生命的電：生物醫學ｘ電，改變未來的奇蹟革命

【作者序】

 

前言 電流時事

 

經常有人說電很奇妙、美麗；但它之所以如此，單純只是因為與其他自然力量有相同之處。——麥可．法拉第（Michael Faraday）

 

　　我們生活在一個充滿電的社會裡。日常生活中，絕大多數的活動都是靠電力來驅動、照明或是加強。要是你曾碰上長時間停電，就會明白我的意思。然而，有些人對電的本質抱持很詭異的想法。他們認為電是一種外在的物理力量，是在身體之外，是透過電線從一個設備傳遞到另一個設備，完全被限制在電子設備內。他們不明白，電也是一種生物力，特別是對具有神經系統的動物來說，甚至在那些沒有神經系統的生命形式中，電也是不可或缺的。

 

　　許多人也還沒意識到，電其實是生命的基礎。第一批的原始生命正是在電所產生的電花中出現的，就此開展了演化之路，從而產生今天具有複雜內部電生理系統的複雜物種。要是沒有電，就沒有生命。不妨稱此為「電之生命／eLife」 。

 

　　這是一本從生物學角度來講電的書。儘管這樣的路數看似不尋常，但我認為這是講電的故事之最佳方式。因為許多我們對電的認識最初就是在研究電對身體感官和肌肉組織的影響時發現的。更令人不可思議的是，我們對神經系統的了解幾乎全都是用電來進行實驗，以此來對神經進行探測。因此，在這樣一個故事中，同時講述電學和神經科學其實並不是什麼驚人之舉。

 

　　幾個世紀以來，電學和神經領域的發現可說是相互提攜，一個領域的發展往往促成另一個領域的進步。英國科學家威廉．吉爾伯特（William Gilbert）在十六世紀後期首次用「電學」（electricity）一詞來描述他對電的物理力量的研究。此後不久，英國醫師托馬斯．威利斯（Thomas Willis）則提出「神經學」（neurology）一詞來描述他對人類反射和麻痺的研究。這類神經學研究從單純描述神經構造，進展到對神經系統運作的功能性研究，當中用作探測的工具就是電，會針對特定目標加以電刺激。

 

　　不過，在體內，會對電訊產生反應的可不是只有神經而已。包括心肌在內的肌肉細胞也是透過電來控制其機械性的功能，甚至連非肌肉組織也有透過神經系統來發送和接收電訊，這是向大腦通報自身狀態，並且接收大腦指令的方式。事實上，我們身上幾乎所有的機能都受到電子監控。

    

　　這是因為細胞、組織和器官的電調節對生存至關重要，因此若是身體的「電力設備」遭到破壞，可能會造成重大傷害，甚至有可能致命。如今，我們身邊到處都是電，因此更需認識電造成死亡的狀況、原因與方式。所幸，現在的我們對電的致命影響有很多知識，尤其是「電震」（jolts）這種突然傳來大量電的現象，這一點對於預防和治療嚴重電擊很重要。

 

　　自發現電以來，已多次將其應用在各種疾病的治療上。由於過去對人體生理學的認識不足，對致病機制也不清楚，再加上對電在體內作用的誤解，早期的電療手法參差不齊——這還是比較委婉的說法。在早期的各種電療法中，電解除毛（hair electrolysis）可能是少數幾個持續到今天幾乎都沒有什麼變化的療程。

 

　　在早期達到全盛時期後，電療在十九世紀後半便不再流行，甚至成為醫學界的禁忌。但隨著電學和神經科學的成熟，對於用電來治療疾病的興趣又死灰復燃，尤其是在神經系統方面的疾病，例如針對憂鬱症的電痙攣治療法（electroconvulsive therapy）和針對帕金森氏症的深層腦刺激療法，此外許多其它疾病也開始應用電療。電的醫療用途甚廣，可以讓截肢者透過心智來控制義肢，也能用來幫盲人恢復視力。在未來，電療甚至可望取代許多藥物，成為治療多種疾病的一線療法。這樣一來，便有可能避免這些藥物的副作用，特別是這些副作用往往都很嚴重。但不幸的是，我們現在也發現，用電來治療焦慮症，有時幾乎會像毒品一樣讓人上癮。

 

　　這本書不是關於電學或電生理學的科學教科書。若你是電氣工程師或電生理學家，本書恐怕無法滿足你的專業需求。我希望這本書能夠廣為各界人士閲讀，因此我避免使用術語，並且特別聚焦在電的故事，這對於認識電之於生物學和健康的關係十分重要。

 

 

【推薦序】

 

萬物皆帶電，貓與人無異

 

臺灣大學動物系、倫敦大學帝國理工學院科技醫療史碩士——王惟芬

 

***

 

　　「電是生命奧祕的關鍵，不僅只是讓烤麵包機這類電器運作而已，

 

　　它更為宏大，

 

　　電既玄妙又神奇，遠超乎人類的理解範圍，

 

　　是一股大自然神祕的力量

 

　　偶爾可見之於蒼穹

 

　　是解開生命最深遠也最驚人奧祕的鑰匙。」——路易斯．韋恩（Louis Wain, 1860-1939）

 

　　上面這段話，不是擷取自書中的某個段落，而是在《天才貓奴畫家》這部根據路易斯．韋恩這位真實人物的傳記電影中所看到的。在翻完這本書之後，我覺得這位改變貓在英國社會地位的天才畫家——實際上說他是畫家還太過狹隘，這人根本是個通才型的博物學者——對電的理解很玄妙又神奇地貼近這本書的旨趣，甚至連他的通才型人生也都與本書的跨領域探究路線以及作者本人的廣博學識有某種呼應，儘管他對電的理解跟今日大相逕庭。

 

　　之所以選這部電影來破題，除了路易斯．韋恩本人對電的想法與我翻譯本書的感受不謀而合之外，另一個原因是這部電影的原文片名。The Electrical Life of Louis Wain直譯過來大概是《路易斯．韋恩的電力人生》，中文版的譯名完全偏離——這是影視翻譯令人豔羨的自由——不過這不是我這裡的重點，而是原文中的「電力人生／Electrical Life」這兩字的組合，因為它一方面點出這本書的兩大主軸：電和生命，一方面也直指翻譯這本書的難處。

 

　　這兩個英文單字看似能夠簡單地對應到中文，但實際上非常難翻，尤其是當這兩個字擺在一起的時候。看著這部片的片名，幾乎立即讓我聯想到本書的原文書名：Spark: The Life of Electricity and the Electricity of Life。若是照字面直譯，大概會是「電花：電的生命與生命的電」——但這樣近似繞口令的短句，讓人讀來莫名所以，不知所云。

 

　　電有生命嗎？生命帶電嗎？然後是「電花／Spark」，這個字其實可當名詞與動詞，也有很多字義，在翻譯時只能選一個與電最貼近的「電花」，但這樣的選擇就逃不了在翻譯過程中意義遺失（lost-in-translation）的魔咒。我幾乎可以肯定Spark也有激發和創意的意思，特別是在電學研究與生物科學研究交會處的激盪，那是一種創意的火花，一種激勵鼓舞，或者如作者所言，「一個領域的進步激發另一個領域的進步」。但很不幸，我想破頭也找不到能夠與之相對應的中文字詞組合。所以只能選擇貼近字面的翻譯，並在譯序中把遺失的意義再補回來。

 

　　補充完Spark，再來是「電的生命／ Life of Electricity」。按照我們對生命的定義，電當然沒有生命，作者這裡指的是從遠古以來人對電的認識，有點類似是在對人類對電的認識（或想像）進行考古，從一開始發現摩擦琥珀會產生靜電，電學的研究，再到電的應用，特別是近來最夯的腦機介面與人工智慧。而這條研究發展路線又與「生命的電／Electricity of Life」這條研究生命中的電現象的路線彼此交錯纏繞。比方說，先是十八世紀伽伐尼在蛙腿中「發現動物電」，後有法拉第在早期的電學研究中將蛙腿當作測量電的探測器；時至今日在電池的研發上，也會參照電鰻的發電構造。而在生命科學這一邊，更是仰賴電學的進展才對生命運作的認識產生重大突破，特別是神經科學，從動作電位的認識，電在醫療上的應用，乃至於透過神經連結的各種電子輔助肢體的應用，甚至讓人看到《鋼鐵人》當中用意志遙控手臂的遙遠可能性。

 

　　而這樣以兩大學門電光石火的彼此激盪來說明電與生命的關係，似乎還流於形式，電其實是生命的基礎，就如同作者所言：

 

　　要是原子不能透過共享外層電子來滿足它們成對電子的需求，會有什麼樣的後果？思考這問題其實很有趣。若真是如此，就不會有所謂的共價鍵結合，原子也不會轉化為分子，更不會產生構成細胞物質的分子。簡言之，這個星球上就不會有生命存在。可以說，正是電子的這種化學性質讓生命得以存在。

 

　　這段話讀起來理所當然，但卻是我第一次看到有人以電子來貫穿物理、化學和生物。這其實也剛好反映出這本書在各領域來回穿梭的基調，而且遠超過上述這三門學科，還會進入數學、工程、電子學、醫學等，讀來也讓人驚呼連連，在腦中產生很多火花激盪——而現在只要想到這些激盪的背後正是來自我腦部的神經電位運作，想到這個文學意象也具有物理－化學－生物的實體性質，想到我就是靠著腦中的電生理反應來思考「電」這個問題，就不得不在讚嘆生命精妙的同時也佩服起作者的用心與功力。

 

 

【審定序】

 

如親臨那電光石火般的現場

 

台大動物學博士，現任宜蘭大學生物機電工程學系專任教授——蔡孟利

 

***

 

　　生物體的運作機制並沒有自外於物理、化學等其他學科所依循的自然定律，這是現代生物學研究者的基本共識。但是在十八世紀那個連物理、化學在許多基本定律都還渾沌未明的時代，像「電」這種看不到、摸不到，甚至也無法想像它的樣子的東西，到底要如何描述它、認識它，甚至駕馭它？兩百多年前諸多科學工作者創造的電學成就之所以令人驚奇，得讓我們把思緒拉回到那個渾沌未明的時代，才能真確感受到一道道如閃電的靈光乍現之意義所在。

 

　　在十九世紀末，這個仍然認為有著超乎自然定律之生命力的生機論還未消退的時代，這個顯微設備還不足以解析生物體細微結構的時代，「電」這種看不到、摸不到、甚至也無法想像它的樣子的東西，到底要如何將它與生命的運作連結在一起，甚至利用它來干涉生命的運作？同樣地，若要理解那時的科學工作者許多以現代眼光看來是荒謬與怪誕的作為，我們得把自己擺回那個生機論還未消退、生物結構仍諸多未明的時代，才能看出那些作為都是在科學發展與應用進程中的理所當然。

 

　　即便到了現代，對於物理學的「電」以及生物學的「電」各種基本性質已經明白的今天，如果我們對於生物體內如迷宮般的結構，沒有個能夠實際想像的畫面，對於神經系統至今仍無法透澈解析的事實沒有正確的概念，那麼對於在生物體複雜的導體環境內，要精準地解讀作為訊號的電以及發送作為刺激物的電到底有多困難，就很難有清楚而正確的認知。

 

　　以上所述那些認識「電」的條件，正是《生命的電》這本書的優點。作者很仔細地描繪了「電」的發現、詮釋、應用與展望等歷程中的各種背景，透過如親臨歷史現場般的環境鋪陳，讓讀者能以合適的時空想像，以感同身受地心領神會。而對於中文的讀者來說，很幸運地，原作者這麼努力地為讀者還原「電」的現場的用心，剛好遇到夠好的譯筆將之精確地轉化為中文，閱讀起來毫不費力。

 

　　這不只是譯本，也是中文的科普創作；開卷有益，這本書就是。推薦大家。