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为毛我们不需要“一个”大脑


又见
Oscillatory Thoughts上非常有意思的博客,就翻译之,给自己科普一下。


以下为译文

不当之处,请不吝赐教!




谢谢 滴友
 platoreki 
的修改

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前不久,有人在
Quora上的一个问题中Mark了我:当部分脑区在手术中被移除时,其他的脑组织是否有可能会扩展到这个多出的空间中来?


昨天,我也在
twitter上让人问我一些神经科学方面的问题。在问到的问题中,有两个与quora上的问题是相关的。

@a__muse问:


一个成熟的大脑,其可塑性如何?

@jsnsndr @carlacasilli问:


在被自己或他人意识到之前,一个人可以失去多少神经元?


这三个问题是相互关联的,我尝试用先前读过的三篇有意思的文献来回答这三个问题。


大脑真的是必须的吗?

为毛我们不需要“一个”大脑

Lewin
在其于
1980年发表在Sciene的经典文献中也问了同样的问题。在该文中,Lewin列出了由John Lorber教授对脑积水患者的观察结果。其中一个患者(CT扫描图见上)的情况是这样的:


。。。在本校有这样一名年轻的学生,其
IQ126,曾获得了数学专业的一等荣誉学位,社交也完全正常,但是这个孩子却几乎没有大脑。


实际上,该名学生的大脑只有
4.5cm厚,从CT图上看,最多也就是这样了。颅内剩余的部分(深色区域)则全是脑脊液。


这么来看,这个男生的大脑最多也只有正常人大脑的一半大小。总体积可能没有正常人的一半。


这个学生的例子告诉我们什么?
Lorber的结论如下(我本人并不一定赞同):


。。。在大脑中一定有大量的空余空间,就像肾脏和肝脏也存在后备一样。。。皮层的作用可能远小于人们的想象。


这个结论从表面上看来并不正确,因为许多关于卒中(俗称中风,以下均用俗称)患者的发现告诉我们事实并非如此。损伤法为大脑功能提供了关键性的证据。


然而,不仅仅是大脑损伤的部位很重要,损伤的方式同样重要,甚至损伤的时间也非常重要。


许多认知神经科学家可能都是非常
皮层中心论的,但Lorber可能在相反的方向上走得有点过了。


如我在
如何成为一位神经科学家hcp注:此博客已经意译过了的,详请猛击这里)的博客中说过,千万不能让我们提出的模型和理论被实际的临床观察所掩盖。你可以整出一个关于大脑区域功能最完美的理论,但是如果损伤了该区域的患者并没有表现出所预期的损害,你就得修改模型了。


上述男生的例子为我们提供了一个存在大量大脑组织缺失却不伴有明显行为表现的个案。那我们如何将
Lober的观察结果与先前研究发现的皮层损伤会导致行为改变的结果相调和呢?


那让我们再看另一个案,到底需要多少大脑?这个
Distelmaier
及其同事的报告相当给力!

为毛我们不需要“一个”大脑


作者描述了一个出生时有脑积水的女孩(当然还有其他功能障碍),脑积水导致其大脑严重发育不良(见上磁共振图),正如作者所说:


。。。出生后第二天的磁共振成像显示严重的
Dandy-Walker畸形、脑积水和双侧脑裂畸形以及胼胝体发育不良。


。。该婴儿在出生第五天进行了脑室腹腔分流术

,并需不断调整脑室
腹腔分流以避免功能失调或者感染。该女孩进入了一个早期干预项目,并接受物理治疗及言语治疗。


听起来貌似不大管用。。。


那么这个小女孩究竟如何了呢?


下图是她
20个月时的大脑

为毛我们不需要“一个”大脑


早期干预的效果非常显著!


34个月时,作者们随访了该女孩的神经发育情况。尽管她有一些发育延迟(特别是运动功能方面的问题),但社交和认知非常正常,特别是考虑到她出生时的情况!

为毛我们不需要“一个”大脑


到这里,我们已经看到两个严重的大脑组织缺失却未导致严重障碍的个案。我说过要回答的三个问题仍然没有回答一个,但没急!

Desmurget, Bonnetblanc, and
Duffau
出来拯救我吧!这些给力科学家发表了一个非常精彩且具洞察力的综述:
比较急性的和缓慢发展的损伤:大脑可塑性的另一个康庄大道。

我非常看好这个综述。其对于我本人的研究假设是非常重要的,并且我已经引用过这个篇文献许多次了。在我博士时迷茫期——这个关键时间碰到了这个综述,收益匪浅啊(改天一定要请他们渴酒!)

Desmurget等试图调和一些奇怪的临床现象:如果一个患者中风导致了一个重要的脑区受伤(语言区或者运动皮层),就会表现出明显的行为损害。例如,对重要皮层的的损伤会导致语言问题或者瘫痪/偏瘫.


然而矛盾的是,低度恶性胶质瘤(一种脑肿瘤)的患者却可在手术去除重要皮层中的大部分脑组织后,不遗留任何明显的行为异常。


这。。。太雷人了吧??!!?

Desmurget等认为时间起到了关键的作用。中风是大脑瞬间的变化。某个脑区的血液供应被切断,导致脑细胞快速死亡。


但是,胶质瘤则发生得非常慢,可能整个过程有好几年。这么长的时间足以使颅内的癌组织长得非常巨大(我的博士导师,一位神经病学家,曾经说过:对胶质瘤患者来说,最好的一件事莫过于肿瘤在早期引起癫痫发作,这可以迫使患者尽早地去神经科就诊,极大地增加了他们早期发现癌症的可能性)。

Desmurget等认为,胶质瘤需要这么长的时间来生长,以至于大脑能够逐渐适应并找到方法来补偿因癌症损失的脑细胞;但中风则发生得太快以至于大脑没有机会来补偿。

为毛我们不需要“一个”大脑


上图中,你可以看到患者有大块的脑组织被切除,但一个月后他们就恢复了;而在因中风损伤相似的脑区后,你不大可能会这么快看到这种现象。


那么,将这些结果联系起来,并且与我自己的研究结果整合起来看。回答我们开始时的问题,答案是很明显你可以损失很多大脑组织但毫无知觉。


只要这个过程发生得够慢!


LarborDesmurget以及我自己和其他人的研究表明,有时成人大脑的可塑性非常强,能够很好地补偿损伤的脑细胞。


正如
Distelmaier所展示,这种补偿/恢复对儿童来说也是适用的。在一些儿童脑积水的案例中,那些被积水所占据的空间可能终有一天会重新被恢复的大脑组织所填充!


所以我猜这个问题仍然存在,究竟多少大脑才是真正必需的??


============完

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原文地址:
http://blog.ketyov.com/2011/03/why-we-dont-need-brain.html

 

重拾 科幻世界


昨晚与同学外出买点水果,路过书报亭。顺手翻了一下高中时期只有抽空才能看的科幻世界。第一篇科普的内容是讲音乐与大脑的。恰好前段时间看到
Scientific American上有一篇叫Hearing Music, Honing mind的文章(可惜没能看到全文),兴趣顿生,决定买下这一期。

 

 


仔细读完了首页关于音乐与脑的这个科普文章,整体上没有什么问题,前面从
Broca开始介绍脑的功能定位,对我们来说有点cliché,但是对非本领域的人可能起到引导的作用。然后讲到音乐加工的认知神经科学相关研究。问题是该文中说“加工音乐的主要是左脑,与主要加工语言的右脑相对”。这里我就有点糊涂了,似乎与我在教科书中学习到的语言的左脑优势和音乐/运动的右脑优势不一致。具体请况等找到了Scientific American上的那篇全文再说。后面说到音乐会加强人的胼脂体的硬度,这个倒是很给力,给音乐发烧友一个很有力的实证的支持!而恰好我在前一段时间开始对古典音乐感冒,希望能让我的胼脂体也加厚一点,进而增加一些创造力

 

 


另一篇十分有意思的科幻小说,名为“惩罚”,也正好和我关注的领域有关。其内容大致是有一个暴发户,他从人们喜欢新鲜的菜肴中看到商机,因而专门在动物(包括哺乳动物)上进行活取器官以保证新鲜程度。但是这一做法是触犯当时(假定是未来的某年)的动物权利保护法律而被捕。而对这个完全没有动物权利意识的人的惩罚实际上是一次特殊的神经直联实验,即将其通过神经连通让其经历一只在他厨房待宰的鸭子的感受,具体怎么做的当然就一笔带过了。结果该暴发户深切体会到了惨无人道,应该是惨无鸭道的活体取器官的痛苦。而文中负责进行这次实验的科学家,也不知所措,因此他似乎没有预期到这么经历会如此痛苦以致手术室变成了凌迟室,该暴发户的惨叫不断。

 

 


这个让我想到了最近看到的一些报道,在美国的一些案例中,已经有律师想利用现在新近认知神经科学关于疼痛研究的成果来作为疼痛的客观测量,以作为证据或者作为赔偿的依据。但是,神经科学认知,虽然目前疼痛稳定地包括广泛脑区的“疼痛网络
(pain matrix)”,但是疼痛网络的激活却不能作为疼痛经历的证据(Miller, G. (2009). Neuroscience. Brain Scans of
Pain Raise Questions for the Law.Science, 323(5911),
195.
。而这个小说则更进了一步,直接越过了神经科学作为法律的客观依据这一步,到达神经科学直接改变法律惩罚方式这一更先进的水平。

 

 


我个人觉得这似乎也不无可能,如果认知神经科学的进步足以让我们改变他人的主观经历,也许惩罚或者改造就变得更加简单了:只需要对罪犯的脑施加某种刺激,让他们得到社会期待他们在监狱中得到的改变。简而言之,可能就是对他们进行洗脑,让他们变得符合社会准则和道德法律的要求。如果这么说的话,该小说可能就没有太大新意,而实际上该小说将惩罚定义为一个实验,而且是面临着巨大道德和社会压力的一个实验,实验的结果虽然提示,但最终该方法会不会广泛应用由读者去猜想。这样一来,该小说似乎更贴近我们的目前的正火热的神经伦理学的争论:到底该不该把神经科学方法用于
enhancement,mind-reading,evidence等领域。

 

 


另外,个人觉得科幻世界的内容比较贴近科学的,比九洲这些魔幻小说更适合
geek

 

病症足以减轻责任?

Reimer (Neuroethics 2008)
认为我们对心理变态所使用的语言会影响我们对其道德责任的判断。如果我们说一个心理变态有病症,我们可能减轻他们在道德上过错的责任。如果我们说心理变态只是有点与常人不同,则可能不会减轻他们的责任
. Vincent (Neuroethics 2008)
指出,如果真的是这样的话,对病症的诊断可能对于某些犯下道德过错个体责任的减轻来说是既充分又必要的。
 Vincent
给出了两个例子来表明病症对于免除个体的道德过错责任既非必要又非充分:儿童和轻度躁狂。Vincent
认为我们对道德责任的判断应该基于个体作为道德主体的能力。  我在这个争论中站在
Vincent这边,但是需要指出的是她使用的轻度躁狂的例子是不起作用的。我认为轻度躁狂的诊断(作为双向情感障碍II的一部分)中心让个体在某些道德过错中免责。这是由于轻度躁狂责任相关能力的缺失。没有这些能力,个体不是一个可以为自己行为负责的道德主体。
Vincent需要提供另一个例证来表明病症的出现不足以让个体从道德过错中免责。我们对语言的使用是十分重要的,这种使用反映了我们对个体作为道德主体能力的判断。责任不仅由个体作为道德主体的能力决定,也由正确的能力类型决定,这应该反映在我们的道德判断和对语言的使用之中。

哈佛Marc Hauser 事件

哈佛Marc <wbr>Hauser <wbr>事件Hauser 事件” TITLE=”哈佛Marc Hauser 事件” />

Marc Hauser(下面简称MH) 简介:哈佛著名的进化心理学家,Moral
Mind一书的作者,哈佛最受欢迎的教授之一!其带领的实验室Harvard Cognitive Evolution Laboratory
非常高产,几乎一月出一篇高水平杂志的文章。此外,其本人也活跃于美国的主流媒体,在New York
Times等一些报纸杂志上也发表过不少文章,影响力不低。

他个人主页在这里:http://www.wjh.harvard.edu/~mnkylab/HauserBio.html
(保不定什么时候会改变,现在还是没有太大变化)

事件的由来:引起大家注意的是The Boston
Globe上的一篇报道,称MH因为学术不端而离职(leave)一年,里面提到离职的主要原因是由于MH于2002年在cognition上发表的一篇文章被撤消,而MH也接受了错误的责任(MH
accepts responsibility for the
error)。这篇文章是关于猴子学习方面的一个研究,该研究的实验数据并不支持其结论。

事件的发展:自the Boston
Globe的报道引起关注后,大家(主要是美国人)开始求真相。由于哈佛及联邦政府的两个相关机构(National Science
Foundation 及the Office of Research Integrity at the National
Institutes of
Health,注意,这不是有关部门!)都并未公布细节,研究者们并不知道MH的学术不端到底是什么意思,是仅仅就2002年的那篇文章有错误,还是MH的人品有问题,其他挂他名字的文章也不靠谱?所以心里都悬着,尤其是那些把研究建立在他的研究基础之上的研究者们!当然,也有支持MH的声音,一博客表达他对MH的
支持,说这是灵长类动物研究中经常容易出现的一个问题:即由于条件的细微变化而使得原先报告的实验结果不能得到重复验证。在当事人和当局(哈佛及两个联邦机构)没有给出细节的时候,科学界都只评论一下,求求真相,包括顶级杂志Nature
新的发现:今天在Neuroanthropology看到一则消息,Chronicle上的一小则报告为整个事件可能带来一丝曙光。原来MH以前的实验助手曝光了一些细节:该实验助手与MH分别对猴子实验的视频进行了编码(这是灵长类研究中常用的一种方法吧,本人不大懂),结果发现自己的编码结果表明这个实验失败,而MH的编码结果却表明该实验十分成功;出于科学的考虑,该助手请求MH让第三方进行独立编码,而MH却不同意,并且按其的编码结果写了文章发表;该名助手和一研究生未经MH同意对实验结果重新进行独立的编码,结果两人的结果一致地表明该结果并没有出现MH所说的效应,MH的编码结果完全是错的。
继续等待新的发展:由于目前哈佛及联邦机构均未透露细节,真相到底如何,还要等待进一步信息。另外,在twitter已经有tweeters将此事件称为Hausergate,以图为证:
在这个事件中,最有意思的一章文章应该是这个博客,相当犀利地批评心理杂志中主编在选稿中的权力,当然作者了强调,大部分的主编都是好的!
最后,本人关注Hauser门是由于他的研究工作也是本人相当感兴趣的。此事件无疑让我对他的论文的可信度大打折扣!
 
最新跟进:
新学网报道,“

哈佛大学近日确认,知名进化心理学家Marc Hauser有8处行为存在学术不端。
 
8月20日,一封来自哈佛大学艺术与科学系(FAS)主任Michael
Smith的电子邮件称,“在经过系调查委员会的调查后,在此我很遗憾地向各位证实,Marc
Hauser教授确实有8处地方存在学术不端,并且他要为此负全责”。
 
上周,哈佛大学因为未公开详细调查结果而饱受争议。科学家们强烈要求公开结果,从而了解Marc
Hauser的学术不端行为造成的后果是否会影响到他们的研究。而Smith在电子邮件中反复强调,调查结果显示Marc
Hauser存在问题的文章只有三篇。
 
Marc
Hauser在一份公开声明中称:“我意识到我犯了一些严重的错误,让我的学生、同事和学校都受到牵连,我对他们表示深深的歉意。”(科学网张笑/编译)”

用“读心术”来打击犯罪?——P300用于测谎

如果我们可以直接阅读罪犯的心理,会出现怎么的情况呢?芝加哥的西北大学研究者宣称他们已经向这种情况迈进了一大步:通过测量大脑电波(事件相关电位技术,Event-related-Potential,ERPs)来揭示人的犯罪计划。
一个发表在Psychophysiology(心理生理学)上的研究中,心理学John Meixner和Peter
Rosenfield用电极记录了29名本科生的的脑电波。首先他们把这29名本科生分成两组,让其中一组计划在7月时对休斯顿进行一次恐怖活动,而另一组则计划他们会在另一个时间支另一个城市旅行(当然,这些都只需要在头脑中进行)。然后实验者们向这些学生呈现恐怖活动的地点(休斯顿),时间(7月)以及手段等,同时记录这些学生观看这些词时的脑电活动。研究者们发现一个特定的波形(名为P300,因为其在刺激呈现后约300ms达到峰值)标志着对熟悉事件的再认。
“当你看到一个特别并且对你有特殊意义的物体时,P300的波幅会很大”Meixner说,“所以在我们呈现休斯顿的时候,第一组学生的P300波幅很大。我们总共从12个’恐怖分子’中识别出了10位。”研究者们还正确地从30个犯罪相关的细节中正确地找出了20个,比如爆炸物的类型、特定的位置和时间。
大约在30年前
,研究者们就发现P300可以用于揭示人们所熟悉的信息。并且它也被认为可能是目前测谎仪的代替者。但是它仍然没有在世界上任何一个地方用于法律,除了日本正在进行试用。其中最大的一个原因是如果调查者不知道他们需要确认什么信息时,甄别将变得特别困难。例如,在Meixner
&
Rosenfield的实验中,如何他们不知道将要实施恐怖活动的地点是休斯顿,他们可能很难将该地点列入到检验之中,因为他们只能通过猜测或者运气。
Rosenfield也承认“这个测量的应用确实有限,在反恐时,必须通过审讯和情报活动才能知道什么是需要进行确认的。”
此外,P300还受到混淆因素的影响。比如,如果上述研究中模仿恐怖分子是在休斯顿长大的,则研究不能确定P300波幅的增大是由于恐怖活动还是由于家乡熟悉性的原因。那么,当一个犯罪或犯罪计划的细节公布后,此测试的结果就特别不可靠了,因为任何一个知道该计划的人都可以在看到休斯顿时P300活动增强。
尽管有这些缺点,两位研究者仍然认为P300测量比传统测谎更准确。因为传统测谎主要测量人的自主神经系统活动如出汗、呼吸等,而自主神经活动可能在任何压力情境下出现,比如为警察所审问。
传统测谎没有任何可以改良的方法,但是P300却可以通过增加细节的数量来提高准确性。尽管一般民众可能知道犯罪的许多细节,便仍然可能对很多细节不清楚,而这些细节却可以引起罪犯大脑的强烈活动。
P300作为一个执法的工具还有多远?可能不会太久(在美国)。因此此研究是由美国国防部下属的一个机构——Defense
Academy for Credibility Assessment——所资助的,该机构专门负责训练测谎人员。
此研究的作者之一Rosenfeld倒是将所有的理论上的争论抛到一边,给他一个机会来将这项测试用上一用。“给我一个机会来证明它的有效性,”他表示“我真的很想将它用在真正的罪犯身上。”
PS:本文主要翻译自Times上“Fighting Crime by Reading Minds