大腦功能側(cè)化的心理學(xué)研究及分子和細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)依據(jù)
陳熙熙,蘇彥捷
(北京大學(xué)心理學(xué)系,，北京 100871)
摘要: 對大腦功能側(cè)化的描述和研究始于19世紀(jì)60年代對腦損傷病人的行為觀察,。在之后的一百年間,，隨著臨床資料的逐漸積累，腦功能側(cè)化的概念和理論框架也逐漸完善起來,。20世紀(jì)后期,，認(rèn)知心理學(xué)的方法，尤其是速示法,，為正常大腦功能側(cè)化的研究做出了很大的貢獻(xiàn),，而具有語言和圖形雙重特征的漢字則成為非常有用的刺激材料。認(rèn)知心理學(xué)對腦功能側(cè)化的研究在細(xì)致描述普遍行為現(xiàn)象的同時,，也揭示了非常顯著的個體差異,，而許多研究結(jié)果的不一致使得科學(xué)家們更感到解釋這一現(xiàn)象生物機(jī)制的必要性。近年來的分子和細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)某些基因和神經(jīng)遞質(zhì)受體的表達(dá)在動物神經(jīng)系統(tǒng)中存在左右不對稱性,，從而為腦功能的側(cè)化提供了分子和細(xì)胞層次的初步依據(jù),。
關(guān)鍵詞: 腦功能側(cè)化 半球功能特異性 基因表達(dá) 谷氨酸受體
中圖分類號：Q 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：
Cerebral lateralization: psychological studies and new evidence from molecular and cellular neurobiology
CHEN Xi-xi, SU Yan-jie
(Department of Psychology, Peking University, 100871, China)
Abstract: Studies of cerebral lateralization began in the 1860s, when behaviors of patients with brain damages were first described. During the following century, with continuous accumulation of similar clinical data, the concept and theoretical frame of cerebral laterablization became more and more established. Studies of cerebral lateralization in normal subjects greatly benefited from the use of methods in cognitive psychology, especially the tachistoscope paradigm, while Chinese characters became very useful stimuli in such experiments because they carry both language and picture information. Psychological studies provided very detailed description of brain functions with asymmetric localization. At the same time, these studies also found great variability among individuals, and inconsistency between experiments. Such complexity made scientists realize the importance of understanding the biological mechanisms underlying cerebral lateralization. Recently, studies in molecular and cellular neurobiology have revealed asymmetric expression of certain genes and neurotransmitter receptors in the nervous system. Discoveries like these provided new evidence for cerebral lateralization, as well as possible mechanisms at molecular and cellular levels.
Key words: cerebral lateralization; cerebral specialization; gene expression; glutamate receptors
基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(30170131，30370201) 通訊作者：蘇彥捷 作者簡介：陳熙熙（1973-）,，女,，重慶市人，現(xiàn)在美國貝勒醫(yī)學(xué)院攻讀神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位,，主要從事細(xì)胞神經(jīng)電生理方面的研究 E-mail：[email protected] 聯(lián)系電話：010-62751833 收稿日期：2003-08-23
1 對腦損傷病人和“分裂腦”病人的行為觀察揭示了大腦兩半球功能的不對稱性
大腦的左右半球在結(jié)構(gòu)和功能上都是有一定差異的,，這種差異在神經(jīng)科學(xué)中被稱作大腦結(jié)構(gòu)和功能的側(cè)化。腦功能側(cè)化最早的證據(jù)來自臨床上對局部腦損傷病人的觀察,。1861年,，法國學(xué)者 P Broca 鑒定了運(yùn)動性失語癥及與之有關(guān)的特定皮層區(qū)域（位于額葉的額下回蓋部，亦稱為 Broca 區(qū)）,，并指出大腦左側(cè)這個區(qū)域受損會導(dǎo)致失語癥,，而大腦右側(cè)的相應(yīng)區(qū)域受到類似的損傷卻不影響語言功能。1874年,，德國學(xué)者 C Wernicke 鑒定了感覺性失語癥,，這種失語癥與大腦皮層的另一處受損有關(guān)。這個后來被稱作Wernicke區(qū)的區(qū)域位于顳葉（顳上回后部）,，并且也在大腦左半球,。事實上，95％的失語癥都是左側(cè)大腦半球受傷的結(jié)果[1],，關(guān)于左半球有相對于右半球的語言優(yōu)勢的觀點由此逐漸確立起來,。在人類大體解剖的層次上，大腦兩半球從胎兒期起就存在不對稱性,，如形成Wernicke區(qū)一部分的顳平面后區(qū)一般是在左側(cè)較大[1],。這一發(fā)現(xiàn)為左半球的語言優(yōu)勢及其先天性提供了證據(jù)。另一方面,，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)右半球與Broca區(qū)和Wernicke區(qū)相應(yīng)的區(qū)域?qū)τ谇榫w語調(diào)的理解必不可少,，而左半球損傷的失語癥患者所表現(xiàn)出的完好的音樂才能以及因左側(cè)顳葉切除而傷及語言材料記憶能力的病人對空間位置,、面孔、歌曲旋律,、抽象視覺圖像的完好記憶,，都說明右半球在這些認(rèn)知過程中起著重要的作用[1]。
20世紀(jì)50至60年代,，在對嚴(yán)重癲癇病人的治療中采用了同時切斷胼胝體,、前連合、海馬連合的“裂腦”手術(shù),。RM Sperry 和MS Gazzaniga通過對經(jīng)歷這種手術(shù)的“分裂腦”病人進(jìn)行的研究,，為說明分離了的兩半球各自的功能增加了更加詳細(xì)的知識。概括地講,，大腦兩半球分別接受來自身體對側(cè)的感覺信息并進(jìn)行知覺加工,，分別控制對側(cè)肢體及同側(cè)肢體的一部分運(yùn)動；兩半球都具有邏輯推理能力,、運(yùn)用符號的抽象思維能力和處理語言文字信息的能力,，但在這些能力上左半球具有優(yōu)勢；兩半球都能處理有關(guān)空間關(guān)系的信息,，在這一能力上右半球具有優(yōu)勢,；另外，對于大多數(shù)右利手的人來說,，言語運(yùn)動（言語表達(dá)和交流）能力是左半球所獨有的[2],。
2 認(rèn)知心理學(xué)的速示法研究范式對腦功能側(cè)化研究的貢獻(xiàn)和揭示的問題
對局部腦損傷病人及裂腦病人的研究提供了關(guān)于特定皮層區(qū)域?qū)ｉT化功能及兩半球功能不對稱性的較為一致的描述。與此相應(yīng),，自20世紀(jì)40年代末以來，研究人員也在不斷嘗試用各種方法來研究正常完整大腦的兩半球各自的特異化功能以及兩半球的協(xié)同作用,。在方法上,，Wada首創(chuàng)用頸動脈注射異戊巴比妥鈉來確定語言優(yōu)勢半球的韋達(dá)測驗[3]；Kimura在語音辨認(rèn)和語言聽覺的半球優(yōu)勢的研究中開始運(yùn)用雙耳分聽法[1],；三視野速示法被用于研究不同視知覺材料的視野-半球優(yōu)勢效應(yīng),；觸覺辨別法主要針對右半球的側(cè)化功能[4]；雙重任務(wù)法通過考察負(fù)載任務(wù)對目標(biāo)任務(wù)的干擾形式及干擾程度在行為層次上討論特定信息在兩半球的加工,；而電生理方法則為兩半球執(zhí)行特定認(rèn)知任務(wù)時的電活動提供更為直接客觀的測量[5,6],。除實驗研究外，也有許多研究者運(yùn)用調(diào)查-相關(guān)法對半球優(yōu)勢現(xiàn)象做出描述[7],。在這眾多的實驗方法當(dāng)中,，以三視野速示法的范式最為直觀可行，因而應(yīng)用廣泛,。
認(rèn)知心理學(xué)中的速示法,，通常是迅速地呈現(xiàn)刺激,，要求被試做出反應(yīng)，通過分析被試的反應(yīng)時和正確率來回答特定的問題,。在對腦功能側(cè)化的研究中,，傳統(tǒng)上使用三視野速示器，通過比較被試對呈現(xiàn)在左視野投射到右半球(LVF-RH)的刺激和對呈現(xiàn)在右視野投射到左半球(RVF-LH)的刺激在反應(yīng)時,，正確率上可能存在的差異,，研究具有一定特征視知覺材料認(rèn)知過程的半球優(yōu)勢效應(yīng)。近些年來,，通常用計算機(jī)顯示屏代替三視野速示法中所用的速示器,，通過控制注視點保持在屏幕正中，以及呈現(xiàn)較短時間,，以保證呈現(xiàn)在左,、右半屏幕的刺激通過視覺神經(jīng)通路分別投射至大腦右側(cè)和左側(cè)半球[1] [8]。
對腦功能側(cè)化的早期速示法研究主要承襲分裂腦研究的理論框架,，即言語—空間的二分觀點,。實驗中所呈現(xiàn)的刺激選用語言材料或圖形材料?？偨Y(jié)速示法的范式對許多視知覺材料的半球優(yōu)勢的描述,，不難發(fā)現(xiàn)大量研究結(jié)果之間存在很多不一致的地方[3]。當(dāng)許多實驗研究發(fā)現(xiàn)左,、右半球在語言信息處理和空間位置信息處理上分別具有優(yōu)勢的同時,，幾乎同樣多數(shù)的研究并沒有發(fā)現(xiàn)這樣的不對稱性。比如在20世紀(jì)70年代的一些研究中,，研究者對拼音文字(如英文單詞,、日文中的片假名)和符號文字(如符號“$”、日文中的平假名,、漢字)的認(rèn)知過程各自的半球優(yōu)勢進(jìn)行了比較,。Hatta等人發(fā)現(xiàn)漢字認(rèn)知過程的LVF-RH優(yōu)勢[9]。Sasanuma等人的研究發(fā)現(xiàn)對日文片假名(拼音文字)和平假名(符號文字)的認(rèn)知分別是RVF-LH和LVF-RH優(yōu)勢,。與此同時,，也有許多類似研究沒有發(fā)現(xiàn)上述的差異[10]。那么,，那些誘導(dǎo)出差異的實驗情境與沒有誘導(dǎo)出差異的實驗情境相比,，具有哪些特點呢?
在一項旨在解釋兩半球差異于何種情況下表現(xiàn)并為如何使腦功能側(cè)化表現(xiàn)出來提供實驗程序指導(dǎo)的研究中[10]，研究者用判斷以某種方式呈現(xiàn)(左視野呈現(xiàn),、右視野呈現(xiàn)或左右視野呈現(xiàn))的兩個刺激是否相同為任務(wù),。刺激組合包括中、英文單詞兩兩組對以及不同角度放置的簡單圖形對。實驗設(shè)計上,，研究者有意識地改變試次數(shù)與刺激材料數(shù)的比例,，發(fā)現(xiàn)若在實驗進(jìn)程中所有刺激材料都無重復(fù)呈現(xiàn)，即當(dāng)試次數(shù)／刺激材料數(shù) = 1 時,，無論是在語詞判斷還是在圖形判斷中都未檢測出兩半球差異,；此時保持其他條件不變，僅減少刺激材料從而使每一組刺激材料在實驗進(jìn)程中都得到若干次重復(fù),，即當(dāng)試次數(shù)/刺激材料數(shù) > l 時,，在兩種判斷任務(wù)中都檢測到了顯著的半球間功能差異。其中圖形判別是LVF-RH優(yōu)勢,，語詞判別中英-英字對是RVF-LH優(yōu)勢,、漢-漢字對為LVF-RH優(yōu)勢。并且這種差異隨試程的進(jìn)行,，即呈現(xiàn)刺激重復(fù)次數(shù)增加,，有擴(kuò)大的趨勢?；仡櫞饲暗难芯?，可見凡未發(fā)現(xiàn)兩半球顯著差異的，所用刺激材料數(shù)與試次數(shù)大多相等,；而發(fā)現(xiàn)顯著差異的類似實驗,，其所用刺激材料數(shù)則多小于試次數(shù)。研究者由此判斷,，常見于半側(cè)視野實驗的一側(cè)化效應(yīng)并不是特異化腦區(qū)即時認(rèn)知操作的反映,，而是反映了記憶貯存區(qū)域在兩半球的不同。如果被試每試次都須評價新的信息,，則其反應(yīng)時及反應(yīng)精確性都不因呈現(xiàn)視野不同而有系統(tǒng)變化,；要得到大腦功能側(cè)化效應(yīng)，須使判斷據(jù)記憶做出[10],。類似這樣的研究將兩半球表現(xiàn)的差異,、其方向和程度與具體實驗設(shè)計結(jié)合起來考慮，由此試圖揭示一定的內(nèi)部機(jī)制并提出對言語-空間這一二分觀點的質(zhì)疑,。
眾多速示法研究存在如此不一致性還有一個可能的因素，那就是刺激材料在感覺特征上的不同,。比如英文單詞和圖形的不同不止在于一個是語言材料一個是圖形材料,，它們本身在感覺特征上就大相徑庭。再加上不同實驗要求被試完成的任務(wù)各不相同,，實驗之間存在不一致性就在所難免了,。解決這個問題的途徑之一是用符號文字作為刺激材料，比如漢字,。用漢字作刺激材料研究半球優(yōu)勢效應(yīng),，可以通過系統(tǒng)地改變實驗任務(wù)的要求,，控制任務(wù)中圖形辨別和語義判斷的成分，這樣以同一刺激材料對不同問題進(jìn)行研究,，從而避免由于刺激材料在感覺特征上的不同給實驗增加的復(fù)雜性,。已有一些學(xué)者對漢字認(rèn)知過程半球優(yōu)勢進(jìn)行了一些研究[11~15]。郭念鋒等發(fā)現(xiàn)就正確率而言只有當(dāng)單字在噪聲背景上呈現(xiàn)使其認(rèn)知難度達(dá)到相當(dāng)水平后,，才有明顯的LVF-RH優(yōu)勢,，而RVF-LH一直在反應(yīng)時上更短[11]。我們也曾運(yùn)用單個漢字速示言語報告法,，并對傳統(tǒng)速示法進(jìn)行了改進(jìn),，用計算機(jī)對刺激材料的隨機(jī)速示和結(jié)果記錄做了精細(xì)的控制[1]。由于實驗任務(wù)要求被試對漢字進(jìn)行言語報告,，Broca區(qū)所在的左半球應(yīng)該是有固有優(yōu)勢的,。然而在對正確率和反應(yīng)時進(jìn)行了細(xì)致的綜合考察后，我們發(fā)現(xiàn)竟然沒有任何一個被試在完成認(rèn)知任務(wù)時表現(xiàn)出RVF-LH優(yōu)勢,。由此簡單漢字辨認(rèn)的LVF-RH優(yōu)勢是顯而易見的,。這一結(jié)果與用英文單詞作刺激材料對講英文的被試所做的研究結(jié)果恰恰相反。通過仔細(xì)考查實驗要求被試完成的任務(wù),，我們發(fā)現(xiàn)簡單漢字的形音匹配任務(wù)或許與英文字母而不是單詞的速示辨認(rèn)任務(wù)有更多的相似之處,。不難看出，單個字母在視覺辨認(rèn)的難度上小于三畫以上的單個漢字,。如果在呈現(xiàn)時附加噪聲或掩蔽,，辨認(rèn)單個字母的難度也會增加。在一個以字母視覺辨認(rèn)為任務(wù)的實驗中,，研究者在每次呈現(xiàn)字母之前或之后對呈現(xiàn)刺激加以掩蔽,。掩蔽刺激分為兩種，分別與呈現(xiàn)字母有很高或很低的相似度,。當(dāng)掩蔽刺激與呈現(xiàn)字母相似度很高時發(fā)現(xiàn)LVF-RH優(yōu)勢,，當(dāng)其相似度很低時發(fā)現(xiàn)RVF-LH優(yōu)勢[16]。這一結(jié)果與我們的研究結(jié)果比較一致,。如果像言語-空間二分論所認(rèn)為的那樣,，右半球比左半球更擅長于進(jìn)行復(fù)雜的視覺空間分析，或者右半球比左半球更傾向于用復(fù)雜視覺空間分析的策略來完成任務(wù),，那么,，當(dāng)任務(wù)中起決定作用的是其視覺辨別這一成分時，LVF-RH表現(xiàn)優(yōu)勢是很自然的,。漢字形音匹配和高相似掩蔽下字母辨認(rèn)就是這樣的任務(wù),。相反，當(dāng)任務(wù)中起決定作用的是言語標(biāo)記這一成分時，就應(yīng)是RVF-LH表現(xiàn)優(yōu)勢了,。在低相似掩蔽下的字母辨認(rèn),，由于其視覺辨別難度很小，因而言語標(biāo)記成為決定成分,，結(jié)果是RVF-LH優(yōu)勢表現(xiàn)出來,。另一方面，漢字速示辨認(rèn)的LVF-RH優(yōu)勢也可以在分析加工-整體加工二分論的框架中獲得解釋,。這種觀點認(rèn)為從認(rèn)知方式上來講,，對大多數(shù)右利手的人來說，左半球更擅長處理系列的分析性的任務(wù),，而右半球則更擅長于應(yīng)付整體識別的任務(wù),。因為漢字形音匹配任務(wù)對整體加工的要求比對分析加工的要求突出得多，所以表現(xiàn)LVF-RH優(yōu)勢,。
在另一個以漢字作為刺激的實驗研究中[9],，任務(wù)一是短暫呈現(xiàn)單個漢字要求被試盡可能快地將其讀出，任務(wù)二是單側(cè)視野呈現(xiàn)兩個豎直排列的字要求被試盡快讀出,，任務(wù)三與任務(wù)二唯一的不同在于要求被試判斷兩個字是否組成一個有意義的詞,。結(jié)果是任務(wù)一中發(fā)現(xiàn)LVF-RH優(yōu)勢，任務(wù)二及任務(wù)三中均發(fā)現(xiàn)RVF-LH優(yōu)勢,。這種表面上的矛盾對兩半球功能的言語-空間二分論是一個反駁,，因為在這里同樣的刺激性質(zhì)誘發(fā)了不同方向的側(cè)化優(yōu)勢。同時由這一結(jié)果可以看到,，是任務(wù)的不同要求導(dǎo)致不同方向的側(cè)化,，因而序列分析加工-整體加工的二分觀點得到了支持[9]。
以上提到的兩種二分論對半球優(yōu)勢現(xiàn)象提供了描述水平上的解釋,。無論從刺激材料（言語-非言語）的角度還是從認(rèn)知方式（分析加工-整體加工）的角度,，二分論的解釋都是基于“接近性”的假設(shè)，即認(rèn)為對于任何一個認(rèn)知任務(wù)都只有一種加工或編碼方式是最有效的,，而這種加工或編碼過程在一側(cè)半球比在另一側(cè)半球有更高的效率,，因此當(dāng)刺激投射至不同的半球從而對這種加工的優(yōu)勢區(qū)有不同的“接近性”時，行為指標(biāo)上就會表現(xiàn)出差異,。
進(jìn)一步的對半球優(yōu)勢現(xiàn)象機(jī)制的探討不僅要依賴于對這一現(xiàn)象本身的細(xì)致描述,，還需要將這一現(xiàn)象與其他的認(rèn)知現(xiàn)象，如啟動效應(yīng)和選擇性注意,，聯(lián)系起來考慮,。同時，從認(rèn)知心理學(xué)中借鑒新的理論框架和方法對于探討半球優(yōu)勢的內(nèi)部機(jī)制也是有必要的,。1981年,，F(xiàn)riedman提出在多重認(rèn)知資源配置的理論框架內(nèi)統(tǒng)一解釋關(guān)于大腦半球功能特異化的大量研究[17]。假定大腦兩側(cè)半球各自擁有獨立的認(rèn)知資源,，針對不同任務(wù)的要求運(yùn)用不同的資源配置方式,，那么當(dāng)任務(wù)要求有即使很細(xì)小的變動時也可以導(dǎo)致認(rèn)知資源配置的變化，從而使得行為上表現(xiàn)出的側(cè)化的方向和程度都發(fā)生改變,。這樣的理論框架與基于“接近性”的解釋相比,，更具有變通性。對于如漢字形音匹配這樣的單一任務(wù)而言,，成功完成任務(wù)的有效認(rèn)知過程和策略實際上并不是唯一的,。不論是用分析的策略還是用整體把握的策略，以序列的方式還是以平行的方式加工,，運(yùn)用視覺編碼還是運(yùn)用語音編碼亦或其他編碼,，都是可行的。即便兩半球在處理刺激信息時采用了完全不同的策略,，如左半球可能是在語音標(biāo)記上有更高的效率從而將較多認(rèn)知資源用于字形辨別,，而右半球可能正好相反，如果任務(wù)在加工水平上是較低層次的,，兩半球的資源配置很可能具有相似的效率,。只有當(dāng)任務(wù)的難度增加而要求認(rèn)知加工水平隨之提高時，兩半球的資源配置才會體現(xiàn)出不同的效率,。
綜上所述,，認(rèn)知心理學(xué)的理論和技術(shù)發(fā)展推動了對正常大腦功能側(cè)化的研究。在細(xì)致描述普遍現(xiàn)象的同時,，諸多的實驗研究也揭示了非常顯著的個體差異[18],，以及不同實驗結(jié)果的不一致性。正如前文提到的那樣,，我們認(rèn)為這些結(jié)果的不一致性來源于實驗所用刺激材料和任務(wù)要求的不同,。根據(jù)我們自己的研究結(jié)果以及對前人研究的綜觀，我們認(rèn)為眾多實驗揭示的大腦功能側(cè)化現(xiàn)象反映的往往是認(rèn)知處理過程的側(cè)化,，而不是由刺激材料的客觀性質(zhì)引起的,。這一觀點在最近的腦成像研究中得到了進(jìn)一步證實19，20],。
3 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的腦成像研究證明大腦功能的側(cè)化依賴于自上而下的主動認(rèn)知過程
在對于大腦語言功能側(cè)化的研究中,，關(guān)于這種側(cè)化是刺激引起還是任務(wù)引起的爭論由來已久[19]。 最近的一項重要的腦成像研究終于在結(jié)構(gòu)和功能的層次上解決了這個爭論,，證明了語言功能的側(cè)化現(xiàn)象是依賴于認(rèn)知任務(wù)的[20],。
在這個研究中，研究者用同樣的單詞作為刺激,，要求被試完成不同的任務(wù),。呈現(xiàn)的單詞中總有一個字母是紅色的,。一種任務(wù)是完全忽略字母的顏色，要求指出單詞中有沒有某一個字母（言語任務(wù)）,；另一種任務(wù)是完全不辨認(rèn)字母,，要求指出紅色的字母是在或左或右的哪一個位置（視覺空間任務(wù)）。如果大腦語言功能的側(cè)化是完全由刺激特征引起的話,，這兩種任務(wù)應(yīng)該揭示同樣的側(cè)化（左半球優(yōu)勢）,，因為刺激材料（單詞）是不變的。但是研究者在腦成像的結(jié)果中卻發(fā)現(xiàn)了兩項任務(wù)之間非常顯著的不同,。具體來講,，語言任務(wù)比視覺空間任務(wù)激活更多的左半球腦區(qū)，包括Broca區(qū)所在的下額葉,，側(cè)外紋體皮質(zhì),，以及扣帶前回；而視覺空間任務(wù)則比言語任務(wù)激活更多的右半球腦區(qū),，尤其是下頂葉[20],。
更重要的是，腦成像研究還發(fā)現(xiàn)了同一半球不同腦區(qū)之間在完成認(rèn)知任務(wù)時的協(xié)同作用,，尤其是與注意有關(guān)的皮層結(jié)構(gòu)（扣帶前回）在不同認(rèn)知任務(wù)中的參與,，而這種參與又是僅限于一側(cè)半球的。也就是說,，左側(cè)的扣帶前回只在言語任務(wù)中與左側(cè)的其他相關(guān)腦區(qū)有功能聯(lián)系,；而右側(cè)的扣帶前回只在視覺空間任務(wù)中與右側(cè)的其他相關(guān)腦區(qū)有功能聯(lián)系[20]。
由此可見,，不管是在結(jié)構(gòu)上還是功能上,，因為有與注意有關(guān)的腦區(qū)的參與，大腦功能的側(cè)化,，至少是語言功能的側(cè)化,，的確是依賴于自上而下的主動認(rèn)知過程的。
人類的認(rèn)知終究是非常復(fù)雜的行為過程,。復(fù)雜的認(rèn)知現(xiàn)象是否能最終被大腦的生物機(jī)制完全解釋,？這一點目前還只能是一個仁者見仁智者見智的哲學(xué)問題。然而在大腦功能側(cè)化這一問題上,，腦成像和認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)開始提供越來越明確的暗示證據(jù)[19~22],，而最近的分子和細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)研究也有一些很重要的發(fā)現(xiàn)。
4 一些基因和神經(jīng)遞質(zhì)受體在動物神經(jīng)系統(tǒng)左右兩側(cè)的不對稱表達(dá)
神經(jīng)科學(xué)中的許多重要發(fā)現(xiàn)都來自于對簡單神經(jīng)系統(tǒng)的研究,。實際上,，沒有任何一個神經(jīng)系統(tǒng)是真正“簡單”的。即使是在非常低等的動物體內(nèi),，只由幾十個神經(jīng)元組成的神經(jīng)系統(tǒng),，都具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性,。而這些動物正是依賴于這些數(shù)目有限的神經(jīng)細(xì)胞和看似簡單的神經(jīng)系統(tǒng)來適應(yīng)自己生存的環(huán)境。比如線蟲（C.elegans）的神經(jīng)系統(tǒng)由大約80個神經(jīng)元組成,，其中有大約14類功能各異的化學(xué)感受細(xì)胞,。這些神經(jīng)元傳導(dǎo)化學(xué)刺激引起的沖動，有的對嗅覺刺激敏感,，有的則對特定離子的濃度（類似于味覺刺激）敏感。相似的神經(jīng)元總是成對存在,，左右各一[23,，24]。感受離子濃度梯度的神經(jīng)元被稱為ASE神經(jīng)元,，左側(cè)的一個叫ASEL,，右側(cè)的叫ASER。這兩個神經(jīng)元在形態(tài),、位置,、突觸聯(lián)系和細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的大多數(shù)基因上都是一模一樣的，但是在味覺受體基因的表達(dá)上卻存在差異,。ASEL表達(dá)gcy-6和gcy-7基因,，ASER則表達(dá)gcy-5基因。在發(fā)育中有重要作用的lim-6基因則只在ASEL中表達(dá),，不在ASER中表達(dá),。與此相應(yīng)，ASEL主要對鈉離子的濃度梯度敏感,，而ASER則主要對氯離子和鉀離子的濃度梯度敏感,。這種不對稱性是由于lim-6基因的不對稱表達(dá)直接導(dǎo)致的，因為當(dāng)這個基因缺失的時候,，動物就無法區(qū)分鈉離子和氯離子[25],。另一個例子是線蟲的嗅覺細(xì)胞AWC神經(jīng)元，同樣也是左右各一,，稱為AWCL和AWCR,。在所有的線蟲中，嗅覺受體蛋白STR-2總是只在其中一個神經(jīng)元里表達(dá),，或左或右,，機(jī)率各半，從來不同時存在于兩個AWC神經(jīng)元中,。AWCL和AWCR都可以感受苯甲醛,，無論STR-2在哪一個AWC神經(jīng)元里表達(dá)，表達(dá)這一受體的AWC神經(jīng)元還能夠感受丁酮,，而不表達(dá)這一受體的AWC神經(jīng)元卻不能,。當(dāng)丁酮與苯甲醛這兩種氣味同時存在時,，丁酮的氣味會掩蓋苯甲醛的氣味。這時候,，因為動物體內(nèi)有一個嗅覺神經(jīng)元不對丁酮反應(yīng),，所以對均勻丁酮背景上的苯甲醛梯度動物還是可以區(qū)分的。當(dāng)AWCL和AWCR這兩個神經(jīng)元都表達(dá)STR-2受體時,，動物就會失去對丁酮和苯甲醛這兩種氣味的鑒別能力[26],。由此看來，即使是像線蟲這樣的低等動物的神經(jīng)系統(tǒng)也是有左右不對稱性的,。這種不對稱性表現(xiàn)在基因和受體的表達(dá)上,。這樣的分子和細(xì)胞水平上的側(cè)化進(jìn)而直接決定動物適應(yīng)環(huán)境的行為模式。
至于哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)在分子和細(xì)胞水平上的側(cè)化,，最近也有報道,。這里所談到的分子是NMDA類谷氨酸受體。谷氨酸是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的主要興奮性氨基酸,。谷氨酸離子門控受體可大致分為兩類：非NMDA類和NMDA類,。這兩類受體內(nèi)離子通道的開放都必須在與谷氨酸結(jié)合的時候才能實現(xiàn)，而NMDA受體的開放還需要同時的去極化作用,；這兩類受體在其水相通道開放的時候都可以通過鈉離子和鉀離子,，但只有NMDA受體才對重要的細(xì)胞內(nèi)信使鈣離子有通透性。NMDA受體的這些性質(zhì)使其在多種突觸可塑性的現(xiàn)象中有重要的作用,，比如海馬纖維通路中的長時程增強(qiáng)效應(yīng)和長時程抑制效應(yīng),。海馬纖維通路的這兩種突觸可塑性效應(yīng)長期以來被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶的細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，NMDA受體對于學(xué)習(xí)和記憶的重要性也就由此確立了,。與所有其他神經(jīng)遞質(zhì)的離子門控受體一樣,，NMDA受體蛋白是由多個亞單元組成的。這些亞單元是各自獨立的蛋白分子,，不同類型的亞單元有各自獨立的基因編碼,。NMDA受體的亞單元基因至少有NR1和NR2兩類，而NR2又可分為NR2A,，NR2B,，NR2C和NR2D等多種，其中NR2B這種亞單元尤其重要,。一個NMDA受體是否含有NR2B決定了這個受體介導(dǎo)的突觸后電位的波形,。NR2B的存在可以使得突觸后電位波形延長，從而有更多的鈣離子可以進(jìn)入突觸后神經(jīng)元,。鈣離子的進(jìn)入進(jìn)而啟動許多信號系統(tǒng),，調(diào)節(jié)突觸聯(lián)系的強(qiáng)弱程度。實驗表明,，NR2B基因過量表達(dá)的小鼠在學(xué)習(xí)和記憶方面確實要比普通的小鼠能力強(qiáng)[27],，NR2B基因也就由此被科學(xué)家們戲稱為“聰明基因”,。在最近的一項研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)小鼠海馬CA1區(qū)錐形神經(jīng)元中NR2B受體在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的分布存在左右不對稱性,。海馬CA1區(qū)的錐形神經(jīng)元接受來自同側(cè)和對側(cè)海馬CA3區(qū)錐形神經(jīng)元的軸突纖維,。這些軸突纖維與CA1錐形神經(jīng)元的頂端樹突或底端樹突建立興奮性突觸聯(lián)系，以谷氨酸為遞質(zhì),。研究發(fā)現(xiàn),，在小鼠左腦，CA1錐形神經(jīng)元的頂端樹突與同側(cè)和對側(cè)的CA3神經(jīng)元都可建立突觸聯(lián)系,，但是只有與同側(cè)CA3建立的突觸才含有較多的NR2B受體,；CA1錐形神經(jīng)元的底端樹突也可以與同側(cè)和對側(cè)的CA3建立突觸聯(lián)系，卻只有與對側(cè)CA3建立的突觸才含有較多的NR2B受體,。在小鼠右腦，情況恰好相反,。CA1錐形神經(jīng)元的頂端樹突只有在與對側(cè)CA3建立的突觸中才含有較多的NR2B受體,；CA1錐形細(xì)胞的底端樹突只有與同側(cè)CA3建立的突觸中才含有較多的NR2B受體[28]。這樣的差異,，在神經(jīng)細(xì)胞數(shù)以億計,，神經(jīng)纖維錯綜復(fù)雜的哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中，是那樣的微妙,，卻又十分重要,。這一發(fā)現(xiàn)無疑為神經(jīng)系統(tǒng)功能側(cè)化提供了有力的細(xì)胞層次的依據(jù)。
或許人類大腦的側(cè)化正是基于無數(shù)分子和細(xì)胞層次上這樣的細(xì)小微妙的差異,。在系統(tǒng)形態(tài)和解剖的層次上,，這樣的差異也是存在的。美國最新一期神經(jīng)科學(xué)進(jìn)展雜志的一篇綜述：大腦皮層網(wǎng)絡(luò)的半球側(cè)化,，非常深入地探討了人類語言和動物交流功能側(cè)化的細(xì)胞形態(tài)和系統(tǒng)解剖基礎(chǔ)[29],。
當(dāng)然我們現(xiàn)在離完全理解這些機(jī)制還差得很遠(yuǎn)。隨著神經(jīng)科學(xué)在分子,、細(xì)胞和整體層次的不斷發(fā)展,，我們對認(rèn)知過程的神經(jīng)機(jī)制也會逐漸有更多更深入的理解。這也就是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域許多科學(xué)家不斷探索的動力,。
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