从疾病了解人类意识之神经基础 简版

从疾病了解人类意识之神经基础
2017 年 05 月 12 日
讲师|杜培基 医师
撰文|林雯菁

自从知道头颅里面的脑才是掌管人类行为之所在后,人们开始好奇记忆储存在大脑的什么地方、大脑是不是有所谓的语言中枢、脑内不同的功能网络如何运作才能维持注意力…等诸多问题,当然也会想知道我们的意识究竟是如何从脑中产生及运作的。

对于不同认知功能的神经机制的理解,人类至今为止已经累积许多知识,而这些知识的起点,多源自于病患研究。举例而言,我们会知道额叶的布洛卡区对语言的产生至为关键,是拜失语症病患所赐;我们会发现海马回是特定类型的记忆要形成不可或缺的脑部结构,始于对海马回被切除的病患H.M.(Henry Molaison)的观察;同样的,冲动控制能力需要前额叶的正常运作这项发现也是因为观察了头部受伤的铁路工人盖吉(Phineas Gage)才得到的。而我们对意识的神经机制的了解,很大部分也奠基于针对不同类型病患的病患研究。在此将介绍以猝睡症患者、植物人、和先天失明者等病患为研究对象的意识相关研究。

●猝睡症

我们每个人每天至少会在两种不同的意识状态之间切换,一种是清醒的状态,一种是入睡后意识丧失的状态。一般情况下,人们的清醒-睡眠循环处于稳定的状态,并不会随意在这两种状态之间切换。但患有猝睡症的患者却可能在无预警的情况下立刻进入无意识状态,也就是突然昏睡。

这个盛行率约万分之五的疾病由法国医师Gélineau于1880年所命名,其临床症状包括:过度睡意、猝倒、将睡未睡之幻觉十分清晰、睡眠麻痺、夜间睡眠被切割。如果能找到猝睡症的病因,是不是就能知道切换清醒与无意识这两种状态的开关了呢?

历经一百多年的时间,综合昏睡性脑炎患者、猝睡症的狗、动物睡眠实验、以及人类猝睡症患者的研究之后,如今咸信猝睡症是因为下视丘分泌素(hypocretin)不足所致。而下视丘分泌素既能够刺激清醒回路,同时又能够抑制睡眠中的快速动眼回路。因此有学者认为下视丘分泌素不足之所以会导致猝睡症,是因为在缺乏下视丘分泌素的情况下,清醒与睡眠两个状态之间的转换变得不稳定之故。

●植物人

植物人同多数人一样,具清醒与睡眠周期,但过去普遍认为植物人的意识是一片空白的。但是,有没有可能有部分的植物人其实是有意识的,只因受限于身体无法动作,无法做出让外界可以观察到的反应,而让外界误以为他们没有意识呢?这是一个合理的怀疑,但要验证这个怀疑,还得仰赖脑造影技术才行。另一方面,少数植物人得以从植物人状态回复至最低限度意识状态。那么当病患从一个状态改变成另一个状态时,脑部出现了什么变化呢?再者,处于不同状态的病患彼此间脑部差异最大之处何在?

2006年,由英国神经科学家欧文(Adrian Owen)所主持的一项以植物人为研究对象的研究引起广泛的注意和讨论。在该研究中,欧文等人以功能性磁振造影(functional magnetic resonance imaging)来扫描一名因脑部外伤而被诊断为植物人的年轻病患。从功能性磁振造影的结果可以得知,该名病患能够正确地遵照指示想像自己在打网球,或是在屋内的不同房间之间移动,显示她并非完全没有意识。在另一个规模较大的研究中,研究者利用相似的方法检验54名有意识障碍(disorders of consciousness)的患者,发现其中有五名患者能够遵照指令想像自己进行不同的活动。

另一个研究主轴的研究发现,病患自植物人状态回复至清醒有意识的状态后,脑中代谢量改变最大的区域位于楔前叶(precuneus)。同时,比较不同意识清醒程度的个体的楔前叶代谢量也可以发现,普通人的最高,闭锁症候群病人次之,最低限度意识状态者更低,而最低的则是处于植物人状态的患者。除了活动程度与意识程度相关之外,楔前叶和其他脑部区域之间的功能链接与意识程度也有正相关。

●先天失明者的感觉经验

人类的意识内容之中,视觉占据了非常大的一部分,毕竟在哺乳动物的大脑皮质中,处理视觉讯息的区域就佔了总数的1/3。但先天或早期失明者的枕叶(也就是视觉皮质所在之处)长期缺乏视觉刺激的输入,这会使得他们的大脑发生什么变化?如果以穿颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,简称TMS)对枕叶施予刺激,他们会出现什么样的主观感觉经验?

先天失明者的大脑和一般人的大脑最大之差异处,在于先天失明者的枕叶与其它众多视觉处理相关区域的体积较小,但他们枕叶的代谢量却比较高。虽然先天失明者的枕叶不是用来接收或处理视觉讯息,但这不代表他们的枕叶无所事事。相反地,在已知纪录中,先天失明者的枕叶可能被用在语言处理、注意力、口语记忆、工作记忆、点字阅读…等多种不同的认知功能上。人类大脑之可塑性由此可见一番。

接下来,假设一位先天失明者将枕叶做为点字阅读之用,如果使用穿颅磁刺激(TMS)这项仪器短暂地刺激他的枕叶,那他会产生触觉亦或是视觉经验呢?当我们刺激一般人的枕叶时,被刺激的人会产生主观的视觉经验。也就是,他们会‘看到’某些实际上并未出现在眼前的影像。研究显示,当先天失明者的枕叶接受刺激时,他们所经历的主观经验是触觉的而非视觉的。换句话说,他们不像明眼人一样会‘看到’影像,而是会出现‘手指头被碰触的感觉’。

●总结

借由比较一般人和病患两者之间大脑的异同,我们得以知晓负责特定功能的神经机制。从猝睡症患者、植物人、以及先天失明者的病患研究结果来看,可以发现人类脑中有一个庞大而多层次的意识神经网络,包括下视丘、中脑、楔前叶、额叶与顶叶关联皮质、视丘、和感觉皮质。凭借着这个网络的运作,我们才得以在清醒时感知复杂而种类繁复的意识经验,又能稳定地在不同的意识状态之间顺利切换。

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  本文整理自:106/4/15 由杜培基医师在台大思亮馆国际会议厅所主讲之「从临床医学看人类意识的神经机制」演讲内容。

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杜培基 医师 作者:杜培基 医师 / 768次阅读
时间:2017年6月10日
来源: 林雯菁 撰文
标签: 林雯菁
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