各國都在密門探索如浩瀚宇宙的大腦之謎，甫訪中國的90高齡DNA之父James Watson說：「台灣『大腦』是台灣能貢獻世界科學的地方！」為什麼？

未來10分鐘清晰解析人腦神經元的技術，在台灣，單細胞人類大腦圖譜建立，在台灣這是一顆可能投下人類腦科學的震撼彈，立足國際生命科學研究頂峰，台灣有機會到世界拼「大腦」！

企劃製作：鄔麗.巴旺    編輯：王柏豪    採訪攝影：楊傑名、陳欣儀、蔡立勳    撰文：王柏豪、楊傑名    美術設計：林嘉慶、黃黛鵑

不斷標新人類未來科技的SpaceX 創始人馬斯克 (Elon Musk)， 下一步準備改造人類大腦！

3 月27 日，華爾街日報報導，特斯拉(Tesla) 汽車和太空科技公司SpaceX 創始人馬斯克再次成立了一家新公司，Neuralink 也是繼「時速1,200 公里真空超級高鐵」、「環繞月球太空旅行」、「百萬人火星移民」等計畫之後，另一個馬斯克的夢幻計畫。

正如他過去在Twitter 及其他場合多次提到的「神經織網」(neural lace) 概念，Neuralink 希望能透過外科手術於人類大腦中植入微型電極，使之與電腦相連，未來人類可能不需要任何輸入裝置便能與電腦進行互動。

馬斯克以天馬行空的想像，人類將能直接上傳或下載自己的思想，正如同電影《駭客任務》中的角色能藉由後腦杓的連接孔與電腦相連，進而進入「母體」與電腦程式互動。

2009 年上映的全球首部3D 電影《阿凡達》，同樣也是描述人類利用同步思想的機器來操控人工培育的「納美人」有機體，最後甚至透過思想的轉移，主角成功脫離他雙腳癱瘓的人體，而真正成為「納美人」的一員。

甫於3 月31 日上映的電影《攻殼機動隊》，則是改編自1989 年開始連載的日本漫畫，故事背景設定於2040 年，未來科技已可將人類大腦改裝成與具有網際網路功能的電子腦，卻也衍生出網路駭客攻擊電子腦的犯罪行為。

這些科幻電影的情節以及馬斯克的計畫並非毫無根據，目前已有類似概念的「腦機介面」(Brain-Computer Interface, BCI) 正被應用於醫學、遊戲和娛樂等領域，例如一些非侵入式的BCI 已成功幫助部分傷患控制義肢或使遊戲玩家能「用腦」操作指令。

據公開資料顯示，馬斯克早在去年7 月就已經以「醫學研究」之名義註冊了Neuralink，至今仍未經官方宣布，而Neuralink 聯合創始人Max Hodak 表示，目前公司仍於雛形階段，因此各項計劃皆仍在研議中。

不過也有知情人士指出，Neuralink已延攬多位頂尖大學神經科學、電腦工程等領域的教授，首批產品可能先鎖定治療腦部疾病 (如癲癇、重度抑鬱症等) 的植入設備，以證明其技術的安全性和有效性。透過植入式的BCI 來上傳或下載你的思想，有辦法如電影一樣容易嗎？豐富與『高 效』的人生。」

電影「駭客任務」中人類與虛擬世界直接互動的情節，在未來很可能會實現。(示意圖/資料中心)

交大腦科學研究中心開發的腦波帽，能以大腦意念控制機械手臂。(圖/林嘉慶)

基因如文大腦如詩 破解人腦才剛起步

「你在想什麼？」一句看似再平常不過的問句，卻是全球科學家至今仍無法回答的問題。

隨著醫學與生物領域技術的演進，我們逐漸了解身體構造，不同器官與系統間的運作協調方式，也找出許多使人類致病的原因（如細菌、病毒），甚至破解了上帝創造的語言－基因。

正如學習一項新語言的過程，科學家從學習基因的字母(A, T, C, G) 開始，接著認識由字母組成的單字 (蛋白質與細胞特性)，到了21 世紀初，科學界達成重大科學成就之一，就是人類基因體的解碼(Human Genome Project)。

自此之後，人們開始解讀上帝寫給大自然的生命計劃書，甚至嘗試「使用」這個語言與不同的物種交談。如果人類連生命最基本的組成單位都能收為己用，究竟還有什麼是人類不知道的呢？答案就是大腦。

若將基因序列比喻為上帝寫的一篇文章，大腦的組成就是上帝寫的一首詩，或許科學家能看懂每個單字的意思，但一首詩中使用了各種不同的呼應、排比、回文等修辭技巧，每個詞彙互相關聯，進而衍生出不同的意義。

現階段腦科學領域，人類就像是剛從小學畢業的孩子，要能真正體會詩詞中的藝術，還有很長一段路要走，還有很多的學習必須克服。

首位華人受邀主講 台灣腦科學躍世界舞台

去年11 月12 ∼ 16 日，第46 屆美國神經科學學會年會(Society for Neuroscience, SfN) 在美國加州聖地牙哥展開。

這是全球神經科學研究最重要的會議之一，引領著世界腦科學研發最先進的科技進展，台下來自超過90 個國家的神經科學領導者、科學家和研究生約3 萬人。

11 月14 日， 大會舉行最重要的一場演講 (Presidential Special Lecture)，舞台螢幕上，投放著一顆五彩繽紛的果蠅大腦，組織透明清晰、解析度達單細胞層次，讓神經元結構具體而微。

演講的這位科學家來自台灣，中研院院士、國立清華大學生命科學院院長暨腦科學研究中心主任江安世，這是有史以來，兩岸四地第一位受邀於該演講發表演說的華人學者。

江安世以「Toward Whole-Body Connectome in Drosophila」為題，分享自己和團隊目前在透視果蠅全身性腦功能連結圖譜的研究進展，以及未來展望，演講結束後，江安世被各國科學家包圍，除了推崇外，都希望能有機會跟他合作。

江安世是全球第一個建構果蠅全腦神經網路圖譜的人，他的專長領域在腦科學、神經基因學及生物影像，曾榮獲包括世界科學院(TWAS) 生物學類獎、東亞研究型大學協會傑出講座獎等多項世界性獎項。

江安世把FocusClear™ 當作寵物般、持續不斷地開發研究，終於躍上國際舞台。(圖/楊傑名)

台灣「大腦」貢獻世界科學

江安世的突出科研成果之一，是在2001年發明了一種組織透明澄清液「FocusClear™」，可讓生物組織透明化，讓一顆約莫0.15公厘的果蠅腦組織樣本在共軛焦顯微鏡下，清晰呈現細胞內各項結構及分子的立體分布。

跟江安世演講時螢幕顯示的大腦圖片一樣，各種螢光染色隨著複雜的腦神經，交織出巧奪天工的圖像，任何人一看到顯微鏡下的組織如此透明清楚，都非常驚豔卻難以想像。

「或許正因為FocusClear™這項技術看起來『too good to be true』，發明之初沒有人願意相信！」江安世回首時打趣地說。

不過，當時他並不氣餒，江安世形容，FocusClear™ 變成了他的Pocket Pet (口袋寵物)研究，悄悄養牠、持續不斷地開發研究，他最後把FocusClear™作為研究腦科學的利器，台灣的腦科學也一如顯微鏡下的透明組織，一下子跳躍出國際，成為讓世界驚呼的大腦研究重鎮。

2010年，江安世提出了全球第一個果蠅腦神經圖譜資料庫「FlyCircuit」，解析度可到達單細胞層次，其中包含16,000筆單一神經元資料，並界定出41個區域處理單位(local processing unit)，58條神經束(tract)，及6個不處理訊號之轉接軸(hub)。

他的突破性研究，引起了基因之父華生(James D. Watson)關注，2010年時，已經80歲的華生無論如何，決定親自走訪一趟台灣，就是為了探訪江安世的實驗室。

「台灣的『大腦』，就是台灣能貢獻世界科學的地方！」走完一圈清大腦科學中心，看了江安世和團隊建置的3D果蠅腦神經圖譜，華生忍不住說。

同輻X光超級顯影 人腦研究曙光

為什麼江安世選擇果蠅作為研究腦科學的模式生物呢？他舉出3個原因。

首先，相較於哺乳類動物的大腦，果蠅大腦相對簡單，13.5萬顆腦細胞約僅佔人腦細胞總數的0.00016％；第二，果蠅的大腦夠複雜，能表現出許多可對應於高等動物的複雜行為，例如學習、記憶、睡眠、求偶；第三，目前果蠅已被科學界充分研究並擁有最完整的基因研究工具，以此基礎更容易透過改變特定基因或神經元，來推測其在大腦運作中扮演的角色。

如今，江安世對果蠅腦神經圖譜的建構已完成將近一半，但這樣的成果也花費他近40人的團隊超過10年的研究時間。

而這只是研究人腦的前哨站，江安世說，「人腦太複雜，裡面有近一千億個細胞」。因此，他在SfN的演講中不諱言地說：「若以現在的方法，要繪製人腦860億顆神經元的圖譜，恐需要1,700萬年才能完成。」

但這對任何一位對探索大腦求知若渴的科學家，都難以等待。各國政府更紛紛投入天文鉅資，將「腦科學計畫」列入國家戰略科技重要研究，無不希望能儘早了解人類大腦，進而掌控大腦。

江安世曾表示，「國家應更重視腦科學研究，因為誰能掌握腦神經如何運作，誰就掌握下個大國崛起的關鍵。」

已經握有FocusClear™ 技術基礎的江安世，憑藉著相較於各國團隊都顯得極為短絀的有限資源，默默在台灣致力開發更新的顯影技術提升腦圖譜繪製的效率。

他在SfN透露，未來只要利用一種名為「同步輻射X光顯影技術」(Synchrotron X-ray tomography)就能在短短10分鐘內掃描出上千顆神經元的位置。

這無疑是對全世界腦科學研究學者投下了另一顆震撼彈。

如同當年人類基因解碼計畫一樣，第一代基因定序儀(ABI3700)石破驚天問世後，計畫進展突飛猛進，最終讓人類提早了5年完成這項任務。而據了解，江安世團隊這項創舉技術目前仍在改良優化當中，但已有初步令人驚艷的顯影結果。

江安世說：「有了這項技術，未來要建立單一細胞解析度之人類大腦圖譜，這個目標終於又離現實更接近一步了。」

研究大腦 一部漫長史

縱觀腦科學的發展歷史，大致上可分為3個階段。

第一階段是100多年前，義大利生理學家Camillo Golgi及西班牙組織學家Santiago Ramón y Cajal等人利用銀染的方式發明的神經元染色技術，人們首次可以看見大腦的基本結構與單位。

這個突破性的發明讓Golgi和Cajal兩人獲得1906年諾貝爾生理學醫學獎，其中，Cajal更提出了後世研究神經科學之本的「神經元學說」(neuron doctrine)，現代腦科學研究也大約是從當時逐漸展開。

了解神經元的構造後，人們開始研究神經元的功能與作用機制，1930年代神經元單電極紀錄(single electrode recording)的技術發展，開啟了腦科學研究的第二階段。

當時，英國生理學家Alan Lloyd Hodgkin與Andrew Fielding Huxley共同研究並發現了神經的動作電位(neuron action potential)，而兩人也因此與研究神經突觸的澳大利亞神經生理學家John Carew Eccles，共同於1963年獲得諾貝爾生理學醫學獎。

隨著分子生物學與細胞生物學技術的演進，第三階段科學家開始將這些方法導入腦科學研究中，在更微觀的分子層次上，觀察神經細胞在發育、分化、損傷及再生時的改變，希望藉此找到造成神經疾病的原因與治療方式。

然而在這個階段，人們研究腦的方法仍然是以細胞培養以及腦部切片為主，無法直接對活體動物的大腦進行即時觀察，因此仍無法對動物的認知功能(如學習、思考、記憶等)進行整合研究。

目前，腦科學正進入第四階段的發展，科學家開始對不同的模式生物進行基因轉殖或基因剔除，讓人們能觀察不同的腦神經細胞，或其產生的物質究竟是因何種機制而對生物體的行為、認知等造成影響。

利用基因工程的方式，科學家還能讓腦神經發出不同顏色的螢光，有助於我們更了解每個物種的大腦結構，最終更希望能夠繪製出最複雜的人類大腦完整結構圖譜，完成破解人類大腦的第一步。

含有FocusClear™ 組織透明澄清液的顯微鏡片。(圖/楊傑名)

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 42