www.psychspace.com心理学空间网系统研究的治疗进展与分子生物学 施琪嘉译
正是在十年前,美国神经病学研究院提出:本世纪的最后十年是脑的十年。开始,人们主要视此为促进研究的口号,在脑的十年内真正发生的事情表明,人们获得的认识和取得的进展远远超出了原来的期望,我们对神经疾病的病理生理和治疗可能性在认识方面出现了戏剧化的改进。与类似发生在其他学科的情况一样,这种进步应归功于基础研究向临床的转换。对此进步起重要作用的方法学基础为分子生物学和分子基因学以及能反映脑功能活动的成像技术如PET、MRT。下面我们将就分子生物学方面和系统分析方面取得的进展加以介绍。
神经系统的系统生理学和影象形成
功能性核磁共振(fMRI)对脑活动的研究
PET和fMRI能显示脑的感觉、运动和认知功能活动的正常及病理图象。一系列方法如电生理、放射学和核医学方法均可通过对时间和空间差异上的区分对脑功能作出图形上的描述,即“脑地形图”。脑电图和脑磁图可以直接通过无创性的电或所伴随的磁场变化记录神经联系的局部活动,而PET、fMRI则可间接提供的与局部脑灌注改变相关的证据。局部脑灌注是脑区域功能状态的可信指征。神经血管连接通过血液氧化水平依赖机制(BOLD,blood oxygenation level dependent mechanism)借助时间性延迟激活神经元。
通过动物和对人行为的电生理检查,已经确定了2个重要的机制:
1. 原来描述全脑功能的固定性部位-功能关系概念(Brodmann-Areale)得到了发展,转变为不同脑区域的神经元联结形成的功能性网络概念,如一个飞行着的鸟的整体体验来自于地形、颜色和运动对脑不同区域同步刺激后的分析结果。
2. 大脑是个生物学习系统,其神经连接通过来自环境的刺激自身得到重新组织,这可以通过功能-解剖的巨大变异而得以证实。大脑的可塑性不仅仅是我们适应环境的前提,也能为疾病引起的功能障碍提供代偿性适应。
理想化的推测为fMRI将从功能成像方面使我们对高级皮层功能的理解发生革命性的改变:根据与神经元系统功能有关的全新的认知分类可以作出规划好的脑部手术、对梗塞或脑肿瘤引起的功能脱失作出预后判断、记录神经康复和药物治疗的过程和机制、对严重的痴呆伴发性变性疾病或精神疾病(如精神分裂症或抑郁症等)的鉴别诊断作出判断。
系统分析与数学模型的建立
医学知识有其发展趋势和模式,其中之一为当前最为推崇的分子水平。然而,单用分子确不足以理解大脑和脊髓的功能,在此还需用上第二个水平,即系统分析和相应的模型建立。生物和技术系统性的感觉运动控制问题的相关性是显而易见的,生物系统的定量分析如果没有数学系统化的理论模式是不可能的。一个系统理论模式的基本成分,如前庭-眼球反射就包括可测得的大小(如头部的转动)的传入系统,通过协调前、后运动的装置而连接,传出系统又是可以测量的成分(如眼球运动的速度)。除了通过矩阵计算前庭-眼球反射的统计模式外,还存在着动力模式,它可用于线形系统理论,如对高-深度成分的测量。其他指征为非线形特征的模型神经元和其联结的神经网络,这些神经元网络通过习得过程使得系统之间的成分发生关系上的转换。
一个模型的建立能够绘出一个系统的结构图,由此能加强人们对系统的理解。由于模式的建立首先可以促进对器官系统的详细分析,感觉运动功能的复杂性也就通常通过此途径得到显示。由于对全部或部分成分或通路中断的计算机刺激成为可能,这就可以提出针对性很强的临床问题,或者针对迄今未观察到的综合症,或者――对已经公认了的综合症则进一步确认其损伤定位并对其机制加以阐明。我们相信,在生物的感觉运动系统的复杂性方面系统理论性的模式建立能够进一步帮助神经研究获得更大的进步。
正是在十年前,美国神经病学研究院提出:本世纪的最后十年是脑的十年。开始,人们主要视此为促进研究的口号,在脑的十年内真正发生的事情表明,人们获得的认识和取得的进展远远超出了原来的期望,我们对神经疾病的病理生理和治疗可能性在认识方面出现了戏剧化的改进。与类似发生在其他学科的情况一样,这种进步应归功于基础研究向临床的转换。对此进步起重要作用的方法学基础为分子生物学和分子基因学以及能反映脑功能活动的成像技术如PET、MRT。下面我们将就分子生物学方面和系统分析方面取得的进展加以介绍。
神经系统的系统生理学和影象形成
功能性核磁共振(fMRI)对脑活动的研究
PET和fMRI能显示脑的感觉、运动和认知功能活动的正常及病理图象。一系列方法如电生理、放射学和核医学方法均可通过对时间和空间差异上的区分对脑功能作出图形上的描述,即“脑地形图”。脑电图和脑磁图可以直接通过无创性的电或所伴随的磁场变化记录神经联系的局部活动,而PET、fMRI则可间接提供的与局部脑灌注改变相关的证据。局部脑灌注是脑区域功能状态的可信指征。神经血管连接通过血液氧化水平依赖机制(BOLD,blood oxygenation level dependent mechanism)借助时间性延迟激活神经元。
通过动物和对人行为的电生理检查,已经确定了2个重要的机制:
1. 原来描述全脑功能的固定性部位-功能关系概念(Brodmann-Areale)得到了发展,转变为不同脑区域的神经元联结形成的功能性网络概念,如一个飞行着的鸟的整体体验来自于地形、颜色和运动对脑不同区域同步刺激后的分析结果。
2. 大脑是个生物学习系统,其神经连接通过来自环境的刺激自身得到重新组织,这可以通过功能-解剖的巨大变异而得以证实。大脑的可塑性不仅仅是我们适应环境的前提,也能为疾病引起的功能障碍提供代偿性适应。
理想化的推测为fMRI将从功能成像方面使我们对高级皮层功能的理解发生革命性的改变:根据与神经元系统功能有关的全新的认知分类可以作出规划好的脑部手术、对梗塞或脑肿瘤引起的功能脱失作出预后判断、记录神经康复和药物治疗的过程和机制、对严重的痴呆伴发性变性疾病或精神疾病(如精神分裂症或抑郁症等)的鉴别诊断作出判断。
系统分析与数学模型的建立
医学知识有其发展趋势和模式,其中之一为当前最为推崇的分子水平。然而,单用分子确不足以理解大脑和脊髓的功能,在此还需用上第二个水平,即系统分析和相应的模型建立。生物和技术系统性的感觉运动控制问题的相关性是显而易见的,生物系统的定量分析如果没有数学系统化的理论模式是不可能的。一个系统理论模式的基本成分,如前庭-眼球反射就包括可测得的大小(如头部的转动)的传入系统,通过协调前、后运动的装置而连接,传出系统又是可以测量的成分(如眼球运动的速度)。除了通过矩阵计算前庭-眼球反射的统计模式外,还存在着动力模式,它可用于线形系统理论,如对高-深度成分的测量。其他指征为非线形特征的模型神经元和其联结的神经网络,这些神经元网络通过习得过程使得系统之间的成分发生关系上的转换。
一个模型的建立能够绘出一个系统的结构图,由此能加强人们对系统的理解。由于模式的建立首先可以促进对器官系统的详细分析,感觉运动功能的复杂性也就通常通过此途径得到显示。由于对全部或部分成分或通路中断的计算机刺激成为可能,这就可以提出针对性很强的临床问题,或者针对迄今未观察到的综合症,或者――对已经公认了的综合症则进一步确认其损伤定位并对其机制加以阐明。我们相信,在生物的感觉运动系统的复杂性方面系统理论性的模式建立能够进一步帮助神经研究获得更大的进步。