是評估中介鼠集體的腦內意見, 然後再做決定。這必然會成為一項驚人的演化適應成就: 由大家共有的腦內風暴, 以及虛擬經驗的軌跡, 形成真正的共識。

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第9章  化身飛機的人--工具是肉體的延伸

腦、工具、人性
數百萬年人類的演化, 當巨大頂葉的演化擴張, 最終成就了全新的知覺, 賦予我們一種特質, 也就是所謂的人性。第二項適應力, 將人類有能力將製造出來的工具, 納入我們的感官, 成為人類身軀的真實延伸。

開啟了"操控下飛行"年代
1901年10月19日一個多風星期六下午, 那天在巴黎的巴西人山度士杜蒙特駕著他所設計的飛船, 環繞艾菲爾鐡塔, 返回起飛的地點後, 他等於獨立開啟了操控下飛行"年代。

山度士杜蒙特打造飛船
他示範飛行的這艘飛船俗稱"第六號", 在這之前熱氣球只能順著風向飄。將腳踏車座和車架連在原型飛船下, 並以鋼琴線來強化及操控。兩具汽油引擎提供動力。

飛向天空, 繞行艾菲爾鐵塔
德奇拉默爾, 以對飛行熱愛的同好, 提出一項挑戰。以十萬法郎獎金獎勵30分內, 從聖克魯公園起飛,  繞行艾菲爾鐵塔返回出發地點的飛行。而山度士杜蒙特打造的飛船完成了挑戰。

腦袋會把人造工具納入身體基模
海德與霍姆斯提出: 現實乃出自大腦皮質的一個以身體為中心的世界模型, 同時這個模型之所以存在, 是因為我們的腦袋有能力將工具同化成自身的肉體經驗, 於是腦中的身體空間結構也隨之改變。

訓練日本獼猴用耙子獲取食物
在1996年研究中入萊篤史, 訓練日本獼猴用耙子, 來蒐集用手拿不到的食物球。並記錄項葉皮質的單一神經元活動。使用工具後日本獼猴的視覺感受範圍擴大了。

具備念力的神經元, 遠比想像中多
奧羅拉的實驗中, 發現有第二、三類的神經元我們的腦機介面才能運作, 而記錄的數據中第三類神經元似乎比第一類的神經元多出許多。而它們之間彷彿能彼此協調同時展現清楚的觸發。

奇異的半邊忽略症
因為患者嚴重中風右腦皮質大面積的損傷, 產生半邊忽略症。半邊忽略症出現的領域, 只限於靠近身體周遭的空間。當物品放置遠處時就不會產生這種狀況了。

我們都是舞弄工具的大師
人腦創造出目前已知最具適應力的複雜模型: 每個人的自我感。對大部份的人來說, 我們的自我感在一生當中會默默的擴張, 包括各種各樣的東西, 不論聽起來有多奇怪。第七條神經生理學原理:"可塑性原理"。

愛, 也是一種延伸的自我感
雖然實驗的證據很少, 但打從心底相信, 我們腦袋有追求"終極自我模擬"之完美主義者的動機, 它會把生活周遭的其他生物體也給收納進來, 好像也是我們身體的一部份。

腦機介面, 將延伸到外太空
人腦同化工具的超凡能力, 很有可能將"自我的極限" 擴展到人類從來沒有造訪過的領域。我們可不可能藉由幾百年前送往其他星球的機械裝置, 來擴張自我, 去體驗該星球的陌生地表?

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第8章  腦機介面的真實之旅--機器人的一小步, 人類的一大步

應該採用非侵入式, 還是侵入式?
雙方都明白, 採用最好的非侵入式與侵入式技術, 都可以打造出腦機介面。此外大家也有共識: 對於脊髓受傷的人, 有朝一日將可能藉由腦機介面, 加上其他革命性的療法(如幹細胞), 重拾身體活動能力。

外科手術證明: 腦機介面在人腦也管用
2002年和特納醫師在十一位帕金森病患同意下, 植入深層大腦刺激器時, 採用簡易版的奧蘿拉實驗中的腦機介面。得到亮眼的結果: 腦機介面的演算法, 餵進人類的腦波數據時還是管用。

讓猴子在跑步機上直立行走
完成實驗後如果能找到臨床上的應用, 就可以解釋"腦機介面能解放腦袋, 讓腦力不受軀體的限制",到底是什麼意思。最後忍不住願意冒個險, 測試一個移動的腦機介面, 讓猴子在跑步機上直立行走。

伊朵雅登台獻技
參考實驗室主任雷比德夫找出的報告, 建構一個可以猴子在跑步機上直立行走實驗裝置。選出第一位實驗猴伊朵雅。我們記錄了神經元皮質的產生的數據, 下一個要解決的是:哪一種人工步行裝置可以利用這些訊號來控制。

鄭順威的人形機器人
巧的是, 幾年前我曾見過一個符合我們要求的人形機器人。是鄭順威實驗室的"計算腦第一型"機器人, 用於複製人體行為。直接打電話給鄭順威, 得到的回應是"沒問題, 咱們來做吧!"

讓"紐約時報"見證實驗結果
第六條神經生理原理"神經簡併原理": 腦部活動的某個特定產出, 皆可以產生自眾多不同的神經元活動時空模式。為了加速流程, 決定讓"紐約時報"見證實驗結果。

念力跨越半個地球
2008年1月早晨我們把伊朵雅送進了實驗房間, 和日本的鄭順威的人形機器人連線。實驗進行成功的建立將"一顆靈長動物的腦袋"與"一雙機器人的腿"連接在一起。當開掉跑步機伊朵雅的雙腳不再動, 但是仍能指揮機器人的腿繼續邁步。

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第7章  自我控制--回顧初期的腦機介面

生物回饋的新紀元
1960年中期奧爾茲博士夫婦, 觀察獎賞-愉悅系統的實驗,這個巧妙的正面廻路會增加神經元的觸發率。費茲的研究發現, 非人類靈長動物和人一樣, 都能學會自主控制M1個別神經元的觸發。

要讓心靈與肉體脫鉤, 不是不可能的
費茲和費諾基歐決定要找出這些現象的成因, 設計的實驗讓皮質神經元活動與周邊肌肉收縮脫鉤。而且發現皮質功能不是就這麼定域化和預先決定的。

施密特宣言: 替重度殘障者設計新世代義肢
1980年施密特發表於"生物醫學工程年鑑"的論文中, 宣告要創造一個新領域。要替重度殘障者設計出能重拾活動的新世代義肢。經過20年的研究我們有機會完成他的夢想。

為閉鎖症患者帶來希望
1998年科學家甘乃迺, 在一名閉鎖症患者在皮質植入電極, 經由這根圓錐電極, 讓這名病患可以移動電腦游標。一年後包默的報告閉鎖症患者可以操控電腦輔助拼字系統, 可以寫信和外界溝通。

到底要多少神經元才足夠?
韋斯伯格創造出一項新的分析方法, 稱為神經元遞減曲線。90個以上接近極大值, 在60到40 個神經元間可以預測動作, 20以下時表現就會快速下降。

奧蘿拉手腦並用, 成就非凡
杜克大學勒修在海格的協下, 研發高密度微電極陣列。可監測512個微電極, 同時監測2048個獨立神經元。奧蘿拉的實驗證明: 非人類的靈長類動物, 也能自主選擇讓"擁有自主運動意向的腦部活動"與"這些意向變成身體肌肉動作的轉譯過程"脫鉤。

每個神經元皆擔負多重任務
在奧蘿拉腦中, 沒有任何的標誌可以讓我們嚴格且明確的, 幫不同的運動功能定域。特化現象雖然明顯, 但共用程度也很高。

神奇的第三種皮質神經元
有一群皮質神經元, 唯有在奧蘿拉動用自身肢體來運動時, 才會觸發。有一種相當大的是在肢體和機械臂時都會觸發。但是第三種唯獨在奧蘿拉驅動腦機介面時瘋狂觸發。這種神經元在整個大腦皮質裡都找得到。

神經義肢之夢, 觸手可及
奧蘿拉在這些經典實驗中英勇的表現, 其實製造了一股獨特的匯集: 將不受重視的科學邊緣夢想快要遺忘近兩百年的目標, 給匯集起來。證明了: 要重塑唯有靈長類腦袋才能創造的自我模型, 是有可能辦到的。

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第6 章  解放奧蘿拉的腦--用念力指揮機械臂

實驗室的黃金女郞
奧蘿拉確實很不受教, 她一旦覺得你的點子差, 絕對不會認真執行。她瞧不起弱者, 也瞧不起傳統的行為神經科學家。是個標準的行動派。

天上掉下來的禮物
有一天和在聯邦政府研究機構任職的好友聯絡, 提到有一項新計劃尋求合作者 。他馬上熱心的提議要把奧蘿拉送過來替我工作。短短幾個月就成為任務的最佳表現者。

恩師罹患肌肉萎縮症
我想要完成這個計劃的動機, 源自來自巴西的消息: 提摩艾利亞教授, 罹患了"肌肉萎縮症", 這個病在4年後奪去了他的生命。

確定反應閾值
腦部會設定一個反應強度的閾值, 來考量某特定神經元的反應是否夠分量, 足以引發一個認知經驗。這些科學家依循是蒙特凱索在1950年代的典範: 形成觸覺感官的原料, 是空間的次序, 而非時間的混沌。但我們完全相反的論點的實驗策略需要翻新。

全新的實驗典範: 腦機介面
面臨的挑戰是1.從長期植入的腦部裝置中, 網羅足夠的神經元。2.神經元記錄的時間必需夠長, 讓實驗動物來得及學習。3.要有足夠強的演算法即時從腦部活動中, 抽出多重運動指令。

讓老鼠用前爪按棒棒
和腦機介面互動幾分鐘後, 大部分老鼠都不再用前爪按棒棒了, 經由誤試, 實驗動物發現牠們只是想著前爪按棒棒施壓的那個動作, 就可以如願喝到清水。

梟猴貝拉的"腦致動"先驅實驗
貝拉在三年前把靈長類動物帶進"腦致動"科學的新紀元。經由綑在手臂上的感測器膠帶, 重建梟猴貝拉在執行運動任務時, 上臂與手腕運動軌跡。

韋斯柏格的新演算技術
從發動自主運動的高效率生物學策略得到靈感，韋斯柏格創造了一種將思考轉換成動作的類比演算法。以腦波數據產生多動作行為的同步預測。沒想到, 竟然做成了。

貝拉用念力指揮的機械臂, 開始動了!
韋斯柏格的新演算法還不能精確的模仿, 但是, 對於產生連續運動訊號輸出, 複製出貝拉手臂的優雅動作, 還是綽綽有餘。

奧蘿拉上場做實驗
2002年我們小組開始進行馬內計劃, 奧蘿拉的腦袋, 正準備要釋放那難以想像的事物, 在實驗中取得牠的運動思考樣本, 從她腦裡多個皮質區同步取得。

奧蘿拉奉獻她珍貴資產
我們從電腦螢幕上, 看到腦部廻路神經元所產生的一大波一大波的放電, 這片電子海記錄下奧蘿拉的生命史詩, 我們正親眼目睹"思考的流動歷程"。她的腦袋同化機械臂到神經元的身體意象中。

明證了第三條原理: 分散式編碼原理
分散式編碼原理: 大腦處理任何一種資訊, 都必須動員到廣泛分布於各腦區的神經元。

狡黠挑逗的眼神
我看到奧蘿拉將她明亮狡黠的黑眼從電腦移開, 轉而瞪視我們, 而且有點挑逗的向我們眨眨眼。