大腦的邏輯與功能：
神經科學家教你認識人類大腦的運作原理
｜大衛．伯森 (David Berson)
大衛伯森 (David Berson) 是位布朗大學醫學科學、神經生物學與眼科學教授，他的實驗室以發現眼睛中設定晝夜節律的細胞而聞名。這些細胞被稱為「自感光視網膜神經節細胞」，它們負責告知大腦與身體目前的時間。伯森實驗室也對我們如何將對外在世界的感知轉化為運動行為有許多重要的發現。
視覺的形成
視覺的形成是複雜且迷人的過程。光線進入眼睛，視網膜上的神經元將其轉換為電信號。視網膜上的感光細胞有三種，分別對不同波長的光有不同反應，這讓我們能分辨顏色。然而，視覺的形成不僅止於眼睛，大腦皮質才是我們產生視覺體驗的地方。大腦皮質上有數十個處理視覺訊息的地圖，每個地圖負責編碼不同的訊息，如亮度、運動、顏色等。這些地圖協同運作，讓我們能辨識物體、理解空間關係，並將視覺訊息與其他感官訊息整合。
晝夜節律與褪黑激素
視網膜中有一種特殊的感光細胞，能感知光線的強度，並將信號傳遞給大腦中的「主時鐘」——視交叉上核 (SCN)。SCN 透過釋放激素、調節自主神經系統等方式，控制身體各部位的生理時鐘，使之與外界環境同步。其中一個重要的途徑是透過交感神經系統，抑制大腦松果體分泌褪黑激素。褪黑激素在夜間分泌，幫助我們入睡，因此，夜間暴露在強光下會抑制褪黑激素的分泌，影響睡眠品質。
前庭系統與平衡感
內耳的前庭系統負責感知身體在空間中的運動和位置，幫助我們維持平衡。它透過三個相互垂直的半規管，偵測頭部在三個軸向上的旋轉，並透過耳石器官感知直線加速度和重力。當我們移動時，前庭系統會不斷向大腦發送信號，而大腦則會整合這些信號與視覺訊息，讓我們能穩定地感知世界。
多感官整合與空間感知
中腦的上丘 (superior colliculus) 是整合視覺、聽覺、觸覺等多種感官訊息的重要區域。它能幫助我們定位物體在空間中的位置，並引導我們的注意力和行為。例如，當我們聽到身後傳來的聲音，上丘會整合聽覺和視覺訊息，讓我們轉頭看向聲源。這種多感官整合的能力，使我們能更全面地感知世界，並做出適當的反應。
小腦與運動協調
小腦是大腦後方的一個重要結構，負責協調運動、維持平衡和姿勢。它接收來自感官系統的訊息，並與大腦皮質的運動指令整合，使我們能做出精確、流暢的動作。小腦也參與運動學習，幫助我們不斷修正動作，提高技巧。例如，當我們學習騎自行車時，小腦會不斷調整身體的平衡和肌肉的協調，直到我們能熟練地駕馭。
大腦皮質可塑性與盲視
大腦皮質具有高度可塑性，即使在失去某種感官輸入的情況下，也能重新調整功能。例如，天生失明的人，其視覺皮質可能會被用來處理觸覺訊息，甚至能學會閱讀點字。這種現象稱為「盲視」，指的是大腦在沒有意識到視覺訊息的情況下，仍能對視覺刺激做出反應。例如，盲人可能能在障礙物之間穿行，或接住拋來的物體，儘管他們無法解釋為何能做到。這是因為視覺訊息仍能透過其他腦區進行處理，引導行為。
聯結體學與神經科學的未來
聯結體學 (Connectomics) 致力於繪製大腦神經元的完整連結圖譜，這有助於我們更深入了解大腦的運作方式。透過高解析度的電子顯微鏡，科學家能觀察到神經元之間的突觸連結，並建立詳細的線路圖。這些圖譜能幫助我們理解神經迴路如何處理訊息、產生行為，並為開發新的治療方法提供線索。例如，了解特定腦區的連結異常，可能有助於診斷和治療神經或精神疾病。
學習與記憶
大腦皮質在學習和記憶中扮演著關鍵角色。當我們學習新知識或技能時，大腦皮質中的神經元會建立新的連結，或強化現有的連結。這些連結的改變，使我們能儲存訊息，並在需要時提取。記憶並非單一現象，而是由不同腦區共同參與。例如，海馬迴負責形成新的記憶，而大腦皮質則負責儲存和提取長期記憶。
情緒與決策
大腦皮質也參與情緒的產生和調節。杏仁核是處理情緒訊息的重要區域，它能快速評估刺激的威脅性，並觸發情緒反應。前額葉皮質則負責調節情緒，幫助我們控制衝動、做出理性決策。這兩個區域的互動，使我們能在情緒和理性之間取得平衡。
大腦是一個複雜而精妙的器官，其運作原理至今仍有許多未解之謎。透過神經科學的研究，我們逐漸揭開大腦的神秘面紗，了解其如何感知世界、產生行為、學習記憶，以及調節情緒。這些知識不僅有助於我們認識自己，也為開發新的治療方法、改善人類生活帶來希望。
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