淺談荷蘭認知神經科學之研究與應用

藝術照片《自我反思》(Self Reflected),作者為兩位科學家暨藝術家Greg Dunn (神經科學家) 與Brian Edwards (應用物理學家)。圖片來源:vog.photo


人類對大腦的好奇和熱情從未間斷。本文將帶你前往位於荷蘭的三間實驗室,透過截然不同的主題和研究方法,簡短介紹認知神經科學領域的多元性和人類語言行為的複雜性,並點出「社會應用」在學術研究選題上的重要性。


認知神經科學:傳統心理學與大腦神經的影像技術下的結合體

五、六零年代,有一派學者主張心理功能需經過大腦的演算,透過腦傷患者外顯行為、言語錯誤,研究肉眼看不見的「大腦歷程」。七零年代晚期,研究人員開始進一步用實驗心理學、神經心理學和神經科學的研究方法,打造認知科學基礎,創建至今仍熱門的「認知神經科學」(Cognitive Neuroscience)。

認知神經科學以傳統哲學與心理學為基礎,利用神經成像技術,探索行為與大腦之間的關聯。人類的各種認知行為功能,都是認知神經科學領域下的子議題。

例如「心理語言學」和「神經語言學」,在於利用各種實驗方法,觀察人類語言的生成機制、解讀人在處理語言,身體的生理訊號。這樣的研究,與讀心術或反覆背誦的記憶訓練,是不同的議題。基礎科學在實驗室裡進行,需要控制許多變因,精心挑選備受限制的語言材料,與我們日常自由使用,多元流動的語言有所差異。

有人不免懷疑:「那這方面的研究有什麼用?就算我不知道那些理論,我也能說話呀?」科學研究是一種累積,推展人類知識的前沿,以心理語言學來說,除了探索極為複雜的哲學命題,研究成果多用於語言教學,語言治療,還有機器語言使用與辨識(如Siri等語音辨識機器人),都是基礎科學轉換成科技應用的實例。

在配合社會脈動、帶領社會進步的前提上,將基礎科學的知識轉化成科技應用,是荷蘭學術研究的特色與強項之一。荷蘭的公立大學做為公共機構,主要的經費來源來自政府預算,為達到公領域與資金友善的循環,在提出研究計畫時,研究人員需提出各項研究的應用價值,前瞻性和未來應用的可能。

接下來,本文以奈梅亨大學、蒂爾堡大學與烏特勒支大學等三所荷蘭大學內的不同「認知神經科學」實驗室與研究人員為例,介紹荷蘭大學如何看待基礎科學研究與應用。


奈梅亨大學(Radboud University Nijmegen):多元整合跨領域研究天堂

東德斯大腦、認知與行為研究中心(Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour)隸屬於荷蘭東部與德國接壤的奈梅亨大學,坐擁全荷蘭主題最全面、器材最完整的研究中心,專攻四大研究主題:語言與溝通,感知動作與控制,神經可塑性與記憶,腦神經計算與科技,並推出五大社會影響力暨重點創新計畫:健康與保健,食物與認知,學習與教育,神經科技與大數據,大眾與政治,旨在使學術研究發揮社會影響力。每一項計畫內容都相當豐富,非常鼓勵讀者進一步深入了解詳細內容。

東德斯大腦、認知與行為研究中心網頁


在此,以分類在「大腦與健康」之下的「食物與認知」計畫為介紹例子,該計畫由Esther Aarts教授主持,實驗室整合大腦與認知科學知識,同時採用營養學,腸道與大腦機制,免疫學,結合行為改變,消費者環境,教育,產品包裝等社會面向,來了解現代人過胖,暴食行為。

該計畫研究發現,飲食過量是促成幾大慢性病的危險因子,包含癌症,糖尿病和心血管疾病,影響全球人類健康。食物的成分更直接或是間接地影響健康大腦發展或是神經性精神病,也與自然老化和神經退化性疾病有關。舉例來說,食物和大腦功能之間的互動,神經認知功能的個別差異,造成有些人無法抗拒以食物作為酬賞並失控,進而做為肥胖症的預防和療程選擇之用。

此外,東德斯研究中心的「學習與教育」計畫則是讓學者與學生志工,與法國Cogni Junior合作,設計出適合小學生使用的「基礎認知神經科學」教案,內容包含教學大綱、材料、動手做實驗的小道具,免費提供給學校使用,教導學生們認識大腦認知。而課程內容本身則涵蓋「壓力」、「大腦如何運作」、「認知功能(情緒、記憶、注意力、執行功能)」等主題。參與計劃的研究員和學校老師表示,小學生對這類教案的接受度頗高,成功引起了小學生們對大腦的好奇心,提升對「認知神經科學」的好感。

食物與認知研究團隊,Esther Aarts 教授與實驗室成員(前右一)。 圖片來源:Esther Aarts, Food & Cognition group


蒂爾堡大學(Tilburg University):語言與科技重點實驗室

語言學和心理學所提出的理論和實驗結果,被用來建立電腦模型,模擬人類的溝通行為。利用演算模型去測試基礎科學提出的各種理論型假說,也能做成商品,醫療及生活學習等輔助工具。

位於荷蘭語言與科技重點機構的蒂爾堡大學,隸屬於「人文與數位科學院認知科學」與「人工智慧學系」,「認知與溝通研究中心」(TiCC)延攬語言學背景與軟體背景、能編寫程式的人才。例如「計算機科學」專業背景的 Afra Alishahi教授,所帶領的實驗室探索「語言習得」的機制,進一步推展到訓練電腦系統,模擬人類溝通模式。此類研究單位的畢業生多投入資訊產業,做出像是當紅的語音辨識生活輔助小型機器人商品。

計算機語言學系所校友多投入機器語言自動辨識相關產業。(圖片來源:Tilburg center for Cognition and Communication
Afra Alishahi教授之個人網頁


烏特勒支大學(Utrecht University)的跨界學者

烏特勒支大學教授臨床心理學和碩士學程的Iris Engelhard教授的研究興趣,是將科學發現應用在心理衛生,以及治療焦慮症的患者,例如使用眼動儀等方法學研究恐懼、威脅、焦慮和逃避行為,以及情緒記憶等主題。此外,她所主持的實驗精神病理學實驗室,專門研究創傷和焦慮行為相關的精神病理學,以及學習和情緒記憶。 她所帶領的實驗心理病理學研究團隊參與以下教學:心理學(學士班),臨床心理學(碩士),社會與健康心理學(研究型碩士)課程,將最新的研究議題和成果交給有興趣的學生以培育人才。

除了在大學主持實驗室,Engelhard教授是位合格的認知行為治療師,同時也在南荷心理諮商師的教育機構(RINO Zuid)教授健康心理學。在學界裡,許多臨床心理學教授會同時領有臨床心理師執照。從臨床職業的角度來看,心理師能將最新的科學新知應用在診間回饋給個案,而教學的角度來看,心理師可以將職業的臨床觀察帶到課堂與研究團隊中,倘若發現對某些徵狀研究還不足的情況,心理師便能以學者身分提案指導學生從事研究,推進科學理論發展,形成有效的循環系統。

臨床心理學教授Iris Engelhard同時教學和執業,將最前沿的知識回饋給個案。(圖片來源:Experimental Psychopathology lab Utrecht: Iris Engelhard


好奇心和需求推動著對知識的渴求

荷蘭學術型大學的基礎研究,不僅是在推進人類知識,創造新知,解答千年的心靈與大腦之謎,同時與疾病和現下的醫療及消費需求環環相扣,配合社會變遷的速度,更新研究主題,並將研究知識拓寬於行為或病理之外,結合計算機科學開發電腦與機械科技、透過設計教案把熱騰騰的學術知識直送小學,啟蒙下一代對大腦和科學研究的興趣。

此篇文章簡介荷蘭科學基礎研究和社會應用的互動關係,願能提起讀者對科學研究的興趣,並在日常生活發現「認知神經科學」的蹤跡。


延伸參考網頁

荷蘭神經科學研究院 Netherlands Institute for Neuroscience
https://nin.nl/

歐洲神經科學聯盟 Federation of European Neuroscience Societies
https://www.fens.org/

認知神經科學學會 Cognitive Neuroscience Societies
https://www.cogneurosociety.org/

尋找與認知神經科學相關之大專院校入口網站
https://studyportals.com/about-us/

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