《认知神经科学——关于心智的生物学》部分摘录

摘录本书十三章部分内容。

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导语故事

这位神经科医师听取了这位衣着讲究的病人描述了他之前十年的生活。很多方面都表明他是典型的青年才俊。早期W.R.决定成为一名律师。他描述了为了达到这一目标的大学生活，包含有法律预科的详细学习计划以及他的社交嗜好—一去网球场、聚会以及交往众多女朋友等。W.R.曾被他所报考的法律学校录取，并且以较优秀的学业成绩完成了课程。但是当他拿到学位的时候，他的生活突然发生了变化。他觉得自己不再渴望在顶级的律师事务所找到一份工作。事实上，4年过去了他还没有参加律师行业考试，甚至都没有在法律行业找一份工作，而是在网球俱乐部当教练。他的家人对于W.R.的变化极端不安。在法律学校毕业之后，他们认为他正在经历着早期的中年危机，这在现在这个时代也不足为怪。很多与W.R.境况相似的人也对是否进入美国主流社会举棋不定。于是W.R.的家人盼望他在教网球中能找到满足，或许最终他会从事法律行业。但是随着时间的流逝，他们越来越难以忍受W.R.的变化。看起来W.R.每天都在混日子。他不但不能养活自己，而且还越来越经常地和他的兄弟“短期”借钱。 在神经科医师看来，W.R.是个智商很高的人。不仅因为他能够清晰地叙述他过去生活中的许多细节，而且他还能意识到自己有些不对劲。他意识到他已经变成了家庭的负担，并且一再表达了他希望自己的生活可以步入正轨。但是他就是不能让自己生活有组织起来，例如努力找一份工作或者找个住处。W.R.甚至不再打网球。他经常在一场比赛开始不久就会表现得很漠然，不是忘掉分数的变化就是不记得轮到谁发球，因此他的对手们很快就会感到丧气。 他的哥哥注意到了W.R.兴趣的另一个巨大的变化。他指出他的弟弟已经好多年没有约会过，并且看起来好像丧失了所有对爱情的追求。W.R.很不好意思地承认了这一点。他回忆到他在整个大学期间性欲都很活跃，并且曾和一个女人同居了好几年。但是正如现在他哥哥提到的，他的确很多年没约会了，并且甚至他都没有考虑过这个问题，这是失去自我的另外个征兆。W.R.对于他的未来、成功，甚至他自己的幸福都关心很少。虽然意识到他的生活渐渐偏离了轨道，但他还是不能做计划来改变。如果这就是全部的表现，神经科医师可能会认为失去自我并不是他能解决的，可能精神病医师更合适一些。但是W.R.在法律学校的最后一年里，熬夜并喝下大量的咖啡为期中考试做准备，其间突然癫痫发作。那时他接受了很详细的神经学检查，包括正电子发射断层扫描和CT，都没有找到生病的原因。但是考虑到病人失去自我这一特点，以及他很明显地容易分心，神经科医师开始有些怀疑。 当天进行的CT扫描确认了医师最担心的情况：W.R有星形细胞瘤。肿馏不但很大，而且位置不同寻常，沿着肼胝体的纤维穿过并且侵入到左半球的外前额皮质和右侧额叶的大部分，虽然这个肿瘤在早期没有被发现，但很可能是它引起了最初的癫痫发作，并且在过去的4年里己经慢慢地扩散。 第二天神经科医师通知了两兄弟诊断结果。目前只能抑制肿瘤的发展，但这几乎是不可能的。虽然他们可以采用放疗的方法，但是痊愈的可能性却很低。W.R.不可能活过一年。他的哥哥很受打击，不只因为他要面对失去W.R.的事实，还因为他对自己在过去10年中感觉和表现出的灰心有负罪感。然而更令人费解的是W.R.的反应。虽然他的兄弟听到消息时泪流不止，但是W.R.依然表现得很淡定和超然。虽然他明白肿瘤是带来他生活中这一系列变化的元凶，但是他没有震怒和一点痛苦，甚至看起来都缺乏明显的关心。他理解情况的严重性，但是这一消息和最近生活中的许多事情一样，并没有引起他明确的反应，也不会采取行动来解决问题。W.R.的自我诊断看起来很对：他失去了自我，并且没有能力掌控自己的生活。 自我的研究通常让大多数神经科学家们敬而远之。与颜色知觉和程序学习相比，自我的概念很难定义，更不要说它的神经机制了。采用动物模型也是不可能的。根据W.R.的行为表现，或者不如说是他的无作为，我们能够得出自我的重要性。W.R失去了控制目标导向行为的能力。虽然他需要依靠家里的经济支持，但是他能够应对日常必须的杂事，如穿衣吃饭。但是这些行为并不需要一个重要的日标。他不会为了在法律系统充满精力地工作而早早起床、刷牙和吃早餐。除了满足即刻的需要之外他没有什么计划，并且这些即时的计划看起来也不重要。他也能够像其他人希望的那样回头审视一下什么事情没有做好，但是随着一天天过去他也没有做什么。 在本章里，我们关注认知中更复杂的方面。考察对目标导向行为至关重要的过程，即我们能够以一种有目的的方式与外界相互作用。正如我们看到的，成功完成目标导向行为(goal-oriented behavior)面对许多挑战——我们必须形成行为计划，并且依据过去的经验得出适合于当前环境的行为。这样的行为必须是灵活且适应性强的，例如从宿舍到食堂的最佳路线可能被建筑物所阻碍，但是非常聪明的、饥饿的大学生们还会想出办法去吃饭。从一个计划转换到另一个计划需要能监控当前行为成功程度的方法，由于这些操作控制并调节脑内的信息加工，它们通常会涉及认知控制(cognitive control))。认知控制的研究使得人们开始关注大脑皮质的一部分，即前额叶皮质。而这一部分在前面的章节中较少涉及。

前额叶皮质对工作记忆(而非联想记忆)很必要

外侧的前额叶皮质负责当前知觉信息和已存储的知识间的相互作用，因此是工作记忆系统中的一个重要的成分。 背外侧前额叶皮质的BA46区和BA9区损伤的动物都会选择性地损伤工作记忆。 额叶也参与人类的工作记忆任务。Adele Diamond指出概念智力的一般标志，皮亚杰的物体恒常性测试，在逻辑上和延迟反应任务很相似。在该项任务中，孩子会观察到实验者在一或两个位置上藏有奖赏物，一段时间后孩子可以去寻找奖赏。结果发现小于一岁的孩子不能完成这项任务，因为在这个年纪额叶还处在正在发展的阶段。Diamond主张该项任务(如物体恒常性测试)的完成与额叶的发展相关。 在额叶发育成熟前，儿童的行为看起来就好像这个物体“看不见，就想不到”。当额叶成熟的时候，儿童的行为可以被物体的表征所指导，并且不再依赖于物体是否出现。 额叶和记忆的时间组织 记忆时间结构的损害可以解释更多额叶损伤综合征的奇怪行为。例如，在一份关于额叶官能障碍的经典报告中，Wilder Penfield描述了一个不能给家人准备晚餐的病人。病人能够记得烹饪各道菜的材料，但是她不能按照正确的时间顺序组织自己的行为。她的行为非常随意。她可以把所有材料混在一起，但是表现得很慌乱，在盘子间忙来忙去，或者是把一系列的东西弄错。她再也不能形成时间计划，从而达成一个一致的目标(Jasper，1995)。 目标导向行为 我们的行为不是无目的的，也不是完全受眼下的事件和刺激支配的。为了完成某一目标或者满足个人需要，我们会对行为进行选择。目标驱动的行为可能很简单，例如打开电脑玩游戏；也可能比较复杂，例如听讲座，复习笔记，或者读书学习等等。目标以层级结构存在。我们可以将即刻的行为目标描述为学习，但是我们也知道这是一个大计划的子目标。学习不同科日对于考上研究生或者专业院校是必要的，并且这些机构有助于将来获得名声、财富和个人满足。 额叶损伤会影响形成条理分明的行动计划的能力。像W.R.这样的病人就受到这一问题的折磨。即使他们已经从这种带来严重症状的疾病中康复过来，他们也不能重回到正常生活中。很难把这一问题归因为缺乏知识。这此病人能意识到他们的社会境遇变槽，并且有智力与能力产生改善目前状况的想法。但是他克服惯性的努力充其量不过是无计划的尝试，不能维持行动计划并且达到目标。 Tim Shallice(1991)对3位头外伤引起额叶损伤的病人进行研究，并证实了该问题。在许多神经心理学评价中，病人表现出正常有时甚至是超常的认知能力。他们不仅都在IQ测验中得分至少超出平均分一个标准差，而且在额叶功能的标准测验上——包括威斯康星卡片分类任：务(Wisconsin Card sorting Task，我们会在随后很快介绍)——也几乎没有出现问题。 为了考察他们从事目标导向行为的能力，实验者设计了若于任务，模仿一个人在星期六早上可能会做的一些事情。要求病人去一个购物中心；购买一些东西（例如，面包，润喉糖）；在某一时间赴约会；收集四条信息，例如一斤西红柿的价钱或者是美元的汇率。这些任务并不是设计用来增加记忆负担的。病人会得到一张任务列表以及需要遵循的指示，比如说尽可能花更少的钱。 尽管他们的智力能力表现很好，但是所有的三个病人都表现出执行这一任务的困难。一个病人不能购肥皂，因为她去的那家商店没有她最喜欢的牌子；另外一个病人在指定的商店中心外闲逛寻找一个只在指定区域内可以找到的东西。所有病人都被卷入社交纠纷。一个人成功地拿到了报纸，但是过后却被报商追赶，因为他没有付钱！在一项相关实验中，要求病人在15分钟中完成三项任务。控制组被试可以成功利用时间表来保证他们在每项任务上都有足够的进度，但是病人组却只是拘泥于一或两项任务。

计划和选择行动

在准备考试时，好学生会规划一项行动计划，如图13.15所示。这项计划可以被表征为层级的子目标，每一个子目标要求若干行为以达到目标。最上层的目标是考试取得好成绩。为了达到这一目标，要完成如下子目标：必须完成阅读、复习课堂笔记，并且整合材料来确定主题和事实。也许学生能够归纳出作文的问题并且练习写答案。时间表一定要包括子目标如何完成，以及如何在考试前专心学习。 成功地执行一项行为计划，包含三个重要成分(Duncan，1995)。首先，必须确认目标并且发展出子目标。也许学生注意到教授在考试中经常出阅读题，因此一个子目标就应该是在阅读上要尽可能多地努力。其次，在目标中进行选择时，必须考虑到可能的后果。学生在考试前一周每天留出一小时学习，与考试前一晚仓促学习相比，哪种情况下知识记得更好？再次，学生需要决定为了达到子目标，什么是必须的。比如需要确定学习的地点；备有足够的咖啡：以及用笔来标记关键的段落。很容易看出这些成分并不是完全孤立的，就像买咖啡既可以是一个行为，也可以是一个目标。 当一项行为计划被看做是一种层级表征时，人们会很容易看出目标失败可有多种方式。在图13.15中所示的例子中，如果阅读没有完成，学生可能缺乏考试所需的知识。如果一个朋友意外地在考试前的周未突然到来庆祝生日，关键的学习时间可能就难以保证。如果手边没有咖啡，那么学生可能没法在最后一夜的通宵中保持清醒。前额叶损伤病人不能有效完成目标导向行为可能有许多潜在的原因。问题可能出在没能有效过滤掉无关的信息，以使注意力集中在商品的价格上。制定行为计划意味着对可能的子目标同时进行考虑。我们必须评价这些不同计划以确定正确的目标。 Jordan Grafman实验室所做的一项研究巧妙地证明了上述评估过程中额叶的重要性(Goel等，1997)。研究者们试图找到穿透性脑损伤病人在现实世界中的问题。例如，他们要求病人帮助一对夫妇计划他们的家庭预算。病人会被告知该家庭的长期目标：两年内买房，15年后送孩子上大学，35年后退休。但是像许多年轻夫妇一样，这个家庭的经济状况很困难。事实上这个家庭更多地陷入债务中，而不是攒钱了。当看到这个家庭的花费清单时，控制组的被试会关注于一些特定的花费。例如，制衣的费用是每月175美元，这对于一个有两个小孩的四口之家来说太多了一点。如果让较小的孩子捡大些孩子穿剩下的衣服，就可以省下很多钱。 额叶损伤病人的反应与控制组被试不同。他们知道最重要的是找到在哪里可以省下钱。他们能够察觉预算的需要，但是他们的解决办法看起来却并不总是合理的。一个病人关注于家庭的房租，他注意到每年10800美元的房租是家庭支出中最大的一项，于是他提出应该取消。当实验者指出该家庭需要一个住处时，病人很快回答，“是的，我知道有个地方卖的帐篷很便宜，可以去买一顶”。我们可以从这种自然的情境下观察到前面所述选择问题的另外一种表现。

目标导向行为的认知控制

病人由于关注于住房花费，所以作决策时表现出思维的僵化。租房子的价格看来是特别显著的一条信息，病人做预算时就关注这一点。严格地从金钱的角度，这种决定是对的。但是从现实出发，我们意识到这一选择是不适当的。为那些复杂的事物，例如一个人长期的经济目标，做出明智的决定需要关注于整体。我们不能只见树木，不见森林。同时监控和评价不同的子目标也是很重要的，需要我们在不同的子目标间转换注意的能力，即认知控制的本质特征之一。 我们都很了解任务控制的重要性。也经常听到别人描述一个活跃的朋友很擅长“同时做几件事情”。从整体上说，这种描述适合于那些可以跟上所有课业、做兼职，并且还有时间每天下午锻炼两个小时的人。从局部上讲，这是用来描述那种能够用电脑看邮件、传文件的同时，还能看手机短信的人。目标可以通过认知控制来影响行为。复杂行为要求我们在头脑中保持当前目标；关注与达成目标有关的信息；忽略无关的信息；还要能够以协调的方式在不同的子目标间转换。 额叶失调诊断常用的测验，即威斯康星卡片分类任务(wisconsin card sorting task)，尤其强调了认知控制具有多种成分。该任务使用的卡片上绘有在3个属性上变化的物体：形状、颜色和数目（如图13.16）。每次呈现一个卡片，被试需要把卡片按照实验者定义的分类规则进行分类。 该任务中包含两个难点。其一，被试并不知道排序规则，他们必须通过尝试-错误的方式来发现规则。实验者在每个卡片呈现后只是简单回答“正确”或者“错误”。因此，再认刺激本身并不足以指导被试进行正确反应，它们必须与前面试次中的有关信息整合起来。被试的工作记忆必须保持在先前反应中某些相关特征的信息。 其二，尤其困难的是，一旦被试学会了按照某一维度进行分类，实验者会马上改变规则，并且不会提醒被试。因此被试不只需要找到正确的分类规则，还需要足够灵活以放弃之前被强化的假设，并且开始重新探索规则。此时，被试必须意识到先前的有关信息现在变成了无关信息。 额叶损伤的病人在完成该任务时存在困难。不只因为保留先前的反应来评价当前的假设有难度，而且尽管实验者一再警告反应不正确，病人仍倾向于坚持(perseverate)原来的规则，并在转换规则后一再重复使用旧规则。在下面的部分中，我们会详细探讨认知控制的不同方面。 任务相关信息的提取和选择 目标导向行为需要对任务相关信息做选择。事实上，这种选择过程是与外侧前额叶相关的任务的一个重要特征。在这个框架里，对前额叶功能的强调从它在记忆中的作用转到它在注意资源分配中的作用。 假设你告诉朋友近期去过旧金山旅行（图13.17）。精彩的一幕是你走过金门大桥。在你描述这个建筑物有多么美，它的两个铁塔是如何横跨海湾，连接城市和马林岬(Marin Headlands)时，长时记忆中的许多语义信息会激活，例如桥的位置、形状和颜色信息以及与参观桥相关的情节信息。在工作记忆模型中，会建立一个暂时文件来保持这些信息。假设你的朋友问你某个特定的特征，比如桥的颜色，这个问题要求这条信息比其他信息更为醒目。为了回答这个问题，你必须能够从工作记忆内容中选择该信息。 Art Shimamura(2000)认为前额叶皮质可以被理解为动态过滤(dynamic filtering)机制。前额叶皮质负责存储表征，并且选择与当前任务要求最符合的信息。工作记忆不只是被动地存储表征；它还需要一个注意成分，其中被试的目的会改变信息源的突出性。在空间延迟反应任务中，关键信息是客体的位置，在该任务的客体延迟反应任务中，关键信息是刺激的形状。