大腦結(jié)構(gòu)與功能初探

第二章認(rèn)知的生理基礎(chǔ)——大腦一、大腦結(jié)構(gòu)曾經(jīng)，認(rèn)知科學(xué)與腦科學(xué)的研究是分開(kāi)的，以往對(duì)認(rèn)知機(jī)制的解釋是理論化和符號(hào)化的，缺乏解剖學(xué)依據(jù)，亦或是在神經(jīng)水平上解釋不了那些“形而上學(xué)”的心理概念。但隨著當(dāng)代對(duì)認(rèn)知領(lǐng)域的跨學(xué)科研究興起，人們對(duì)大腦是如何運(yùn)作以實(shí)現(xiàn)認(rèn)知功能這一課題愈發(fā)感興趣，對(duì)腦的研究也同時(shí)促進(jìn)了神經(jīng)科學(xué)與人工智能方面的發(fā)展。一個(gè)完整的腦結(jié)構(gòu)包括：前腦、中腦和后腦。其中中腦和后腦負(fù)責(zé)維護(hù)基礎(chǔ)生理功能，認(rèn)知功能則由前腦承擔(dān)。1.1前腦的支持系統(tǒng)后腦由腦橋、髓質(zhì)（延髓）和小腦組成，延髓連接脊髓與大腦，既傳遞信息，也調(diào)節(jié)諸如呼吸、心跳等基本體征。延髓的上方是腦橋，信息在這里對(duì)側(cè)傳遞至前腦的左右半球，腦橋交叉的原因可能與提高信息交換效率有關(guān)，同時(shí)它也調(diào)節(jié)人的平衡感、生理節(jié)律，并涉及視聽(tīng)覺(jué)加工。小腦如同大家知道的一樣，負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)行為的協(xié)調(diào)、節(jié)奏感，它不僅包含了調(diào)節(jié)肌肉活動(dòng)的神經(jīng)元，也控制了視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)間的注意力轉(zhuǎn)換。你會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的功能是人類的原始祖先得以生存的絕對(duì)必要條件，小腦也是最早進(jìn)化出的腦結(jié)構(gòu)之中腦處于前腦與后腦之間，包含了上下丘腦和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)人的內(nèi)分泌和警覺(jué)系統(tǒng)，其中下丘腦通過(guò)釋放荷爾蒙控制垂體，這種化學(xué)物質(zhì)控制著人的日常生理需求和包括情緒在內(nèi)的生理指標(biāo)。黑質(zhì)與一些重要的神經(jīng)核也位于此，前者是多巴胺的主要分泌區(qū)，后者與諸如眼球運(yùn)動(dòng)這樣的軀體動(dòng)作調(diào)節(jié)有關(guān)。另外，丘腦并不歸屬于前腦或中腦，而是占據(jù)由下丘腦承托的一個(gè)叫“間腦”的腔室，負(fù)責(zé)將感覺(jué)信息進(jìn)行初步分析，再投射至大腦皮層，是感覺(jué)神經(jīng)元的中轉(zhuǎn)站。1.2前腦的結(jié)構(gòu)前腦由端腦(cerebrum)和邊緣系統(tǒng)組成。邊緣系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)本能和情感行為，其中比較為人所知的部分如海馬、杏仁核分別控制著記憶與情緒體驗(yàn)。Afll耳*j直*同GpFMdi蟲(chóng)Afll耳*j直*同GpFMdi蟲(chóng)nUI曲?剛?cè)雠稀鰫utof.MS?PLH皿曲呷M4亠qommiturtr-OllriH每■ft與認(rèn)知關(guān)聯(lián)最大的部分顯然是端腦，最主要的部分是皮質(zhì)和髓質(zhì)，分別是神經(jīng)細(xì)胞體和神經(jīng)纖維的聚集地。皮質(zhì)分為額葉、頂葉、顳葉和枕葉，其中頂葉為軀體感覺(jué)皮層，枕葉負(fù)責(zé)視覺(jué)信息加工，顳葉處理聽(tīng)覺(jué)，額葉則控制精細(xì)動(dòng)作、動(dòng)作計(jì)劃以及利用工作記憶進(jìn)行思考。前額皮質(zhì)是最具可塑性的腦區(qū)，成熟最晚，同時(shí)也是受衰老、毒素、壓力等負(fù)面因素影響最大的區(qū)域。二、腦功能定位了解認(rèn)知在大腦中的運(yùn)作，首先要定位該過(guò)程發(fā)生在何處。較為科學(xué)的腦功能定位源于對(duì)腦損傷的研究，像負(fù)責(zé)表達(dá)和理解語(yǔ)言的腦區(qū)就分別被稱為布洛卡言障礙。另外，頂葉的初級(jí)軀體感覺(jué)皮質(zhì)與運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)也對(duì)應(yīng)了諸如四肢、面部的感覺(jué)與控制功能。然而更為高級(jí)的認(rèn)知加工卻不再限于單一區(qū)域，協(xié)同性和可塑性開(kāi)始體現(xiàn)，如果這部分腦區(qū)有受損，其它完好部分的腦區(qū)可以“代償性”地接管受損的功能。一般認(rèn)為，人類在4歲之前，大腦這種可塑性代償功能是最強(qiáng)的。大腦的左右半球存在著獨(dú)特的協(xié)同方式，這意味著兩個(gè)半球的功能并非對(duì)等，而是各有所長(zhǎng)，我們稱其為功能偏側(cè)化。大部分人的左腦擅長(zhǎng)陳述性知識(shí)學(xué)習(xí)和對(duì)事實(shí)的分析，右腦則擅長(zhǎng)程序性知識(shí)學(xué)習(xí)和對(duì)視聽(tīng)信息的整合與感知，然而大部分認(rèn)知活動(dòng)需要兩個(gè)半球功能的協(xié)同才能完成，這一點(diǎn)通過(guò)著名的“裂腦人研究”被清楚地體現(xiàn)。被切除胼胝體的病患，用左手抓取一個(gè)擋在簾幕后的日常物品時(shí)（太陽(yáng)鏡），由于其語(yǔ)言中樞在腦左半球，而觸覺(jué)信息在右半球，兩者的割裂導(dǎo)致語(yǔ)言中樞無(wú)法接收到觸覺(jué)信息，使病患不能表達(dá)出自己抓到的是什么。不僅如此，跨通道的感覺(jué)統(tǒng)合（例如手眼一致）也因?yàn)閮砂肭虻男畔⒉唤粨Q而變得不可能。當(dāng)受試者只用左眼去看速視器上呈現(xiàn)的單詞時(shí)，由于右腦沒(méi)有語(yǔ)言中樞，不能描述摸到的物體，所以當(dāng)其用左手觸摸簾幕后的物體時(shí)，受試無(wú)法確認(rèn)自己摸到的東西是否和所看到的單詞表示的一致——即使偶然摸中，受試也不能正確表達(dá)。在這里，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)看到了視覺(jué)與觸覺(jué)對(duì)同一件事物的反應(yīng)出現(xiàn)了不一致的現(xiàn)象。該團(tuán)隊(duì)由美國(guó)加州大學(xué)的斯佩里教授和其學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)，從醫(yī)院選取了數(shù)名因患頑固性癲癇而被切除了胼胝體的病患，研究他們的感覺(jué)統(tǒng)合功能受到了怎樣的影響