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2021關節鏡醫學會冬季研討會
 
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第 115 期 【 專業分享 】 目標導向活動的本質
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吳良青

里佐拉蒂的猴子

1992年,義大利帕瑪大學里佐拉蒂( Rizzolatti )研究團隊,用單細胞神經紀錄(single neuron recording)恆河猴的大腦F5區( 相當於人腦的前運動皮質, premotor area之腹側,亦即布洛卡區 ),以觀察F5區神經元在猴子用手抓握物品時的活化形態。他們意外地發現猴子的F5神經元,不只會在猴子用手抓握物品時活化,也會在猴子看到其他人抓握相同的物品時活化。這個結果顯示,它們不只參與動作的進行,同時也可以理解動作的目的( goal )。

這個發現,打破了大家對於神經元在處理訊息時,是分成處理感覺訊息輸入和動作命令輸出兩種的傳統觀念。這些神經元同時具備感覺和運動神經元特性,可以立即反映動作,如同照鏡子般,所以就被命名為,鏡像神經元( Mirror neurons )。

接著Umilta等人,設計讓猴子看到食物放在桌上,然後把一塊屏幕放在食物前,遮住猴子的視線,猴子可以看到實驗人員手伸手的動作,但是猴子看不到食物,只能猜想後續的動作。結果發現,猴子光憑想像屏幕背後發生了什麼事,就有半數以上的F5鏡像神經元活化了。這個結果顯示,鏡像神經元不只可以理解動作的目的,同時也能夠理解動作的意圖( intention )。鏡像神經元的活化程度,會跟猴子的生理狀況相關。當猴子很餓時,它們活化很明顯;吃飽了,活化程度就降低了。

鏡像神經元不是單一神經元,它們是特定的神經網絡,而且是先天內建的。這個神經網絡的核心,包括:

  1. 下額葉的後部( posterior inferior frontal gyrus )
  2. 前運動皮質區的腹側( ventral premotor cortex )
  3. 下頂葉的頂端 ( rostral part of inferior parietal lobule )

鏡像神經元是靈長類動物特有的,它具備這項先天內建神經網絡的特質,不只讓個體在快速變動的環境中,不需經過重複的嘗試錯誤,就可以快速學會與生存密切相關的技巧。同時它也提供靈長類這種社會性動物,在團體中可以快速了解其他個體行動背後的目的與意圖。

人類的鏡像神經元網絡,比其他靈長類來的複雜。透過鏡像神經元,我們便能站在別人的立場,體會別人的內在心理狀態,模擬別人所做所為、感受和想法。鏡像神經元機制作用在動作學習就是:模仿學習。

我們回顧在治療室訓練病人時,運用的示範動作和觀察模仿,是不是就是透過鏡像神經元的神經機制呢?甚至,這幾年大家頗感興趣的鏡像治療( mirror therapy )、虛擬實境( virtual reality )和心像練習( mental practice ),都與鏡像神經元有關。這些治療模式的共同點,都是透過觀察、想像和模擬,讓病人融入情境中,來啟動與鏡像神經元和相關的神經網絡,以提升動作的學習效果。

當我們的祖先穿越非洲大草原時

在演化的過程中,極端氣候的變遷常是造成物種滅絕,但卻也是促成新興物種崛起的主因。當板塊運動形成東非大縱谷和高聳山脈( 非洲第一高峰吉力馬札羅山 ),造成地理區隔,並阻擋了來自印度洋的豐沛水氣。這樣的結果,讓縱谷西岸的地理環境,從茂密雨林變成稀疏莽原。這對當時我們居住在這個地方的祖先來說,可是面臨了生死存亡的嚴苛挑戰。幸好,大約七百萬年前,我們的祖先與黑猩猩( chimpanzee )和巴諾布猿( bonobo )分家,從四足行動變成二足行動。這個事件,讓我們的祖先可以空出雙手使用和製造工具,他們越過險惡的非洲大草原,生存了下來。從而發展出語言、思考、邏輯、音樂和文化等智能活動。

述說這個故事,就是要強調,工具使用( tool-use )的目的,就是要因應一切與生存相關的活動需求。透過工具使用,我們就可以執行種種任務,與環境產生互動。工具使用相關的動作,就是動作技巧,這些動作技巧都有著目標導向( goal-directed )的特質。所有的目標導向活動,都有著個體在執行種種與生存相關的任務時,會因應不同的情境,採取適當的動作策略,以維持目的不變性。我們在治療室教導病患學習動作,就是要提升病人在日常生活的功能,所以,訓練必須要強調:

  1. 在所有的任務都是與生存這個目的相關的前提下,個體依據它自身的條件,主動獲取資源。這就是 Gibson生態理論( ecology theory )中,強調的 ”affordance ”。
  2. 解決問題的能力
    我們為什麼要有一顆大腦袋?這個大腦袋就是專門用來解決麻煩的!智能行為必須要在變動的環境中,面對全新的情境,不只是透過嚐試錯誤而已;還要具備預先設想 ( proactive thought process ) 的能力。

哀嚎的電腦

很多研究中樞神經損傷病人動作訓練成效的文獻,常常不會考慮受試者情緒( emotion )對實驗結果的影響。這也難怪,本來情緒這東西就很難搞的,如果實驗不把它排除在外,根本就無法進行。實驗設計這樣做,有它不得不的考量,但是,我們物理治療師在訓練病人動作時可以這樣嗎? 當然不行!很多人常會把人腦用電腦來比喻,這種說法在某個範圍內說得通。但是,從本體論( ontology )的觀點來看,是完全說不通的。想像你拿著斧頭要 ”砍殺 ”你的電腦,它可是不會驚聲尖叫,苦苦哀求你不要殺它吧?

目標導向性活動的另一個特質,就是行為主體( agent )的意圖性。意圖可以啟動行為的趨力( drive ),這個趨力會促使個體主動尋求一切的可能,以維持生存處在恆定( homeostasis )的狀態。情緒在行為主體的意圖性活動中,是反映個體內在環境( internal milieu )與外部狀態( out realm )的關係,它可以協助個體在多變及模擬兩可的情境中判斷,以決定適當的反應。所以,情緒可以說是意圖行為的評價系統( valuation system ),透過這個評價系統,形成意圖以啟動行為的趨力,達成內在環境與外部狀態間的恆定。每個人都有著反映他自身與環境狀態的恆定狀態,病人有病人的恆定狀態;積極正向的人,也有著他特有的恆定狀態。所以,物理治療師訓練病人時必須將病人的情緒這個因素考慮進去,要營造有利於病人學習的情境,激勵病人正向的情緒。所謂的 ”心動起來,手腳才會動起來 ”。我們是如此,病人也是如此。

一切都與生存有關

生物會主動獲取訊息。我們所有的活動,都有著個體在環境中求取生存的目的與意圖,如果將這兩項內涵抽離,那我們就如同行屍走肉了。

我們常聽到家屬抱怨,病人在治療室裡的表現都非常良好,但回到家就都不配合,什麼都不會做。但是,實際的狀況,真的是病患不配合嗎?還是治療室的訓練模式,有它的盲點呢?治療室的環境是特別設定的情境,為的就是提供病患動作學習。在這種控制的環境中,病人可依照自己的節奏( self-paced )、依照口令( following order )和外部啟動( external initiation )動作;但是,在真實生活情境中,病患必須面對多變的環境,主動的做出恰當的動作反應,這種在開放的環境,病人必須配合外部的情境狀況( external-paced ) 、自主決定( self decision-making )和由目的內在啟動( internal initiation )動作來完成任務。所以,我常會提醒自己:”要協助病人回到日常生活中扮演合理獨立的角色;絕對不要教導病人學習當病人。”

治療室動作訓練的型態,是無法反映日常生活的真實狀態的。所以,我們在適當時機,必須思考如何將治療室的動作訓練型態,移轉成符合日常活動的型態,如此方能協助病人回歸日常生活。

延伸閱讀

  1. Deborah J. Serrien. Richard B. Ivry, Stephan P. Swinen. The missing link between action and cognition. Progress in Neurobiology 2007;82:95-107
  2. Hillel J.C, Randall D.B. The brain has a body:adaptive behavior emerges from interactions of nervous system, body and environment. Trens Neurosci, 1997;20:553-557
  3. Marco Iacoboni. Neurobiology of imitation. Current Opinion in Neurobiology 2009;19: 661-665
  4. Scott H. Johnson-Frey. What's So Special about Human Tool Use? Neuron 2003;39: 201-204.
  5. Shumway-Cook A., Woollacott M.H., Motor control, theory and practical applications, 2nd edition, United States, Lippincott Williams and Wilkins, 2001
  6. Antonio Damasio著。陳雅馨譯。意識究竟從何而來?從神經科學看人類心智與自我的演化。初版。台北市。商周出版社。2012年。
  7. Marco Iacoboni著。洪蘭譯。天生愛學樣─發現鏡像神經元:從模仿、學習到同理、瞭解人我關係的腦際特派員。初版。台北市。遠流出版社。2007年。
  8. Willian H. Calvin著. 李玉明譯。心智簡史-從猿腦、人腦智力到未來,心智如何大躍進。台北市。九周。2006。




 
 




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