腦的功能回路舉例（1）

1861年，法國科學(xué)家布羅卡（Paul Broca）治療了一位行為十分怪異的病人。她能理解語言，她的嘴和舌頭都并沒有妨礙她講話，但是她既不能講話，也不能用文字表達(dá)她的思想，她只能習(xí)慣地發(fā)出“Tan”的聲音，“Tan”就被用作她名字了。這個(gè)病人逝世以后，布羅卡解剖了她的腦，發(fā)現(xiàn)在她的左腦前額葉的下部有一個(gè)區(qū)域缺失。之后，他研究了有類似病狀的8個(gè)病人，發(fā)現(xiàn)了相同的腦部位缺失。因而，當(dāng)時(shí)他說了一句有名的話“我們?cè)谟米竽X說話”。這是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)腦解剖組織與行為的相關(guān)性，這個(gè)腦的區(qū)域就此以布羅卡的名字命名，稱為布羅卡區(qū)，被人們認(rèn)為是“語言中心”。

1871年，德國的神經(jīng)科學(xué)家韋尼克（CarlWernicke）發(fā)現(xiàn)，如果人們?nèi)笔ё箫D葉的后部，他們能說話，但是說出來的話是互不相關(guān)，沒有意義的。韋尼克的研究被確認(rèn)后，人們命名這個(gè)腦區(qū)為韋尼克區(qū)，認(rèn)為在我們聽和讀詞時(shí)，這個(gè)區(qū)域負(fù)責(zé)語義解釋和話語的組織。總之，最早神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)識(shí)到的語言通路是沿著左腦的外側(cè)溝（lateral sulcus），又稱為西爾維厄斯氏裂（fissure ofSylvius）周圍的腦區(qū)。在這個(gè)通路的前端是布羅卡區(qū)，另一端是韋尼克區(qū)。兩個(gè)區(qū)域之間由一束神經(jīng)纖維弓形束（arcuatefasciculus）相連，共同構(gòu)成了理解和產(chǎn)生語言的基本語言通路。

當(dāng)腦成像技術(shù)發(fā)展起來以后，科學(xué)家進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，腦中并不存在著明晰的語言中心，在產(chǎn)生語言和理解語言的功能之間，并不具有明晰的界定區(qū)域，實(shí)際上與語言有關(guān)的區(qū)域要廣泛得多，有關(guān)的通路和回路要復(fù)雜得多。現(xiàn)在定義的布羅卡區(qū)大致位于博德曼分區(qū)的44和45區(qū)，如果這個(gè)區(qū)域缺失，會(huì)使語言功能發(fā)生障礙，產(chǎn)生失語癥。但是布羅卡區(qū)的作用不是單一的，它具有2個(gè)分區(qū)，大致對(duì)應(yīng)于44和45區(qū)。44區(qū)位于前額回下部靠后的區(qū)域，接近運(yùn)動(dòng)前區(qū)中控制嘴和舌頭運(yùn)動(dòng)的部位，此區(qū)域參與了語音的處理和口語的產(chǎn)生。45區(qū)位于前額葉下部，較44區(qū)要更前的位置，參與了語言中有關(guān)語義的處理過程。它的功能不是在給出語句的含義，而是參與語言記憶有關(guān)的語義單元的提取和運(yùn)作。

同樣，韋尼克區(qū)也不是單一均勻的區(qū)域。它大致可以分成3個(gè)區(qū)域，第1個(gè)區(qū)域會(huì)對(duì)自己與他人的口語和其他聲音產(chǎn)生反應(yīng)；第2個(gè)區(qū)域僅對(duì)他人的口語產(chǎn)生響應(yīng)，但是當(dāng)本人回想起一串詞句時(shí)，這個(gè)區(qū)域也會(huì)被激活。這兩個(gè)區(qū)域和理解語言有關(guān)。相對(duì)于理解語言含義的功能來說，第3個(gè)區(qū)域與合成語句的關(guān)系更大。韋尼克區(qū)總的作用是和一系列語句的表達(dá)有關(guān)，不管這一系列的語句是當(dāng)時(shí)聽到的，還是自身產(chǎn)生的，或是從記憶中提取出來的。

在20世紀(jì)60年代科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了第3個(gè)對(duì)語言十分重要的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域位于頂下小葉（inferiorparietal lobule），包括角回和緣上回（angular gyrusandsupramarginalgyrus）。這個(gè)區(qū)域通過一大束神經(jīng)纖維和布羅卡區(qū)以及韋尼克區(qū)相連。左腦的頂下小葉位處腦中的關(guān)鍵位置，在聽覺、視覺和軀體感覺皮層的交接處，和上述區(qū)域都有廣泛地連接。此外，在頂下小葉中的神經(jīng)元具有特殊的多模特性，它們能夠同時(shí)處理不同類型的刺激（聲音、視覺信息、感覺和運(yùn)動(dòng)等信息）。頂下小葉具有這種組合處理信息的特點(diǎn)，因而很有利于理解口語和書寫語言的多方面特性：發(fā)音、形態(tài)和功能等。頂下小葉也能對(duì)事物進(jìn)行分類和標(biāo)示，這些正是形成抽象概念和思維的前提。頂下小葉在靈長(zhǎng)類動(dòng)物的腦中只有一個(gè)雛形，是人腦在進(jìn)化過程中最后進(jìn)化完成的結(jié)構(gòu)。人類獲得語言能力和FOXP2基因有關(guān)，這個(gè)基因的變異大約發(fā)生在距今10—20萬年之間，也就是在這個(gè)期間人類才產(chǎn)生發(fā)音清晰的語言。由FOXP2基因在人腦中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，和它在其他生物中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)相比，圖2 不同范疇的語義的激活部位只有2～3個(gè)氨基酸的差別，好像就是這2～3個(gè)氨基酸的差別，使人具有了說話的能力。因而看來語言的出現(xiàn)是動(dòng)物已存在結(jié)構(gòu)逐步進(jìn)化改變而成，并不是在腦中出現(xiàn)了完全新的結(jié)構(gòu)。

同樣的，在兒童發(fā)育過程中，頂下小葉也是比較晚才發(fā)育完成的。因而，兒童一般在56歲以后，才能具有較好的讀寫能力。在上述兩個(gè)與語言密切相關(guān)的布羅卡區(qū)以及韋尼克區(qū)之間存在兩條平行的通路，一條通過弓形束直接相連的通路和另一條通過頂下小葉相連的通路。這兩條通路是并行的通路，在每條通路的主要區(qū)域之間則存在著串行的處理過程（圖1）。

左、右腦的語言功能是不對(duì)稱的，語言回路主要在左半腦。右利手的人語言回路的90%，左利手人的70%在左腦。令人驚奇的是即使是對(duì)使用肢體語言的聾人，語言回路也是位于相同的腦的部位。因此，這個(gè)回路好像并不是只針對(duì)聽說的語言，而是更為廣泛地和人類個(gè)體的語言模式有關(guān)。

研究的逐步深入，不僅使我們認(rèn)識(shí)到對(duì)應(yīng)著語言行為，腦內(nèi)并不存在明晰的所謂語言中心，而是對(duì)應(yīng)著一些神經(jīng)回路。科學(xué)家還進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到這些神經(jīng)回路并不是孤立存在的，它們會(huì)與其他的功能回路之間產(chǎn)生重疊，交叉和形成復(fù)雜的連接。目前的研究結(jié)果顯示，腦所獲取的不同特性目標(biāo)的語義，屬陳述性記憶，會(huì)按范疇存儲(chǔ)在腦中不同物理位置。例如說，如果顳葉的前端，稱之為顳極（temporalpole）的部位受損，記憶熟悉人名字的范疇會(huì)消失；如果受到損壞的腦部位是顳葉內(nèi)側(cè)的中部和下部，關(guān)于命名動(dòng)物的范疇會(huì)消失；說到工具時(shí)，運(yùn)動(dòng)前區(qū)的前部（frontalpremotor areas）會(huì)被激活；而說到動(dòng)物時(shí)，視覺區(qū)也會(huì)被激活。這時(shí)無論是布羅卡區(qū)還是韋尼克區(qū)卻都沒有被激活（圖2）。在腦中語言處理功能還可能分布于不同的結(jié)構(gòu)之中，如基底節(jié)、小腦和丘腦等分皮層區(qū)域。從記憶系統(tǒng)來看，這些部位是和非陳述性記憶有關(guān)的腦區(qū)，而母語的文法記憶正是屬于非陳述性記憶。

1992年，意大利的生理學(xué)家瑞左拉蒂（GiacomoRizzolatti）發(fā)現(xiàn)了鏡像神經(jīng)元。他在猴子的前額皮層中發(fā)現(xiàn)一類神經(jīng)元，當(dāng)猴子用它們的手或口做一些特定的動(dòng)作時(shí)，這些神經(jīng)元會(huì)被激活。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因并不奇怪，因?yàn)檫@些鏡像神經(jīng)元位于猴子腦的運(yùn)動(dòng)皮層中，所以在做動(dòng)作時(shí)會(huì)被激活。令人驚奇的是，即使猴子本身不在做動(dòng)作，而只是觀看到別人做同樣動(dòng)作時(shí)，同一組神經(jīng)元也會(huì)被激活。這些神經(jīng)元因之被命名為鏡像神經(jīng)元（mirror neurons）。在你自己執(zhí)行一個(gè)的動(dòng)作，和你看到其他人執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，鏡像神經(jīng)元都會(huì)被激活。除了鏡像神經(jīng)元以外，又發(fā)現(xiàn)了另外一類神經(jīng)元稱為循規(guī)神經(jīng)元（canonical neurons，這一術(shù)語尚未見到國內(nèi)譯名，這里根據(jù)含義作者把它初譯作循規(guī)神經(jīng)元?！髡咦ⅲ?。它在你做動(dòng)作時(shí)會(huì)被激活，但是當(dāng)你不再做動(dòng)作，只要你看到某些可以用手去抓的物體，這些抓的動(dòng)作曾經(jīng)被編碼記憶過，循規(guī)神經(jīng)元就會(huì)被激活，好像你的腦能預(yù)見到你可能和這些物體發(fā)生互作用，而已經(jīng)開始做一些相應(yīng)的準(zhǔn)備了。

在發(fā)現(xiàn)鏡像神經(jīng)元和循規(guī)神經(jīng)元的機(jī)制以后，對(duì)語言處理機(jī)制的認(rèn)識(shí)，又有了新的重要突破。這類神經(jīng)元構(gòu)成了人們發(fā)展，包括語言在內(nèi)的，有意向交流系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它們可以使一個(gè)人去模擬另一個(gè)人的四肢運(yùn)動(dòng)或者是口的動(dòng)作，以至于可以復(fù)制姿勢(shì)或是再生具有意義的聲音。以這種方式，逐漸兩個(gè)不同的個(gè)體會(huì)共享相同的語言。這種語言的形成，不一定需要聲音的傳遞，而可以依靠口型和姿態(tài)的模仿。對(duì)于新生嬰兒來說，這是很重要的語言獲得途徑。

該文章獲2011年度教育部人文社會(huì)專項(xiàng)項(xiàng)目（《基礎(chǔ)教育階段技術(shù)和設(shè)計(jì)教育的國際比較研究》項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：11JDGC026）支持。