脑成像：给智力准确定位

chens · 发表于 2004-6-10 01:24

脑成像：给智力准确定位
根据由john duncan领导的英国剑桥医学研究院认知与脑科学研究组2000年7月研究结果，人的智力，至少狭义地由智商测试所定义的智力，位于人脑中一些特定的小区域中，每个脑半球上各有一个，称为外侧前额皮层区域。

在13位两性测试者回答一些语言和空间方面的智商测试提问时，采用正电子发射断层成像（pet）对他们进行脑扫描成像，duncan和他的同事们发现，负责解决这些问题的脑结构不是在全脑广泛分布而是集中在两个特定区域中[1]。他们将进一步利用成像技术仔细探查外侧前额皮层，以试图了解是什么使得该脑区部分如此特别。

duncan研究组的发现应该归功于一些在许多年前就产生的研究工具的快速进步。1970年代末出现的pet技术和1990年代初出现的功能磁共振成像（fmri）为研究人员无侵入地探索活体人脑提供了史无前例的机会。之后人们在改善脑扫描图像清晰度方面取得了进步，使得研究人员能够精确地确定，当测试者执行各种任务时大脑何时何处发生神经处理过程。与此同时，人们还设法使得该类技术更便于使用。

近年来，研究人员开始将各种分离的脑成像方法结合起来，以探索大脑活动，利用单一工具是难以进行的。人们还努力改善现有设备的适应性，以便以更自然的方式形成图像，使测试者行为更接近实际生活。总之，这些努力有利于形成大脑工作更准确的观察，探索这个从未探索过的最复杂系统之一。

通过磁进行成像

一个强有力的组合是将功能脑成像技术与一种近年发展的称为经颅磁刺激（tms）的技术结合使用。在tms中，一个放置在头皮上的线圈通电后产生磁场，在指定的脑区产生感应电流，受影响神经元的正常电活动被暂时打乱。例如，在对14位健康男性志愿者的测试中，当用tms对外侧前额皮层（与duncan的“智力”实验所确定的一般区域相同）反复刺激时，他们的“工作记忆”能力明显弱化[2]。

研究人员首先注意到tms是在1990年代中期，当时人们将其作为一种治疗诸如忧郁症等病症的新手段，在过后的几年里，可快速开关切换的强磁体的出现，使得tms迅速发展成为多用途实验装置。这种技术从两个方面补充了脑成像：首先，tms和脑成像能够协调运用以显示对某个给定功能的脑内关键区域；其次，tms的巧妙应用可以提供脑内结构连接关系信息，展示在执行不同任务时大脑皮层各部分如何相互作用。仅仅用脑扫描图像能够展现与某个特定功能相关联的脑活动变化，但无法表明变化的脑区是否确实对该功能是关键的。加上tms可以提供的额外信息，研究人员能够对给定区域的活动进行若干毫秒的干扰以观察行为是否受阻。1999年哈佛大学心理学专家stephen kossyln与他在哈佛医学院的同事们利用pet和tms研究，当人看一个实物时或闭上眼睛想像这个物体时，其脑活动过程是否相似。他们利用pet发现，两种情况下初级视觉皮层中称为17区的部分同样被激活。在对该区域加上短暂的tms刺激时，受试者执行这两种任务的能力均受阻。

　

该研究表明了该皮层区对于观察物体和想像物体都很重要[3]。另一个由蒙特利尔mcgill大学神经科学专家tomas paus领导的研究组则利用pet和tms组合来研究脑连接关系[4]。利用有创手段，如故意损坏一些被认为存在相互作用的脑区，可以方便地研究动物的脑连接关系，但对参与解决复杂问题的人脑结构网络的大部分仍未被了解。利用pet和tms组合，现在可以对这些网络进行示踪。从这种意义来说，tms和成像为脑生理学提供了新的窗口，与动物研究结果的连接搭起了桥梁。例如，科学家可以观察在鼠脑中确定的工作机制是否在人脑中也起作用。结合tms和成像的可靠方法还可以用来探索一些无法在动物脑中研究的复杂现象，如幻觉。1990年代末paus对连接关系的研究表明了人脑连接关系与在猴脑研究中观察的结果有许多相似之处。

在将来的研究中，象paus研究组一样的成像研究会发现在对某种如撞击等“损伤”的反应时，脑结构连接关系如何变化以及大脑如何重新组织。pet-tms组合还可以帮助揭示精神病人的大脑连接系统是否存在异常。实际上，mcgill研究组正在选择一些精神分裂症患者参与该项研究。同时，tms已经少量地用于忧郁症治疗。如果该项技术有疗效，那么扫描成像可以通过显示在若干次tms疗程后患者大脑的变化来证明这种改善。

唤起意识

1992年首次采用的功能磁共振成像（fmri）为实时显示大脑活动提供了手段。pet也可以做到这点，但有效成像时间只有一分钟左右，相反fmri可以对人的行为进行更自然的观察。然而，fmri也有一点不足，即时间分辨率较差，也就是说fmri只能探索延时一秒左右的事件，而神经过程一般在毫秒级。加拿大西安大略大学（uwo）的研究人员采用一个诀窍，至少在一些情况下可以解决这种局限。在研究物体识别中，通常一个识别任务在不到一秒钟的时间内完成，而这组研究人员利用一种所谓的“逐渐显露”的方法将该识别过程减慢，在20-30秒的时间内慢慢地向受试者展示一个物体，同时监测脑活动变化。

这些加拿大科学家在2000年9月发表的一个fmri实验<