吃了聰明藥的露西

各位同學去看了盧貝松大導的「露西」了嗎?早在台北拍片期間就造成話題的「LUCY」,在萬眾期待下終於上映了,電影的科幻內容也很有趣啊。在進入正題之前,有個觀念需要先宣導一下。網路資訊的發達讓知識無國界,大家隨時隨地能搜尋到最新的科學進展,現在的觀眾愈來愈聰明了。為了滿足讀者或觀眾們被養大的胃口,虛擬的科幻小說或電影裡所引用的科學知識也愈來愈趨近於真實世界的科學知識。但是,它們仍是虛擬的科幻作品,是人類的幻想,沒有科學驗證過或是引用錯誤的知識並不可信,絕對不能沉溺在這麼虛幻的世界之中(我也要打打臉清醒一點)。討論這些科幻作品的科學內涵很有趣,雖然很努力找了參考資料來探討作品的真實性,但我也冒著認知錯誤的可能性在寫文章,沒有實驗證明就什麼都不算數。各位同學在閱讀我的文章之餘,請保持著凡事懷疑的精神,最好能指出文章中的錯誤,正確最重要了,我也很想知道真相是什麼。若能用客觀的科學研究證明科幻空想的正確與否,那可是超級酷的研究啊(蝙蝠俠的飛行斗篷研究就是一例)。

「露西」的故事跟「藥命效應」很像,本來是新開發的毒品,卻誤打誤撞變成了增強腦力的聰明藥;當然也與「猩球崛起」很像,治療阿茲罕默症的試驗藥物因為動物實驗造就了聰明的猩猩,算是副作用嗎?好萊塢很喜歡玩「人類只用了10%的腦力」這個嚴重錯誤的科學老梗,導演們為了「突破10%腦力」樂此不疲!雖然這是錯誤老梗,但也間接反映出人們追求更高智慧的嚮往,請容我在此做個更詳盡的筆記吧。

神經元細胞的數量代表腦力?

「露西」塞了好多科學知識在裡面,一般觀眾可能還是看不懂這麼多的背景知識吧,連我都覺得好難理解。依照電影的說法,露西不小心服用的這個毒品是人工合成的孕婦荷爾蒙CPH4,在懷孕第六週時分泌,可以促進胎兒骨骼生長。先不管這個荷爾蒙的功能是什麼,如果合成藥品的最終效果是增進腦力,那麼第六週的胎兒,腦神經發育的情況如何呢?

大腦的建造開始於懷孕早期,第一個月開始形成神經管,懷孕第六週,進入「分節」階段,神經管會分成不同的部分。這些部分將來可形成脊髓和大腦的三部分(腦幹、中線結構、視丘與大腦皮質)。

在大腦發育早期,主要是製造新細胞,數以十億計的新細胞。早期的神經系統細胞會不斷分裂,同時也製造出各種類型的膠細胞,這些膠細胞的許多功能都有助於大腦的運作,甚至可在發育早期,引導神經元就定位(axon guidance)。分裂產生新神經元的完工時間,大都在胎齡(從孕婦最後一次月經起始日開始計算)二十週左右,也就是受孕十八週的時候。大腦即便進入成年期,還是會製造少量新神經元,而且一輩子都能製造新的膠細胞。

回到「10%腦力」這個問題,「10%」這個數字源自於兩件事。1950年代,神經外科醫生卡爾•拉什萊根據老鼠迷宮實驗,認為不同的腦區執行相同的功能,學習能力與大腦皮質含量有關。若是大腦一小塊區域損傷,只要經過學習,其他區域的腦區會彌補這塊損傷腦區的功能,而且大腦皮質是主要的學習腦區。

前面提到了神經元與膠細胞,大腦主要就是由這兩種細胞構成,神經元是大腦運作功能主要執行者,而膠細胞長期以來被認為是神經元的「管家」,從旁協助管理神經元的生理機能,是不太重要的細胞。不過大腦可不是質地均勻的器官,把大腦剖開來看,外層為灰質,神經元細胞主要在這個位置;內部稱為白質,為不含細胞的軸突線路集中處。更別提大腦還有中空的腦室了,嚴格來說,大腦組成並不均勻,神經元細胞的分佈也不平均。大腦皮質的確是神經元細胞集中處,若把神經元細胞視為腦力的存在,那麼人類的神經元細胞占了大腦細胞的多少比例呢?

「10%」這個數字的第二個起源,也就是從第一件事來追溯的,若把神經元細胞視為腦力的存在,人類的神經元細胞占了大腦細胞的比例。1873年義大利解剖學家高爾基發明了銀浸潤神經元染色法,但這個方法不夠穩定,能夠呈現大腦最多10%的神經細胞,當時的科學家也認為在大腦中活躍的細胞就是染色到的那10%細胞了,「10%」就源於此。1890年代,西班牙解剖學家卡厚爾改良了高爾基的銀染色法,觀察到更多大腦中的細胞,不但提出「神經元學說」,也把大腦細胞做分類,神經元之外的細胞被卡厚爾稱為蜘蛛細胞,其他的科學家則把它們稱為星狀細胞而延用至今,其實這些其他細胞就是膠細胞。

畢竟高爾基的銀染色法非常不穩定,看到10%細胞已是極限,究竟神經元細胞占了大腦細胞的多少比例呢?感謝潘震澤老師的補充說明,教科書上都說人腦當中有一千億個神經元,2009年有位巴西神經學家賀秋蘭諾-胡佐,以不同於利用組織切片取樣的傳統方法,將腦組織打散分離所有細胞的細胞核,再用螢光抗體標誌去計算神經元與非神經元的數目,得出人腦的神經元數目約為八百六十億,非神經元的數目也相當,因此神經元細胞占腦中細胞總數的一半「50%」改寫了教科書呢。

另一個需要考慮的問題是「腦力」的定義。科學家認為的腦力是「大腦細胞活動的百分比」,經研究顯示,我們每天都在使用全部的腦力,也就是100%的腦力。但好萊塢導演們認為的腦力卻與「聰明」、或是「智商」有關。以上的論點都可算是「腦力」的一種,端看你怎麼去「定義」腦力啦!想想,也有學識聰明的大學教授被詐騙金錢,或是天才科學家卻對生活小事一竅不通,那到底算是聰明還是愚笨呢?所以,該如何定義腦力,還需要人類的智慧持續探討了。在此不著墨於這個問題。

除了神經元細胞之外,膠細胞的功能愈來愈受到重視了。由運動神經元死亡造成的ALS(肌萎縮性脊髓側索硬化症,俗稱漸凍人),很可能是由位於運動神經元外圍的膠細胞失去了保護作用所致。前面提過,我們一輩子都能製造新的膠細胞,除了神經元再生研究,膠細胞的研究似乎也是個不錯的研究主題。

感謝各位看到這裡,如果有機會,咱們一起期待「露西」有第二集吧~

參考資料

《大腦開竅手冊》。阿瑪特、王聲宏。天下文化。

《兒腦開竅手冊》。阿瑪特、王聲宏。天下文化。

《另一個腦:開啟思考、記憶、健康與疾病的未知領域》。道格拉斯.費爾茲。衛城出版。

10%腦力一說之源起  PanSci 泛科學

http://pansci.tw/archives/66138

我們真的只動用了10%大腦嗎?  PanSci 泛科學

http://pansci.tw/archives/65098

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