認知神經(jīng)外科的研究與發(fā)展

認知神經(jīng)外科的研究與發(fā)展

認知科學(xué)的主要學(xué)科是人工智能和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。計算機科學(xué)包括腦損傷的定位、革蘭氏病像、腦癱成像技術(shù)等。但二者面對科學(xué)王冠上的明珠——人類大腦智能奧秘的研究都顯得力不從心,兩者結(jié)合孕育出科學(xué)的新秀——認知神經(jīng)科學(xué),認知神經(jīng)科學(xué)是上述兩大科學(xué)體系相結(jié)合的20世紀90年代的新生兒。認知科學(xué)可看作是認知神經(jīng)科學(xué)之父,神經(jīng)科學(xué)可看作是其母。認知神經(jīng)科學(xué)包括:認知神經(jīng)心理學(xué)、認知心理生理學(xué)、認知生理心理學(xué)、認知神經(jīng)生物學(xué)、計算神經(jīng)科學(xué)。意在發(fā)展跨學(xué)科、多層次的理論研究,合力攻克大腦智能之謎。一、認知科學(xué)cort美國Higgens1973年最早使用這個名詞。Pylychyn指出:認知科學(xué)是研究智能實體(人類、動物和智能機的泛稱)與其環(huán)境相互作用的原理、相互制約的關(guān)系的科學(xué)。認知科學(xué)是一大類科學(xué)的總稱,主要包括心理語言學(xué)、心理學(xué)、人工智能學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、計算認知科學(xué)和哲學(xué)認知論。認知科學(xué)指導(dǎo)認知心理學(xué)、邏輯和語言學(xué)、認知神經(jīng)科學(xué)、人-機接口和人工智能等五個領(lǐng)域的研究工作。認知科學(xué)的研究出現(xiàn)許多難點,必須在人腦認知活動機制中尋求答案,如信息加工的并行或串行方式,外顯機制和內(nèi)隱機制,基于經(jīng)驗和知識的認知活動和靠靈感、頓悟的認知活動,其大腦機制有何異同等。二、對腦認知功能研究的重要數(shù)據(jù)生物醫(yī)學(xué)構(gòu)像技術(shù),尤其功能性磁共振成像(fMRI)可以用于人類認知活動的研究;腦事件相關(guān)電位、腦磁圖和高分辨腦電成像等生理學(xué)方法,可為人腦認知功能研究提供許多新的數(shù)據(jù);分子神經(jīng)生物學(xué)和細胞神經(jīng)科學(xué),為人腦認知障礙和動物認知行為可提供腦內(nèi)機制的許多科學(xué)數(shù)據(jù),包括動物的學(xué)習(xí)記憶障礙與某些基因序列的關(guān)系。神經(jīng)心理學(xué)、心理生理學(xué)、生理心理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、行為藥理學(xué)等都是這類傳統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)的分支。近年來神經(jīng)影像學(xué)的發(fā)展,創(chuàng)造了一個客觀的可能性——認知神經(jīng)科學(xué)得以誕生的條件,它可研究腦損傷病人的認知功能變化規(guī)律,又可應(yīng)用腦功能構(gòu)像的科學(xué)資料結(jié)合分析腦功能變化的規(guī)律。三、認知科學(xué)理論cort認知神經(jīng)科學(xué)是當代科學(xué)發(fā)展中引人注目的認知科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)相結(jié)合的新生兒。它不僅倍受雙親的喜愛,也頗受計算機科學(xué)的關(guān)注。認知神經(jīng)科學(xué)的研究任務(wù)在于闡明認知活動的大腦機制。即人類大腦如何調(diào)用其各層次上的組件,包括分子、細胞、腦組織區(qū)和全腦去實現(xiàn)自己的認知活動,這是認知神經(jīng)科學(xué)擬回答的根本命題。認知神經(jīng)科學(xué)的基本理論是智能的本質(zhì)和意識的起源。作為智能基礎(chǔ)的基本認知過程,包括感知覺、注意、記憶、語言、思維和意識。認知科學(xué)理論經(jīng)歷了三個不同階段,出現(xiàn)四種理論體系:物理符號論、聯(lián)結(jié)理論、模塊論和生態(tài)現(xiàn)實理論。這四種理論分別與認知神經(jīng)科學(xué)中的檢測器與功能柱理論、群編碼理論、多功能系統(tǒng)理論和基于環(huán)境的腦認知功能理論相對應(yīng)。四、腦損傷患者及其腦功能結(jié)構(gòu)功能喪失的研究臨床神經(jīng)心理學(xué)的研究對象是大腦的功能活動,應(yīng)用心理測驗的方法來測定大腦損傷患者的認知、知覺、感覺-運動技能、思維、記憶、注意、情緒、個性等方面的心理能力,可以發(fā)現(xiàn)患者的認知能力因損害部位和性質(zhì)的不同,出現(xiàn)不同方面的障礙。從而給臨床神經(jīng)病學(xué)提供更精確的疾病定位、定性診斷,并做出大腦高級功能障礙者的診斷、鑒別診斷、分型、病因診斷、預(yù)后和治療。大腦的認知活動至今是一個謎。通過分析患者選擇性受損和保留的認知加工環(huán)節(jié),來間接地推論正常人的認知心理機制及腦的功能組織定位,是一個研究人類大腦神經(jīng)心理功能的重要途徑。國內(nèi)的多位神經(jīng)病學(xué)家和神經(jīng)心理學(xué)家及本人做過腦損傷患者多種神經(jīng)心理功能喪失的大腦與行為關(guān)系的研究。對腦損傷患者(腦血管病、阿爾茨海默病、血管性癡呆等)的多種神經(jīng)心理功能喪失進行了系統(tǒng)、全面的研究:癡呆、記憶障礙、失語癥、失認癥、失用癥、忽視、焦慮抑郁等大腦的高級功能障礙所產(chǎn)生的行為改變及其腦損傷所致的社交和日常生活能力的障礙等。與健康人做了對比研究,并與影像學(xué)(頭顱CT和MRI)所證實的大腦病灶進行對照,試圖探索患者大腦病灶與其多種神經(jīng)心理功能喪失所產(chǎn)生的行為改變之間的關(guān)系,對人類大腦認知功能的神經(jīng)機制進行了初步探討,總結(jié)出國人在上述各方面障礙的變化規(guī)律及特點,并提出某些獨特見解。其目的在于揭示人大腦認知的奧秘,并對患者的診斷、鑒別診斷、治療及康復(fù)有指導(dǎo)意義。這些研究為今后認知神經(jīng)心理學(xué)的開展打下了堅固的基礎(chǔ)。五、認知神經(jīng)心理學(xué)神經(jīng)心理學(xué)用神經(jīng)心理測驗檢查的方法,研究腦損傷患者心理障礙與腦損傷定位和性質(zhì)之間的關(guān)系,從而揭露心理活動的腦解剖學(xué)和生理學(xué)基礎(chǔ)。1863年Broca發(fā)現(xiàn)言語運動區(qū);1874年Wernicke發(fā)現(xiàn)言語感覺區(qū);1973年俄國科學(xué)家Luria發(fā)表“神經(jīng)心理學(xué)原理”,標志著這一學(xué)科的正式形成。20世紀80年代以來,神經(jīng)心理學(xué)吸收認知心理學(xué)的精細實驗方法和理論概念之后,逐漸沿著認知神經(jīng)心理學(xué)的方向發(fā)展。出現(xiàn)了多重功能系統(tǒng)理論和多重編碼的信息加工理論。在方法學(xué)上,對腦損傷患者除進行神經(jīng)心理測驗外,還采用雙重任務(wù)法(dualtask)進行認知心理學(xué)實驗,并應(yīng)用雙分離(doubledissociation)的分析原則。認知神經(jīng)心理學(xué)以認知障礙的患者為研究對象,通常采用個案研究的方式,借助患者特定的相關(guān)和分離模式,來探討患者認知功能的受損或保留環(huán)節(jié),進而推測出正常人的認知機制和探討腦的功能組織定位。為臨床上對病癥的診斷、康復(fù)和治療提供理論依據(jù)。認知神經(jīng)心理學(xué)所研究的對象還擴展到正常人類測試,甚至猴等動物模型的觀察分析;即使以患者為研究對象,也不再僅限于腦器質(zhì)性疾患的患者,還對精神分裂癥和神經(jīng)癥患者進行了注意功能的實驗研究。認知神經(jīng)心理學(xué)與傳統(tǒng)神經(jīng)心理學(xué)相比,在方法學(xué)上強調(diào)個案分析。個案分析的方法是科學(xué)的和有效的,在指導(dǎo)康復(fù)方面有重要意義。比如:傳統(tǒng)的神經(jīng)心理康復(fù)側(cè)重于成組的訓(xùn)練,康復(fù)方法比較固定,不同類型的病人往往接受同一種方式的康復(fù)治療,因缺乏針對性而導(dǎo)致效果不理想;而認知神經(jīng)心理康復(fù)側(cè)重于具體的、個案的認知功能障礙的分析和相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練,抓住了主要環(huán)節(jié),能夠為高級腦功能的康復(fù)提供更為有效的策略,取得事半功倍的效果。認知神經(jīng)心理學(xué)的基本假設(shè):功能模塊化,解剖模塊化,功能結(jié)構(gòu)無個體差異和縮減性。研究方法:相關(guān),分離,雙分離,個例與分組研究,功能神經(jīng)影像學(xué),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和動物實驗。神經(jīng)影像學(xué)方法:其中結(jié)構(gòu)影像學(xué)為電子計算機體層攝影術(shù)(CT),核磁共振(MRI);功能影像學(xué):(1)正電子發(fā)射體層攝影術(shù)(PET):區(qū)域性腦代謝率、腦血流和葡萄糖吸收率的測定。腦代謝功能成像對于快速認知活動無法做到實時成像或快速跟蹤,故采用了積分測量法,將數(shù)十秒數(shù)據(jù)積分起來以形成清晰的圖像。然后進行對照的認知實驗,將兩種認知條件不同的圖像采用減法處理,即完成A認知任務(wù)的PET圖像減去無A任務(wù)的對照PET圖像,所得差值為A任務(wù)操作的腦代謝功能差異。一致性分析(consistentanalysis),即將A任務(wù)減A對照組的差值與B任務(wù)減B對照組之差值再相減,以作為完成不同認知任務(wù)的腦代謝功能的特異性變化的代謝基礎(chǔ)參數(shù)。(2)單光子發(fā)射計算機體層攝影術(shù)(SPECT)、腦血流測定。(3)功能性磁共振成像(fMRI):通過氧合血紅蛋白順磁性測動脈血流量。(4)經(jīng)顱磁刺激(TMS/rTMS)。(5)腦磁圖(MEG)。生理功能成像是在自發(fā)腦電活動(EEG),誘發(fā)腦電活動(EP)和腦磁場(MEG)變化的基礎(chǔ)上,結(jié)合CT來實現(xiàn)的。目前fMRI、TMS和MEG是最流行的技術(shù),各種技術(shù)越來越多地聯(lián)合使用。事件相關(guān)電位和高分辨腦電成像技術(shù)有“腦功能之窗”之稱,而PET,核磁共振(光譜光,NMR),fMRI有“心靈窺鏡”之稱。結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)像用于認知研究有優(yōu)勢、也有不足:它為分析功能障礙與結(jié)構(gòu)的關(guān)系提供了豐富的科學(xué)資料,但它對于認知模型的價值既受成像技術(shù)條件(時間、空間參數(shù))的制約,又受認知模型動力特點的制約。電記錄方法有單細胞記錄,多神經(jīng)元記錄,腦電圖,事件相關(guān)電位和電刺激等。六、認知神經(jīng)心理學(xué)的研究和應(yīng)用研究是類1.在當今知識爆炸的時代,基礎(chǔ)與臨床之間、基礎(chǔ)各學(xué)科之間、輔助科室(如神經(jīng)影像學(xué))與臨床之間、各科與計算機科學(xué)之間均應(yīng)協(xié)作,知識互相滲透、互相借鑒、互相結(jié)合,才能將研究水平提高到一個新的水平,更上一個臺階。2.人類大腦智能的復(fù)雜性與精密性,人類認知活動的大腦機制對我們至今是一個未解之謎。更需要一個高度跨學(xué)科的、多層次的理論研究,需要心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、計算機科學(xué)等多方合作,合力攻關(guān),才能完成歷史賦予我們的重任。3.認知神經(jīng)心理學(xué)的研究對象不應(yīng)局限于某一組人群,應(yīng)包括正常健康被試(各年齡段)、有器質(zhì)性疾病的患者及有功能性疾病的患者,乃至動物。4.認知神經(jīng)心理學(xué)的研究既要有個例研究,又要有群體研究。而且更強調(diào)