[科普中国]-大脑功能定位

大脑皮层功能定位说，大脑功能与心理活动关系的学说。它是由神经解剖学家F.J.加尔和他的学生J.G.施普尔茨海姆于19世纪初提出的。认为大脑皮层分成许多独立的功能区域，分司各种心理能力。他们在六卷本的《神经系统解剖学和生理学》中提出：①脑是的心理器官；②人的基本性格和各种智力特点是先天决定的；③在脑中一定存在着发展程度不同的皮层区域,这些区域负责不同的能力,即所谓有不同的功能就有不同的掌管结构。

简介F.J.加尔和他的学生J.G.施普尔茨海姆认为头骨的外形和大脑皮层的轮廓一致，因此从头骨某一部位外形的特点即可断定该部皮层发展的情况，并从而判断个体在某一方面的能力如何。他们罗列了许多独立的心理能力，认为它们分别属于脑的不同部位的功能并称这些部位为相应的器官。例如，顶骨后下角的脑区是好斗性器官；后上方头骨下的皮层区是自尊性器官；头两边后上部下面的皮层区可能是谨慎性的器官；小脑是淫欲的器官等。这种观点1815年后被称为颅相学。它在当时颇能引起一般人的兴趣，但却遭到严肃的科学家的强烈反对。其中最著名的反对者是M.-J.-P.弗卢朗（见大脑皮层功能等势说）。弗卢朗认为加尔和施普尔茨海姆的研究在方法学上不严格，因而其学说没有可靠的事实根据。在大约50年之后，由于临床观察和动物实验材料的积累，皮层功能定位的观念又得到了复活。

布罗卡区的发现法国神经病临床医生P.布罗卡1861年发现，左半球额叶第2和第3额回的后部、赛尔维氏裂前端脑组织软化或受损伤，病人即丧失说话的能力。此后这一区域被称为布罗卡区。3年以后,英国临床神经病学家J.H.杰克逊注意到说话能力的丧失与右半身舞蹈病之间的关联，指出除了布罗卡发现的有关舌头运动的区域之外，还有一定的脑回管理着由心理直接控制的手的精细运动。1870年德国精神病学家G.弗里奇和E.希齐希开创电刺激动物的大脑半球各个区域的方法。他们通过刺激大脑半球的前半部获得对侧身体肌肉群的收缩运动,并找到了5个不同的运动点；而刺激半球的后半部却得不到肌肉的运动。这一实验结果证明在脑中有一定程度的专化的运动中枢。此后,英国神经学家D.费里尔于1876年发表了在猴、狗等动物脑上重复弗里奇和希齐希的电刺激实验的结果，确立了脑的感觉和运动功能定位的原则。
但是，能定位的这些功能都是比较单纯的运动和感觉的功能。如果承认脑是心理的器官，那么照加尔和施普尔茨海姆的观点，构成人的个性特点的其他心理能力是否也有确切的定位？费里尔本人回避在没有确定的事实根据时对此问题作出任何推测。
1874年，美国脑外科医生R.巴塞洛在一个头骨上有一溃烂部分并露出脑膜的病人的大脑皮层上进行了电刺激的试探，又发现：①用弱电流刺激清醒病人的大脑皮层，他没有痛的感觉，强电流则可引起面部的痛苦表情、大叫、对边的手伸直和臂痉挛、眼呆视、瞳孔放大、嘴唇发紫和口吐白沫等；②弱电流刺激个别区域可引起个别肌肉的收缩；③刺激时常伴有主观的感觉，例如，当刺激左半球较后的部分时可引起右上肢肌肉收缩，继之为右下肢肌肉收缩，同时病人报告右边的臂和腿有火辣辣的不舒服的感觉。
在此之后，美国的H.库欣于1909年用同样的电刺激方法在一个15岁的男孩和一个44岁的成年男人的大脑皮层上发现了可以产生没有运动的纯感觉经验的区域。从此开始了对感觉功能区域的探索。主要是靠在电刺激下病人所作的内省报告。
加拿大神经学家和神经外科医生 W. G.潘菲尔德于1928～1950年间,在大约400个进行脑手术病人的大脑皮层上作了电刺激探索。1950年他和T.拉斯穆森合著《人的大脑皮层》一书,叙述了他们的研究结果,即中央前回是控制随意运动的区域，称为运动区。这个区域与其所控制的肢体的关系是颠倒的，即顶部控制下部肢体、底部控制上部肢体，而且各部分的面积与所控制的运动器官的功能的重要性成正比。中央后回的电刺激不产生运动,却产生躯体上的感觉,所以确定为躯体感觉区。这个区域的各部分与身体的关系也是倒置的。身体各部在这个区域所占有的面积与该部感觉的敏锐程度成正比。刺激枕叶后部，病人常报告有光、色或暗影的感觉。刺激颞中回、颞下回与枕、颞与顶之间的皮层，病人常报告仿佛听到了几年前听到过的某个熟人说话的声音，或眼前出现了某个熟人，甚至会再现过去经历过的一段情景。刺激左半球额叶的布罗卡区，常常使病人停止正在说的话。

总观上述研究成果，大脑皮层功能定位似乎有了这样一个比较清楚的轮廓：①直接控制随意运动的功能在中央前回，称为一级运动区；②躯体感觉的功能在中央后回；③视觉功能在枕极或枕叶内侧的矩状裂周围；④听觉功能在颞横回，这些区域都被称为一级感觉区。在一级感觉区的外围还有二级区，进行各种感觉的高级加工；⑤一般认为内脏感觉功能在岛叶；⑥嗅觉加工在边叶；⑦组织说话的运动功能在多数右利手者的左半球布罗卡区；⑧理解语言的功能，多数人也在左半球外侧裂后方的缘上回和角回，即韦尼克区。
上述这些功能的含义比较简单,定位也比较明确,除此之外的绝大部分皮层的功能被认为是复杂的或综合性的，定位就不明确了。人们一般把判断、计划和作决策的功能归之于额叶，甚至认为额叶的功能组织决定着一个人的个性特征；至于综合各种感觉，了解自身的空间状态则被认为是属于顶叶的功能；做梦和记忆大部分是颞叶的功能；情感和情绪主要是边缘系统的功能，与前颞叶也有密切的关系。

对割裂脑病人的研究60年代R.W.斯佩里、M.S.加扎尼加和W.格施温德等人对割裂脑病人的研究,又获得了确实的材料,证明大脑的两个半球在功能上是不对称的。研究者们已公认，言语能力在大多数右利手的人中处于左半球，并把有言语功能的半球称为优势半球。这个半球，不仅有分析语言和加工语言的能力，而且在分析事物的细微结构和抽象特征（如声音的节奏和频率，数学的概念和逻辑的推理等）方面也占优势地位；右半球则在认识事物整体性质和空间关系（如识别各种形象和空间结构等）方面见长。这样，除皮层功能定位外，又提出了两半球的功能分工问题。
如今神经解剖学家、神经生理学家和神经病理学家普遍承认上述的皮层功能定位。但是这与最初加尔提出的功能定位不仅在部位上有差别，而且在概念上也不相同了。加尔试图把他所想象的许多独立的心理能力分别安排在大脑半球的不同部位，这些部位似乎都是互不相关地掌握着这些不同的心理能力。当前人们所肯定的只有中央前回、中央后回、颞横回、枕极和内侧的矩状裂周围的皮层等与它们所控制和承受的周缘器官有严格的对应关系。至于占皮层最大部分的联合区和边缘系统,它们大多接受多种渠道传入的信息，所以只能承认它们对不同的心理过程和心理状态（如感知觉的加工、学习记忆和情绪情感等）有不同的作用，但不能认为这些心理过程都是彼此互不相关地独立进行的，更不能相信这些过程会分别在确定的有限部位中进行。甚至大脑皮层的两个半球在功能上虽然有所分工，但在正常人，它们的工作也是统一的。

皮质脑电的脑运动区功能定位原理与算法研究在大脑神经皮质功能区病变的的手术治疗中,皮质(运动区)功能定位可以实时确定大脑神经运动等脑功能区边界,帮助医生最大限度地切除病灶,同时尽可能地保护病灶周围的正常脑组织,避免神经功能损害,关系到患者术后的生存质量;因此,脑运动区功能定位研究具有明确的医学临床应用背景,对神经外科手术具有十分重大的应用意义。如何能在术中准确、快速、无创,甚至非唤醒状态下定位脑功能区是一直困扰临床和神经医学研究的基础理论问题,亟待解决。本论文以“通过脑运动区皮质脑电信号的特异性分析,实现人体神经系统大脑皮质运动区功能定位的临床应用”为目标,深入研究运动区皮质脑电信号的特异性及其处理技术,探讨皮质脑电用于术中脑运动区功能定位的原理和分析算法,为医学临床应用提供理论基础,从而实现准确、快速、无创的术中脑运动区功能定位。首先,根据脑(运动区)功能定位的应用和国内外研究现状,指出了脑(运动区)功能定位研究和应用中存在的问题。1

本词条内容贡献者为:

殷晓莉 - 儿童心理专家 副教授 - 中国科学院心理研究所