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1、视障教学课程改革和教学管理培训班 盲童认知神经心理学研究的新进展,华东师范大学 学前与特殊教育学院 方俊明,一、引言,1688年7月7日，爱尔兰哲学家William Molyneux 1在给他的朋友John Locke的信中提出了这样一个问题： 想象一位先天盲人已经学会通过触觉区分和命名球体和正方体，那么当这个人突然恢复了视觉，他能使用视觉区分这两种物体吗？并能说出哪一个是球？哪个是立方体吗？,问题的实质是什么？,本质上，不同通道的感觉具有不同的特性，学习与经验是否能在不同的感觉通道之间建立内在的跨通道联系？ 如果能，是怎样建立的？ 如何探索大脑可塑性的认知神经心理学基础？,研究者采用多种实验
2、方法解答上述问题,对动物视觉剥夺的行为观察与对比； 对白内障患者外科手术前后的行为的观察与对比； 使用感觉替代设备来代替视觉情景和物体等； 从盲人阅读的角度来探讨盲童认知的神经心理机制，对提高盲童的教育与教学质量提出几点建设性的意见。,早期对动物视觉刺激剥夺的实验,例如，Hubel，1988年9将猫和猴未长成的一只眼睛缝合10个星期后发现，缝合眼只有15%的视皮质细胞，而正常眼有50%视皮质细胞对呈现的视觉刺激做出反应；被缝合眼相对应的一级视区（V1）的细胞组织相对萎缩而未缝合眼的细胞相对增加。由此认为：视觉皮质有一定的可塑性，大脑细胞能够根据功能的需要进行自我重组。,大脑可塑性与跨感觉通道重
3、组,所谓大脑可塑性（plasticity） 是指神经系统为不断适应外界环境的变化而改变自身结构，包括神经组织的正常发展和成熟，新技能的获得，在神经系统受损以及感觉剥夺后的代偿。 跨感觉通道重组（cross-modal reorganization），是指当某个专门感觉通道中感觉输入完全剥夺时，负责这一专门感觉通道的脑区会通过重组逐渐对其它通道的感觉输入做出反应5。,大脑可塑性： 来自盲文阅读的实验证据,盲人被试的盲文阅读所导致的枕叶皮质激活跨通道重组的证据： Gizewski 2004年用fMRI技术对12个盲人和12个明眼进行了盲文阅读大脑神经活动的比较，研究结果说明，盲文阅读并不仅仅是一项
4、动觉任务，也是一项语言和触觉分辨任务，对语言和触觉分辨任务的神经活动必须开展进一步的研究。,透颅磁刺激（rTMS）的研究发现：,Cohen等人13 的研究发现，对早期盲人中部枕区视觉皮层的干扰刺激会影响盲人盲文字母的识别，诱导阅读错误，而对其阅读手指对侧的感觉运动皮层的刺激并不影响作业成绩；此外，同样的干扰刺激并不影响明眼人对凸起罗马字母的阅读，这进一步证实视觉皮层参与了盲文和罗马字母的触觉感知，提示脑有非凡的可塑性。,盲人阅读的fMRI研究,Burton等200214 对盲人阅读的研究发现，先天盲人进行盲文阅读时，涉及视觉加工的枕叶和颞叶的激活水平显著高于后天盲被试的水平；无论阅读的媒介是触
5、觉或视觉，大脑的枕叶皮质都是进行阅读的必要区域，盲人在大脑特殊区域保留了他们的本能机制来适应触摸阅读的需要。视觉皮层已经能将感觉信息重新编码成适合大脑语言区能识别的形式。,早期盲和后期盲被试进行食指盲文阅读脑功能成像的比较,盲文阅读时间对躯体感觉皮质的影响,Pascual Leone等人) 17 使用TSM技术测量ADM 和FDI肌肉运动技术比较了六位盲文阅读者(13岁之前学习盲文的盲文校对员)在不同阅读量的情况下躯体感觉皮质的扩展状况。 研究结果认为，“当盲文阅读缺少练习和少量的刺激会引起动觉皮质区域缩减”，只有每天进行的盲文阅读才有助于保持盲文阅读的流畅性。,二、躯体感觉皮质代表区的扩大,
6、研究者在注意到盲文阅读导致枕叶皮质的可塑性的同时，也推测躯体感觉皮质有着同样的可塑性（Sadato 1998） Pascual Leone & Torres 199316，采用体感诱发电位（ SEPs)比较了15名熟练的盲文阅读者（每天使用盲文超过2小时）与15名明眼被试（不熟习盲文）的躯体感觉皮质的可塑性。 研究结果表明，与明眼者比较，盲文阅读者的阅读手指比非阅读手指有更大的感觉运动成像。此外，用右手阅读的盲人在大脑的左半球呈现刺激的激活。这与Burton等2002结果一致。,图2. 早期盲被试经过盲文阅读练习 后动觉皮质和枕叶皮质的改变,三、使用TMS追踪空间信息在大脑皮质中的加工轨迹,脑
7、功能成像的相关研究一定程度上揭示出激活模式建立了指定区域或网络的活动与任务成绩之间的联系，但需要脑损伤定位研究来解释内在的因果关系； 严谨的神经科学研究来自于病案研究。很巧合的是，对一位早期精通盲文阅读的盲人妇女的临床案例研究发现，双侧枕叶中风使她不能阅读盲文了，这支持了盲文阅读能力和枕叶功能之间的因果关系18,躯体感觉皮质区域扩大的两个阶段：,可能是由于突触有效性的高端增加，或是联结的加强，而形成快速的动态的，瞬间的扩大； 缓慢的不明显的但很稳定的皮质代表区的扩大，呈现出结构的可塑性。 盲文阅读技能的获得与其他技能的获得是相同的，在皮质联结有效性的基础上，经过长期的训练，才可能从瞬时快速的改
8、变，导致长久的结构上的改变。,四、对于盲文阅读神经机制的几种解释,1、大脑皮层的柱状结构理论 柱状结构可是大脑皮层的基本功能单位，是传入和信息融合的处理单元。在感觉皮层区，柱状结构对同一类型的刺激起反应。盲人的盲文阅读可能会在触觉的高频刺激下引起视觉皮层柱状结构的功能重组。,2、机能交叉模式理论,被剥夺正常的感觉输入后的某一特定脑区在另外的刺激模式下可引起激活，例如，被剥夺视觉刺激输入的枕叶可能被声音刺激激活。交叉模式的相互作用是正常感觉皮质的特征，这种交叉神经元重组甚至在成年人脑也可能发生。盲人枕叶被非视觉刺激激活，说明视觉皮层存在交叉激活模式，有良好的可塑性和功能重组的潜能，这便是盲人感觉
9、补偿的神经基础。,3.感觉反应神经回路的形成,感觉信息的输入方式极大地影响了神经回路的形成。先天盲人的视皮层因得不到视觉输入的刺激，则无法建立正常的视觉回路。在丰富的触觉和听觉信息的刺激下，原本暂时投向视皮层的神经联结逐渐固化形成特有的感觉回路并驱使皮层视区加工来自视觉通道的信息，逐步形成跨通道重组。,4. 表象加工的解释,为什么明眼人和后天盲被试在执行触觉任务中，视觉皮层未被激活，更合理的解释是没能通过触觉形成视觉表象。最近研究和争论的焦点在于：先天盲人是如何通过触觉在视觉视觉皮质形成视觉表象？或视觉以外的其它感觉通道的信息如何在盲人的视觉表象、心理表象的形成中产生影响。,证明视皮层是一个多
10、通路的空间加工器和视觉表象形成的两类实验,使明眼人戴上5天眼罩进行盲文学习，结果是视觉皮层被征用进行触觉的加工，在一级躯体感觉皮质和视觉皮质之间形成了快速跨通联系； Sing-hang Cheung 2005对一个56岁的特殊个案（S）的fMRI研究发现，他的视觉中央凹对视觉感觉不起作用,视觉表象并没有参与中央凹的使用，但也很难解释他的视觉皮质是因触觉刺激而激活. S的的视皮质的双重分离现象可能是由于视觉皮质的同一区域能被视觉任务或触觉任务激活，唤起表象或者是对视觉和触觉模式认知的空间分析。 （S在六岁前有正常视力和听力，后来由于两侧角膜乳浊化，和其它眼综合症，一眼失明，但另一只好眼的视力稳定
11、（200/1000）。作为一位大学教授，他每天要进行明眼阅读和熟悉的盲文阅读110/每分钟）,5.环境的综合影响,生态观认为，认知能力是在不同的环境压力下构成的一种适应，心智是通过自然选择而产生的生物系统。Stephen Pinker说：“人类的心智不是一台通用计算机，而是在进化过程为了解决问题所形成的具有适应性的本能。心智像一把瑞士军刀”。在感觉发展阶段可以明显地看到，所有大脑功能及其认知结构的发展都受环境的影响。,图2 三位早期盲被试在不同时间间隔进行躯体感觉皮质和纹状体皮质的TMS阻断结果,影响视觉触觉跨通道形成的主要因素,失明的年龄 Cohen等30人研究了盲人失去视觉的开始时间对跨通
12、道重组功能的影响。被试包括4个先天盲人、4个早期盲人和8个后期盲人。他们的研究首先证实先天盲人和早期盲人的V1区在阅读盲文时激活，但后期盲人没有类似激活。同时他们用rTMS分别作用于先天盲人、早期盲人和后期盲人的枕叶，结果发现TMS干扰了先天盲人和早期盲人的触觉辨别任务成绩，但对于后期盲人则没有影响。Sadato 200231研究表明，致盲年龄是影响大脑可塑性的主要因素。,任务复杂性的作用,Gizewski等33让先天盲人和早期盲人被试分别进行盲文阅读、辨别无意义圆点、手指脉冲刺激和手指轻敲等4种任务，并记录fMRI信号。研究发现，所有被试在盲文阅读和圆点辨别任务中都显示V1V2和更高级视区的
13、显著激活；电刺激手指激活了初级体感皮层，视皮层却没有任何反应；纯粹的手指敲击运动激活了中央前回的皮层，但视皮层也同样没有反应。这说明，那些简单的听觉、触觉刺激并不引起视觉皮层的激活，大脑似乎能够对“手指触觉”和“手指阅读”作出分辨。该研究说明，盲人视皮层的激活与更高级和复杂的认知活动有关。,阅读利手与大脑半球的单侧化,Nettleton Spehr200634研究了在盲文阅读与语言相关的任务时，对比10名右利手和2名左利手与阅读的关系。研究没有发现优势手，利手性对盲文阅读有任何影响。 Denoit-Dubrocard等199735 对17名右利手和17名左利手被试的对比研究发现，左手在阅读任务
14、中要比右手更精确。更重要的是，左利手的阅读者对需要进行笔迹和语言翻译的高难度的意义匹配的任务完成得更好。 Harada等200436采用fMRI技术，考查了19位右利手明眼人手运动和大脑激活之间的半球内部转换机制。Harada认为，没有发现左右利手的特殊性，无论左或右利手，右半球的顶叶、前运动区皮质都会激活。,盲人的触觉阈限的影响,Sterr, Green &Elbert200337 比较了明眼人与盲人阅读者手指在不同压力的微型刺激条件下大脑皮质的反应情况，对阈限差异进行了更精确的定位研究。 结果表明，在阈限较低的情况下，明眼人的判断要比盲人判断刺激的位置更准确。而且，右手盲文阅读者的判断成绩
15、要更差一些。7/10的盲人对他们阅读手的刺激判断有误。研究者认为扩大的躯体感觉皮质的可塑性可以解释这一触觉错误。,小结与思考,研究结论的思考 从盲人认知神经心理学的相关实验结果来看，基本上可以澄清关于“缺陷说”或“补偿说”的争论。从生理结构上为盲人大脑的可朔性提供了确凿的事实依据和比较乐观发展前景。但是也有许多研究给予相反的证明。如Fine 等2003年38的个案表明,很长时间的视觉剥夺后，很难恢复高水平的视功能。,对实验设计和研究方法的思考,研究任务设计的不同，可能引起皮质的不同反应。以上实验多采用选用如下几类盲文任务： 触摸类型与材料：盲文点字/词、无意义的点字/词、#（干扰）、平滑的纸张
16、等； 触摸的主动与被动性：主动触摸一段文字，被动触摸呈现在手指上的点字； 盲文点字的词性：多采用名词（抽象、具体名词），动词，但没有出现其他词性； 呈现点字的数量上：范围是30、48、80个字或词不等。 反应方式：采用按键反应，记录反应时；出声报告盲文的意义；阅读名词，想象出该词的动词等方式。 面对如此复杂的控制变量，如何保证实验结果的有效性，是我们今后的研究需要重点考虑的问题。,亟待加强对中国盲文及盲文阅读的研究,国际上对盲文阅读的研究很多，取得了大量惊人的成果，相比而言，为中国盲文及盲文阅读研究的研究十分薄弱。 汉语是一种独特的语言，对中国盲文与英文盲文在语言学的区别，将成为中国学者今后进
17、行盲文阅读与大脑可塑性研究中需要重点探讨的问题。从汉字的拼音制盲文体系到编码方式都值得深入研究。汉语中国盲文与英文、英文盲文之间转换的加工的内在机制是否有差异？,对盲人认知神经心理学进行深入的实验研究,不局限于触觉与视觉关系，应多途径地对盲人的认知神经心学进行深入的实验研究： 如盲人认知过程中，听觉与视觉的关系、语义判断、言语加工、动词产生、情景记忆等盲人认知特点和多通道形成的机理都是需要深入研究的问题。,理论联系实际，基础研究与应用研究结合，提高盲与低视力学生的教育教学水平,大脑的可塑性是一种生理现象，是人类适应能力发展的基础。现代认知神经心理学的研究进一步揭示了后天训练与教育对大脑可塑性的影响和内在机制。当我们那已经进入信息化的时代，计算机广泛使用的情况下，如何开展更具体的实验研究、基础研究为改进日常的教育教学提供理论依据是我们今后进一步努力的方向。,谢谢大家 欢迎提问,