第297期
2018/10/14腳步聲消失了 ⼤腦能過濾聲⾳
黃齡萱 報導 ⽿機會降噪，那⽿朵呢？有些⼈沒聽到⾃⼰沉重的呼吸聲；有些⼈聽不⾒⾃⼰咀 嚼的聲⾳，從不認為那樣的⾳量⾜以讓他⼈煩躁；有些⼈⾛在暗巷，只防備其他 ⼈的腳步聲，卻不知道其實⾃⼰的腳步聲⼤得嚇⼈。事實上，這樣的現象，可能 對抑制「精神分裂症」有幫助。⼤腦過濾聲⾳ 不是故意的
其實，不是聽不⾒，⽽是忽略了。今年九⽉《⾃然》雜誌上刊登了⼀項研究，對 老鼠的⼤腦進⾏觀察、實驗，發現即使是老鼠的⼤腦，也有過濾聲⾳的能⼒。⼤ 腦實際上能消除部分的噪⾳，如上述說的呼吸聲、咀嚼聲以及腳步聲，過濾系統 讓它們進不到控制聽覺反饋的區域，反⽽更能清楚聽⾒周遭環境的其他聲⾳。這 與求⽣本能有關，在野外⽣存時，聽到獵食者的腳步聲比聽⾒⾃⼰的還重要百 倍。 國立交通大學機構典藏系統版權所有 Produced by IR@NCTU研究發現⼈類的⼤腦能過濾某些聲⾳，⽿朵聽到的聲⾳，不⼀定會讓⼤腦 有反應。（圖片來源／黃齡萱攝）
杜克⼤學醫學院神經⽣物學系與紐約⼤學神經科學中⼼合作，在研究中開發了⼀ 種聲學虛擬現實（acoustic virtual reality）系統，模擬了不同狀況的聲⾳。他們 將測量的電極植入老鼠的聽覺⽪層，也就是⼤腦處理聲⾳的區域。老鼠在跑步機 上跑步，邊拍攝⼤腦神經元變化的即時圖像。透過老鼠的⼤腦⽪層反應，識別聲 ⾳如何抑制、傳入神經迴路的機制。 ⼤腦⽪層負責處理各種感覺器官的刺激，以及產⽣反應，不同區域負責不 同的感受。（圖片來源／黃齡萱製作）資料來源：《Gray's Anatomy》 在⼤腦⽪層中，「聽覺」區域處理聽覺刺激，「運動」區域產⽣反應，指揮肌⾁ 運動。熟悉⾃⼰⾛路的聲⾳後，聽覺⽪層和運動⽪層之間的聯繫就會改變。研究 ⼈員讓老鼠聽⾒⼈⼯腳步聲，跟⾃⼰平常的腳步聲不同，所以老鼠的⼤腦聽覺⽪ 層在最初期反應相當明顯。牠們每⾛⼀步，就會發出⼀個聲⾳，經過兩到三天， 老鼠的聽覺⽪層的活動減少了，但當他們改變⼈⼯腳步聲的⾳調時，⽪層活動⼜ 會增加。也就是說，⼤腦可以因為經驗，關閉對「可預測」聲⾳的注意。⽽⾃⼰ 的腳步聲、咀嚼聲、呼吸聲等，即為「可預測」的聲⾳，因為我們的⽿朵每天都 聽⾒它，習慣它的存在後，⼤腦便過濾掉了。 在運動⽪層域與聽覺⽪層之間，研究⼈員發現「消除」的信號。運動⽪層有⼀組 抑制神經元活躍起來的機制，這組抑制神經元就是「消除」信號，它會抵消固定 聽⾒的預期聲⾳，在⼤腦做出最後反應之前過濾掉。所以當老鼠在野外⽣存時， 國立交通大學機構典藏系統版權所有 Produced by IR@NCTU
聽⾒的預期聲⾳，在⼤腦做出最後反應之前過濾掉。所以當老鼠在野外⽣存時， 就可以把注意⼒放在陌⽣動物發出的聲響。 老鼠的⼤腦會發出抑制信號，讓牠沒聽⾒⾃⼰的腳步聲，反⽽更注意其他 聲⾳。（圖片來源／黃齡萱製作）資料來源：《⾃然》 ⼈類的⼤腦⽪質比老鼠的更發達，但⼤腦基本的分區構造相似，聽覺⽪質與運動 ⽪質都是存在的。所以，⼤腦過濾聲⾳的系統，可以延伸到不同的研究區域，對 於⼈類的醫療與學習⽅⾯都有助益。
抑制幻聽 治療精神分裂新希望
思覺失調症（Schizophrenia），俗成精神分裂症，是⼀種慢性衰弱的精神疾 病。常⾒的症狀有幻聽、幻覺、妄想等。「精神分裂症」此類的⽤語容易讓⼈誤 解成擁有「多重的⼈格」，但後來荷蘭相關醫學研究發現，其實是患者⼤腦釋放 的化學物質嚴重失調，加上神經迴路故障，與⼈格轉換牽涉的層⾯不同。思覺失 調症患者即使沒有聲⾳的刺激，⼤腦的聽覺⽪質依舊產⽣活動，「消除」信號並 沒辦法有效抑制這些聲⾳，所以產⽣了幻聽。結構上的異常最常發⽣於額葉、顳 葉這些⼤腦區域，它們對應的剛好是聲⾳過濾系統中，最常⽤到的兩個區域。 國立交通大學機構典藏系統版權所有 Produced by IR@NCTU思覺失調症的⼤腦異常最常發⽣在「額葉」、「顳葉」，恰好是處理聽覺 與運動相關反應所在位置。（圖片來源／黃齡萱製作）資料來 源：《Gray's Anatomy》、美國國家⽣物技術信息中⼼ ⼤約四分之三的思覺失調症患者，持續有其他復發的⾝⼼障礙狀況。相關的治 療，幾乎都需服⽤抗精神病的藥物來緩解症狀，以及⼼理諮詢與輔導，嚴重到⻑ 期住院的例⼦也很常⾒。所以得花費⼤量的⼈⼒成本與經濟、醫療資源，⽽且疾 病本⾝與藥物都會讓患者的預期壽命減少，是很難克服的困境。⽽本研究發現了 過濾聲⾳的機制，更加清楚「消除」信號的存在，因此研究這項聲⾳抑制系統， 對於治療精神分裂症是有所貢獻的。
聽覺調適機制幫助 學習語⾔和⾳樂
這項抑制、過濾的機制，讓⽿朵聽⾒異常或新的聲⾳後，⼤腦產⽣反應，透過多 次的經驗，這個聲⾳就變成「⽇常」了。 這種聽覺的調適能幫助⼈參與複雜的學習活動，如學會說話、學新的語⾔、演奏 新的樂器等。假設我們正確的彈奏鋼琴，每⼀個⾳都如預期⼀樣，那聽覺⽪層活 動會減少。但如果按錯⼀個琴鍵，產⽣不同的⾳調，是平常沒聽過的，這時候聽 覺⽪層勢必產⽣很⼤的反應。⼤腦就會學習到，這個⾳是錯的，下次不能按到這 裡。學新的語⾔也是，學英文時，老師總是⿎勵我們多聽英文演講、英文歌，能 培養「語感」，其實就是同樣的道理。⼤腦習慣這個英文單字的發⾳、語調，只 要多聽幾次讓聽覺⽪層習慣，若講錯了或發現其他⼈講的較不標準，就會產⽣反 應。 ⽪層上的運動機制，讓⼤腦配有很強的「偵錯」系統。未來在學習語⾔或⾳樂 時，也許能運⽤它開發相關的學習機器，讓我們更順利地記起⼀⾸曲⼦、學會⼀ 個新的樂器、學好⼀種語⾔也說不定。研究⼤腦多年 過濾機制未來可期
「把話當⽿邊風」這個說法，其實不單只是⼀句俗語，⼤腦真的會因為頻繁接觸 到相同的聲⾳，把那個聲⾳⾃動忽略，轉⽽注意其他的。⼤腦的相關研究已經進 ⾏很多年，如今發現了如此重要的過濾聲⾳系統，配合現在的科學技術，不論是 結合醫療還是運⽤⼈⼯智慧發展相關的學習機器，都值得期待。 國立交通大學機構典藏系統版權所有 Produced by IR@NCTU
記者 黃齡萱
編輯 林芷懷
