從細胞層級解開「人類情緒」謎團

人類情感的億萬投射抽絲剝繭精神疾病起源

撰文記者李林璦

日期2025-01-15

《把光照進看不到的地方：超人醫師徐超斌X南迴基金會以行動醫療點亮偏鄉》

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人類情緒向來被視為無比深奧的謎團，我們只能看到情緒的表現，既無法控制，甚至都無法察覺、理解情緒是如何產生。被視為諾貝爾獎熱門人選的卡爾．迪賽羅斯，是精神科醫師、神經生物學家，也是神經工程師，他開創了光遺傳學(Optogenetics)技術與水凝膠組織化學(CLARITY)技術，在此書中，他透過這兩項革命性技術從細胞、神經元活動來探討無形的情緒起源。

作者/ 卡爾．迪賽羅斯譯者/洪世民責任編輯/李林璦

2019年，光遺傳學的技術開始能以全新的方式掌控哺乳動物的行為，不再僅僅局限於掌控特定類型的細胞(這是光遺傳學最初15年的主力)，也能掌控許多單一細胞的活動，或鎖定個別特定的神經元。

現在我們可以任意挑選數十個或數百個單一細胞進行光遺傳學的控制，憑藉細胞的位置、類型、甚至在經驗期間的自然活動，從數百萬個鄰近細胞之間精挑細選。

這個效應是經由發展新的顯微鏡而實現的，包括液晶全像投影裝置。這些機器從光纖邁出一大步，使用全像投影作為光和腦之間的介面，甚至允許在三度空間塑造某種複雜的光分布──在哺乳動物(如小鼠)行為期間控制會產生視蛋白的個別神經元。

刺激2~20個細胞黑暗中塑造視幻覺

這個方法有一種應用方式：我們可以使動物在完全的黑暗中表現出某種行為，就彷彿看見我們設計的特定視覺物體。例如，我們可以挑選那些平常在視覺環境裡會對直條紋(但不會對橫條紋)有反應的細胞，然後，在不提供這種視覺刺激的情況下，運用光遺傳學、透過我們的全像投影光點，只啟動那些細胞，以此測試小鼠會不會做出彷彿看到直條紋的舉動。

結果，小鼠及其大腦確實都表現得好像那裡真有直條紋；藉由觀察主要視覺皮質(也就是首先從視網膜接收資訊的皮質部位)中數千個別神經元的活動，我們可以看到這個迴路其他部分──細胞數量極多、極其複雜──的行為，也跟自然感知到真正的直條紋(但非橫條紋)一樣。

此時，我們發現自己處在一個令人難以置信的位置：我們可以選出在某種經驗期間自然活躍的細胞群落，在「沒有」這些經驗的情況下，用光和單一細胞光遺傳學將其活動模式重新嵌入。我們這麼做的時候，動物(及其大腦)都會貌似自然地做出像是真正感知到刺激的行為。不論感官刺激是自然的，還是完全由光遺傳學提供，顯現出正確區辨的動物行為都很類似，在腦內各部位展現的感覺區辨也同樣詳盡、同樣即時、細胞層級的內部表徵也同樣相似。

於是，就我們所知(但有個限制，就是我們永遠不會知道另一個動物，不管是不是人，實際主觀上經歷了什麼)，我們直接嵌入了某個像是特定感官的東西，這種感官是由自然行為和自然內部表徵所定義的。

我們很好奇，想看看最少只要刺激幾個細胞就能模仿這種認知，結果發現只要一點點就夠──少到兩個到二十個細胞，取決於那隻動物有多訓練有素。竟然只需要這麼少細胞，這使我們不得不提出一個新的問題：為什麼哺乳動物不會經常被一些細胞間的偶然同步事件(碰巧有類似的自然反應)干擾，進而欺騙大腦(錯誤地)推斷這些細胞設計來偵測的物體必定存在？

這種情況可能發生在一些人身上，例如邦納症候群(Charles Bonnet Syndrome)：成人型失明的患者可能經歷複雜的視幻覺；視覺系統的活動似乎是因為周遭太過安靜，一聽到聲響就忙著創造出什麼來。

我在退伍軍人醫院治療過一名有這種症狀的病患：一位和藹可親的年邁退伍軍人，全盲，卻看得到建構完整的畫面，通常是綿羊和山羊在不遠處無害地吃草。我們發現他的幻覺可用一種名為丙戊酸(valproic acid)的抗癲癇藥物減弱，但最後我們沒開任何處方就讓他出院，因為他已經喜歡上他喪失的視覺皮質決定提供給他的畫面了。