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腦電波(一):所謂何事?

2017/8/31 — 11:08

背景圖片來源:Tim Sheerman-Chase / flickr

背景圖片來源:Tim Sheerman-Chase / flickr

人腦也許是宇宙中已知的最複雜結構:由 860 億個神經元組成,就好比錯綜複雜的地鐵網絡。神經細胞透過感知周邊變化,將訊息轉到彼鄰神經細胞。每當神經細胞受到一定刺激,也就是電壓達至約 -70 mV 時,神經元會輸出電脈衝。電脈衝從一個神經元傳到另一個神經元,並會刺激其他神經元,以指令手指頭郁動,或者令我們感受觸感。

1875 年,生理學家 Richard Caton 在兔子和猴子的大腦表面放上電極,嘗試紀錄電流變化。他發現每當動物看到影像時,都可從牠們腦部同時錄到電流變化 [1]

Alpha Wave / Wikipedia

Alpha Wave / Wikipedia

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他之所以可以隔著細胞組織錄得電流變動,是因為動物和人類活動不只靠單個神經元引起,而是要多組神經元「同步」活動引起。當神經元同步時,就會出現神經振盪 (neural oscillation),並可以儀器放大訊息紀錄分析。不過,科學家當時仍未知悉神經振盪,以及其中一種俗稱腦電波 (Electroencephalography) 研究——即時腦部神經元加起來的神經活動——等概念。此科技還要數十年後,才由神經科學家 Hans Berger 發現。

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Berger 最初從狗隻收集腦電波數據;十多年後的 1920 年,他開始從人類志願者收集腦電波數據,當中包括兒子和自己。收集各人腦電波數據後,他發現兩種主要腦電波頻率:較慢的稱為 Alpha ,較快的則稱為 Beta。前者會於參加者放鬆時出現,後者則是參加者清醒活動時腦電波段。後來的神經科學家們再從更多參加者上的不同狀態發現不同的腦電波段頻率。腦電波研究讓科學家可以以較便宜的方法,觀察到腦部活動即時反應。值得一提的是,「腦電波」只是腦部神經元活動產生出的來效果,而非「起因」,所以亦不能將一個人的腦波轉移到另一人上。換句話說,EEG 不是「傳心術」。

可是,林林總總的腦電波研究對了解人腦,以至心理學有甚麼幫助?其中一個研究範圍就是靈長類動物學習機制。

數位神經科學家 [1] 曾經提出「鏡像神經元 (Mirror Neuron) 」假說,指靈長類動物在模仿另一靈長類動物的行為時,其中一種神經元就會變得活躍。這種神經元可能是驅使動物學習不同行為的「幕後黑手」。神經科學家認為人類也應有類似的神經細胞,而且有機會與前運動區等有關。由此,腦電波研究就可大派用場:有神經科學家嘗試觀察人類模仿行為時的名為「Mu」的波段改變,以及相關腦部區域 [2],由此了解人類學習機制。

腦電波研究至今雖已有百多年歷史,但並非「氣數已盡」,近年更有科學家嘗試將腦電波研究配合其他儀器,以幫助研究大腦活動。然而,科學家對於腦電波認識尚淺,而且它亦非完美研究方法。下回再談腦電波研究方法,以及相關限制。

參考資料:

[1] Psychophysiology: Human Behavior and Physiological Response (Psychophysiology: Human Behavior & Physiological Response) by John L. Andreassi

[2] Di Pellegrino, G.; Fadiga, L.; Fogassi, L.; Gallese, V. Rizzolatti, G (1992). "Understanding motor events: a neurophysiological study". Experimental Brain Research. 91: 176–180. PMID 1301372. DOI:10.1007/bf00230027

[3] Hobson, H. M., & Bishop, D. V. (2016). Mu suppression–A good measure of the human mirror neuron system?. Cortex, 82, 290-310. DOI:10.1016/j.cortex.2016.03.019

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