证据
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在科学中，即便是那些最合理、最具美感的假说，也必须经过实证检验。可以证明左右半脑之间的动态关系的许多证据其实是用非常简单的工具获得的。这些工具利用的是神经布线的一些基本特征。大脑中的大多数感觉通路都是交叉作用的：来自外部世界左半边的信息主要传递至右半脑，来自外部世界右半边的信息主要传递至左半脑。对触觉、视觉以及一部分声音信息而言，这一观点的确是成立的。当然，在正常情况下，左右半脑会进行互动并分享信息，因为它们由大量被称为胼胝体和接合处的纤维束相连。不过，通过快速地将信息传递至感觉场的一边，就可以看到某个半脑与信息输入端正好相反的事实。
用简单的设备就可以实现这一目的了。速示器就是运用该原理的一种简单的视觉投影设备。有关半脑运作的绝大多数信息都是借助速示器获得的。研究声音信息的感觉通路交叉现象时使用的是双耳分听设备，也就是一个配有两只耳机的磁带播放机。
运用上述方法进行的大多数研究都是围绕着对关于两个半脑作用的静态观念的重申和阐述展开的，很少有突破性进展。大部分研究的目的不过是进一步扩展两个半脑的功能列表。不过，一些研究结果得出了出人意料的结论，与公认的“真理”不符。
对音乐的处理和对人脸的感知是右半脑的重要功能。传统上，脸盲症（面部识别障碍）和失音症（旋律识别障碍）一直被当作由中风或者其他原因导致的右半脑损伤的症状。不过，毕弗和基亚雷洛的经典实验表明，负责处理音乐的半脑和与音乐专长有关的半脑之间有着惊人的关系。对音乐知之甚少的人在处理音乐时一般是用右半脑，而训练有素的音乐家通常是用左半脑。由于大部分人对音乐的了解非常有限，将音乐与右半脑联系起来的传统观念是有道理的，但其理由不够充分。音乐和半脑特化之间存在内在的、必然的联系这一观念站不住脚了。相反，由哪个半脑负责处理音乐信息似乎是相对的，它是由接受音乐训练前接触音乐的程度决定的。在人脸识别方面也有类似的发展。右半脑主要处理模糊的人脸，这与传统观念是一致的。而左半脑主要负责处理熟悉的人脸。我们又一次发现，这样的相对性基于新奇性-常规化这一区分。
上述研究所记录的从认知新奇性到认知常规化的转变，以及与之相关的从以右半脑为主导到以左半脑为主导的转变反映的是学习的自然过程，这些转变往往需要几年时间。类似的“认知重力”从右半脑到左半脑的转换也可以在更小的时间尺度内得到证明，这种时间尺度小到可以在实验室条件下实现。
在实验室中对学习过程的动态模拟进一步证实了半脑特化的新奇性-常规化原则。在这些模拟实验中，研究人员设计了一种受试者从未见过的任务，甚至与其先前的经验毫无关联。然后受试者在一项长达数小时甚至数天的漫长实验中频繁接触该任务。使用速示器和双耳分听设备就可以证明，一开始，受试者右半脑的表现优于左半脑。但是，随着受试者频繁地接触该任务，这个模式就逆转了，左半脑的表现变得越来越突出。无论是听觉还是视觉刺激，非语言的几何图形还是语言刺激，只要该任务涉及对语言的非常规使用，得到的结论都是一样的。因此，控制权从右半脑到左半脑的转换似乎是一种普遍的现象，得到了各种类型的学习任务的证实，有语言的学习任务，也有非语言的学习任务，时间跨度从几分钟、几个小时，一直到几年、几十年。在确定哪项任务由哪个半脑负责时，新奇性-常规化这一维度似乎可以涵盖所有其他变量。
虽然利用速示器和双耳分听设备得出的研究结果令人信服，但它们所要求的刺激呈现方式与现实生活中的信息传递方式几乎没有相同之处。证据是间接的，因为它是推断出来的，而不是在大脑中直接观察到的。由于速示器和双耳分听设备天然地无法揭示两个半脑处理信息时的确切的神经解剖情况，我们得到的证据也是不准确的。那么，这些研究结果与真实过程之间究竟有多大关联呢？有必要在更加自然的情境中检验两个半脑的动态互动。
研究关于大脑-行为关系的动态理论需要一些动态的实验工具。直到功能性神经成像技术的出现，人们才掌握了真正适合研究大脑-行为关系的动态特征的方法。可以通过为学习曲线的各个阶段拍摄“快照”的方式来研究其动态特征，大部分的训练就发生在“快照”与“快照”的时间间隔中。
越来越多的功能性神经成像研究运用了这种方法，并为其配备了各种现代技术，包括fMRI、PET、MEG和SPECT等。用上述方法获得的证据同样证明右半脑与新奇性、左半脑与常规化之间有着密切联系。
美国国家心理卫生研究所的亚历克斯·马丁及其同事为此提供了强有力的证明。他们用PET对受试者在学习各种信息（有意义的词语、无意义的词语、真实的物体、虚构的物体等）时的脑血流量模式变化进行了研究。每种类型的信息都会被呈现两次，但每次呈现的具体信息不同。首次呈现的内容如果是全新的，那么右半脑的颞叶内侧结构就会被激活，但在第二次呈现时，这种激活的水平就会降低。反之，左半脑的颞叶内侧结构会一直处于激活状态，如图4.3所示。这些实验结果非常重要，因为血流水平能够反映神经激活水平。
在马丁的研究中，激活状态从右半脑到左半脑的转变普遍适用于四种类型的信息，包括语言信息和非语言信息。这意味着，右半脑与新奇性、左半脑与常规化之间的联系并不取决于信息的性质，上述联系是普遍存在的。此外，尽管同一具体信息不会在试验中连续出现两次，但激活状态从右半脑到左半脑的转变总是存在的。因此，激活模式的变化反映的是学习过程的一般性质，而不是针对某一特定事物的学习。
注：在面对新任务时（A），右半脑被明显激活，但随着熟练程度的提升，其激活水平会降低（B）。
图4.3 大脑区域激活水平变化与任务熟悉程度之间的关系
一个英国神经科学家团队也有类似的发现。无论是人脸还是符号，只要受到不熟悉的刺激，右枕叶（梭状回）的激活水平就会提升。相反，当熟悉度提高后，右枕叶的激活水平会降低，左枕叶的激活水平会增加。和马丁的研究结果一致，不论是何种性质的刺激，新奇性-常规化的效果都是存在的。对符号（传统观点认为符号与左半脑有关）和人脸（传统观点认为人脸与右半脑有关）来说同样如此。
戈尔德及其同事用PET研究了健康的受试者在执行对额叶来说比较复杂的任务（此时大脑在反应和左右交替方面都比较缓慢）时的局部脑血流量模式的变化。他们对比了学习曲线的早期（生疏时）阶段和晚期（熟练时）阶段。额叶在两个阶段都被明显激活，在早期阶段的激活水平明显高于晚期阶段。尤其值得注意的是相对激活水平的变化。在早期阶段，右前额叶皮质的局部脑血流量大于左前额叶皮质。在晚期阶段，情况恰恰相反，左前额叶皮质的局部脑血流量大于右前额叶皮质，这个过程伴随着前额叶皮质激活水平的全面下降。
沙德梅赫尔和霍尔库姆用PET研究了学习复杂的运动技能时受试者的局部脑血流量，该技能要求受试者预测并掌握某种机器人装置的行为。研究表明，与基线状态相比，右前额叶皮质（额中回）在初期阶段的激活水平明显上升。相反，左后顶叶皮质、左背外侧运动前皮层和右前小脑皮质在后期阶段的激活水平比初期阶段有明显上升。
海尔及其同事用PET研究了受试者在学习流行的空间拼图游戏“俄罗斯方块”时的葡萄糖代谢率。在经过4~8周的日常俄罗斯方块游戏练习后，虽然受试者玩游戏的水平提高了7倍多，但其皮质表面区域的葡萄糖代谢率反而下降了。在受过训练之后，游戏玩得最好受试者的大脑不同区域的葡萄糖代谢率下降得最多。
伯恩斯、科恩和旻屯（Mintun）用PET研究了受试者在反复学习有规则可循的关系体系（“语法”）时的局部脑血流量变化。他们先给受试者介绍了语法A，紧接着介绍了语法B。二者之间的差别非常小，受试者甚至都没有觉察到自己已经在学习语法B了。在受试者学习A、B两种语法的过程中，研究人员拍摄了一系列神经成像快照。学习语法A的时候，受试者的右腹侧纹状体、左运动前区和左前扣带回结构首次被激活，激活水平随后开始下降。相反，右背侧前额区域和右后顶叶区域的激活水平在不断上升。引入语法B之后，其左运动前区、左前扣带回结构和右背侧前额区域第二次被激活，激活水平随后开始下降。
赖希勒及其同事用PET研究了受试者在执行语言任务（为看到的名词匹配合适的动词）时的局部脑血流量变化。研究人员先给出了一系列名词（不熟悉的状况），在受试者进行大量练习后，又给出了一系列新名词（新奇的状况）。在面对不熟悉的状况时，受试者的前扣带回、左前额叶、左颞叶和右小脑皮质被激活了。这种激活状态在受试者经过练习后基本上消失了，并在面对一系列新名词的时候部分得到了恢复。进一步分析表明，面对不熟悉的状况和新奇的状况，受试者的右小脑明显被激活，但在受试者经过练习后，激活状态就消失了。相反，受试者经过练习后，其左枕叶内侧明显被激活，但面对不熟悉的状况和新奇的状况时却不会被激活。因此，即便是语言任务，只要是新任务，在一定程度上也要依赖右半脑。可以证明，在语言任务的难度（很可能是一种不完全的常规化）和右半脑之间也存在着一定的类似联系：需要更长的处理时间才能够完成的任务需要右半脑更深层次的参与。
托尔文及其同事用PET研究了人脑识别过程中与新奇性和熟悉性相关的局部脑血流量有关。熟悉性与双侧额叶和顶枕区的广泛网络的激活有关。新奇性与双额颞叶、顶叶和枕叶的广泛网络的激活有关。此外，新奇性与海马结构和海马旁结构明显的非对称激活（发生在右半脑而不是左半脑）有关。使用fMRI可以得到大致相似的实验结果。当受试者进行一个互补（不同）的而不是模仿（相同）的行为时，其右侧下额区和右侧下顶区明显被激活。在一项比较“探索”（寻求新奇性）与“使用”（在模棱两可的情况下使用已经掌握的知识）机制的研究中，纳撒尼尔·道及其同事发现，与探索行为相关的右前额叶区域特别活跃。美国国家心理卫生研究所的莱斯利·昂格莱德实验室的一项研究则表明，与“简单”目标（属于已知类型，明确且能够被立即识别）有关的知觉决策是受左背外侧前额区域指导的。
一个日本神经科学家团队将伽马EEG频率作为认知激活指数，对以行为者为中心的偏好任务（本书第6章和其他地方将详述认知偏见任务）的改进版进行了研究，有效地证明了“认知重心”从右半脑到左半脑的转换。这些实验结果非常引人注目，这种转换事实上是二维的，随着对任务的熟悉程度的提升，认知重心既会从右半脑转换至左半脑，也会从大脑前部转换至后部（见图4.4）。该实验结果的意义在下一章将进一步凸显，我们将审视新奇性与额叶之间的关系。
注：深色阴影代表较高的激活水平。A表示初次接触该任务时，后额叶特别活跃。B表示实验进行到一半时，额叶的激活已经转移至右半脑，两个半脑的后部区域都很活跃。C表示实验进行到尾声时，左半脑的后部区域特别活跃。
图4.4 随着对任务熟悉程度的增加，伽马EEG中呈现的皮质激活水平的变化
罗伯特·奈特及其同事对执行视觉运动任务的受试者进行了事件相关电位研究，也发现了认知重心从右额叶转换至左顶叶的类似情形。
在过去的几年里，计算与神经成像领域出现了一些著名的二分法，大体上与对认知新奇性和认知常规化的区分类似。“探索”和“使用”的区分就是其中之一。另外，“批评者”和“行动者”的二分法特别适用于额叶和相关结构。“批评者”通过学习对未来的奖励进行预测，“行动者”用学到的知识指导行动。J. O’多尔蒂及其同事进行了一项旨在区分两者的fMRI研究，得出了如下结论：“批评者”是由腹侧纹状体（双侧壳核和右伏隔核）介导的，“行动者”是由背侧纹状体（左前尾状核）介导的。腹侧与背侧的区别显然是非常有趣的。它和一个宽泛的、时间更久远的观点相呼应，即认为眶额结构对个人的价值评估功能至关重要，而额叶凸面在对外部世界进行导航的过程中发挥了极其重要的作用。我感兴趣的还有J. O’多尔蒂的研究结果的偏侧性，虽然多尔蒂没有强调这一点：具有探索者特质的“批评者”往往与右前脑有关，具有执行者特质的“行动者”往往会与左前脑有关。
上述大量证据表明，借助早先的“科技含量较低”的速示器、二分法和当今最先进的fMRI得出的结论有着令人印象深刻的一致性。大脑这支乐队似乎可以被分成两组演奏者。坐在通道右侧的演奏者更快地初步掌握曲目，但从长远来看，经过适当的练习后，坐在通道左侧的演奏者更容易接近完美。如果将大脑比作公司，大脑这个庞大的组织似乎是由两个主要部门组成的：一个处理比较新的计划，另一个负责运行已有的、进行中的生产线。事实上，两个半脑都参与了全部的认知过程，但它们的相对参与程度会依据新奇性-常规化原则而有所不同。
神经科学的多个领域都出现了支持上述概括性结论的证据。除了前述的神经心理学和神经成像证据外，行为-生化证据也为其提供了佐证。左半脑中的多巴胺能通路更重要，在动物模型中，多巴胺系统受到刺激后会产生刻板的、重复的行为（在先前经验中被强化）。相反，右半脑中的去甲肾上腺素能通路更重要，刺激去甲肾上腺素能系统能产生探索性的、求新的行为，对去甲肾上腺素能系统的药理学抑制会增强反应抑制功能。类似地，史蒂文·格罗斯伯格等人提出，将新知识习得机制与旧知识的保持机制分开后，可以提高神经网络的计算能力。
病理学研究的结果指向了同一方向。当病理性定向反应增强时，相关的电生理活动会产生偏侧性，主要与右半脑相关。
认知控制的发生位置从右半脑到左半脑的转换发生在多种时间尺度上：短到几分钟、几小时（如在实验过程中进行学习），长达几年、几十年（学习复杂的技能和编码，包括语言）。这种转换甚至可能超越个体的时间尺度。有观点认为，整个人类文明史的特点就是认知重心从右半脑转换到左半脑，因为在此过程中人类积累了各种现成的认知模板。这些认知模板通过语言等外部文化手段被储存，并被个体当作认知的某种“预制构件”在学习过程中被内化。所有想用神经解剖学的术语来诠释维果茨基的文化-历史心理学的人都会得出这一结论。朱利安·杰恩斯用一种更富诗意、更具隐喻性的语言表达了类似的结论，他是这样阐述“两院制”心智的：右半脑发出“神的声音”，300多年前，我们的祖先正是在这种声音的引导下，学会应对新情况的。