开辟脑活动功能研究新途径
步入21世纪，探索大脑活动的高级功能成为人类最重要的科学活动之一，是各国科学家们正在角逐的前沿热点。然而，用什么方式探索这一重大疑难问题则是对科学家的又一挑战，为此有科学家提出对已有的各种方法进行“整合”是当前探索大脑高级活动机制的最优选择。这是中科院心理研究所“百人计划”入选者罗跃嘉告诉记者的。
据介绍，目前利用脑功能成像方法研究人类大脑高级活动在近10年取得了突飞猛进的进展。脑功能成像方法主要有高分辨率脑电磁成像、功能磁共振和正电子发射断层扫描技术等。其中，高分辨率脑电磁成像技术最具时间优势，可以在大脑活动时对大脑实质的电流或磁场的变化情况以毫秒级计算，但在空间尺度上处于弱势，测量点的距离精度在厘米级；而功能磁共振和正电子发射断层扫描技术则具有空间优势，对大脑内的结构定位具有相当的精度，可达到微米、毫米级甚至更小，但在扫描时间上有明显缺陷，目前只能达到2秒左右。科学家们认为，如果将这几种技术的优势整合起来，不仅是研究方法上的突破，而且将成为观察人类大脑“黑匣子”的窗口，并有可能得到全新的研究结果。
, http://www.100md.com
然而，事情并非想像的那么容易，将这几种技术合而为一没有我们捏泥人那么简单，把脑电磁成像技术与功能磁共振以及正电子发射断层扫描技术融合在同一仪器设备中又是件非常复杂的事情，技术领域的科研人员正在探索。但走在前列的科学家们运用各种技术优势对大脑高级活动功能的研究工作已经起步，利用脑电磁成像技术与正电子发射断层扫描技术结合的实验报告，到目前已有数十篇见诸媒体，多发表在《自然》或《科学》等顶尖学术刊物上，成为当代脑功能研究的最新潮流。罗跃嘉本人也已经运用脑电磁成像技术与功能磁共振整合的方法进行了脑机制的研究。不过，眼下他与国际上的科学家一样，还只能分别操作，不能同步进行。记者采访时，巧遇美国《科学脑研究通报》给他发来传真，告之接受了他利用该方法进行研究的最新论文。
该论文的研究结果发现某一特定方向的视觉运动知觉(眼睛看物体时大脑的工作)可以无意识地诱导其后的运动知觉偏向于同一方向。脑功能成像的早期记录(100微秒)较晚期记录(350微秒)的脑电图波幅增大；功能磁共振则显示该早期效应反映外纹状大脑皮层的神经调节机制，大脑内侧颞叶(MT/MST)
, 百拇医药
和大脑顶叶内皮质的高级视觉加工区域也被激活。该结论为运动知觉启动效应的机制，即运动知觉刺激的方向选择性与神经响应相互作用提供了直接证据，支持基于计算模型的一种理论，不支持另一种假说(神经反应不应期的假说)。
罗跃嘉研究员还告诉记者，研究大脑高级功能除在技术手段上需要整合外，还需要对大脑结构层次在研究上给予整合。目前大多数科学家分别在各自的层次上开展研究，有的在分子水平上、有的在突触、有的在神经元、有的在脑区、系统……，直至全脑水平。在各层面的研究中，人类对大脑高级活动研究取得的最大进展是在分子和细胞水平上的研究，产生了数位诺贝尔奖获得者。其中包括30年代的Sherrington(英国)，60年代的F.Crick(英国)、M. Wilkins(英国)、J. Eccles(澳大利亚)、A Hodgkin(英国)、AHuxley，(英国)、80年代的B. Hober(美国)、T. Wiesel(美国)和R. perry(美国)，直到2000年的A.Carlsson(瑞典)、P. Greengard(美国)和E. Kandel(美国)等人。这些杰出科学家的研究使人类对大脑从神经递质的合成、维持、释放以及与其受体的相互作用机制，离子通道的结构、功能特性和运转方式到某些神经回路的信息传递及其化学基础等都已经有了相当程度的了解。
, 百拇医药
但研究大多基于“还原论”的分析，将复杂的系统还原成基本的单元。这样的研究难免会丢失许多信息，因而存在局限性。大脑高级功能是由不同层次的结构完成的，在细微水平(分子、细胞)上的研究为较高水平(系统、全脑、行为)的活动提供了分析基础，而整体水平的研究，又有助于细微水平的深入。因此，多水平、多层次的整合，对于大脑高级功能的整体把握是必不可少的。
早在一百多年前，人们认为语言思维的优势半球在左半球大脑，并得到病理解剖资料的证实，左脑额下回(Broca区)损伤导致运动性失语，左脑颞上回(Wernicke区)病变与感觉性失语有关。但更多的临床与研究结果证实了完整的语言活动是由大脑两个半球的协同功能共同完成的，额叶是大脑语言功能整合的关键脑区。大脑左半球的优势功能有字词识别、语音、语言、复杂随意运动和计算能力，而右半球的优势则表现在复杂图形、形状与面孔识别、环境声音与音乐、触觉、方向以及心理旋转。
尚待探明的问题是大脑在对形、音、义整合时，究竟是字形直接通达语义，还是通过语音进行合成的？大脑两半球是如何相互作用进行整合的仍不清楚。在研究方法上，临床毁损难以保证精确性，目前非损伤的实验技术对结果的解释，迄今尚无理想的研究方法。
总之，大脑是一个多层次的复杂系统，其高级功能表现为知觉、注意、记忆、学习、语言、思维、情绪、意识等各种心理活动。认知科学、心理学从宏观角度研究大脑的信息加工过程；分子生物学、微电子技术则从微观角度研究大脑功能的物质基础。虽然人类在分子、细胞水平对大脑的研究取得了重大进展，但在更高水平上对大脑功能的认识，特别是对大脑高级功能的认识进展甚微。因此，有必要将脑作为一个整体，进行多层次整合研究，采用心理学、生物学、神经科学的理论、技术和方法，在分子、细胞直至全脑，对其瞬时、短时和长时活动进行高级功能的整合研究，才能阐明人类的大脑功能机制，这是21世纪很有希望取得突破的研究。, 百拇医药(王静)
据介绍，目前利用脑功能成像方法研究人类大脑高级活动在近10年取得了突飞猛进的进展。脑功能成像方法主要有高分辨率脑电磁成像、功能磁共振和正电子发射断层扫描技术等。其中，高分辨率脑电磁成像技术最具时间优势，可以在大脑活动时对大脑实质的电流或磁场的变化情况以毫秒级计算，但在空间尺度上处于弱势，测量点的距离精度在厘米级；而功能磁共振和正电子发射断层扫描技术则具有空间优势，对大脑内的结构定位具有相当的精度，可达到微米、毫米级甚至更小，但在扫描时间上有明显缺陷，目前只能达到2秒左右。科学家们认为，如果将这几种技术的优势整合起来，不仅是研究方法上的突破，而且将成为观察人类大脑“黑匣子”的窗口，并有可能得到全新的研究结果。
, http://www.100md.com
然而，事情并非想像的那么容易，将这几种技术合而为一没有我们捏泥人那么简单，把脑电磁成像技术与功能磁共振以及正电子发射断层扫描技术融合在同一仪器设备中又是件非常复杂的事情，技术领域的科研人员正在探索。但走在前列的科学家们运用各种技术优势对大脑高级活动功能的研究工作已经起步，利用脑电磁成像技术与正电子发射断层扫描技术结合的实验报告，到目前已有数十篇见诸媒体，多发表在《自然》或《科学》等顶尖学术刊物上，成为当代脑功能研究的最新潮流。罗跃嘉本人也已经运用脑电磁成像技术与功能磁共振整合的方法进行了脑机制的研究。不过，眼下他与国际上的科学家一样，还只能分别操作，不能同步进行。记者采访时，巧遇美国《科学脑研究通报》给他发来传真，告之接受了他利用该方法进行研究的最新论文。
该论文的研究结果发现某一特定方向的视觉运动知觉(眼睛看物体时大脑的工作)可以无意识地诱导其后的运动知觉偏向于同一方向。脑功能成像的早期记录(100微秒)较晚期记录(350微秒)的脑电图波幅增大；功能磁共振则显示该早期效应反映外纹状大脑皮层的神经调节机制，大脑内侧颞叶(MT/MST)
, 百拇医药
和大脑顶叶内皮质的高级视觉加工区域也被激活。该结论为运动知觉启动效应的机制，即运动知觉刺激的方向选择性与神经响应相互作用提供了直接证据，支持基于计算模型的一种理论，不支持另一种假说(神经反应不应期的假说)。
罗跃嘉研究员还告诉记者，研究大脑高级功能除在技术手段上需要整合外，还需要对大脑结构层次在研究上给予整合。目前大多数科学家分别在各自的层次上开展研究，有的在分子水平上、有的在突触、有的在神经元、有的在脑区、系统……，直至全脑水平。在各层面的研究中，人类对大脑高级活动研究取得的最大进展是在分子和细胞水平上的研究，产生了数位诺贝尔奖获得者。其中包括30年代的Sherrington(英国)，60年代的F.Crick(英国)、M. Wilkins(英国)、J. Eccles(澳大利亚)、A Hodgkin(英国)、AHuxley，(英国)、80年代的B. Hober(美国)、T. Wiesel(美国)和R. perry(美国)，直到2000年的A.Carlsson(瑞典)、P. Greengard(美国)和E. Kandel(美国)等人。这些杰出科学家的研究使人类对大脑从神经递质的合成、维持、释放以及与其受体的相互作用机制，离子通道的结构、功能特性和运转方式到某些神经回路的信息传递及其化学基础等都已经有了相当程度的了解。
, 百拇医药
但研究大多基于“还原论”的分析，将复杂的系统还原成基本的单元。这样的研究难免会丢失许多信息，因而存在局限性。大脑高级功能是由不同层次的结构完成的，在细微水平(分子、细胞)上的研究为较高水平(系统、全脑、行为)的活动提供了分析基础，而整体水平的研究，又有助于细微水平的深入。因此，多水平、多层次的整合，对于大脑高级功能的整体把握是必不可少的。
早在一百多年前，人们认为语言思维的优势半球在左半球大脑，并得到病理解剖资料的证实，左脑额下回(Broca区)损伤导致运动性失语，左脑颞上回(Wernicke区)病变与感觉性失语有关。但更多的临床与研究结果证实了完整的语言活动是由大脑两个半球的协同功能共同完成的，额叶是大脑语言功能整合的关键脑区。大脑左半球的优势功能有字词识别、语音、语言、复杂随意运动和计算能力，而右半球的优势则表现在复杂图形、形状与面孔识别、环境声音与音乐、触觉、方向以及心理旋转。
尚待探明的问题是大脑在对形、音、义整合时，究竟是字形直接通达语义，还是通过语音进行合成的？大脑两半球是如何相互作用进行整合的仍不清楚。在研究方法上，临床毁损难以保证精确性，目前非损伤的实验技术对结果的解释，迄今尚无理想的研究方法。
总之，大脑是一个多层次的复杂系统，其高级功能表现为知觉、注意、记忆、学习、语言、思维、情绪、意识等各种心理活动。认知科学、心理学从宏观角度研究大脑的信息加工过程；分子生物学、微电子技术则从微观角度研究大脑功能的物质基础。虽然人类在分子、细胞水平对大脑的研究取得了重大进展，但在更高水平上对大脑功能的认识，特别是对大脑高级功能的认识进展甚微。因此，有必要将脑作为一个整体，进行多层次整合研究，采用心理学、生物学、神经科学的理论、技术和方法，在分子、细胞直至全脑，对其瞬时、短时和长时活动进行高级功能的整合研究，才能阐明人类的大脑功能机制，这是21世纪很有希望取得突破的研究。, 百拇医药(王静)