儿童大脑左右半球功能研究进展

1、儿童大脑左右半球功能研究进展         吕勇    白学军    沈德立【内容提要】本文从儿童心理学的角度，对近年来有关儿童大脑左右半球的功能研究进展进行系统的评述。首先，系统介绍了研究儿童大脑左右半球功能的新方法，即脑电活动记录法、正电子发射断层摄影术、核磁共振技术、半视野速示法和双耳分听法。其次，系统地总结了儿童心理学家采用新方法对儿童大脑左右半球功能进行研究所取得的新成果。这些新成果有助于提高人们对儿童心理发展本质的认识。最后，评介了几种关于儿

2、童大脑左右半球功能偏侧化形成的理论。【正文】关于人类大脑左右两半球功能存在差异的事实，在上一世纪就已经被发现，即当时人们认识到利手现象和语言运动功能都与优势半球有关。然而直到本世纪60年代以前，神经科学界注重的是大脑半球功能对称性的研究。这种情况由于斯佩里等人的工作而得到改变。近几十年以来，关于大脑左右半球功能差异的研究一直是神经科学、心理科学以及其他相关学科关注的热点。特别是近些年来，由于运用新的研究技术，使得人类对自己身体上最复杂的部分大脑左右半球功能的差异又有了新的认识。研究大脑左右半球功能差异的新技术儿童大脑左右半球功能研究进展与方法学的进步直接相关。早期的研究者只能在大脑处于非正常状

3、态下考察人的大脑左右半球的功能。例如斯佩里所用的裂脑方法，就是切断大脑的胼胝体，使其大脑左右半球之间的联系中断，然后再通过观察和实验了解患者大脑左右半球功能的差异。另一种方法被称为维达试验（Wadatest），就是通过单侧劲动脉注射药物选择性地麻痹左脑半球或右脑半球，以考察两个大脑半球功能的差异。由于在上述方法的使用中，被试处于非正常状况，使研究结果的普遍性受到了限制。为了搞清大脑在正常状态下，左右半球的功能如何，科学家们又发现了一些新的研究技术和方法。这些新的研究技术可以分为两类：一类是生物医学方法，包括脑电活动记录法、正电子发射断层摄影术、核磁共振技术等；另一类是心理学方法，包括半视野速示

4、法和双耳分听法。（一）生物医学方法1.脑电活动记录法（Electroencephalography,EEG）构成大脑的神经元具有生物电活动。这些电活动经过不同组织的传导可在头皮表面引导出来。虽然这些电信号非常微弱，但经过放大后，通过专门的仪器设备，便可被显示和记录。通过脑自身的电活动，可以推测大脑活动的方式，可以在个体进行心理活动的过程中观察其脑电活动的模式。脑电活动记录法通常要凭借脑电图机和诱发电位仪。脑电图机可记录个体在进行心理活动时，大脑左右半球的电位变化。而诱发电位仪可以记录个体对特定事件反应时大脑左右半球的电位变化。早年脑电技术的发展主要体现在放大元器件和电极的变化，而这些年由于电子

5、计算机技术突飞猛进，脑电技术的发展主要体现在电极数目的增加和脑电信号处理技术的发展。现在在脑电研究中记录脑电的导联数已远远超过1020标准电极系统的19个电极的界限，使用的导联数超过了32导，甚至达到128导、256导。导联数的增加是由于在脑电信息的分析过程中，视觉分析被计算机分析取代的结果。计算机分析脑电的技术已有许多，很难一一列举出来，主要有数字平均迭加技术、空间分析技术、偶极子定位技术，以及频谱分析、相关分析、相干分析等。例如，脑地形图技术是70年代以来出现的新的记录脑电的形式。利用这种技术可对所记录到的脑电活动做出定量分析（即用计算机对数据进行分析），同时可产生彩色编码拓扑图，该图按解

6、剖位置显示脑功能变化。2.正电子发射断层摄影术（PositronEmissionTomography,PET）正电子发射断层摄影术的技术可以定量测定大脑的生理生化过程。其原理是用经过处理而为人体所能接受的、分解时可以发射正电子的葡萄糖由静脉注入人体。因脑神经细胞的活动需要葡萄糖的分解提供能量，所以活动越强的部位在单位时间内的血流量越大，分解可以放射正电子的葡萄糖也就越多。如果在人的头部安置能移动方位的放射性探测器进行测查，将结果经电子计算机处理，即可查明放射性部位在三维空间中的位置。其成像原理正如CT扫描，只不过CT扫描放射源在脑外；而在PET扫描中，放射源位于脑内。放射性部位的放射强度可根据

7、其与放射探测器的距离，及所隔脑组织的密度来计算。并可将放射性由强到弱转换成显示器或打印纸上由红到蓝的不同色调，从而使人们更为直观地看到大脑左右半球的活动情况。PET技术可以在被试正常活动的情况下，观察不同行为与脑不同部位活动之间的关系。它与脑电图技术相比，除可使被观察者的行为免受机械装置的限制和干扰外，还可以使观察部位不受电极数目的限制，而且使观察范围不限于脑的表层。3.磁共振成像技术（MagneticResonanceImaging,MRI）早在1952年，博劳弛和泼赛尔就因此项技术获得了诺贝尔奖，但在医学中的应用，却是在劳特博发现它能通过检测氢质子而成像以后，这就是现在的磁共振成像技术（M

8、RI）。这种技术，通过无线电脉冲，以一定方式，干扰在外加磁场下排列的氢质子，当氢质子被脉冲激惹后再恢复到弛张状态时，便发出可检测的无线电信号，这种信号就是用作反映人体内氢原子数量和状态的MRI成像信息。但这种MRI的成像速度比较慢，只能产生单纯的结构成像，而且，对像心脏那样的运动器官，还不能够成像。1990年，美国ATT公司贝尔实验室的奥格瓦及其同事首先证实，MRI能够检测因氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白变化所引起的微小磁场波动。1991年，几个研究小组也都证实，可以检测到反映局部脑区活动水平的脑血氧饱和度的功能性变化，这就是功能性磁共振成像（fMRI）。在此期间，相应的设备实现了商品化，奎恩等人

9、第一次从无创伤的人脑，获得激活视皮层的fMRI动态影像。fMRI的成像信息，直接来自于脑功能的信号，而且不需要放射性同位素，空间分辨率可达12毫米，既高于CT，也高于PET，并易于形成结构信息和功能信息的理想结合，同时成像时间也已达到几十毫秒，正处于日新月异的发展之中。fMRI的缺点是，时间分辩率尚嫌不足。（二）心理学方法1.半视野速示法为了探索正常人大脑左右半球功能之间的差异，心理学家创造出了半视野速示法。这种方法是用速示器，以非常快的速度，通常为50毫秒的时间，将刺激呈现给一侧视野，要求被试对所呈现的刺激进行辨别，依据其成绩，判断大脑的哪一侧半球（左半球或右半球）是加工这种类型刺激的优势半

10、球。其原理是当某种类型的刺激材料直接投射到专门加工该类材料的半球时，就可以预测其加工的成绩优良。例如，如果当语言材料提供给右视野时理解得更好，就可断定，左半球是加工语言材料的优势半球。2.双耳分听法这种方法只需要一个带立体声耳机的立体声录音机。在实验中，所使用的磁带是特制的，它能同时对左右耳分别呈现冲突的声音刺激。尽管每一只耳朵与大脑两半球都是有神经联系，但对对侧半球的神经联系要强一些。当把强度一样但相冲突的声音刺激呈现给两只耳朵时，左耳或右耳将试图占据优势，这取决于哪一侧半球对识别这样声音更擅长。例如，当给被试的左右耳同时呈现不同的字词时，被试将主要报告出他的右耳所听到的字词。尽管两边的信号

11、具有同样的强度，但是左半球对呈现给右耳的字词听得更加清晰。由于左脑擅长于言语，它对所听到内容的觉察通常能在与右脑的竞争中获胜。当给两个耳朵同时呈现非言语刺激时，结果就会反过来，被试将报告出其左耳所听到的声音。这时，右脑略占优势，因为它更擅长于对非言语刺激的加工。儿童大脑左右半球功能差异的研究进展（一）利用脑电活动记录法研究的成果福克斯等人以10个月大的婴儿为被试，测量了他们在两种条件下的脑电图。一种条件是母亲接近婴儿；另一种情况是陌生人接近婴儿。在母亲接近婴儿的条件下，婴儿产生了积极的情绪（如高兴的面部表情），与此相联系的是婴儿大脑左额叶处的脑电活动性相对比较大。在陌生人接近的条件下，婴儿产生

12、了消极情绪（如厌恶），与此相联系的是婴儿大脑右额叶的脑电活动性相对比较大。1福克斯等人又以10个月的婴儿为被试，让婴儿处于悲伤、厌恶、高兴和生气等情绪状态，记录他们的脑电图。结果发现当婴儿在悲伤和厌恶情绪状态下，大脑右半球脑电活动性高；当婴儿在高兴和生气时，大脑左半球脑电活动性高。2卡福特用脑电图观察了68岁儿童在进行默读和理解任务时大脑皮层电位活动情况。结果发现，阅读本身引起儿童大脑右半球的电活动，而在反应或理解时则主要引起大脑左半球的电活动。阅读和理解成绩好的儿童，他们的大脑两半球都起作用。3（二）利用诱发电位技术研究的成果莫费斯给3个月大的婴儿呈现纯音（如ba和da）和单音节词刺激，同时

13、记录他们的大脑的事件相关电位。结果发现年龄只有3个月的婴儿对上述刺激的反应表现出了大脑半球的不对称性。当一个特定刺激呈现后，婴儿大脑左半球事件相关电位的振幅比右半球的更高。4在利用诱发电位技术得知新生儿大脑不对称后，研究者着手研究该种刺激将引起婴儿哪一侧大脑半球的反应。结果发现2个月的婴儿能区分发声在声音启动时间（VOT，即人们花在对特定声音停顿上的时间）上的不同。通过对婴儿听觉事件相关电位的分析，结果发现对这类刺激的区别包括两个主要成分。首先，在早期（大约100毫秒）是双侧大脑作出反应，之后，就表现为右半球的优势反应，时间大约在400毫秒。这一结果也得到了以学前儿童为被试的实验结果的支持。5

14、另一个语言区别线索是辅音与元音结合后不同的停顿，这一般称为发音位置。莫费斯等人以新生儿和婴儿为被试时，给他们呈现刺激后记录其大脑的听觉事件相关电位。结果发现被试表现出了两侧和一侧的两阶段模式。在区别发音位置时，大脑的左半球电位活动比右半球更强。6莱森等人研究采用PET技术，研究了朗读和默读时大脑皮层的活动情况。结果发现，在语言加工期间左半球和右半球是以同样的方式活动的。这项研究促进了人们对大脑左右半球功能的新认识，即大脑在完成心理活动时，大脑左右半球是协调活动，共同发挥作用的。（三）利用半视野速示技术研究的结果第一，以单词为实验材料的研究结果福格瑞利用速示仪，以2年级至高年级的学生为被试，在左

15、或右视野呈现三或四字词。结果发现，随着教育年龄的增加，儿童识别字词的能力提高；各个年级都表现了大脑左半球优势。7后来又有人重复上述实验过程，以711岁儿童为被试，结果发现在识别双字词时各个年龄组儿童也表现出大脑左半球优势。8胡碧媛以中国716岁儿童为被试，研究了他们辨认汉字时大脑两半球的功能特点。结果发现在辨认汉字时，有一个发展过程。即710岁儿童对汉字和汉语拼音单字的认识均为左半球优势，从1112岁，对汉字除单字外，对双字词的辨认呈现出两半球均势，1316岁则对汉语单字的辨认也变为两半球均势。9第二，以字母为实验材料的研究有一些研究者以多个字母为实验材料来代替单词时，对年龄在58岁之间的儿童

16、都是表现了右视野再认（大脑左半球）的优势。之后，一些研究者将实验材料改为只呈现一个字母后，儿童还是表现出了再认的右视野优势。进一步以单个的阿拉伯数字为实验材料，无论在实验过程中是两侧视野还是一侧视野呈现，同样也是发现58岁儿童再认时表现了右侧视野的优势。10第三，以非语言的实验材料的研究一些研究者以人面刺激为实验材料，被试为58岁的儿童。结果发现被试在再认刺激材料时，表现出了左视野（大脑右半球）的优势。之后，又有一些研究者采用点数判断、颜色识别、线条方向判断等实验任务。结果也发现不到5岁的儿童在完成上述实验任务时表现出了左视野优势。11（四）利用双耳分听法研究的成果第一，以声音为实验材料的研究

17、加拿大买麦吉尔大学的恩图斯用双耳分听法，研究表明功能偏向一侧在婴儿出生后就已经存在。由于婴儿不会说话，其对刺激的反应可以通过记录他们对一种特殊压力感受性的橡皮奶嘴的吸吮频率来测量。在其耳机中的一个声音变化，会使他们加速吸吮。因此，这种吸吮频率的增加是由于婴儿听到的声音数量和类型的变化所引起的。12当给婴儿的两只耳朵呈现相冲突的声音，并只改变其中之一时，婴儿将只对优势耳所听到的变化作出反应（吸吮频率加快）。在实验中，给婴儿呈现的言语声音有“ma”、“ba”和“da”。非言语声音是录的乐器声。被试为48名平均年龄在三个月左右的婴儿。实验结果发现：有79的婴儿表现出右耳（左脑）在言语方面的优势，有7

18、1的婴儿表现出左耳（右脑）在音乐方面的优势。由于这一结果中婴儿左右耳对言语和音乐优势的百分数与对年龄较大儿童和成人的双耳分听法实验的结果非常接近，似乎表明左脑觉察言语和右脑觉察音乐的倾向是天生的。三个月左右大的婴儿，其大脑的较高级皮层和胼胝体尚未完全得到发展。与此同时，对此年龄的婴儿来说，实验所采用的刺激材料，言语和声音不具有任何意义。但是他们的神经回路已经表现出了左脑对言语声音和右脑对音乐的偏好。佩克也采用双耳分听法，以39岁的儿童为被试，五段摇篮曲组成十段曲子，训练被试按曲子从多个图片中作出选择。结果发现被试都是表现出了左耳优势（即大脑右半球优势）。波琳以和谐元音音节为实验材料，以513岁

19、儿童为被试。结果发现了在所有年龄上都是表现出一致的右耳优势。13第二，以语言为材料的研究卡姆尔采用双耳分听法，以49岁的145名的男女儿童为被试，呈现的刺激材料为一个或两个单词和数字。结果发现每个年龄组的儿童都是表现出了右耳优势（即大脑左半球的优势）。有人以语词为实验材料，发现911岁的儿童随着年龄的增加，右耳优势逐渐增强。还有一项研究以实际的单词和句子为实验材料，结果发现4岁左右的儿童就表现出了右耳优势。14儿童大脑左右半球功能偏侧化形成的理论在很多研究中发现，儿童大脑左右半球功能的不对称性在生命的早期就表现了出来，结合搜集到的诸如利手的家族史等其他材料，可以得出结论说，儿童大脑左右半球功能

20、的不对称性与遗传因素有密切的关系。另外还有不少材料证实，儿童大脑左右半球功能的偏侧化是逐渐形成的。围绕大脑功能偏侧化的科学证据，还出现了3种不同的理论模型15，它们与偏侧化的形成也有关系。（一）单侧特化模型（UnilateralSpacializationModels）该理论要点如下：1.大脑两半球各自发生方向不同的特化过程，右半球的功能与结构的关系向弥散的等位化方向发展；左半球向局部功能定位的特化方向发展。2.右半球的局部损伤不产生明显的机能障碍，只有大面积损伤才会产生空间直觉障碍；左半球损伤即使面积很小，也会产生特定的功能障碍。所以，前者具有功能等位性和整体性，后者具有功能定位性和特征性。

21、3.右半球具有对复杂的图形视觉、面孔识别、非语言的环境声音、音乐、复杂的物体触觉识别和非语言材料的记忆等功能；左半球具有字词视觉识别、语音听觉识别、语言材料的记忆，以及阅读、书写和计算等功能。（二）相互作用模型（InteractionModels）该理论认为：1.两半球信息加工的方式不同，但却同时完成同一项心理功能，互相补助，类似多通道的感受器或感觉加工器。2.两半球在完成同一种心理功能时，存在相互抑制。左半球对右半球的语言功能存在抑制作用，右半球抑制左半球对环境声音和音乐的信息加工能力。这种相互抑制关系是在个体发展中形成的。如果儿童在早期脑损伤累及左半球时，则右半球的语言功能就会得到充分地发

22、展。3.两半球的功能关系在每一瞬间都决定于拟加工的信息的性质，每侧大脑半球都特殊注意和选择加工任务中与自己有关的特性。一旦某半球正在进行中的信息加工尚未完结，又有新的任务需要完成时，它可暂时分配和委托另一半球代为预加工。（三）偏好认知模型（PreferredCognitiveModels）维伯斯特和瑟伯认为：1.左半球面临认知任务时，偏好分析地、逻辑地运用语言进行加工；右半球偏好总体形象的信息加工。2.即使成年人，只要经过反复多次的认知训练，也可以改变某项认知任务信息加工的优势半球。注：12Berk,L.E.Infants,Children,andAdolescents.Boston,AllynandBacon,1993,171-172.3彭聃龄：语言心理学，46页，北京师范大学出版社，1991456Ia