2011年奥斯卡奖最佳男主角Colin Firth刚刚在四月的Current Biology上发表了了一篇关于政治倾向与大脑结构关系的学术论文
相比于组内各位大牛,研究大脑神经元和分子水平的机制,我的研究比较宏观,关注人的系统层面上的脑结构和脑功能这类研究和心理学联系比较紧密但比起神经元水平和分子水平的研究,经常觉得很不靠谱因此我打算写一些关于大脑研究方法的介绍性文章的这是写的第一篇,后面的内容还没有写先发出来,也是督促我接着把后面的系列写完
2011年奥斯卡奖已经过去很久了,但有一个话题还被人津津乐道,那就是奥斯卡奖的学术范儿最佳女主角Natalie Portman早在2002年在哈佛心理系读书时就曾发表过关于婴儿前额叶皮层参与物体恒存性的文章而最佳男主角Colin Firth刚刚在四月的Current Biology上发表了了一篇关于政治倾向与大脑结构关系的学术论文这篇文章发表在生物学顶级期刊,主题也很抓眼球,值得仔细介绍一下
扯远一点,人们逐渐意识到大脑是产生思维的器官后,就试图测量大脑与心理活动的关系一个早期的尝试就是19世纪风靡欧洲的颅相学颅相学认为思维由一系列不同的功能组成,不同的功能对应着不同的大脑结构但受到技术的限制,当时能测量的只有颅骨的形状德国医生Gall将颅骨的凹凸与不同的心理功能联系在一起,这就是所谓颅相学
现在看来,颅相学认为大脑特定区域负责特定心理过程的思路是正确的但由于测量手段太粗糙,却过度解释了测量结果,最终走向了伪科学另一方面,当时对心理过程的理解有限,颅相学所要定位的复杂人格成分,现在认为是分布在大脑的各个区域协作完成的要想精确大脑结构负责的心理功能,还需要将心理现象分解成更精细的、相对独立的过程
直到20世纪八九十年代,技术的进步才使得精确测量大脑结构成为可能其中最有代表性的就是CT与磁共振 (MRI)技术的成熟与常见的CT图像类似,MRI可以成像分辨率大约1毫米的三维大脑结构而且MRI不使用放射线,应用更安全
如何测量大脑呢?人的大脑皮层折叠卷曲在一起,看上去沟壑丛生早期解剖大脑,人们通常只是测量沟回的角度和宽度等等但对于MRI的三维图像,就可以用计算建模的方法测量
首先根据灰度将整个大脑分割成灰质、脑脊液等组织这样,每一个体素 (体积像素)上的值就代表了这一位置灰质的密度因为每个大脑的形状都有差异,所以接下来需要把每个人的灰质密度图标准化到一个通用的模板上在标准化的过程中,某些区域可能被压缩,这一区域的值就相应增加;而某些区域可能被拉伸,相应体素的值就减小这样每个体素的值也反映了体积的信息
有了一组人的大脑灰质“体积”图像,如果再测量了这批人的心理指标,就可以考察两者之间的联系了如上面所提到的,灰质体积图像的每一个体素代表了这一位置的灰质“体积”在每一个体素上用灰质体积与心理指标做相关,就不仅可以知道心理指标是否与大脑结构相关,而且还可以看具体哪个大脑区域与心理活动相关
比如,一个人空间位置感的高低与哪个脑结构有关呢?心理学家对比了伦敦的出租车司机与普通人的大脑结构结果发现与空间记忆及导航有关的海马体存在结构差别出租车司机有着更大的海马体这也验证了长期经验会导致相应大脑结构的持久性变化的观点