視障教學課程改革和教學管理培訓班 盲童認知神經心理學研究 …

1、視障教學課程改革和教學管理培訓班盲童認知神經心理學研究的新進展,華東師范大學學前與特殊教育學院方俊明,一、引言,1688年7月7日，愛爾蘭哲學家William Molyneux [1]在給他的朋友John Locke的信中提出了這樣一個問題：想象一位先天盲人已經學會通過觸覺區(qū)分和命名球體和正方體，那么當這個人突然恢復了視覺，他能使用視覺區(qū)分這兩種物體嗎？并能說出哪一個是球？哪個是立方體嗎？,問題的實質是什么？,本質上，不同通道的

2、感覺具有不同的特性，學習與經驗是否能在不同的感覺通道之間建立內在的跨通道聯系？如果能，是怎樣建立的？如何探索大腦可塑性的認知神經心理學基礎？,研究者采用多種實驗方法解答上述問題,對動物視覺剝奪的行為觀察與對比；對白內障患者外科手術前后的行為的觀察與對比；使用感覺替代設備來代替視覺情景和物體等；從盲人閱讀的角度來探討盲童認知的神經心理機制，對提高盲童的教育與教學質量提出幾點建設性的意見。,早期對動物視覺刺激剝奪的實驗,例如，Hu

3、bel，1988年[9]將貓和猴未長成的一只眼睛縫合10個星期后發(fā)現，縫合眼只有15%的視皮質細胞，而正常眼有50%視皮質細胞對呈現的視覺刺激做出反應；被縫合眼相對應的一級視區(qū)（V1）的細胞組織相對萎縮而未縫合眼的細胞相對增加。由此認為：視覺皮質有一定的可塑性，大腦細胞能夠根據功能的需要進行自我重組。,大腦可塑性與跨感覺通道重組,所謂大腦可塑性（plasticity） 是指神經系統為不斷適應外界環(huán)境的變化而改變自身結構，包括神經組

4、織的正常發(fā)展和成熟，新技能的獲得，在神經系統受損以及感覺剝奪后的代償。跨感覺通道重組（cross-modal reorganization），是指當某個專門感覺通道中感覺輸入完全剝奪時，負責這一專門感覺通道的腦區(qū)會通過重組逐漸對其它通道的感覺輸入做出反應[5]。,大腦可塑性：來自盲文閱讀的實驗證據,盲人被試的盲文閱讀所導致的枕葉皮質激活——跨通道重組的證據：Gizewski 2004年用fMRI技術對12個盲人和12個明眼進行了盲

5、文閱讀大腦神經活動的比較，研究結果說明，盲文閱讀并不僅僅是一項動覺任務，也是一項語言和觸覺分辨任務，對語言和觸覺分辨任務的神經活動必須開展進一步的研究。,透顱磁刺激（rTMS）的研究發(fā)現：,Cohen等人[13] 的研究發(fā)現，對早期盲人中部枕區(qū)視覺皮層的干擾刺激會影響盲人盲文字母的識別，誘導閱讀錯誤，而對其閱讀手指對側的感覺運動皮層的刺激并不影響作業(yè)成績；此外，同樣的干擾刺激并不影響明眼人對凸起羅馬字母的閱讀，這進一步證實視覺皮層參與了

6、盲文和羅馬字母的觸覺感知，提示腦有非凡的可塑性。,盲人閱讀的fMRI研究,Burton等2002[14] 對盲人閱讀的研究發(fā)現，先天盲人進行盲文閱讀時，涉及視覺加工的枕葉和顳葉的激活水平顯著高于后天盲被試的水平；無論閱讀的媒介是觸覺或視覺，大腦的枕葉皮質都是進行閱讀的必要區(qū)域，盲人在大腦特殊區(qū)域保留了他們的本能機制來適應觸摸閱讀的需要。視覺皮層已經能將感覺信息重新編碼成適合大腦語言區(qū)能識別的形式。,早期盲和后期盲被試進行食指盲文閱讀腦功

7、能成像的比較,盲文閱讀時間對軀體感覺皮質的影響,Pascual –Leone等人) [17] 使用TSM技術測量ADM 和FDI肌肉運動技術比較了六位盲文閱讀者(13歲之前學習盲文的盲文校對員)在不同閱讀量的情況下軀體感覺皮質的擴展狀況。研究結果認為，“當盲文閱讀缺少練習和少量的刺激會引起動覺皮質區(qū)域縮減”，只有每天進行的盲文閱讀才有助于保持盲文閱讀的流暢性。,二、軀體感覺皮質代表區(qū)的擴大,研究者在注意到盲文閱讀導致枕葉皮質的可塑性的

8、同時，也推測軀體感覺皮質有著同樣的可塑性（Sadato 1998）Pascual –Leone & Torres 1993[16]，采用體感誘發(fā)電位（ SEPs)比較了15名熟練的盲文閱讀者（每天使用盲文超過2小時）與15名明眼被試（不熟習盲文）的軀體感覺皮質的可塑性。 研究結果表明，與明眼者比較，盲文閱讀者的閱讀手指比非閱讀手指有更大的感覺運動成像。此外，用右手閱讀的盲人在大腦的左半球呈現刺激的激活。這與Burton等200

9、2結果一致。,圖2. 早期盲被試經過盲文閱讀練習 后動覺皮質和枕葉皮質的改變,三、使用TMS追蹤空間信息在大腦皮質中的加工軌跡,腦功能成像的相關研究一定程度上揭示出激活模式建立了指定區(qū)域或網絡的活動與任務成績之間的聯系，但需要腦損傷定位研究來解釋內在的因果關系；嚴謹的神經科學研究來自于病案研究。很巧合的是，對一位早期精通盲文閱讀的盲人婦女的臨床案例研究發(fā)現，雙側枕葉中風使她不能閱讀盲文了，這支持了盲文閱讀能力和枕葉功

10、能之間的因果關系[18],軀體感覺皮質區(qū)域擴大的兩個階段：,可能是由于突觸有效性的高端增加，或是聯結的加強，而形成快速的動態(tài)的，瞬間的擴大；緩慢的不明顯的但很穩(wěn)定的皮質代表區(qū)的擴大，呈現出結構的可塑性。盲文閱讀技能的獲得與其他技能的獲得是相同的，在皮質聯結有效性的基礎上，經過長期的訓練，才可能從瞬時快速的改變，導致長久的結構上的改變。,四、對于盲文閱讀神經機制的幾種解釋,1、大腦皮層的柱狀結構理論柱狀結構可是大腦皮層的基本功能單位

11、，是傳入和信息融合的處理單元。在感覺皮層區(qū)，柱狀結構對同一類型的刺激起反應。盲人的盲文閱讀可能會在觸覺的高頻刺激下引起視覺皮層柱狀結構的功能重組。,2、機能交叉模式理論,被剝奪正常的感覺輸入后的某一特定腦區(qū)在另外的刺激模式下可引起激活，例如，被剝奪視覺刺激輸入的枕葉可能被聲音刺激激活。交叉模式的相互作用是正常感覺皮質的特征，這種交叉神經元重組甚至在成年人腦也可能發(fā)生。盲人枕葉被非視覺刺激激活，說明視覺皮層存在交叉激活模式，有良好的可塑性

12、和功能重組的潛能，這便是盲人感覺補償的神經基礎。,3.感覺－反應神經回路的形成,感覺信息的輸入方式極大地影響了神經回路的形成。先天盲人的視皮層因得不到視覺輸入的刺激，則無法建立正常的視覺回路。在豐富的觸覺和聽覺信息的刺激下，原本暫時投向視皮層的神經聯結逐漸固化形成特有的感覺回路并驅使皮層視區(qū)加工來自視覺通道的信息，逐步形成跨通道重組。,4. 表象加工的解釋,為什么明眼人和后天盲被試在執(zhí)行觸覺任務中，視覺皮層未被激活，更合理的解釋是沒能通

13、過觸覺形成視覺表象。最近研究和爭論的焦點在于：先天盲人是如何通過觸覺在視覺視覺皮質形成視覺表象？或視覺以外的其它感覺通道的信息如何在盲人的視覺表象、心理表象的形成中產生影響。,證明視皮層是一個多通路的空間加工器和視覺表象形成的兩類實驗,使明眼人戴上5天眼罩進行盲文學習，結果是視覺皮層被征用進行觸覺的加工，在一級軀體感覺皮質和視覺皮質之間形成了快速跨通聯系；Sing-hang Cheung 2005對一個56歲的特殊個案（S）的fMRI

14、研究發(fā)現，他的視覺中央凹對視覺感覺不起作用,視覺表象并沒有參與中央凹的使用，但也很難解釋他的視覺皮質是因觸覺刺激而激活. S的的視皮質的雙重分離現象可能是由于視覺皮質的同一區(qū)域能被視覺任務或觸覺任務激活，喚起表象或者是對視覺和觸覺模式認知的空間分析。（S在六歲前有正常視力和聽力，后來由于兩側角膜乳濁化，和其它眼綜合癥，一眼失明，但另一只好眼的視力穩(wěn)定（200/1000）。作為一位大學教授，他每天要進行明眼閱讀和熟悉的盲文閱讀110/每

15、分鐘）,5.環(huán)境的綜合影響,生態(tài)觀認為，認知能力是在不同的環(huán)境壓力下構成的一種適應，心智是通過自然選擇而產生的生物系統。Stephen Pinker說：“人類的心智不是一臺通用計算機，而是在進化過程為了解決問題所形成的具有適應性的本能。心智像一把瑞士軍刀”。在感覺發(fā)展階段可以明顯地看到，所有大腦功能及其認知結構的發(fā)展都受環(huán)境的影響。,圖2 三位早期盲被試在不同時間間隔進行軀體感覺皮質和紋狀體皮質的TMS阻斷結果,影響視覺－觸覺跨通道形成

16、的主要因素,失明的年齡 Cohen等[30]人研究了盲人失去視覺的開始時間對跨通道重組功能的影響。被試包括4個先天盲人、4個早期盲人和8個后期盲人。他們的研究首先證實先天盲人和早期盲人的V1區(qū)在閱讀盲文時激活，但后期盲人沒有類似激活。同時他們用rTMS分別作用于先天盲人、早期盲人和后期盲人的枕葉，結果發(fā)現TMS干擾了先天盲人和早期盲人的觸覺辨別任務成績，但對于后期盲人則沒有影響。Sadato 2002[31]研究表明，致盲年齡是影

17、響大腦可塑性的主要因素。,任務復雜性的作用,Gizewski等[33]讓先天盲人和早期盲人被試分別進行盲文閱讀、辨別無意義圓點、手指脈沖刺激和手指輕敲等4種任務，并記錄fMRI信號。研究發(fā)現，所有被試在盲文閱讀和圓點辨別任務中都顯示V1V2和更高級視區(qū)的顯著激活；電刺激手指激活了初級體感皮層，視皮層卻沒有任何反應；純粹的手指敲擊運動激活了中央前回的皮層，但視皮層也同樣沒有反應。這說明，那些簡單的聽覺、觸覺刺激并不引起視覺皮層的激活，大腦

18、似乎能夠對“手指觸覺”和“手指閱讀”作出分辨。該研究說明，盲人視皮層的激活與更高級和復雜的認知活動有關。,閱讀利手與大腦半球的單側化,Nettleton Spehr2006[34]研究了在盲文閱讀與語言相關的任務時，對比10名右利手和2名左利手與閱讀的關系。研究沒有發(fā)現優(yōu)勢手，利手性對盲文閱讀有任何影響。Denoit-Dubrocard等1997[35] 對17名右利手和17名左利手被試的對比研究發(fā)現，左手在閱讀任務中要比右手更精確。

19、更重要的是，左利手的閱讀者對需要進行筆跡和語言翻譯的高難度的意義匹配的任務完成得更好。Harada等2004[36]采用fMRI技術，考查了19位右利手明眼人手運動和大腦激活之間的半球內部轉換機制。Harada認為，沒有發(fā)現左右利手的特殊性，無論左或右利手，右半球的頂葉、前運動區(qū)皮質都會激活。,盲人的觸覺閾限的影響,Sterr, Green &Elbert2003[37] 比較了明眼人與盲人閱讀者手指在不同壓力的微型刺激條件下

20、大腦皮質的反應情況，對閾限差異進行了更精確的定位研究。 結果表明，在閾限較低的情況下，明眼人的判斷要比盲人判斷刺激的位置更準確。而且，右手盲文閱讀者的判斷成績要更差一些。7/10的盲人對他們閱讀手的刺激判斷有誤。研究者認為擴大的軀體感覺皮質的可塑性可以解釋這一觸覺錯誤。,小結與思考,研究結論的思考 從盲人認知神經心理學的相關實驗結果來看，基本上可以澄清關于“缺陷說”或“補償說”的爭論。從生理結構上為盲人大腦的可朔性提供了確鑿的事實依

21、據和比較樂觀發(fā)展前景。但是也有許多研究給予相反的證明。如Fine 等2003年[38]的個案表明,很長時間的視覺剝奪后，很難恢復高水平的視功能。,對實驗設計和研究方法的思考,研究任務設計的不同，可能引起皮質的不同反應。以上實驗多采用選用如下幾類盲文任務： 觸摸類型與材料：盲文點字/詞、無意義的點字/詞、#####（干擾）、平滑的紙張等； 觸摸的主動與被動性：主動觸摸一段文字，被動觸摸呈現在手指上的點字； 盲文點字

22、的詞性：多采用名詞（抽象、具體名詞），動詞，但沒有出現其他詞性； 呈現點字的數量上：范圍是30、48、80個字或詞不等。 反應方式：采用按鍵反應，記錄反應時；出聲報告盲文的意義；閱讀名詞，想象出該詞的動詞等方式。面對如此復雜的控制變量，如何保證實驗結果的有效性，是我們今后的研究需要重點考慮的問題。,亟待加強對中國盲文及盲文閱讀的研究,國際上對盲文閱讀的研究很多，取得了大量驚人的成果，相比而言，為中國盲文及盲文閱讀研究的研

23、究十分薄弱。漢語是一種獨特的語言，對中國盲文與英文盲文在語言學的區(qū)別，將成為中國學者今后進行盲文閱讀與大腦可塑性研究中需要重點探討的問題。從漢字的拼音制盲文體系到編碼方式都值得深入研究。漢語中國盲文與英文、英文盲文之間轉換的加工的內在機制是否有差異？,對盲人認知神經心理學進行深入的實驗研究,不局限于觸覺與視覺關系，應多途徑地對盲人的認知神經心學進行深入的實驗研究：如盲人認知過程中，聽覺與視覺的關系、語義判斷、言語加工、動詞產生、情景

24、記憶等盲人認知特點和多通道形成的機理都是需要深入研究的問題。,理論聯系實際，基礎研究與應用研究結合，提高盲與低視力學生的教育教學水平,大腦的可塑性是一種生理現象，是人類適應能力發(fā)展的基礎?，F代認知神經心理學的研究進一步揭示了后天訓練與教育對大腦可塑性的影響和內在機制。當我們那已經進入信息化的時代，計算機廣泛使用的情況下，如何開展更具體的實驗研究、基礎研究為改進日常的教育教學提供理論依據是我們今后進一步努力的方向。,謝謝大家