有关大脑半球职能分工的研究

1981年诺贝尔生理及医学奖简介有关大脑半球职能分工的研究前言：诺贝尔奖是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人阿尔弗雷德•贝恩哈德•诺贝尔(1833-1896)的部分遗产作为基金创立的。为了纪念这位伟大的发明家，从1901年开始，每年在他去世的日子里，即12月10日颁发诺贝尔奖。神经科学的传统观念认为:人类大脑左半球有语言能力,能进行说、写、读和计算、逻辑思维等高级意识活动,而大脑右半球无语言功能,只有空间、形状、色彩等完形知觉,因而是低级的半球。斯佩里(Sperry)突破了大脑优势的传统观念,发现人类大脑右半球也有语言功能、自我意识和社会意识,大脑两半球都具有高级意识功能。这一科学发现,是斯佩里凭借长时期的知识积累,采用临床观察、动物实验、神经心理测验等多种手段,认真探讨、深入研究的结果,是神经生理学、心理学、医学领域中具有划时代意义的重大科学发现这一重大科学发现,给大脑两半球功能的传统观念画上了句号R.W.斯佩里（RogerWolcottSperry1913-1994美国人）出生于美国肯乃迪克州的哈法特并在临近的一个农场中长大。他进入了哈法特公立学校。在中学里他是一个在多运动领域中的明星运动员，并且成功赢得俄亥俄州Oberlin学院的奖学金。他在1935年从Oberlin学院毕业取得英语专业学位。在毕业之后Sperry继续留在Oberlin学院深造并取得心理学硕士学位。之后去了芝加哥大学，跟随当时很有影响力的生物学家PaulWeiss从事动物学研究，攻读博士学位。在佛罗里达和哈佛Yerkes实验室度过数年，研究灵长类生物。之后回到芝加哥任教。1954年去了加州理工学院担任心理生物学教授，并一直留在那里工作。RogerW.Sperry–AutobiographyBirthplaceandFamily:BornAugust20,1913,inHartford,asmallsuburb.Fatherwasinbanking;mothertrainedinbusinessschoolandafterdad'sdeath,whenIwas11yearsold,shebecameassistanttotheprincipalinthelocalhighschool.Onebrother,RussellLoomis,ayearyounger,wentintochemistry.ProfessionalpositionsBiologyresearchfellow,HarvardUniversity,atYerkesLaboratoriesofPrimateBiology(1942-46);Assistantprofessor,DepartmentofAnatomy,UniversityofChicago(1946-52);Associateprofessorofpsychology,UniversityofChicago(1952-53);SectionChief,NeurologicalDiseasesandBlindness,NationalInstitutesofHealth(1952-53);Hixonprofessorofpsychobiology,CaliforniaInstituteofTechnology(1954-present).Avocationalandanti-brain-strainCollectedandraisedlargeAmericanmothsingradeschool.Rantraplineandcollectedlivewildpetsduringjuniorhighschoolyears.Three-lettermaninvarsityathleticsinhighschoolandcollege.Throughmiddlelifecontinuedeveningandweekenddiversionaryactivitiesincludingsculpture,ceramics,figuredrawing,sports,Americanfolkdance,boating,fishing,snorkeling,watercolors,andcollectingunusualfossils.研究背景最旱形成大脑左半球优势见解的是Dax。1836年Dax收集了右利手失语症病例。发现右侧半球病变不发生失语症。他在著作中明确指出左半球与失语症有关。但他的文章当时未能发表。1868年法国外科医生Broca对失语症患者大脑进行解剖发现95%以上的病例是由于大脑同一区域的损坏导致的。1865年Broca发表了论文。把人的语言机制定位于左半球。发展了左半球优势的概念。1868年Ogle建立了与左半球优势功能有关的失写症这个概念。1874年Wernicke发现了左半球与语言理解有关。1872年Dejerine描写了左半球病变引起的失读症。1907年leipmann和Gerstmann发现左半球病变引起失用症。后来有人报道学习性随意运动的症病均由左侧半球损害引起，左半球负责进行对较高级随意运动的控制，是主要运动的执行者，左半球在计算推理中也占优势。斯佩里谈到:至本世纪50~60年代早期。大部分脑损害证据都集中地支持一个主导的进化得更高级的理智的左半球。以及相比之下另一个相对落后的右半球的设想。对于一个典型的惯用右手的人脑来说，右半球不但是无语言能力和无书写能力的。而且是读字困难的，患语聋症的和失用症的。通常缺乏更高级的认识功能。这种偏见随着斯佩里等人的裂脑人研究才逐步得到修正。对于右半球功能前人曾有过一些认识。1874年Hughlings,Jackson假设大脑右半球与知觉过程有直接关系。30年后Babinski注意到右脑功能缺陷引起感觉缺失.然而此观点未被引起注意。40~50年代中W.R.Brain(1941)J.Mceie,PiercyZangwill(1959)Critchley(1953)Henri.Hecoen等人描述过右半球损伤时引起的一侧空间不识症;A.P.rypngn等1950年描述右半球损伤可产生左侧凝视偏盲;1947年1*Bodamer,1952年Poetz等描述了右半球后部损伤可产生不认人症。上述认识在60年代前未得到重视.右脑功能的研究也处于较初级阶段。右脑功能深入的发现和左半球优势观念的转变自斯佩里等人的研究才产生了关键性改变。1961年美国洛杉矶白碑中心神经外科主任PhilipVogel和医师JosephBoge仔细研究了斯佩里等人所做的裂脑动物实验结果和前人切断胼胝体治疗癫痫的病例。决定应用此方法治疗癫痫患者。第一例手术是给一名48岁的退役军人做的。术后，顽固的癫痫得到了控制。斯佩里很快得知了这一消息，随后他做出了应用癫痫患者进行裂脑研究的计划。开始与他的学生等人在60年代初~80年代早期对12名裂脑患者进行了著名的裂脑人研究。至80年代获得了大量关于左右大脑半球专门化功能的认识。什么是裂脑人？神经解剖学和脑生理学知识告诉我们，人脑分成左右两半球，左脑半球接收来自人体右侧的感觉信息，如触觉、视觉等，并控制人体右侧的动作；右脑半球则接收来自人体左侧的感觉信息，并控制人体左侧的动作。人脑两半球之间由大约两亿条神经纤维组成的胼胝体连接沟通。20世纪40年代起，科学家对药物治疗无效的癫痫病人，采用切断胼胝体的办法。这么一来，癫痫病发作虽然停止了，但大脑两半球却被分割开来，“老死不相往来”，不仅信息不通，连行动也互不配合，这就是裂脑人。研究过程及贡献正常人的大脑两半球经胼胝体连接，形成统一的整体。当胼胝体切断后，大脑两半球成为独立的半球，身体的两侧就置于各自独立的控制下，即大脑左半球控制右眼和右半身，右半球控制左眼和左半身。假如严格控制裂脑人的感受野，使左眼看到的图像或文字，左手触摸物体的感受只进入右半球，右眼看到的图像或文字，右手触摸物体的感受只进入左半球，这样就排除了两大脑整合时相互掩盖各自功能的干扰，确保了每个半球独立地处理信息。斯佩里的裂脑实验设备斯佩里精心设计了裂脑实验设备:在裂脑人而前置放一块半透明的能映出文字和图像的屏幕.要求裂脑人凝视屏幕的中心点.这样中心点左侧的视觉刺激只投射到右半球.而在该点右侧的刺激只投射到左半球。为了避免眼动的不准确结果.屏幕上的半侧视野刺激只闪现1/10秒或更短的时间.这种显示方法可将刺激信号(文字和图像)投射到一半视野。裂脑人的手可以伸到屏幕下,但他看不到自己的手。他的正前方备有幻灯放映机.由实验者操纵手的动作.再由电视摄像机拍录下来进行分析。1.右半球的语言能力实验初期斯佩里等人受传统观念的影响也以为右半球是无语言能力的。试验开始时,当病人注视屏幕板中心点时,光点以1/10秒横过病人的视野,要求他回答看见了什么。每个病人都报告光点在右半视野闪现(左半球感知),而当光点在左半视野闪现时病人通常以语言否认看到任何光,(右半球感知)这似乎显示病人的右半球是瞎的。然而当要求病人指出闪现的光点而不用语言报告时,斯佩里等人才发现左右半球视野的光点都以相等程度被感知,病人不能用语言报告右半球的知觉显然是由于语言中枢位于左半球,说明右半球在很大程度上是无语言能力和无书写能力的。但后来发现分离的右半球能阅读闪现在左视野的书面词汇,因为用左手按照各种要求能在供选择的一系列物品中选择或指出对应的物体或图片。比如试验显示当铅笔这个词对右半球闪现时病人能用左手在屏幕下从一组看不见的物体中拣出一支铅笔。对于不直接地提及而仅仅用复杂的口述短语,例如:“一个测量仪器”,也能通过右半球正确地触摸取出。1973年斯佩里和E·扎德尔(Zaidel)等人又进一步发现右半球能辨认名词和一些形容词,但不能辨认动词。Zaidel发现右半球有辨认句法,发音和语义的辨别能力。1979年E.Zaidel应用经他改革的可作长时间观看的巩膜透镜技术（一种稳定映象技术将一种半视野不透光器放置在戴有角膜接触透镜的眼睛上）,证实了右半球的所有语义能力并扩展到综合性的一系列实验。2.右半球的专门化功能在裂脑人试验以前的大脑半球一侧损害的资料中,右半球功能专门化的一些早期的征象,例如对面容的辨认、衣着打扮、设计积术图案。画三维空间的立方体等,曾被归因于主要是由于感觉和运动执行区域的不对称性而不是由于更高级的重要的认识水平。斯佩里等人也曾把1967年以前实验中出现的任何有关右脑高级认识过程都假定为是从左半球经胼胝体提供过来的。然而到了1967年通过对裂脑人的研究,斯佩里等人提出了结论:每一个分离的大脑半球,都具有自己较高级的认知功能,每个半球接受测验时都显示出了自己的知觉、想象、联想功能,每一个半球都有它自己的学习过程和记忆链,而且,基本上与另一半球的意识经验无关。1965年,斯佩里,Gazzaniga,Bogen发现右半球不但有独立的认识功能,而且在一些特殊机能上胜过左半球。他们在几个病人中试验了左右半球处理视觉构造任务的功能,发现右半球处理的较好,如一个惯用右手的裂脑人只能用左手描摹样本,右手不能很好地完成这个任务。1972年JerreLevy和斯佩里所做的专门在右半球认知特性方面的实验研究发现,从三维空间展开到二维空间形态所作的模型内部的空间变换的智能,在右半球上发展的更好。1977年Frauco和斯佩里进一步证明拓扑学的几何辨别是由右半球在高水平上完成的,而左半球完成此几何辨别是极困难或不可能的。根据上述多年的实验和探索,结合前人及其他人的实验结果,斯佩里等人得出了新的关于左右半球专门化功能的认识。即左半球功能基本上是分析的、逻辑的、计算的、语言的。右半球功能则是空间的、综合的、音乐的、直觉感觉的。人们过去认为的那个不能读写的、智力迟钝的、甚至无意识的所谓从属的右半球被发现事实上在执行某些专门化功能方面优于左半球。大脑左右半球的功能右脑左脑音乐脑语言脑直观的理性的形象的文字的综合的分析的绘画的记号的经验的类型认识3.右半球的自我意识和社会意识说明右半球与左半球一样有嵌合图形的知觉意识试验在1