斯佩里对裂脑人的研究及其贡献
作者: 王延光 / 328次阅读 时间: 2019年7月14日
来源: 中国社会科学院 标签: 裂脑人 斯佩里
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斯佩里裂脑人的研究及其贡献心理学空间SH B{s*i(IM+G
王延光
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ge A[!v6G1?)AT0摘要:1981年诺贝尔生理学医学奖获得者罗杰・渥尔考特・斯佩里的裂脑人研究为世界科学做出了卓越贡献。本文探讨了这一研究的历史背景,并从右半球的语言能力研究;右半球的专门化功能研究;右半球的自我意识和社会意识研究这三个方面探讨了裂脑人的研究过程及其贡献。

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研究背景

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~ C*om9@1E0最早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。[1]

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1981年Leborgne患失语症30年之久,法国外科医生Broca 发现其除了语言能力丧失外智力正常。不久病人去世,Broca对他的大脑进行了解剖,诊出病人的左侧大脑皮层额叶有一小块区域受损。后来Broca又检查了突然丧失语言能力的其他病人,发现95%以上的病例是由于大脑这同一区域的损坏而致的。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Liepmann 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。”[2]这种偏见随着斯佩里等人的裂脑人研究才逐步得到修正。心理学空间z6t@ }o1\6~sP

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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 ,Piercy Zangwill (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 .Πypngn 等1950年描述右半球损伤可产生左侧凝视偏盲;1947年I・Bodamer 、1952年Poetz 等描述了右半球后部损伤可产生不认人症。Zangw ill (1961)最先收集了右半球机能的证据,他说:“长久以来总是说优势半球在利手的对侧,但是已经发现许多例外情况,特别是在左利手中例外情况更多。”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[3]。

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1961年美国洛杉矶白碑中心神经外科主任Philip Vogel和医师Joseph Boge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Bogen医生的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。[4][5]

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研究过程及贡献

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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,左手触膜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。心理学空间8I ~ A/J~:e3e,pUR

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m7Bn9z-N-J5E0手术没有使病人的气质、个性和一般智力产生显著变化。第一个病例,病人手术后30天不能说话,(术后水肿反应)后来他的语言恢复了。第三个病例,病人从手术苏醒过来就说他感到“割裂的头痛。”但是仔细地观察发现病人的日常行为有若干变化。例如:在行动中对感觉刺激物反应时,病人爱用占优势的左半球控制右边身体,手术后相当一个时期内左边身体难以显示出自发活动,并且病人一般地对左边刺激无反应。

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由于动物实验积累的知识,斯佩里相信,右侧大脑并没有被损害。斯佩里精心设计了裂脑实验设备:在裂脑人面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。

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1u[8l6XP/o(v)]0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。[6]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。[7]在一个特别有趣的试验中“heart”(心)一词在两边视野交叉的地方闪现,“he”部分对着中央左边,“art”部分对着右边,要求病人说出这是什么字。病人们说他们已经看出art(这部分投射到负责语言功能的左半球)。当heart用同样的方法闪现之后要求病人用左手指出两个卡片之一(“art”或“he”),用以确认他们已经看到的词,他们常常指出“he”。试验显然表明右半球看到了“he”而且在有机会表现他自己时,他胜过了左半球。

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为了试验右半球语言所能达到的程度,斯佩里等人测验了每个裂脑人的语言能力。语言能力最好的病人能用左手拼出“pie”及更抽象的词,如“How”“What”和“the”[8]。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。1975年E.Zaidel使用了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,根据Peabody图画词汇测试法确定了供口语单词用的字水平词汇表,表明两个病人右半球的心理年龄各为11年和16年。比他们本人发声的左半球只低两年。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,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。[9][10][11][12]心理学空间 n%iv,[f

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2、右半球的专门化功能

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+o_q-y/dz V'y0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。心理学空间0TD#nat3PHq:zEl

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C%l;Y k+L01965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。[13][14]心理学空间-[R;tB9ni&[ x8P,\

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(_ agV!d9@9u8Zll01968年斯佩里与Saul・R对一例先天性无胼胝体病人进行了研究。这个病人有高于平均数的语言智商(IQ),他的右半球及左半球都有说话的能力。这位无胼胝体大学生的学业成绩及语言熟练能力属于中等至良好,但涉及空间的、非语言能力的科目如几何学和地理学的成绩相对地差些。斯佩里等人认为病人右半球空间能力不足是由于右半球具有了语言能力,使其受到了影响。反过来证明正常人较强的空间能力在右半球。1972年Jerre Levy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。[15]

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!s H,O;~^\r(l0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。心理学空间Wxcw bx:a

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3、右半球的自我意识和社会意识

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说明右半球与左半球一样有嵌合图形的知觉意识试验在1970年4月~8月由斯佩里、Levy和Trevarthen在四个裂脑人身上进行。这次试验设计是基于这样的观察:连合部切开的病人,倾向于将通过中线的材料组成一个整体。比如:当只呈现刺激物的一半,使这一半刺激物的边与垂直中线一致时,连合部切开的病人通常反应为他知觉的是一个完整的刺激物。斯佩里和L evy等人由此发展了一种测验每一半球知觉能力的最精细的技术——嵌合刺激法。幻象刺激是由在垂直中线上一个刺激的右半和另一个刺激的左半结合的组成物。比如:一张面孔的右半和另一张面孔的左半。他们将一个女郎和一个小男孩的照片都以鼻子为中线剪下,各取一半,拼成嵌合相,并正好使女郎照片的左边置于裂脑病人的左侧视野,男孩照片的右边置于脑裂病人的右侧视野。这样,裂脑病人的两侧半球都不能既看到女郎的面容又看到男孩的面容。然后用速示器闪现出两个半侧的面容,闪现的速度使眼球的扫描性运动不能同时在一侧半球获得两个半侧面容。当他们要裂脑人说出看见了什么,裂脑人会说看见了男孩的照片。当要他用手指出看见了什么时,裂脑人会指女郎的照片。这个实验证明了胼胝体切开后的两个半球可以同时并独立地处理相互冲突的信息。[16][17]70年代初斯佩里等人做了这样一个右半球认知能力的试验:将一张裸体女人画像的幻灯片置入幻灯机,用一块速闪镜使影像只能投射到右半球,结果这一刺激引起了受试女病人表情的突然变化。她神经质地大笑,并面色绯红。斯佩里问她:“什么东西这样有趣?”强迫她的左半球对未看见的图像引发的窘迫反应做出合理的回答。她的左半球却回答说:“我不知道,什么也没有,噢!这个有趣的机器。”很明显,这时左半球并不知道右半球感知的东西,而右半球显然具备较高级的社会意识能力。[18]心理学空间u!l;ep kUu7F!o

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1973年~1977年斯佩里用Zaidel发明的稳定不透光测试技术。受试者戴上一个巩膜接触透镜,透镜上安上一个小的光学系统以及一个不透明的屏幕,屏幕可随眼睛移动,并反映出所选择的半视野。试验者给裂脑人一组图片或照片进行选择,常常是四张,包括受试者熟悉的,喜爱的东西,诸如受试者家庭、亲属、爱兽、爱物、政治、历史与宗教人物以及著名人物的照片。试验者提出引导性问题,并要求受试者在这组照片中指出要选择的是哪一张。最喜欢的那一张可以用拇指向上,最不喜欢的那一张可以用拇指向下来辨认和区别他或她对选择照片的感情。两个病人的反应有力地表明右半球存在着独特的自我意识。它们一般是正常的,可与语言优越的左半球相比拟。如果有什么不同,就是右半球产生的情感反应比从左半球来的情感反应更强烈,更不受抑制。心理学空间f,z t%Q OO

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当病人自己的照自意想不到的突然出现在测试场中时,右半球的反应包括相应的感情爆发。这些情感大概通过脑干机制迅速地交叉到达另一半球,影响左半球的发声,改变声调,引起惊叹等。然而从说话的内容如:“它们是什么?”“有的挺好”、“不管它是什么”等评论看,说明说话半球仍然不知道触发它情感反应的视觉材料。然而当允许说话半球做一系列的追根问底的猜测,并终于问:“是我吗?我自己?”时,右半球会承认听见的问话是正确的。当要求受试者从类似照片中找出他们自己的一张照片时,他们用任何一侧半球都能毫无困难地找到。说明两大脑半球都具有自我认识能力。更说明问题的是1973年斯佩里与Zaidel做的一个著名的试验:一个21岁的男性裂脑病人,他的左半球被半视野遮断器阻断了视觉,只能用右半球接受辨认试验。实验者在30分钟内从容地闪现出一系列照片,其中有病人的亲友,著名社会界、历史界人物以及他自己的照片等。使这些视觉信息只投射到受试者的右半球,要求病人对照片人物作出评价,用拇指向上表示赞成,用拇指向下表示不赞成。当他看到邱吉尔、卡森、漂亮的女郎以及芭蕾舞的照片时,他用拇指向上表示;当他看到希特勒以及战争场面的照片时,他用拇指向下表示;当他看到尼克松的照片时,由于试验日期在水门事件以前,他呈现出犹豫不决的表情,最后以拇指平向表示中立的态度。最后在这一组照片末尾插入一张受试者自己的照片,唤起一种明确的拇指向下的反应。值得注意的是在这种情况下,反应伴随着右半球产生的害羞的和自我谦卑的露齿笑。实验充分证明,右半球确实具有自我意识和社会意识功能。心理学空间1oU2N;p:JeL]0}a

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1981年12月18日斯佩里在诺贝尔讲演中说:这一重要发现,对于开发右脑有重要意义,使人们能更好的评价非语言形式的智力,增加对人类智慧结构先天个性的理解,有助于改革教育,有助于判定不同程度专门化了的智力形式,使潜在的智力得到发挥。斯佩里本人是充分发挥左右两半球功能的典范。他的左半球使他取得了辉煌的成就。他的右半球使他成为一名雕刻家和民间舞蹈、人物绘画等文艺活动的积极参加者。80年代后斯佩里实验室工作主要是,根据情感可以在脑干的水平越到对侧大脑半球这一试验结果确定哪些情绪的差度,涵意的或语义的内容能够越过脑干,以及它们如何影响另一侧的认识过程。在这些研究中,斯佩里等正在应用一种刚刚发展的一侧性观看新技术,这种技术可以不用连接器件戴在眼球上,却能长时间观看。因此,以裂脑人研究大脑功能的工作仍在继续,我们期待着能得出更完善的结论。[19][20]心理学空间jwi] uK$zK

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参考文献

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