人脑与众不同的特别区域
发布时间:2015-09-07  阅读次数:193

人类能成为万物之灵是有道理的。近日,华东师范大学认知神经科学研究所副教授、华东师范大学-纽约大学脑与认知科学联合研究中心成员王立平副教授与他的合作者一起开展的研究辨认出一个可能赋予人类心智包括语言在内的独特能力的大脑区域。此项研究的新发现发表于最近一期的Current Biology《当代生物学》,Nature《自然》也在近期深入报道了该项科研新发现。
 
追溯人类认知起源
在所有物种中,人类大脑是否有与众不同之处?长期以来,神经科学界的一个热门话题就是探究人类如何展示自己有别于其他种类的特殊能力。语言习得是一个快速学习的典型例子,而且这种能力似乎为人类所独有。语言习得涉及到对一系列符号组合的特殊学习能力,而这种对抽象信息组合的敏感性对学习数学和音乐都非常重要。有关这方面的研究可能揭开人类认知起源的进化历程。已有研究发现人类在婴儿期可能就有了对数字或逻辑组织的认识,这是日后学习语言的基础。不过,也有研究声称猴以及部分鸟类也有学习数字的能力。我们仍然不知道在人脑和猴脑中理解这些抽象信息的神经系统是否存在不同,以及存在着怎样的不同。
学界认为对多种抽象信息的整合是人类大脑具有独特功能的基础,这种设想已经存在了几十年,直到这篇论文的发表。该论文中的实验直接对比了在听到简单声音时,人类和猕猴展现出不同的大脑活动,从而为证明进行这种整合的特定区域可能只存在于人脑中提供了生理依据。该研究直接比较了不同物种大脑在听简单的声音程序时,所反馈出的行为方式。神经学家们表示,此前其他对比人脑和猴脑的研究发现了两者大脑结构性的不同处,但这些不同并不能解释人类的抽象思维能力来自何处。
纽约大学心理学家盖里•马库斯(Gary Marcus)说,“这项实验提供了一个有力的线索,让我们能知道我们大脑的特殊之处。没有什么要比弄清楚我们之所以成为我们更重要的了。”

 

给猴子听贝多芬
此项研究中,王立平及其合作者试图通过实验对比猴子和人类大脑对抽象信息的反应方式。结果,他们发现,人脑中某个区域可能赋予了人类独特的思维能力,包括语言能力。当他们分别给猴子和人呈现不同种类的抽象信息时,人类大脑的一个区域会被“点亮”,并处于活跃状态,而在猴子大脑中则无反应。
由法国国家健康与医学研究院(INSERM)认知神经影像学组(巴黎附近的伊维特河畔吉夫)Stanislas Dehaene教授带领的研究队伍观察了未受驯化的猴子和人在听到简单的音调组合时,他们大脑中的激活模式的变化。所谓简单音调组合,是指比如三个相同的音调后跟了一个不同的音调,就像贝多芬著名的《第五交响曲》中四音符的开头da-da-da-DAH一样。
在这次研究中,科研人员以AAAB和AAAA等形式给受试对象演奏了不同的音调组合,同时让他们躺在功能性磁共振成像(fMRI)仪下。功能性磁共振成像是一项技术可以展现出声音刺激与大脑区域活动相关联的大脑血流变化。
研究团队想知道受试的猴子和人是否能辨别出音调组合的不同特征:对音符总数的识别显示了计数能力,而对音调重复方式的识别显示了识别代数模式的能力。
在第一个实验案例中,音调组合可能会从AAAB变换为AAAAB,即基本组合模式保持不变,而音符数量发生了增减。第二个实验案例的变化则相反:即音调组合可能会从AAAB变成AAAA,但是音符数量不变。该团队还观察了当两种特征同时改变时(如从AAAB变成AAAAAA或AA),受试者会有何反应。

 

 
高度激活的特殊脑区
结果fMRI扫描仪显示,当受试对象识别出音符数量变化时,猴子和人类的大脑区域中与数字相联的部分都处于活跃状态。当音调组合发生变化时,猴子和人的某个对等的大脑区域也同样活跃起来。不过,当数量和组合同时变化时,只有人类大脑的额下回区域以高度激活的形式显示出对该变化特有的反应。
马库斯说:“猴子似乎识别出了某个模式,但是没有对其产生兴趣,也就没有深入分析,只有人类将它上升到了更高的分析层次。”
额下回是大脑皮层的一部分,人类的额下回面积比猴子的大得多。而且,人类的额下回还包含了处理语言的布罗卡氏(Broca)区。当这个研究团队给人类受试组朗读语句时,每个人的语言区域都被激活了,而这块区域与音调序列变化时被激活的区域存在共同部分。
但是在科学家看来,抽象信息整合能力可能比语言能力更加重要。维也纳大学的认知生物学家特库姆塞•费奇(Tecumseh Fitch)说,“我们希望这个整合并处理信息的大脑区域,也能解释人类其他相关的特质,比如欣赏音乐。”
该项研究的第一作者是华东师范大学-纽约大学脑与认知科学联合研究中心(上海纽约大学)成员、华东师范大学心理与认知科学学院王立平副教授。他的研究致力于比较人与猴之间大脑认知机制的不同,探索人类大脑从基本抽象规则(Abstractrule)到具有递归结构(Recursive structure)序列学习上与其他动物的相似和独特性,并最终探讨人类语言的大脑起源。他的各项研究近期发表于多个国际著名学术期刊,如:Current Biology《当代生物学》,PNAS《美国科学院院报》等。

 

近年来,华东师范大学认知神经科学研究所的优秀青年学者迅猛成长,已有多人在国际顶级期刊和一流期刊上发表成果,如蔡昕颖助理教授的学术成果在Science《科学杂志》和Nature Neuroscience;Jeff Erlich助理教授在Nature《自然》, eLife;田兴助理教授在Current Biology等期刊上发表;蔡清副教授连续两年在PNAS《美国科学院院报》(2013,2014)上分别以第一作者和第二作者发表(或接受)研究成果;库逸轩副教授以及郭思齐副教授分别在多个一流期刊上连续发表文章。