兒童大腦左右半球功能研究進展

1、兒童大腦左右半球功能研究進展         呂勇    白學軍    沈德立【內容提要】本文從兒童心理學的角度，對近年來有關兒童大腦左右半球的功能研究進展進行系統(tǒng)的評述。首先，系統(tǒng)介紹了研究兒童大腦左右半球功能的新方法，即腦電活動記錄法、正電子發(fā)射斷層攝影術、核磁共振技術、半視野速示法和雙耳分聽法。其次，系統(tǒng)地總結了兒童心理學家采用新方法對兒童大腦左右半球功能進行研究所取得的新成果。這些新成果有助于提高人們對兒童心理發(fā)展本質的認識。最后，評介了幾種關于兒

2、童大腦左右半球功能偏側化形成的理論?！菊摹筷P于人類大腦左右兩半球功能存在差異的事實，在上一世紀就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，即當時人們認識到利手現(xiàn)象和語言運動功能都與優(yōu)勢半球有關。然而直到本世紀60年代以前，神經(jīng)科學界注重的是大腦半球功能對稱性的研究。這種情況由于斯佩里等人的工作而得到改變。近幾十年以來，關于大腦左右半球功能差異的研究一直是神經(jīng)科學、心理科學以及其他相關學科關注的熱點。特別是近些年來，由于運用新的研究技術，使得人類對自己身體上最復雜的部分大腦左右半球功能的差異又有了新的認識。研究大腦左右半球功能差異的新技術兒童大腦左右半球功能研究進展與方法學的進步直接相關。早期的研究者只能在大腦處于非正常狀

3、態(tài)下考察人的大腦左右半球的功能。例如斯佩里所用的裂腦方法，就是切斷大腦的胼胝體，使其大腦左右半球之間的聯(lián)系中斷，然后再通過觀察和實驗了解患者大腦左右半球功能的差異。另一種方法被稱為維達試驗（Wadatest），就是通過單側勁動脈注射藥物選擇性地麻痹左腦半球或右腦半球，以考察兩個大腦半球功能的差異。由于在上述方法的使用中，被試處于非正常狀況，使研究結果的普遍性受到了限制。為了搞清大腦在正常狀態(tài)下，左右半球的功能如何，科學家們又發(fā)現(xiàn)了一些新的研究技術和方法。這些新的研究技術可以分為兩類：一類是生物醫(yī)學方法，包括腦電活動記錄法、正電子發(fā)射斷層攝影術、核磁共振技術等；另一類是心理學方法，包括半視野速示

4、法和雙耳分聽法。（一）生物醫(yī)學方法1.腦電活動記錄法（Electroencephalography,EEG）構成大腦的神經(jīng)元具有生物電活動。這些電活動經(jīng)過不同組織的傳導可在頭皮表面引導出來。雖然這些電信號非常微弱，但經(jīng)過放大后，通過專門的儀器設備，便可被顯示和記錄。通過腦自身的電活動，可以推測大腦活動的方式，可以在個體進行心理活動的過程中觀察其腦電活動的模式。腦電活動記錄法通常要憑借腦電圖機和誘發(fā)電位儀。腦電圖機可記錄個體在進行心理活動時，大腦左右半球的電位變化。而誘發(fā)電位儀可以記錄個體對特定事件反應時大腦左右半球的電位變化。早年腦電技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在放大元器件和電極的變化，而這些年由于電子

5、計算機技術突飛猛進，腦電技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在電極數(shù)目的增加和腦電信號處理技術的發(fā)展?，F(xiàn)在在腦電研究中記錄腦電的導聯(lián)數(shù)已遠遠超過1020標準電極系統(tǒng)的19個電極的界限，使用的導聯(lián)數(shù)超過了32導，甚至達到128導、256導。導聯(lián)數(shù)的增加是由于在腦電信息的分析過程中，視覺分析被計算機分析取代的結果。計算機分析腦電的技術已有許多，很難一一列舉出來，主要有數(shù)字平均迭加技術、空間分析技術、偶極子定位技術，以及頻譜分析、相關分析、相干分析等。例如，腦地形圖技術是70年代以來出現(xiàn)的新的記錄腦電的形式。利用這種技術可對所記錄到的腦電活動做出定量分析（即用計算機對數(shù)據(jù)進行分析），同時可產(chǎn)生彩色編碼拓撲圖，該圖按解

6、剖位置顯示腦功能變化。2.正電子發(fā)射斷層攝影術（PositronEmissionTomography,PET）正電子發(fā)射斷層攝影術的技術可以定量測定大腦的生理生化過程。其原理是用經(jīng)過處理而為人體所能接受的、分解時可以發(fā)射正電子的葡萄糖由靜脈注入人體。因腦神經(jīng)細胞的活動需要葡萄糖的分解提供能量，所以活動越強的部位在單位時間內的血流量越大，分解可以放射正電子的葡萄糖也就越多。如果在人的頭部安置能移動方位的放射性探測器進行測查，將結果經(jīng)電子計算機處理，即可查明放射性部位在三維空間中的位置。其成像原理正如CT掃描，只不過CT掃描放射源在腦外；而在PET掃描中，放射源位于腦內。放射性部位的放射強度可根據(jù)

7、其與放射探測器的距離，及所隔腦組織的密度來計算。并可將放射性由強到弱轉換成顯示器或打印紙上由紅到藍的不同色調，從而使人們更為直觀地看到大腦左右半球的活動情況。PET技術可以在被試正?；顒拥那闆r下，觀察不同行為與腦不同部位活動之間的關系。它與腦電圖技術相比，除可使被觀察者的行為免受機械裝置的限制和干擾外，還可以使觀察部位不受電極數(shù)目的限制，而且使觀察范圍不限于腦的表層。3.磁共振成像技術（MagneticResonanceImaging,MRI）早在1952年，博勞弛和潑賽爾就因此項技術獲得了諾貝爾獎，但在醫(yī)學中的應用，卻是在勞特博發(fā)現(xiàn)它能通過檢測氫質子而成像以后，這就是現(xiàn)在的磁共振成像技術（M

8、RI）。這種技術，通過無線電脈沖，以一定方式，干擾在外加磁場下排列的氫質子，當氫質子被脈沖激惹后再恢復到弛張狀態(tài)時，便發(fā)出可檢測的無線電信號，這種信號就是用作反映人體內氫原子數(shù)量和狀態(tài)的MRI成像信息。但這種MRI的成像速度比較慢，只能產(chǎn)生單純的結構成像，而且，對像心臟那樣的運動器官，還不能夠成像。1990年，美國ATT公司貝爾實驗室的奧格瓦及其同事首先證實，MRI能夠檢測因氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白變化所引起的微小磁場波動。1991年，幾個研究小組也都證實，可以檢測到反映局部腦區(qū)活動水平的腦血氧飽和度的功能性變化，這就是功能性磁共振成像（fMRI）。在此期間，相應的設備實現(xiàn)了商品化，奎恩等人

9、第一次從無創(chuàng)傷的人腦，獲得激活視皮層的fMRI動態(tài)影像。fMRI的成像信息，直接來自于腦功能的信號，而且不需要放射性同位素，空間分辨率可達12毫米，既高于CT，也高于PET，并易于形成結構信息和功能信息的理想結合，同時成像時間也已達到幾十毫秒，正處于日新月異的發(fā)展之中。fMRI的缺點是，時間分辯率尚嫌不足。（二）心理學方法1.半視野速示法為了探索正常人大腦左右半球功能之間的差異，心理學家創(chuàng)造出了半視野速示法。這種方法是用速示器，以非常快的速度，通常為50毫秒的時間，將刺激呈現(xiàn)給一側視野，要求被試對所呈現(xiàn)的刺激進行辨別，依據(jù)其成績，判斷大腦的哪一側半球（左半球或右半球）是加工這種類型刺激的優(yōu)勢半

10、球。其原理是當某種類型的刺激材料直接投射到專門加工該類材料的半球時，就可以預測其加工的成績優(yōu)良。例如，如果當語言材料提供給右視野時理解得更好，就可斷定，左半球是加工語言材料的優(yōu)勢半球。2.雙耳分聽法這種方法只需要一個帶立體聲耳機的立體聲錄音機。在實驗中，所使用的磁帶是特制的，它能同時對左右耳分別呈現(xiàn)沖突的聲音刺激。盡管每一只耳朵與大腦兩半球都是有神經(jīng)聯(lián)系，但對對側半球的神經(jīng)聯(lián)系要強一些。當把強度一樣但相沖突的聲音刺激呈現(xiàn)給兩只耳朵時，左耳或右耳將試圖占據(jù)優(yōu)勢，這取決于哪一側半球對識別這樣聲音更擅長。例如，當給被試的左右耳同時呈現(xiàn)不同的字詞時，被試將主要報告出他的右耳所聽到的字詞。盡管兩邊的信號

11、具有同樣的強度，但是左半球對呈現(xiàn)給右耳的字詞聽得更加清晰。由于左腦擅長于言語，它對所聽到內容的覺察通常能在與右腦的競爭中獲勝。當給兩個耳朵同時呈現(xiàn)非言語刺激時，結果就會反過來，被試將報告出其左耳所聽到的聲音。這時，右腦略占優(yōu)勢，因為它更擅長于對非言語刺激的加工。兒童大腦左右半球功能差異的研究進展（一）利用腦電活動記錄法研究的成果?？怂沟热艘?0個月大的嬰兒為被試，測量了他們在兩種條件下的腦電圖。一種條件是母親接近嬰兒；另一種情況是陌生人接近嬰兒。在母親接近嬰兒的條件下，嬰兒產(chǎn)生了積極的情緒（如高興的面部表情），與此相聯(lián)系的是嬰兒大腦左額葉處的腦電活動性相對比較大。在陌生人接近的條件下，嬰兒產(chǎn)生

12、了消極情緒（如厭惡），與此相聯(lián)系的是嬰兒大腦右額葉的腦電活動性相對比較大。1?？怂沟热擞忠?0個月的嬰兒為被試，讓嬰兒處于悲傷、厭惡、高興和生氣等情緒狀態(tài)，記錄他們的腦電圖。結果發(fā)現(xiàn)當嬰兒在悲傷和厭惡情緒狀態(tài)下，大腦右半球腦電活動性高；當嬰兒在高興和生氣時，大腦左半球腦電活動性高。2卡福特用腦電圖觀察了68歲兒童在進行默讀和理解任務時大腦皮層電位活動情況。結果發(fā)現(xiàn)，閱讀本身引起兒童大腦右半球的電活動，而在反應或理解時則主要引起大腦左半球的電活動。閱讀和理解成績好的兒童，他們的大腦兩半球都起作用。3（二）利用誘發(fā)電位技術研究的成果莫費斯給3個月大的嬰兒呈現(xiàn)純音（如ba和da）和單音節(jié)詞刺激，同時

13、記錄他們的大腦的事件相關電位。結果發(fā)現(xiàn)年齡只有3個月的嬰兒對上述刺激的反應表現(xiàn)出了大腦半球的不對稱性。當一個特定刺激呈現(xiàn)后，嬰兒大腦左半球事件相關電位的振幅比右半球的更高。4在利用誘發(fā)電位技術得知新生兒大腦不對稱后，研究者著手研究該種刺激將引起嬰兒哪一側大腦半球的反應。結果發(fā)現(xiàn)2個月的嬰兒能區(qū)分發(fā)聲在聲音啟動時間（VOT，即人們花在對特定聲音停頓上的時間）上的不同。通過對嬰兒聽覺事件相關電位的分析，結果發(fā)現(xiàn)對這類刺激的區(qū)別包括兩個主要成分。首先，在早期（大約100毫秒）是雙側大腦作出反應，之后，就表現(xiàn)為右半球的優(yōu)勢反應，時間大約在400毫秒。這一結果也得到了以學前兒童為被試的實驗結果的支持。5

14、另一個語言區(qū)別線索是輔音與元音結合后不同的停頓，這一般稱為發(fā)音位置。莫費斯等人以新生兒和嬰兒為被試時，給他們呈現(xiàn)刺激后記錄其大腦的聽覺事件相關電位。結果發(fā)現(xiàn)被試表現(xiàn)出了兩側和一側的兩階段模式。在區(qū)別發(fā)音位置時，大腦的左半球電位活動比右半球更強。6萊森等人研究采用PET技術，研究了朗讀和默讀時大腦皮層的活動情況。結果發(fā)現(xiàn)，在語言加工期間左半球和右半球是以同樣的方式活動的。這項研究促進了人們對大腦左右半球功能的新認識，即大腦在完成心理活動時，大腦左右半球是協(xié)調活動，共同發(fā)揮作用的。（三）利用半視野速示技術研究的結果第一，以單詞為實驗材料的研究結果福格瑞利用速示儀，以2年級至高年級的學生為被試，在左

15、或右視野呈現(xiàn)三或四字詞。結果發(fā)現(xiàn)，隨著教育年齡的增加，兒童識別字詞的能力提高；各個年級都表現(xiàn)了大腦左半球優(yōu)勢。7后來又有人重復上述實驗過程，以711歲兒童為被試，結果發(fā)現(xiàn)在識別雙字詞時各個年齡組兒童也表現(xiàn)出大腦左半球優(yōu)勢。8胡碧媛以中國716歲兒童為被試，研究了他們辨認漢字時大腦兩半球的功能特點。結果發(fā)現(xiàn)在辨認漢字時，有一個發(fā)展過程。即710歲兒童對漢字和漢語拼音單字的認識均為左半球優(yōu)勢，從1112歲，對漢字除單字外，對雙字詞的辨認呈現(xiàn)出兩半球均勢，1316歲則對漢語單字的辨認也變?yōu)閮砂肭蚓鶆荨?第二，以字母為實驗材料的研究有一些研究者以多個字母為實驗材料來代替單詞時，對年齡在58歲之間的兒童

16、都是表現(xiàn)了右視野再認（大腦左半球）的優(yōu)勢。之后，一些研究者將實驗材料改為只呈現(xiàn)一個字母后，兒童還是表現(xiàn)出了再認的右視野優(yōu)勢。進一步以單個的阿拉伯數(shù)字為實驗材料，無論在實驗過程中是兩側視野還是一側視野呈現(xiàn)，同樣也是發(fā)現(xiàn)58歲兒童再認時表現(xiàn)了右側視野的優(yōu)勢。10第三，以非語言的實驗材料的研究一些研究者以人面刺激為實驗材料，被試為58歲的兒童。結果發(fā)現(xiàn)被試在再認刺激材料時，表現(xiàn)出了左視野（大腦右半球）的優(yōu)勢。之后，又有一些研究者采用點數(shù)判斷、顏色識別、線條方向判斷等實驗任務。結果也發(fā)現(xiàn)不到5歲的兒童在完成上述實驗任務時表現(xiàn)出了左視野優(yōu)勢。11（四）利用雙耳分聽法研究的成果第一，以聲音為實驗材料的研究

17、加拿大買麥吉爾大學的恩圖斯用雙耳分聽法，研究表明功能偏向一側在嬰兒出生后就已經(jīng)存在。由于嬰兒不會說話，其對刺激的反應可以通過記錄他們對一種特殊壓力感受性的橡皮奶嘴的吸吮頻率來測量。在其耳機中的一個聲音變化，會使他們加速吸吮。因此，這種吸吮頻率的增加是由于嬰兒聽到的聲音數(shù)量和類型的變化所引起的。12當給嬰兒的兩只耳朵呈現(xiàn)相沖突的聲音，并只改變其中之一時，嬰兒將只對優(yōu)勢耳所聽到的變化作出反應（吸吮頻率加快）。在實驗中，給嬰兒呈現(xiàn)的言語聲音有“ma”、“ba”和“da”。非言語聲音是錄的樂器聲。被試為48名平均年齡在三個月左右的嬰兒。實驗結果發(fā)現(xiàn)：有79的嬰兒表現(xiàn)出右耳（左腦）在言語方面的優(yōu)勢，有7

18、1的嬰兒表現(xiàn)出左耳（右腦）在音樂方面的優(yōu)勢。由于這一結果中嬰兒左右耳對言語和音樂優(yōu)勢的百分數(shù)與對年齡較大兒童和成人的雙耳分聽法實驗的結果非常接近，似乎表明左腦覺察言語和右腦覺察音樂的傾向是天生的。三個月左右大的嬰兒，其大腦的較高級皮層和胼胝體尚未完全得到發(fā)展。與此同時，對此年齡的嬰兒來說，實驗所采用的刺激材料，言語和聲音不具有任何意義。但是他們的神經(jīng)回路已經(jīng)表現(xiàn)出了左腦對言語聲音和右腦對音樂的偏好。佩克也采用雙耳分聽法，以39歲的兒童為被試，五段搖籃曲組成十段曲子，訓練被試按曲子從多個圖片中作出選擇。結果發(fā)現(xiàn)被試都是表現(xiàn)出了左耳優(yōu)勢（即大腦右半球優(yōu)勢）。波琳以和諧元音音節(jié)為實驗材料，以513歲

19、兒童為被試。結果發(fā)現(xiàn)了在所有年齡上都是表現(xiàn)出一致的右耳優(yōu)勢。13第二，以語言為材料的研究卡姆爾采用雙耳分聽法，以49歲的145名的男女兒童為被試，呈現(xiàn)的刺激材料為一個或兩個單詞和數(shù)字。結果發(fā)現(xiàn)每個年齡組的兒童都是表現(xiàn)出了右耳優(yōu)勢（即大腦左半球的優(yōu)勢）。有人以語詞為實驗材料，發(fā)現(xiàn)911歲的兒童隨著年齡的增加，右耳優(yōu)勢逐漸增強。還有一項研究以實際的單詞和句子為實驗材料，結果發(fā)現(xiàn)4歲左右的兒童就表現(xiàn)出了右耳優(yōu)勢。14兒童大腦左右半球功能偏側化形成的理論在很多研究中發(fā)現(xiàn)，兒童大腦左右半球功能的不對稱性在生命的早期就表現(xiàn)了出來，結合搜集到的諸如利手的家族史等其他材料，可以得出結論說，兒童大腦左右半球功能

20、的不對稱性與遺傳因素有密切的關系。另外還有不少材料證實，兒童大腦左右半球功能的偏側化是逐漸形成的。圍繞大腦功能偏側化的科學證據(jù)，還出現(xiàn)了3種不同的理論模型15，它們與偏側化的形成也有關系。（一）單側特化模型（UnilateralSpacializationModels）該理論要點如下：1.大腦兩半球各自發(fā)生方向不同的特化過程，右半球的功能與結構的關系向彌散的等位化方向發(fā)展；左半球向局部功能定位的特化方向發(fā)展。2.右半球的局部損傷不產(chǎn)生明顯的機能障礙，只有大面積損傷才會產(chǎn)生空間直覺障礙；左半球損傷即使面積很小，也會產(chǎn)生特定的功能障礙。所以，前者具有功能等位性和整體性，后者具有功能定位性和特征性。

21、3.右半球具有對復雜的圖形視覺、面孔識別、非語言的環(huán)境聲音、音樂、復雜的物體觸覺識別和非語言材料的記憶等功能；左半球具有字詞視覺識別、語音聽覺識別、語言材料的記憶，以及閱讀、書寫和計算等功能。（二）相互作用模型（InteractionModels）該理論認為：1.兩半球信息加工的方式不同，但卻同時完成同一項心理功能，互相補助，類似多通道的感受器或感覺加工器。2.兩半球在完成同一種心理功能時，存在相互抑制。左半球對右半球的語言功能存在抑制作用，右半球抑制左半球對環(huán)境聲音和音樂的信息加工能力。這種相互抑制關系是在個體發(fā)展中形成的。如果兒童在早期腦損傷累及左半球時，則右半球的語言功能就會得到充分地發(fā)

22、展。3.兩半球的功能關系在每一瞬間都決定于擬加工的信息的性質，每側大腦半球都特殊注意和選擇加工任務中與自己有關的特性。一旦某半球正在進行中的信息加工尚未完結，又有新的任務需要完成時，它可暫時分配和委托另一半球代為預加工。（三）偏好認知模型（PreferredCognitiveModels）維伯斯特和瑟伯認為：1.左半球面臨認知任務時，偏好分析地、邏輯地運用語言進行加工；右半球偏好總體形象的信息加工。2.即使成年人，只要經(jīng)過反復多次的認知訓練，也可以改變某項認知任務信息加工的優(yōu)勢半球。注：12Berk,L.E.Infants,Children,andAdolescents.Boston,AllynandBacon,1993,171-172.3彭聃齡：語言心理學，46頁，北京師范大學出版社，1991456Ia