| 心理学“搭上”脑科学研究的“车”
来源:科学时报
上百年来，“脑科学”研究可谓硕果累累，在这一研究中，一流的科研方法与设备在其中的作用可谓举足轻重——功能性磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)以及不断涌现的方法为脑科学研究提供了一件件“武器”，助人类一步步深入认识“神秘”的大脑。
近日，在第28届国际心理学大会第9场公众科普报告会上，中国科学院心理研究所心理健康重点实验室研究员罗跃嘉向听众介绍了认知脑成像的研究现状与发展趋势。他说，这些技术能够从不同的侧面、多角度地动态观察脑的活动，可谓研究脑功能的“显微镜”。
进入认知神经科学时代
罗跃嘉说，人脑是由上千亿个神经元组成的复杂巨系统，这个复杂巨系统已经超过了单纯的医学或心理学研究的概念范畴，它实际上是一个信息科学的概念。大脑为人类提供了知觉、运动、注意、记忆、思维、语言、情感、意识等重要的高级功能的认知行为。在几百年前，人们还认为，人的认知活动是在“心”里面。
最早的脑科学研究可追溯到19世纪中叶，当时一位名叫Broca的法国科学家在进行了脑的解剖研究后，发现在额叶前面的一个区域，如果将其破坏的话人就会产生运动性失语。Broca是第一个将大脑的某一个区域的结构与功能联系起来的人。此后，Brodmann将人脑按照功能划分了50多个区，成为描述脑成像的基准，沿用至今。
20世纪生命科学最伟大的发现莫过于沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，由此揭开了生命的奥秘，而沃森和克里克在此之后不久也预言到了脑科学研究的重要意义。克里克则更加明确地指出，“没有哪一种研究，对于人类的重要性超过了对自己脑的研究，我们人类对宇宙的全部认识都有赖于这种研究。”他本人从20世纪70年代后期便开始将自己的研究方向转移到脑科学研究方面。
罗跃嘉介绍说，目前，脑的认知与行为的关系问题是人类在认知过程中必须解决的核心问题。认知神经科学是一门多学科、崭新的、发展迅速的新兴学科，其目的主要是阐明人类认知活动的心理过程和脑的机制，认知神经科学将揭示出人类的行为，即人类所表现出来的活动，与认知过程如记忆、思维、语言、情感等的脑机制和生物学基础。认知神经科学的研究将对人类理解自然和自身，增进脑和身心健康，发展全新的脑智能信息系统及提高全民族的创新能力做出重要的贡献。心理学研究正在与脑研究密切相结合，因此，在某种意义上说，心理学的发展已经由认知心理学进入到认知神经科学的时代。
脑功能研究的“显微镜”
认知神经科学研究的目的是了解大脑是如何工作的，这就需要采用脑成像等无损伤的技术手段。脑成像是指采用现代物理学和生物化学的原理，来显示或呈现出大脑的结构与功能活动。罗跃嘉说，目前常用的研究手段包括功能性磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)、事件相关电位(ERP)、脑磁图(MEG)、单光子发射断层扫描(SPECT)和光学成像等，这些技术方法克服了以往的解剖学或X射线断层扫描技术的不足，能够从不 同的侧面、多角度地动态观察脑的活动，因此被喻为研究脑功能的“显微镜”。
功能性磁共振成像近年来发展迅速，并成为目前探索认知脑科学的最有力的工具。其基本原理是脑功能活动能引起血氧水平的改变，磁共振仪通过探知这种信号变化，从而定位出脑功能活动的区域。这一技术在研究脑的认知心理活动过程、儿童的精神发育或疾病对认知功能的影响、神经外科手术中主要脑功能区域的定位以及随访观察疾病对脑功能的影响等方面都独具优势。美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德就是因为他们在磁共振成像技术领域所取得的突破性成就，获得2003年诺贝尔生理学或医学奖。
除了fMRI外，其它的各种用于认知神经科学的研究技术方法也各具特色，如脑磁图主要是测量脑细胞内的电流信号，不会产生失真；而脑电图则能测量到脑细胞外的电流信号；事件相关电位(ERP)能够采集到与声音、光线、图像等有直接固定时间关系的一系列脑电波，时间精度非常高，可以采集到每毫秒的脑电波形的变化。通过将毫米级高精度的fMRI与ERP结合起来?可以有效地提高脑功能研究的时间与空间分辨率。
“灵感”从何而来？
千百年来，“灵感”或“顿悟”作为人类解决科学和其他问题的一种独特方式得到了广泛的认可，它具有一些不同寻常的特征。比如说“顿悟”前常有一个百思不得其解的阶段，当灵感突如其来的时候，自己往往并没有意识到是在想问题，事后也无法说清究竟是怎么得到答案的。那么人的“灵感”究竟是从何而来呢？
罗跃嘉介绍了脑成像研究在这方面的研究进展。研究人员发现，“顿悟”或“灵感”是一个思维习惯或者思维定势的突破过程，与顿悟有关的特异性成分可能起源于大脑内一个名为“扣带前回”的区域。产生灵感的过程在380毫秒内完成。扣带前回的发现，为进一步发现“灵感”的生成机理和提高人类的创造能力打下了基础。
美国西北大学和德雷克塞尔大学科学家不久前的一项最新研究，也有力地表明“顿悟”与大脑的不同寻常的工作方式有关。研究人员让18名研究对象玩一种字谜游戏，内容是找出一个单词，使它能与列出的其他3个不同英文单词搭配，分别重新组合成三个有意义的新词。每名研究对象在解题过程中都需要报告他们经历过的“顿悟”般时刻。
科学家利用功能性磁共振成像(fMRI)和脑电图技术对接受试验者的大脑活动和脑电波进行了监测，结果显示，“顿悟”的出现与大脑右半球颞叶中的前上颞回区域有密切关系。当研究对象“顿悟”出答案时，这一区域活动明显增强，并在“顿悟”前0.3秒左右突然产生出高频脑电波；而通过常规方式获得答案的研究对象则没有这些情况出现。
科学家们由此得出结论认为，“灵感”或“顿悟”的产生有赖于大脑神经中枢独特的活动机制，这一机制为人们产生灵感这一独特的认知过程提供了支持，大脑独特的计算和神经中枢机制导致了灵感降临的那些“突破性时刻”。
逐鹿科学前沿
认知神经科学研究其复杂性和艰巨性不言而喻，但其应用前景令人鼓舞。罗跃嘉介绍说，目前，对于瘫痪病人，特别是高位截瘫患者的治疗与康复仍是一个世界性的医学难题，通过在瘫痪病人的运动神经系统安装一种脑芯片，将有助于瘫痪病人康复，特别是高位截瘫病人的上肢的运动。另外，脑芯片还有助于盲人重见光明。
用意识控制电脑游戏？这并不是拥有所谓“特异功能”的人的自我吹嘘，而是科学家通过特定装置达到的奇妙效果。美国科学家报告说凭借意识的力量，通过放置在大脑表面的一些电极，4名志愿者成功实现了对一个电脑游戏的控制。这一研究有助于科学家找寻方法，帮助那些行动不便的病人通过特定装置获得工作、阅读，甚至是自由行动的能力。
正是由于认知神经科学研究那“令人激动”的前景，世界各国都在这一研究领域投入了巨大的人力和物力。1990年，美国国会批准通过了“脑的十年”计划；1991年欧洲紧随其后也提出了自己的脑十年研究计划；日本于1992年推出了“脑科学时代计划”，研究目标指向认识脑的机制以及它是如何活动的，如何治疗脑的疾病以及人工智能与计算机模拟等。与人类基因组计划相对应的人类脑计划(HBP)也已经启动，研究重点是脑的结构与功能。另外，由三大部分组成的国际人类前沿科学计划(HFSP)中，其中一项主要内容，即认知科学与信息处理也将知觉与认知、运动行为、记忆与学习、语言思维等的研究作为重点。
在国家“973”计划、国家“十五”优先资助项目领域、中国科学院院重大项目等的资助下，我国科学家开展了“脑功能与脑重大疾病的基础研究”、“脑发育与可塑性研究”、“脑智科学的交叉前沿研究”等多项认知神经科学研究，并取得了多项有影响的研究成果。
(责任编辑：泉水) |