必要時腦區功能可由對側接管
過去30多年的大腦研究顯示，如果大腦中控制運動、感知和語言的部分由於中風或損傷而失去功能，大腦的其他部分能接管這部分失去的功能，常常也能做到跟原來一樣好。
而一項新研究顯示，記憶力和注意力也存在這種情況。至少對於記憶來說，當無法像往常那樣處理事務但又確實需要時，未受損傷的大腦就會提供幫助。發表在11月4日的《神經元》雜誌上的一篇論文，詳細描述了對腦卒中病人腦電波的研究。病人的額葉前皮質失去了部分功能，這是大腦控制記憶和注意力的地方。
論文第一作者、加州大學伯克利分校的海倫·威爾士神經科學研究院 (Helen Wills Neuroscience Institute)博士後研究員布拉德利·沃伊泰克(Bradley Voytek)說：“我們給每個人一個實時的迅速閃過的圖像刺激，間隔一小段時間再次顯示圖像，讓他們說出前後兩幅圖是否相同。”
他把電極放在6名腦病人和6名額葉前皮質功能正常者的頭皮上，讓每個病人看一系列的圖像，以測試他們的短時圖形記憶能力，即視覺工作記憶。正是這種視覺工作記憶讓我們能夠比較兩個目標物體，當我們看其中一個的時候，會把另一個存在記憶裏，比如我們在兩個香蕉中選擇哪個最成熟。沃伊泰克解釋說：“你在大腦中建立了來自於視覺世界的印象，然後你才能在心裏將這一印象圖像和由真實世界的視覺刺激形成的圖像進行比較。而這些病人無法很好地做到這一點。”
他們用腦電波來對大腦活動進行檢測，腦電波在定位活動區域時雖不如功能性核磁共振成像（fMRI）精確，但fMRI的分析時間平均為幾秒鐘，不可能在不到一秒內分析出大腦的處理過程，或第一時間告知研究人員發生了什麼。他們發現，把圖像顯示在受損大腦對側眼前時，損傷的額葉前皮質沒有反應，但同側未受損的額葉前皮質卻在300毫秒到600毫秒內有了反應。
“腦電波能以亞秒解析度顯示出大腦正在執行補償功能。”沃伊泰克說，“這種補償非常快，在受損一側無力響應的一秒之內，未受損的一側就準備好接管它的職責了。”
論文合著者、該校心理學教授羅伯特·奈特(Robert Knight)博士說：“如果你失去了A，B就會接管它的工作，這種觀點並不新鮮。根據我們的研究，這不是‘B接管了 A’，而是‘當且僅當必要時，B將接管A’。大部分情況，它和普通大腦組織一樣履行自己的職能。只有當大腦壞損部分造成了壓力，它才會變成超級驅動器，在不到一秒的時間內作出反應。這是一種變化性很強的神經可塑性。”
整個神經網路都支援記憶
這些研究結果也支援了記憶並非存儲在某一個腦區而是分佈在多個腦區的假說，這也意味著一個存儲區域受了損傷，記憶也很容易得到彌補。沃伊泰克說，記憶不是只在特定的區域，而是整個神經網路都能支援記憶。
在發表10月4日美國《國家科學院院刊》(PNAS)網站的另一篇論文中，沃伊泰德和奈特研究了額葉前皮質損傷和基底神經結損傷病人的視覺工作記憶。沃伊泰克說，基底神經結損傷會導致更廣泛的神經網路虧損，而額葉前皮質損傷會導致腦半球內的記憶虧損。“這再次證明，記憶是一種神經網路現象，而不是一種特殊的區域現象。”
基底神經結是直接位於大腦皮層以下的一對區域，與運動的控制和學習有關，帕金森病患者的該區域就遭到了損壞。因腦中風而損傷了額葉前皮質的病人，當圖像出現于損壞區對側眼前時，可能會出問題；而基底神經結損壞病人，無論圖像出現在哪邊眼睛，其視覺工作記憶都會出問題。
研究數據顯示，認知控制只是對側的，而一邊基底神經結的一個小損傷卻會對大腦兩半球和兩邊身體造成影響。“如果摘除了一邊基底神經結，從邏輯上講一半身體就得了帕金森病。但事實並非如此，一邊的基底神經結能在某種程度上控制兩邊身體的運動。”奈特說，這也表明，對深層的皮層下基底神經中樞區域來說，需要完整無缺才能正常運作。這一觀點是沒有人置疑的。
“認知和記憶是人類行為的最高形式，它不僅僅是抬起或放下你的手，或者你能不能看見。正是這些決定了我們之所以為人，也是最吸引人的眼睛。”奈特表示希望繼續試驗，通過直接的腦電波記錄對不同腦區進行深入研究，包括視覺記憶和其他記憶，以及由額葉前皮質控制的注意力。
科技日報2010/11/09 常麗君
相關連結：
- Phantom images stored in flexible network throughout brain (UC Berkeley)
- Knight lab (UC Berkeley)
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