年4月2日,奥巴马宣布投入巨资启动“脑计划”,这是继人类基因组研究之后又一项针对人类自身难题的重大研究计划。该计划旨在运用最新的科学技术深入认识人脑的功能,最终目标是创建攻克大脑疾病的新方法,包括阿尔茨海默氏病、癫痫和帕金森病等的治疗。
临床上,神经外科医师对难治性顽固性癫痫患者施行完全切断胼胝体、前连合和丘脑中间块的手术,手术限于切断半球间的连合纤维而不伤及邻近脑组织,于是出现了分裂脑。神经生理学专家对这类患者进行了双侧分裂大脑半球信息传导障碍的一系列研究。
20世纪60年代,MichaelS.Gazzaniga、RogerSperry和JosephBogen一起,开始分裂脑研究工作。以后重要的研究成果都是基于当年的基础之上。团队的重要成员Sperry获得年诺贝尔奖。MichaelS.Gazzaniga在年的《NatureReviewNeuroscience》杂志上,撰文从信息传递、因果关系和自我认知等方面介绍分裂脑研究的过去,并展望未来的脑功能研究方向。同年,Baird和他的团队在《JournalofCognitiveNeuroscience》发表文章,报告应用DTI、fMRI以及行为学数据,观察不同个体胼胝体信息传递差异的研究成果。
图1.分裂脑研究历史进展。
完整大脑的胼胝体信息传递
Baird等要求健康受试者从不同视觉角度来确认物体,这需要半球间的信息传递,右半球负责从不同视觉角度认识物体,而左半球对物体命名。fMRI检测到对物体命名时额下回和顶上回出现强烈的信号,提示右半球顶叶皮质向左半球额下回皮质的信息传递过程中,有两种胼胝体信号传导通路。一是较快的后部传导通路,在顶叶皮质之间;另一是较慢的前部传导通路,在额下回皮质之间。更重要的是,该研究显示联合使用DTI、fMRI以及行为学数据可以发现健全大脑两半球间的功能联系。
理解因果关系
理解因果关系是了解多姿多彩的世界所必需的。通常认为理解因果关系建立在两个方面,感知因果关系和因果关系的推理。分裂脑研究有助于对感知和推理两个方面分开研究。
研究结果指出,因果关系的感知是右半球参与的过程,而更高级别的推理则由左半球参与。因此,在一个完整的大脑,我们能正确理解因果关系,是双侧大脑半球的共同协调的结果。
自我认知
患者胼胝体切开后,一个很自然的问题出现了:这两个不再相干的半球,是否有各自的“自我认知”?在一项研究中,作者M.G.请患者J.W.查看一组照片,一组是作者的,因作者与J.W.相处了很久,是他的“熟悉的人”,自我相似度为0%;一组是患者自己的,自我相似度为%。利用计算机技术,设计9组介于作者和J.W.之间的图片,相似度为10%-90%。阅读这些照片后,要求J.W.回答两个问题:1这是J.W吗?(自我认知)2这是M.G吗?(熟人认知),答案只有YES和NO两个选项。
J.W的测试结果显示,J.W的左脑偏向于“自我认知”,而右脑偏向于“熟人认知”。简单地说,左脑能根据一点点残存的联想,就能准确认知自我;而右脑则需要一个完整的图像才能完成认知自我。左脑与自我认知有线性的关系,而右脑只在有80%的图像基础上才能准确自我认知。这在某种程度上反映左脑在自我认知上的重要作用,可根据获取的各种信息做出判断和解释。
图2.自我认知测试示意图。
年ZaidelDW在《ProgressinBrainResearch》上撰文介绍,在近十年来,分裂脑的研究又取得了新的进展,尤其是在对大脑右半球大脑功能的研究上,得出许多新的结论,如大脑右半球在视觉、空间记忆上的调控作用,以及一些脑高级功能,如艺术上的主导作用。分裂脑研究工作正在迅速发展。正如MichaelS.Gazzaniga所述:如今的新工作都是建立在既往研究的基础上;在人类即将开始一个新的脑功能研究时代之际,分裂脑的研究是指引人类进一步探讨脑功能的灯塔。
(首都医科医院高法梁编译,医院王知秋教授审校,医院陈衔城教授终审)
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