诺亚的困境和大脑景观

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在过去几十年里，半脑特化成了通俗文学所热衷的话题。对“右半脑”和“左半脑”疗法、“右半脑”和“左半脑”特征、“右半脑”和“左半脑”个性的讨论非常普遍。但是，我们必须意识到，两个半脑的共同之处其实比它们的差异要多得多。正如位置相近但分别坐在通道两边的乐手演奏类似的乐器一样，半脑特化也不过是基于同一基础主题的两个平行变体。在这个主题之下，枕叶参与视觉，颞叶参与听觉，顶叶参与触觉和躯体感觉。但是，人脑远非一些仅限于专门用途的感觉装置的集合。我们能够识别复杂的图案，理解语言，分析数学关系。这些和其他复杂心理功能的神经基础是什么？我们将会了解到，大脑这个“乐队”是由众多“乐手”组成的，它们对“乐队”整体所做的贡献很难用简单的定义表达清楚，它们的“座位安排”既复杂又灵活，这真的像一场抢椅子游戏。

神经科学家一直通过脑损伤的后果来理解正常大脑的工作原理。其蕴含的逻辑用最简单的形式表达就是：假设大脑A区域受损，只影响了认知功能A的发挥，而认知功能B、C和D一切正常；相反，假设大脑B区域受损，只影响了认知功能B的发挥，而认知功能A、C和D一切正常；以此类推。我们最终就可以得出“区域A负责功能A，区域B负责功能B”的结论（见图3.3）。

得出该结论的方法叫作双重分离原则（principle of double dissociation），也是经典神经心理学领域一直沿用的核心方法。该方法在帮助人类理解大脑和认知之间的复杂关系方面做出了卓越的贡献，迄今为止没有哪一种研究方法能够与之媲美。但是，双重分离原则也存在不少缺陷。在一个具有高交互性的大脑中，某个区域的损伤可能会影响其他区域的功能。受损的大脑会经历各种形式的自然重组（因为大脑具有可塑性），因而将受损的大脑当作功能正常的研究模型是极具迷惑性的。虽然存在上述缺陷，但这种方法为我们提供了丰富的关于大脑的有用信息，我们有关大脑功能的所有当代理论或多或少都是在这些信息的基础上得出的。

注：A. 布鲁卡语言区：语言的某些方面受影响，面部识别不受影响。B. 梭状皮质：面部识别的某些方面受影响，语言不受影响。

图3.3 双重分离

脑损伤对认知的影响不仅能够回答“在哪里”的问题，而且能够回答“是什么”的问题。通过观察认知瓦解的各种方式，我们开始理解自然是如何将大脑功能“分割”成特定的认知操作的，又是如何将这些认知操作映射到大脑当中的。

在过去几年里，强大的功能性神经成像方法的出现给认知神经科学的研究带来了翻天覆地的变化。正如我们之前提到的，这些方法包括PET（正电子发射断层成像）和SPECT（单光子发射计算机断层扫描），尤其是fMRI。从放射性物质的辐射到局部磁场的改变，虽然这些方法所依据的物理原理各异，但它们都有一个共同点：通过这些方法，我们能够直接观测到研究对象在参与各种各样的认知任务时其大脑各部分的生理活动。美国著名心理学家迈克尔·波斯纳认为，功能性神经成像对认知神经科学的影响好比望远镜对天文学的影响。正如17世纪初望远镜的发明使人们对宇宙进行直接观测成为可能，借助20世纪末发明的功能性神经成像，人类实现了历史上首次对大脑活动的直接观测。

但是，功能性神经成像也有其自身的缺陷。大部分功能性神经成像技术无法直接测量神经活动，而是需要运用间接测量的方法，也就是运用“标记物”，如血流量和葡萄糖代谢等。不过，大量证据表明，这些标记物能够准确地反映神经活动的水平。另一个局限与我们识别激活源并将激活的不同方面与特定的心理操作联系起来的能力有关。神经科学家正在研发越来越强大的统计方法来解决这一问题。还有一个问题涉及任务的难易程度和成像设备（fMRI、PET或者SPECT）的信号强度之间的关系。当研究对象逐渐熟悉并掌握任务后，信号强度通常会减弱。原则上，这意味着一个高度自动化的、毫不费力的“简单”任务不会产生能够被检测到的信号。但是简单的、毫不费力的认知任务也不是发生在颅外的。它们也是发生在我们大脑中的活动，大脑损伤也会对它们造成持续影响。事实上，我们的大多数心理过程都是毫不费力的和自动化的，就像借助了自动驾驶仪一样。与之相比，那些费力的、有意控制的认知任务仅仅占人类心理活动的一小部分。

有这样一种可能，即功能性神经成像设备目前能够提供给我们的解决方案将我们的成像能力限制在了相对费力的任务上，而那些毫不费力的、自动化的任务并没有产生可以观测到的信号。而在实验当中，大部分比较复杂的认知任务很可能同时包括费力的认知和轻松的认知两部分。由于这些成像设备只反映了孤立的波峰，忽略了不可见的波谷，它们得出的激活“图景”可能是具有迷惑性的。你看到的很可能只是真相的一小部分。想要通过功能性神经成像数据来推测出某项认知任务的大脑激活模型，有点儿像在洪水暴发后，诺亚试图通过观察阿勒山露出水面的部分来推测出美索不达米亚平原的地形一样。在严格的定量任务中，理解信号强度与任务难度的关系，将有助于我们更好地理解通过fMRI和PET获得的认知激活数据。只要我们认识到已有神经成像技术的局限，对研究结果不要照单全收，而是批判性地予以使用，那么这些技术对认知神经科学来说就是极其宝贵的研究工具。

新的科学方法的出现往往是激动人心的。与此同时，它们也可能颠覆已有的假设。大多数科学发现都是在原有知识的基础上进行拓展和阐述，而不是对原先的知识予以全盘否定。科学研究停滞不前是比较罕见的情况。当这种情况发生时，原有假设就会受到驳斥，人们会转而支持完全不同的设想，我们称其为“范式转变”。科学方法的进步和概念的突破之间存在何种关系？科学史家对此一直争论不休。前者推动了后者，还是后者推动了前者？并不是所有的新科学方法都会立即引起概念的范式转变，哪怕它具有革命性的意义。庆幸的是，fMRI、PRT和MEG（脑磁图）研究得到的最新的功能性神经成像结果，已经大体上确认了早先借助脑损伤研究和传统EEG（脑电图）研究形成的认识。遗憾的是，我们尚未取得概念上的重大突破。