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研究发现切掉半个大脑 人类仍能识别文字和面孔

一项关于大脑可塑性和视觉感知的研究发现,在儿童时期接受手术切除一半大脑的人在80%以上的时间里能正确识别成对的单词或面孔之间的差异。考虑到被切除的脑组织的体积,这种令人惊讶的准确性突出了大脑的能力–及它的局限性–能重新连接自己并适应戏剧性的手术或创伤。

一项关于大脑可塑性和视觉感知的研究发现,在儿童时期接受手术切除一半大脑的人在80%以上的时间里能正确识别成对的单词或面孔之间的差异。考虑到被切除的脑组织的体积,这种令人惊讶的准确性突出了大脑的能力–及它的局限性–能重新连接自己并适应戏剧性的手术或创伤。

研究发现切掉半个大脑 人类仍能识别文字和面孔

这项研究结果发表在《Proceedings of the National Academy of Science》上,是有史以来第一次尝试描述人类的神经可塑性并了解单一大脑半球是否能够执行通常在大脑两侧分割的功能。

论文高级作者、匹兹堡大学和卡内基梅隆大学的眼科和心理学教授Marlene Behrmann说道:“大脑是否从出生起就预设了其功能能力,还是随着它的成熟和对环境的体验而动态地组织其功能,这个问题推动了很多视觉科学和神经生物学的发展。跟大脑半球切除术患者一起工作使我们能够研究单一大脑半球的功能能力的上限。有了这项研究的结果,我们现在已经踏入了人类神经可塑性的大门,终于可以开始研究大脑重组的能力了。”

神经可塑性是一个过程,它允许大脑改变其活动,并在结构上或功能上重新连接自己以应对环境的变化。并且即使大脑的可塑性在发育初期达到顶峰,我们的大脑也会继续改变,直到成年。

随着人类年龄的增长,我们大脑的两半,即所谓的半球,变得越来越专业化。即使这种分工不是绝对的,两个半球也会承担不同的主要责任。左半球成熟后成为阅读印刷品的主要场所,右半球成熟后成为识别人脸的主要场所。

但神经可塑性是有限制的,随着时间的推移,这种大脑半球的偏好变得更加僵硬。在某些情况下,因中风或肿瘤而出现脑部病变的成年人可能会出现阅读障碍或成为脸盲,这取决于大脑的左半球或右半球受到影响。

但当大脑在仍具有高度可塑性的时候被迫改变和适应时会发生什么?为了回答这个问题,研究人员观察了一组特殊的病人,他们在儿童时期接受了完全的半球切除术或通过手术切除一个半球来控制癫痫发作。

由于半球切除术相对罕见,科学家们很少有机会同时接触到少数几个病人。但研究小组在COVID-19大流行中发现了一丝意想不到的好处:远程医疗服务的正常化,使其有可能招募40名半球切除术患者,这对于此类研究来说是前所未有的数字。

为了评估单词识别能力,研究人员向参与者展示了成对的单词,每个单词只相差一个字母,如“soap(肥皂)”和“soup(汤)”或“tank(坦克)”和“tack(大头针)”。为了测试孩子们对不同面孔的识别能力,科学家向他们展示了成对的人物照片。两种刺激物出现在屏幕上的时间只有几分之一秒,参与者必须决定这对词或这对脸是相同还是不同。

令人吃惊的是,剩下的一个半球支持这两种功能。对照组和半球切除者之间的文字和脸部识别能力有差异,但差异不到10%,而且平均准确率超过80%。在对患者和对照组的匹配半球进行直接比较时,无论切除哪个半球,患者在脸部和单词识别方面的准确性都是相当的。

“令人欣慰的是,失去一半的大脑并不等于失去一半的功能,”论文第一作者Michael Granovetter说道,他是匹兹堡大学医学院医学科学家培训项目的一名学生。

“虽然我们不能明确地预测任何特定的儿童可能会受到半球切除术的影响,但我们在这些病人身上看到的表现是令人鼓舞的。我们对手术后的可塑性了解得越多,就能为那些对孩子的治疗计划做出艰难决定的父母提供更多的信息,或许还能增加安慰,”Granovetter继续说道。

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