研究发现半个大脑就能充分支持文字和面部识别

一项关于大脑可塑性和视觉感知的史无前例的研究发现，在儿童时期接受过切除一半大脑的手术的人，在超过 80% 的时间里能够正确识别成对的单词或面孔之间的差异。考虑到切除脑组织的体积，令人惊讶的准确性突出了大脑重新连接自身并适应剧烈手术或创伤性损伤的能力及其局限性。

匹兹堡大学研究人员今天在国家科学院院刊 (PNAS) 上发表的研究结果是首次尝试描述人类的神经可塑性，并了解单个大脑半球是否可以执行通常在两侧分离的功能的大脑。

“大脑是否从出生时就具有其功能能力，或者它是否在成熟和体验环境时动态组织其功能的问题推动了视觉科学和神经生物学的大部分发展，”资深作者、教授 Marlene Behrmann 说。匹兹堡大学和卡内基梅隆大学眼科和心理学博士。“与半球切除术患者一起工作使我们能够研究单个大脑半球功能能力的上限。凭借这项研究的结果，我们现在踏上了人类神经可塑性的大门，终于可以开始检查大脑重组的能力。 "

神经可塑性是一个允许大脑改变其活动并在结构或功能上重新连接自身以响应环境变化的过程。尽管大脑可塑性在发育早期达到顶峰，但我们的大脑在成年期仍会继续发生变化。

随着人类年龄的增长，我们大脑的两半，称为半球，变得越来越专业化。尽管这种分工不是绝对的，但两个半球承担着不同的主要职责：左半球成熟为阅读印刷文字的主要场所，右半球成熟为识别面孔的主要场所。

但神经可塑性有局限性，随着时间的推移，这种半球偏好变得更加僵化。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脸盲，这取决于大脑的左半球或右半球是否受到影响。

但是，当大脑在高度可塑性的情况下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患者，这些患者在儿童时期接受了完整的半球切除术——或手术切除一个半球以控制癫痫发作。

由于半球切除术相对罕见，科学家们很少能同时接触到少数几个病人。但皮特团队发现了 COVID-19 大流行的意外一线希望：远程医疗服务的正常化，这使得有可能招募 40 名半球切除术患者，这是此类研究史无前例的数字。

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，每个单词只有一个字母不同，例如“soap”和“soup”或“tank”和“tack”。为了测试孩子们识别不同面孔的能力，科学家们向他们展示了成对的人物照片。任何一种刺激都只出现在屏幕上的几分之一秒，参与者必须决定这对单词或这对面孔是相同还是不同。

令人震惊的是，剩下的一个半球支持这两种功能。对照组和半球切除者对文字和人脸的识别能力存在差异，但差异小于10%，平均准确率超过80%。在患者和对照组的匹配半球之间的直接比较中，无论是否移除半球，患者在面部和文字识别方面的准确性都是可比的。

“令人欣慰的是，失去一半的大脑并不等于失去一半的功能，”第一作者、皮特医学院医学科学家培训项目的学生迈克尔·格拉诺维特博士说。“虽然我们无法明确预测任何特定儿童可能会受到半球切除术的影响，但我们在这些患者中看到的表现令人鼓舞。我们对手术后可塑性的了解越多，信息越多，也许还会增加舒适度，我们可以提供给对孩子的治疗计划做出艰难决定的父母。”