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腦區傷害引起的認路障礙

99/06/09 瀏覽次數 32224
分工合作的大腦

從演化的觀點來看,人類大腦皮質有新舊之分。舊皮質負責和生存有關的原始功能,如飲食、呼吸、血壓、心跳、內分泌等自主神經系統功能;新皮質覆蓋舊皮質,皺褶滿布,功能包含語言、推理、邏輯,計算等高級功能。許多新皮質功能只見於人類,這是高等動物和其他動物的大腦最大不同之處。認路的能力到底和哪一種皮質功能有關呢?

目前所知,很多和基本認路功能有關的腦區多是舊皮質,或者介於新、舊皮質之間的過渡皮質。這一點都不意外,因為認路是物種共通的需求。能夠在環境中保持良好的認路能力,對覓食和躲避天敵而言顯然重要,對獨行或經常遷徙的中大型動物來說,尤其如此。

雖然不少較低等的動物也有很好的方向行為,例如蜜蜂能在離蜂巢很遠的地方採蜜,用舞步把花叢的位置訊息傳遞給同伴;候鳥可持續南飛避冬,春來北返;鮭魚從汪洋中千里洄游陸溪上游;信鴿萬里傳信等,真是令人嘆為觀止。但嚴格說來,這些可能僅是固定的刺激和反應的結果,或靠著物理、化學的線索,和哺乳類複雜具變化性的移行能力不能相比。

就人類而言,雖然路痴或方向感不好不至於對生命造成直接或立即的威脅,但是對生活在都市叢林裡的人們來說,能夠在環境中有效率地辨識方向和選擇正確的路,是維持正常日常活動必要的能力。想想看,如果每天上班都要花時間找路,會是件多麼苦惱的事情!

當常走的路因整修而禁止通行時,你很快地可找出替代路線,這需要大腦許多區域的分工合作,尤其是海馬迴的參與,它幫助人們對經常造訪的環境形成一個類似地圖(稱為認知地圖)的概念。有個女孩從小只要沒有家人陪同外出就會迷路,直到成年還是無法對每天生活的環境形成概念,必須用死背的方式記住上班的路線,只要偏離原路一點點就會迷路。利用功能性腦部磁振造影(fMRI)檢查,發現在對一個環境形成概念圖時,她的海馬迴並沒有活化。

老實說,目前我們對人類在空間環境中認路的神經機制還不甚清楚。經由正常人的功能性神經造影術的研究發現,某些特定腦區在真實或想像的認路作業中,比非認路作業有較強的反應。這些和認路功能有關的腦區,包括海馬迴、海馬旁迴、後壓部皮質(retrosplenial cortex,簡稱 RSC)和後頂葉皮質。其中,位於大腦深處的 RSC 扮演十分重要的角色。就讓我們來瞧瞧這小傢伙有什麼功能吧!

布羅曼29/30在哪裡

1909 年,學者布羅曼(Korbinian Brodmann)用 Nissl 染劑染哺乳類動物大腦切片,根據神經元的形狀,把大腦皮質區(Brodmann Area,簡稱 BA)從 1 號編到 52 號。如果把大腦從兩個半球之間切下,可以看到連接兩半腦的胼胝體,而扣帶皮質就如其名般扣繞著胼胝體。扣帶皮質有前後之分,本文的主角 RSC 呈弓狀,體積不大,被部分的後扣帶皮質包著,屬於邊緣系統。RSC 被布羅曼編為 29/30 號,簡稱 BA 29/30。

後來,解剖學家陸續發現 RSC 和許多腦區都是相連的,例如負責計畫功能的前額葉皮質背外側(BA 46、 BA 9/46、 BA9)、辨識場景的海馬旁迴、整合空間訊息的大腦前下角和內鼻皮質。RSC  也和負責記憶的顳上溝、訊息整合的後頂葉皮質相連。由此可見,RSC 的位置和負責記憶的腦區有關,並且提供了前額葉區域和邊緣系統互動的路徑,前者屬於新皮質,後者則屬於舊皮質。

人類的認路功能

小小的 RSC 對認路有什麼貢獻呢?RSC 屬於舊皮質,由於位置特殊,發生腦傷的機會不大,只能用零星的個案或功能性造影術來推論它的功能。一開始,RSC 的功能被認為和處理強烈的情緒刺激有關,後來學者結合神經影像工具和神經心理測驗,發現這一區受損的病人並不會有情緒相關的問題,反而有記憶上的困難。這種 RSC 損傷所引起的記憶障礙,說明它在解剖學上的位置和內側顳葉相連,且在記憶的歷程上扮演重要的角色。

從 RSC 皮質受損的病人行為發現,當左側或雙側 RSC 受損時,會出現情節性失憶症,對日常生活事件產生記憶障礙;右側 RSC 則和方向感或空間認路能力有關。

英國認知科學家馬蓋兒(Maguire)的一篇回顧文獻指出,大部分傷及右側 RSC 的病人出現了共同的病徵,例如無法學習新路線,在熟悉環境中有認路障礙的現象,以及可辨識地標但無法使用地標來協助定向。這些病人都能在 3 ~ 8 周內恢復正常,相較於顳葉受損的病人,它的嚴重程度較輕。

這種 RSC 受損但認路能力恢復的情形,和學者希拉齡(Seralynne)的動物研究結果一致。希拉齡發現大鼠的 RSC 受損,會減損使用「他中心(allocentric)」線索的能力。但比起受損區域在前丘腦和海馬迴來說,RSC 受損所造成的影響較輕微,且在放射迷宮和水迷宮中的表現,可以經由訓練而提升。然而損及前丘腦和海馬迴的大鼠,即使經由訓練,也進步有限。

此外,讓一群饑餓的老鼠在放射狀的迷宮中尋找食物,食物只放在幾個特定的走道內,老鼠看不到走道內有無食物,非得進去逐一探索才行。結果發現 RSC 受傷的老鼠在尋找食物時犯較多的錯誤,牠們漏走一些路或重複進入相同的路,代表 RSC 受損老鼠的空間工作記憶不佳,沒有辦法記得已搜尋過的路或預期要搜尋的方位。

由 RSC 的位置和它的連結發現,RSC 與海馬迴和負責記憶的顳葉內側有很密切的連結,除了結構上有緊密的關係外,兩者在功能上也互通有無,彼此影響。更有研究者把 RSC 在空間認路中的角色,定義為「海馬迴和其他皮質及下皮質的整合者」。

此外,薛爾頓(Shelton)等人發現,RSC 把在環境中移動時形成自我中心(egocentric)的表徵,轉換為由海馬迴負責的他中心表徵,也就是參與了認知地圖的形成。而當要使用認知地圖時,RSC 的活化使鳥瞰的形式轉為地面觀點。更有甚者,RSC 不僅是海馬迴和頂葉之間的轉換器,也具有對環境結構形成表徵的登錄能力。RSC 的這種能力,讓患者在海馬迴受損時仍保有相當的認路能力。

值得一提的是,很早之前學者就發現動物的 RSC 中有許多頭向細胞和位置細胞。當動物把頭部朝向空間中的某一個方位時,有一群特定的頭向細胞會活化,對方向性的訊息特別敏感。

臨床症狀表現

美國賓州大學神經科阿乖爾(Aguirre)醫師根據局部腦傷的臨床案例,大略把病人的認路障礙分為 4 種。

第ㄧ種稱為「地標失認症」,也就是無法辨識熟悉地標或學習新環境中的地標,多因為右側舌狀腦迴受損所造成。第二種是「以自我為中心的失定向」,無法從第一人稱的觀點來描述路徑,多因右側後頂葉皮質受損。第三種稱為「順向性失定向」,即腦部受傷後,無法學習新環境中的訊息,不管來回多少次還是會迷路,但在腦傷前已經熟悉的環境,並不會迷路,這種病人大多傷及右側海馬旁迴。

第四種稱為「頭向失定向」,也就是 RSC 受損出現的情形。頭向失認症的病人不能判斷自身目前的位置和一個熟悉地點之間的方向關係,即「失去方向感」。這裡的方向感指的是「判斷目前所處地點和看不見的目的地之間位置關係的能力」,也證明這種功能是位在 RSC。從少數「頭向失定向」的個案表現可以得知,這些病人雖然可認出路景、地標,卻無法把自身所在和該地標或路景的關係轉置於熟悉環境的認知地圖中。把自我為中心的表徵轉成他中心表徵,或兩者之間的互轉,就是 RSC 的功能之一。

以下藉由個案來說明 RSC 病變產生的症狀。有位 55 歲的日本男性T君,在住所當地開了 10 年計程車。有天,T君下班回家途中,突然失去方向感,不知道該走哪條路。他認得出周遭的建築物和地標,但是那些地標並不能提供T君與這個地標有關的方向訊息。T君只好打電話回家求助,最後依照家人的指示平安到家。隔天,他再度在熟悉的環境中迷路。

T君住進了醫院,神經科醫師檢查發現,T君不能決定目前所在地和另一個熟悉地點兩者之間的方向關係,畫不出從他家走到一個熟悉地點的路線圖及家中的空間配置。

他對於紙本地圖的方向感則不受影響,能夠在日本地圖上定位出東京,在世界地圖中定位出夏威夷;也能描述兩個熟悉地點之間的地理方向關係,例如東京位於大阪東邊;能閱讀書報、認人、認出建物和地標,也能清楚地指出自己和施測者的左右;對遠程自傳式記憶保持相當好,但對「字詞配對學習」(註 1)或「減數分心作業」(註 2)表現不好,代表學習新口語訊息能力較差。

T君記得病房中物體的位置,閉上眼睛也能正確指出門和窗戶的方位。但是當他轉個彎後,卻指不出起點的方向;他也不記得從房間走去洗手間的路線,這條路線包含兩個右轉和一個左轉。

答案揭曉,原來是出血性腦中風讓T君迷路,出血位置正是 RSC。

RSC 受損讓人無法成功地提取空間知識,無法由建築物獲得有助於認路的訊息,無法獲得對環境中的方向訊息。你能想像一個不能對路線形成概念的城市居民,一個不知道自己的家在什麼方向的行人,以及不知道該怎麼轉方向盤的司機的窘況嗎?RSC 受損造成的認路障礙,對人們的正常生活,實在威脅不小!

註 1:例如學習許多如「老鷹與火車」、「紅色與飛機」等的配對,稍後問受測者「老鷹與什麼配對」,受測者應回答「火車」。

註 2:先讓受測者記住無意義的英文字串,接著要求受測者從 100 減 7,逐次遞減做為干擾,之後再問先前的英文字串為何。
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