大腦皮層功能定位說

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大腦皮層功能定位說(theory of functional localization on cerebral cortex),大腦功能與心理活動關係的學說。它是由神經解剖學家F.J.加爾和他的學生J.G.施普爾茨海姆於19世紀初提出的。認為大腦皮層分成許多獨立的功能區域,分司各種心理能力。他們在六卷本的《神經系統解剖學和生理學》中提出:①腦是唯一的心理器官;②人的基本性格和各種智力特點是先天決定的;③在腦中一定存在著發展程度不同的皮層區域,這些區域負責不同的能力,即所謂有不同的功能就有不同的掌管結構。他們還認為頭骨的外形和大腦皮層的輪廓一致,因此從頭骨某一部位外形的特點即可斷定該部皮層發展的情況,並從而判斷個體在某一方面的能力如何。他們羅列了許多獨立的心理能力,認為它們分別屬於腦的不同部位的功能並稱這些部位為相應的器官。例如,頂骨後下角的腦區是好鬥性器官;後上方頭骨下的皮層區是自尊性器官;頭兩邊後上部下面的皮層區可能是謹慎性的器官;小腦是淫慾的器官等。這種觀點1815年後被稱為顱相學。它在當時頗能引起一般人的興趣,但卻遭到嚴肅的科學家的強烈反對。其中最著名的反對者是M.-J.-P.弗盧朗(見大腦皮層功能等勢說)。弗盧朗認為加爾和施普爾茨海姆的研究在方法學上不嚴格,因而其學說沒有可靠的事實根據。在大約50年之後,由於臨床觀察和動物實驗材料的積累,皮層功能定位的觀念又得到了復活。
  法國神經病臨床醫生P.布羅卡1861年發現,左半球額葉第2和第3額回的後部、賽爾維氏裂前端腦組織軟化或受損傷,病人即喪失說話的能力。此後這一區域被稱為布羅卡區。3年以後,英國臨床神經病學家J.H.傑克遜注意到說話能力的喪失與右半身舞蹈病之間的關聯,指出除了布羅卡發現的有關舌頭運動的區域之外,還有一定的腦回管理著由心理直接控制的手的精細運動。1870年德國精神病學家G.弗里奇和E.希齊希首創電刺激動物的大腦半球各個區域的方法。他們通過刺激大腦半球的前半部獲得對側身體肌肉群的收縮運動,並找到了5個不同的運動點;而刺激半球的後半部卻得不到肌肉的運動。這一實驗結果證明在腦中有一定程度的專化的運動中樞。此後,英國神經學家D.費里爾於1876年發表了在猴、狗等動物腦上重複弗里奇和希齊希的電刺激實驗的結果,確立了腦的感覺和運動功能定位的原則。
  但是,能定位的這些功能都是比較單純的運動和感覺的功能。如果承認腦是心理的器官,那麼照加爾和施普爾茨海姆的觀點,構成人的個性特點的其他心理能力是否也有確切的定位?費里爾本人迴避在沒有確定的事實根據時對此問題作出任何推測。
  1874年,美國腦外科醫生R.巴塞洛在一個頭骨上有一潰爛部分並露出腦膜的病人的大腦皮層上進行了電刺激的試探,又發現:①用弱電流刺激清醒病人的大腦皮層,他沒有痛的感覺,強電流則可引起面部的痛苦表情、大叫、對邊的手伸直和臂痙攣、眼呆視、瞳孔放大、嘴唇發紫和口吐白沫等;②弱電流刺激個別區域可引起個別肌肉的收縮;③刺激時常伴有主觀的感覺,例如,當刺激左半球較後的部分時可引起右上肢肌肉收縮,繼之為右下肢肌肉收縮,同時病人報告右邊的臂和腿有火辣辣的不舒服的感覺。
  在此之後,美國的H.庫欣於1909年用同樣的電刺激方法在一個15歲的男孩和一個44歲的成年男人的大腦皮層上發現了可以產生沒有運動的純感覺經驗的區域。從此開始了對感覺功能區域的探索。主要是靠在電刺激下病人所作的內省報告。
  加拿大神經學家和神經外科醫生 W. G.潘菲爾德於1928~1950年間,在大約400個進行腦手術病人的大腦皮層上作了電刺激探索。1950年他和T.拉斯穆森合著《人的大腦皮層》一書,敘述了他們的研究結果,即中央前回是控制隨意運動的區域,稱為運動區。這個區域與其所控制的肢體的關係是顛倒的,即頂部控制下部肢體、底部控制上部肢體,而且各部分的面積與所控制的運動器官的功能的重要性成正比。中央後回的電刺激不產生運動,卻產生軀體上的感覺,所以確定為軀體感覺區。這個區域的各部分與身體的關係也是倒置的。身體各部在這個區域所佔有的面積與該部感覺的敏銳程度成正比。刺激枕葉後部,病人常報告有光、色或暗影的感覺。刺激顳中回顳下回與枕、顳與頂之間的皮層,病人常報告彷彿聽到了幾年前聽到過的某個熟人說話的聲音,或眼前出現了某個熟人,甚至會再現過去經歷過的一段情景。刺激左半球額葉的布羅卡區,常常使病人停止正在說的話(見圖)。

大腦皮層功能定位示意圖



  總觀上述研究成果,大腦皮層功能定位似乎有了這樣一個比較清楚的輪廓:①直接控制隨意運動的功能在中央前回,稱為一級運動區;②軀體感覺的功能在中央後回;③視覺功能在枕極或枕葉內側的矩狀裂周圍;④聽覺功能在顳橫回,這些區域都被稱為一級感覺區。在一級感覺區的外圍還有二級區,進行各種感覺的高級加工;⑤一般認為內臟感覺功能在島葉;⑥嗅覺加工在邊葉;⑦組織說話的運動功能在多數右利手者的左半球布羅卡區;⑧理解語言的功能,多數人也在左半球外側裂後方的緣上回角回,即韋尼克區。
  上述這些功能的含義比較簡單,定位也比較明確,除此之外的絕大部分皮層的功能被認為是複雜的或綜合性的,定位就不明確了。人們一般把判斷、計劃和作決策的功能歸之於額葉,甚至認為額葉的功能組織決定著一個人的個性特徵;至於綜合各種感覺,了解自身的空間狀態則被認為是屬於頂葉的功能;做夢和記憶大部分是顳葉的功能;情感和情緒主要是邊緣系統的功能,與前顳葉也有密切的關係。
  60年代R.W.斯佩里、M.S.加扎尼加和W.格施溫德等人對割裂腦病人的研究,又獲得了確實的材料,證明大腦的兩個半球在功能上是不對稱的。研究者們已公認,言語能力在大多數右利手的人中處於左半球,並把有言語功能的半球稱為優勢半球。這個半球,不僅有分析語言和加工語言的能力,而且在分析事物的細微結構和抽象特徵(如聲音的節奏和頻率,數學的概念和邏輯的推理等)方面也佔優勢地位;右半球則在認識事物整體性質和空間關係(如識別各種形象和空間結構等)方面見長。這樣,除皮層功能定位外,又提出了兩半球的功能分工問題。
  現在神經解剖學家、神經生理學家和神經病理學家普遍承認上述的皮層功能定位。但是這與最初加爾提出的功能定位不僅在部位上有差別,而且在概念上也不相同了。加爾試圖把他所想像的許多獨立的心理能力分別安排在大腦半球的不同部位,這些部位似乎都是互不相關地掌握著這些不同的心理能力。今天人們所肯定的只有中央前回、中央後回、顳橫回、枕極和內側的矩狀裂周圍的皮層等與它們所控制和承受的周緣器官有嚴格的對應關係。至於占皮層最大部分的聯合區和邊緣系統,它們大多接受多種渠道傳入的信息,所以只能承認它們對不同的心理過程和心理狀態(如感知覺的加工、學習記憶和情緒情感等)有不同的作用,但不能認為這些心理過程都是彼此互不相關地獨立進行的,更不能相信這些過程會分別在確定的有限部位中進行。甚至大腦皮層的兩個半球在功能上雖然有所分工,但在正常人,它們的工作也是統一的。
  參考書目
 W. Penfield and T. Rassmussen, The Cerebrel 'Cortex of Man,Macmillan, New York,1950.
 C. W. Cotman and J. L. McGaugh, Behavioral '
Neuroscience, An Introduction,Academic Press,New York,1980.

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