大脑的左右半球分工

大脑不仅能处理视觉、听觉和运动信息，更能进行复杂的思维活动。就像一家企业需要不同部门处理不同业务，大脑也有着精妙的分工机制。 视觉、听觉和运动功能的生物学解释相对清晰，研究进展顺利，主要因为研究者能够较好地测量刺激和行为反应。然而，语言、思维和注意力这些高级认知功能更难测量和研究。

早在1860年代，法国医生保罗·布洛卡发现言语功能依赖于左额叶皮层的特定区域，开创了神经科学史上的新篇章。当左半球某些区域受损时，人们会失去语言能力，但其他功能保持正常。当右半球特定区域受损时，患者会忽视身体和世界的左侧部分。

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大脑的不对称性

自然界对称现象随处可见——太阳、星星、行星几乎都是对称的，大多数动物植物也如此。当原子发生放射性衰变时，会向完全相反的两个方向发射相同射线。然而，人类大脑却是不对称的。 就像中国古代哲学的阴阳概念，大脑左右半球具有不同功能特征。这种差异并非偶然，而是进化的智慧选择，让大脑能更高效地处理复杂信息和任务。

基本连接模式

左半球主要连接身体右侧的感觉受体和肌肉，右半球则连接身体左侧。两个半球都控制躯干肌肉和面部肌肉。在视觉方面，左半球只能看到世界右半部分，右半球只能看到左半部分。听觉系统组织不同——每个半球都能接收双耳信息，但对侧耳朵的信息更强。

有趣的是，味觉和嗅觉不遵循交叉连接模式。每个半球接收同侧舌头的味觉信息和同侧鼻孔的嗅觉信息。

为什么所有脊椎动物都进化出每个半球控制对侧身体的模式，至今仍是未解之谜。

胼胝体信息传递

左右半球间的信息交换主要通过胼胝体这组神经纤维束实现，前连合、海马连合等较小连合结构也参与其中。如果没有胼胝体，左半球只能对身体右侧信息反应，右半球只能对左侧信息反应。正因为有了胼胝体，每个半球都能接收两侧信息：

只有在胼胝体受损的情况下，我们才能清楚观察到大脑功能侧化的证据。这种精妙设计让大脑既保持专业化分工，又实现信息充分共享。

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视觉听觉连接机制

要理解大脑侧化现象，需要了解眼睛如何与大脑连接。这个连接方式比直觉复杂得多。

视觉信息分工

每个半球接收来自视觉世界相反一半的输入。左半球看到世界右半部分，右半球看到左半部分。人类眼睛与大脑的连接方式与其他动物存在重要差异。

在兔子等眼睛位于头部两侧的动物中，左眼连接右半球，右眼连接左半球。但人类双眼朝前，左右眼都能清楚看到世界左侧。

在视神经交叉处，来自每只眼睛的一半神经纤维会交叉到大脑另一侧：

• 左眼左半视网膜：接收右侧视野信息，直接连接到左半球
• 右眼左半视网膜：接收右侧视野信息，直接连接到左半球
• 左眼右半视网膜：接收左侧视野信息，交叉连接到右半球
• 右眼右半视网膜：接收左侧视野信息，交叉连接到右半球

这种精巧的连接方式确保：右侧视野的所有信息都汇聚到左半球，左侧视野的所有信息都汇聚到右半球。每只眼睛视网膜中央覆盖约5度视角的垂直条带会同时连接两个半球，确保中央视觉信息能被双侧处理。

听觉系统双重策略

听觉系统组织方式与视觉系统截然不同。每只耳朵都将信息发送到大脑两侧，因为任何参与声音定位的脑区都必须比较双耳输入信息。每个半球确实更多关注对侧耳朵信息，这让我们能准确判断声音来源方向。

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胼胝体切断研究

医生有时需要切断胼胝体来治疗严重癫痫。癫痫是一种反复发作的过度同步神经活动，可能由基因突变、大脑创伤、感染、肿瘤或有毒物质暴露引起。约1%到2%的人患有癫痫。

治疗策略与效果

抗癫痫药物通过阻断钠离子流动或增强神经递质作用发挥效果。超过90%的癫痫患者对药物治疗反应良好。但如果药物治疗无效且频繁发作，医生会考虑手术移除癫痫病灶。如果患者有多个病灶，医生会切断胼胝体，防止癫痫从一个半球传播到另一个半球。

裂脑人的表现

经历胼胝体切断手术的“裂脑人”保持智力和动机，仍能正常行走。在熟悉任务上如系鞋带，他们仍能协调使用双手。但在不熟悉任务上如打高尔夫球、穿针引线时会遇到困难，揭示大脑两个半球处理新任务时需要密切协调。

裂脑人能以常人无法做到的方式独立使用双手：

• 普通人很难同时用左手画圆、右手画方，但裂脑人能轻松完成
• 普通人很难让两只手以不同速度画圆，但裂脑人能自然地以不同速度画圆

同时用不同方式移动左右手的困难更多反映认知限制而非运动限制。制定两个行动计划很困难，除非有明确目标指导动作。裂脑人在同时制定两个行动计划方面没有困难。

语言表现与半球竞争

超过95%的右利手者和近80%的左利手者左半球主导言语产生。裂脑人可以在右侧视野短暂看到物体后说出名字，因为信息传递到左半球。但在左侧视野看到显示后（右半球）通常无法说出名字。

在手术后最初几周，两个半球表现得像两个人共享一个身体。有位裂脑人反复用一只手从货架拿商品，同时用另一只手放回去。一位患者（左半球）描述自己经历：

“如果我在读书，用右手拿书更容易，把左手压在身下比两手拿书更容易......告诉手翻三页书，不知怎么左手会拿起两页，到了第5页或别的页。最好放手，用右手拿起来翻到正确页面。用右手纠正左手做的事。”

虽然胼胝体不会愈合，但大脑学会使用左右半球间较小连接。左半球某种程度上抑制右半球干扰，在一些情况下获得控制权。即使经过分离，两个半球也会找到合作方式。

巧妙合作策略

一位裂脑人使用有趣策略回答关于左侧视野看到物体的是非问题。假设实验者在左侧视野闪现图片问：“它是绿色的吗？”左半球会猜测：“是的。”如果不对，知道正确答案的右半球会让脸皱眉（两个半球都控制面部肌肉）。左半球感受到皱眉，说：“对不起，我是说‘不是’。” 在另一个实验中，裂脑人同时看到左右两侧闪现的两个词，然后画出读到的内容。每个半球看到完整词，但两个词可以组合成不同词：

用右手，他几乎总是画出右侧视野看到的东西如狗或蜜。用左手，有时会画出两个词的字面组合。例如，看到“热”和“狗”后，画一只热得发抖的狗，而不是热狗；看到“天”和“空”后，画天空和一个空盒子。

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右半球的独特才能

长期以来，人们认为左半球是“主导”半球，右半球只是次要的。但研究发现右半球有独特专长。

情感识别专家

右半球比左半球更善于识别他人情感。有个有趣实验：让人们观看一些人谈论自己的录像，每人说两遍——一次说真话，一次说谎。大多数人识别准确率约47%，甚至比随机猜测50%还差。

但有一组人能达到60%准确率——左半球脑损伤患者！他们虽然不能很好理解语言，但善于读懂手势和面部表情。右半球比左半球更善于感知人们手势和语调中的情感。

当左半球受损（无法干扰右半球时），右半球能自由做出可靠判断。相比之下，右半球部分受损的人说话语调单调，不理解别人情感表达，通常也无法理解幽默和讽刺。

空间关系处理

右半球也比左半球更善于理解空间关系。一位后部右半球受损的年轻女性在寻路方面遇到困难，即使在熟悉区域也如此。为了到达目的地，她需要具有特定视觉细节的指示：“走到你看到前面有雕像的建筑物角落，然后左转，走到有旗杆的角落右转......”每个指示都必须包含不可错认的特征。

整体模式识别

左半球更专注于细节，右半球更专注于整体模式。在一项研究中，正常大脑的人观察用许多小字母重复组成的不同大字母。当他们被要求识别小字母时，左半球活动增加；当他们被要求识别大的整体字母时，右半球活动增加。

裂脑人研究引发深刻哲学问题：裂脑人真的有两个心智、两个意识吗？有时一边能回答问题，另一边却不能。如果你是裂脑人，左半球诚实回答“我不知道”的问题，同时左手指向正确答案，这必定是令人不安的经历。

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侧化功能的发展

半球间解剖学差异

人类大脑专门用于处理语言声音。当听到重复音节如“拍拍拍拍...”时，如果元音突然改变“...拍拍拍拍呸...”，这种变化会引起注意，在头皮产生更大电反应。从“拍”到“呸”的变化甚至会增加婴儿包括早产儿的诱发反应。人类从一开始就关注语言声音。

科学家发现，颞叶皮层的颞平面区域在65%的人中左侧比右侧更大。更重要的是，研究3个月前死亡的婴儿大脑，发现14个婴儿中有12个左侧颞平面更大。

胼胝体成熟过程

胼胝体在儿童期和青春期逐渐生长增厚，某些轴突周围髓鞘在增加。胼胝体还通过丢弃许多轴突来成熟，早期阶段大脑产生的轴突远比成熟时多。

这种“修剪”是必要的，因为通过胼胝体连接的任何两个神经元都需要有相应功能。例如，左半球中对中央凹中心光线反应的神经元应该连接到对同一位置光线反应的右半球神经元。早期胚胎发育中，基因无法精确指定这两个神经元确切位置。

因为这些连接需要数年时间才能发展出成熟模式，所以幼儿某些行为类似裂脑成人。在一项研究中，要求3岁和5岁儿童感受两种织物，要么用一只手在两个时间点触摸，要么同时用两只手触摸，说这些材料感觉是否相同。5岁儿童用一只手或两只手都表现同样好，而3岁儿童用两只手比用一只手多犯90%错误。

胼胝体在3岁到5岁间已充分成熟，能促进两只手刺激的比较。其他任务显示5岁和6岁儿童胼胝体继续成熟。你曾玩过需要旋转两个轮子的画板玩具吗？一个轮子让线条上下移动，另一个让它左右移动。5岁和6岁儿童在这个玩具上有很大困难，部分因为胼胝体还不够成熟，无法整合两只手动作。

先天性胼胝体缺失

罕见情况下，胼胝体形成不完全或根本没有形成，可能是遗传原因。天生没有胼胝体的人与后来切断胼胝体的人不同。他们的右半球不用于言语，每个半球都发展出连接身体两侧的通路，使左半球能感受到左右手。 此外，大脑其他连合会变得比平时更大，包括连接大脑皮层前部的前连合，以及连接左右海马的海马连合。这些连合的额外发展部分补偿了胼胝体缺失。

利手性与语言优势

超过95%的右利手者左半球在言语方面占主导地位。左利手者情况更多样化，大多数仍是左半球或混合优势的言语，很少有人具有强烈右半球言语优势。 利手性还与大脑和行为其他不对称性有关。假设你在树林中徒步旅行，遇到分岔路口，在其他条件相等情况下会选择哪个方向？大多数人表现出更多选择一个方向的倾向。研究中，人们佩戴设备记录3天内左转或右转次数。平均而言，右利手者大多向左转，左利手者大多向右转。

这种倾向可能与其他观察有关：

• 大多数赛事——汽车比赛、赛马、滑冰比赛等——赛道都设为向左转（逆时针）
• 在棒球中，运动员向左跑垒（逆时针）
• 观看小孩在操场绕圈跑，大多数人逆时针跑

避免过度概括

对左脑/右脑差异的研究令人兴奋，但有时导致不科学断言。偶尔会听到有人说：“我在科学方面不好，因为科学是左脑科目，我是右脑人。”

这种说法基于两个合理前提和一个可疑前提：

1. 合理前提：半球专门用于不同功能
2. 合理前提：某些任务在一个半球引起更大活动
3. 可疑前提：任何个体习惯性地主要依赖一个半球

事实上，你在除了最简单任务外的所有任务中都使用两个半球。大多数任务都需要两个半球合作。

孔子曰：“知之为知之，不知为不知，是知也。”了解大脑半球分工的同时，我们也要避免过度简化这种复杂神经机制。

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语言的起源与进化

几乎所有动物都通过视觉、听觉、触觉或化学信息素进行交流。然而，人类语言因其独特创造性而脱颖而出——我们能即兴创造新的信号组合表达新想法。 这种能力如何进化而来？我们是凭空进化出这种能力，还是从其他物种已有前体发展而来？为什么我们进化出语言，而其他物种没有？什么大脑专门化使得语言成为可能？

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动物世界的语言前体

进化很少创造全新东西。就像蝙蝠翅膀是改造的手臂，豪猪刺是改造的毛发，我们期望人类语言是我们能在最亲近亲戚——黑猩猩身上发现某种东西的改造版本。

黑猩猩的语言尝试

经过多次不成功的教授黑猩猩说话尝试后，研究人员通过教授它们美国手语或其他视觉系统取得了更好结果。在一个版本中，黑猩猩学会按压带有符号的键，在计算机上输入信息，如“请机器给苹果”或对另一只黑猩猩说“请分享你的巧克力”。 但符号使用真的是语言吗？并非所有能翻译成一系列单词的东西都真正是语言。当你插入银行卡输入四位密码时，并不真正理解这四个数字意思是“请机器给钱”。

然而，黑猩猩确实表现出至少中等程度的理解。例如，接受手语训练的黑猩猩沃舒通常用名字回答“谁”问题，用物体回答“什么”问题，用地点回答“哪里”问题，即使用错误符号表示名字、物体或地点时也如此。

倭黑猩猩的突破

在人们对黑猩猩语言能力普遍持怀疑态度时，一个濒危物种研究出现了令人惊讶结果——倭黑猩猩。倭黑猩猩社会秩序在几个方面与人类相似：雄性和雌性形成强烈持久的个人依恋，经常面对面交配，雌性几乎任何时候都有性反应而不仅在繁殖期，雄性对幼仔照料贡献显著，成年个体经常分享食物，能够舒适地直立行走。

1980年代中期，研究者试图教一只名为马塔塔的雌性倭黑猩猩按压发光符号。每个符号代表一个单词。虽然马塔塔进展甚微，但她的幼子坎兹仅仅通过观看就学会了。

当给坎兹机会使用符号板时，他很快表现出色。后来，研究人员注意到坎兹理解大量口语。例如，每当有人说“光”这个词时，坎兹就会打开电灯开关。到5岁半时，他理解约150个英语单词，能回应诸如“把你的球扔到河里”和“去冰箱拿一个西红柿”这样陌生口语指令。

坎兹和他的妹妹发展出与典型2到2.5岁儿童相当的语言理解能力：理解的比生产的多，使用符号命名和描述物体即使不在请求它们，请求看不见物品如“泡泡”，偶尔使用符号描述过去事件，经常提出原创有创意的请求。

其他物种的语言能力

关于非灵长类动物，一只名为亚历克斯的非洲灰鹦鹉取得了令人惊叹成果。鹦鹉以模仿声音闻名，但艾琳·佩珀伯格是第一个认为鹦鹉能有意义使用声音的研究者。

她将亚历克斯置于刺激性环境中，通过多次说一个词并在亚历克斯近似发出相同声音时给予奖励来教授他。在一次测试中，亚历克斯观看装有12个物体的托盘，正确回答48个问题中的39个，比如“钥匙是什么颜色的？”（答案：“绿色”）和“什么物体是灰色的？”（答案：“圆圈”）。

有趣的是，依赖语言并不总是有帮助。佩珀伯格将亚历克斯和其他三只灰鹦鹉放在栖木上，每只都有一条从栖木到底部杏仁的大塑料链环。未接受语言训练的鹦鹉用爪子拉起链子直到够到杏仁。亚历克斯和另一只接受语言训练的鹦鹉反复告诉实验者“想要坚果”。当她拒绝把坚果带给他们时，他们就放弃了。

从非人类语言能力研究中我们学到了什么？在实践层面，我们获得如何最好教授那些不容易学习语言的人（如脑损伤患者或自闭症儿童）的见解。在理论层面，这些研究表明人类语言从其他物种已有前体进化而来。

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人类语言进化机制

虽然一些其他物种在大量训练后可以学习一点语言，但人类在轻松学习语言方面表现突出。我们如何进化出这种能力？大多数理论分为两类：语言是整体大脑发育的副产品，或者是专门化适应。

智力正常但语言受损

如果语言是整体脑容量产物，那么任何拥有完整大脑和正常整体智力的人都应该有正常语言能力。然而，并非所有人都如此。 在一个中国家族中，三代人30人有16人表现出严重语言缺陷，尽管他们在其他方面智力正常。由于一个特定显性基因，受影响的人在发音和语言许多其他方面都有严重困难。当他们说话时，大脑在后部区域而不是像其他人那样在额叶皮层显示活动。

他们甚至在简单语法规则方面也有困难：

实验者： 这是一个杯子；这些是...

受试者： 我怎么知道？（后来）这些是杯子。

实验者： 这是一个盘子；这些是...

受试者： 这些是盘子们。

智力障碍但语言相对完好

相反情况呢？智力障碍者能有良好语言能力吗？心理学家过去会回答“不”，直到发现威廉姆斯综合征，这种疾病影响约20,000人中1人。 尽管在大多数方面有智力障碍，许多威廉姆斯综合征患者说话合乎语法且流利。原因是第7号染色体上几个基因缺失，导致灰质减少，特别在视觉处理区域。

患者在数字、视觉空间技能和空间感知相关任务方面表现不佳。当被要求估计公共汽车长度时，三个威廉姆斯综合征患者回答“30厘米”、“8厘米或者可能3米”和“5厘米，3米”。他们终生需要持续监督，无法胜任甚至简单工作。 尽管整体智力障碍，平均智商约50-60，许多威廉姆斯综合征患者在某些方面表现良好：音乐（能拍打复杂节拍和记忆歌曲），友善和解释面部表情能力，以及语言能力——这是最令人惊讶的技能。

一位威廉姆斯综合征年轻女性被要求画头大象并描述它。她的描述几乎是诗意的，与无法识别的绘图形成对比：

“大象是动物中的一种。大象生活在丛林中，也可以生活在动物园里。它有长长的灰色耳朵，扇形耳朵，能在风中飘动。它有长长的鼻子，可以捡起草或干草...如果它们心情不好可能很可怕...如果大象生气可能踩踏或冲撞，像公牛冲撞一样。它们有长长的象牙，可能损坏汽车...很危险。当它们陷入困境心情不好时很可怕。你不想要大象作宠物，你想要猫或狗或鸟...”

语言作为专门化机制

如果语言不仅仅是整体智力副产品，它必须作为专门大脑机制进化。诺姆·乔姆斯基和史蒂文·平克提出人类有语言习得装置——一种用于获得语言的内置机制。 大多数儿童如此快速容易地发展语言，似乎他们必须在生物学上为这种学习做好“准备”。此外，聋哑儿童很快学会手语，如果没人教他们手语，会发明自己的手语并互相教授。

研究人员已开始探索这种语言准备的基因基础。还记得那个家族成员在发音和基本语法方面有困难吗？他们问题源于名为FOXP2的基因突变。 虽然人类和黑猩猩都有这个基因，但它在两个地方不同，导致两个位点上具有不同氨基酸的蛋白质。该基因产生许多影响，部分影响大脑发育，也影响对言语重要的下颌和喉咙结构。

语言敏感期

如果人类特别适应学习语言，那么我们可能在生命早期的敏感期学习效果最佳，就像麻雀在幼鸟期学习鸣叫一样。

研究第二语言学习发现：成年人在记忆词汇方面更有优势，但儿童在发音和语法学习上表现更出色。语言学习没有绝对的截止期，但年龄越小开始学习效果越好——2岁比4岁好，4岁比6岁好，13岁比16岁好。然而，12岁后开始学习第二语言的人很难达到真正的母语水平。

聋哑儿童的研究提供了更清晰的证据。当父母最初专注于教授口语和读唇失败后，转而引入手语时，发现早期开始学习的儿童比晚期开始的儿童掌握得更好。早期学习任何一种语言（中文或手语）的儿童，后来都能较好地学习另一种语言，但幼儿期没有接触任何语言的儿童，其语言学习能力将永久受损。

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大脑损伤与语言功能

研究语言专门化的另一种方法是检查各种脑区作用。我们的大部分知识来自对脑损伤患者研究。

布洛卡失语症

1861年，法国外科医生保罗·布洛卡治疗了一位患坏疽的患者，这位患者已失语30年。患者死后，布洛卡进行尸体解剖，发现左额叶皮层有病变。在接下来几年里，布洛卡检查了其他失语症患者的大脑，几乎都发现同一区域的损伤，现在称为布洛卡区。

现在我们知道，说话激活大脑许多部分，主要在左半球，而不仅仅是布洛卡区。仅限于布洛卡区的损伤只产生轻微或短暂的语言障碍。严重缺陷是由于扩展到其他区域的广泛损伤造成的。 当脑损伤患者遭受语言产生障碍时，我们称之为布洛卡失语或非流畅性失语。布洛卡失语患者在所有表达形式上都缓慢而笨拙，包括说话、写作和手势，以及聋人手语。所以布洛卡失语涉及语言本身，而不仅仅是声带肌肉。

布洛卡失语患者说话时，会省略大多数代词、介词、连词、助动词、量词以及时态和数字结尾。介词、连词、助动词等被称为语法形式的封闭类，因为语言很少添加新的介词、连词等。相比之下，新的名词和动词（开放类）经常进入语言。布洛卡失语患者很少使用封闭类词汇。

他们很难重复“没有如果、和或但是”这样的短语，却可以成功重复“将军指挥军队”。无法大声朗读“生存还是毁灭”的患者可以朗读“两只蜜蜂或不是两只蜜蜂”。显然，问题在于词汇意义，而不仅仅是发音。 布洛卡失语患者在理解他们说话时省略的同类词汇方面有困难，如介词和连词。他们经常误解具有复杂语法的句子，如“追逐男孩的女孩很高”。

威尼克失语症

1874年，德国医院26岁初级助理卡尔·威尼克发现左颞叶皮层部分损伤产生不同类型语言障碍。虽然患者能够说话和写作，但他们语言理解很差。 威尼克区附近损伤产生威尼克失语，特征是语言理解差和记住物体名称能力受损。它也被称为流畅性失语，因为人仍然能流畅地说话。

威尼克失语典型特征：流利言语（与布洛卡失语患者相比，除了在试图想起某物名称时暂停），找词困难（有词语缺失症，回忆物体名称困难，编造名字，用一个名字代替另一个名字，使用迂回表达），语言理解差（在理解口语和书面语言方面有困难）。

以下是威尼克失语患者与语言治疗师间对话：

治疗师：（拿着围裙图片）你能说出那个名字吗？
女患者： 嗯...你看我不能，我可以我几乎不能做；他会给我某种嗯...
治疗师： 线索？
女患者： 没错...就像，就像...
治疗师： 你意思是，比如，“你洗盘子或做饭时穿的...”？
女患者： 是的，就像那样。
治疗师： 好的，那是什么？你把它围在腰上，你做饭...
女患者： 做饭。嗯，嗯，看我想不起来了。
治疗师： 这是围裙。
女患者： 围裙，围裙，就是这样，围裙。

患者仍然知道物体名称，当她听到它们时会认出它们；她只是自己找不到它们。在某些方面，她的言语类似于一个在外语课堂上被叫起来但词汇表学习不好的学生。

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音乐与语言的平行发展

语言出现在每个人类文化中，没有其他物种发展出我们所知的语言。音乐也完全一样。语言和音乐有许多相似之处，包括两者都能唤起强烈情感的能力。

管弦乐音乐家在视读音乐和执行困难视空间任务时，布洛卡区都强烈激活。语言和音乐间相似之处足以表明它们是共同产生的——无论什么进化过程帮助我们发展语言也使我们能够发展音乐。

考虑一些相似之处：受过训练的音乐家和音乐学生在学习第二语言方面往往比平均水平更好；在语言和音乐中，我们都改变时机和音量来增加强调或表达情感；中文使用者在言语中一个重音音节和另一个之间平均约0.5到0.7秒，并且偏爱节拍间约0.5到0.7秒的音乐；中文通常强调词或短语的第一个音节，而英语更经常强调最后音节，中国作曲家比外国作曲家更经常使短语最后一个音符比其他音符更长。

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心脑关系的哲学思考

假设你说：“我变得害怕是因为看到持枪的人。”神经科学家说：“你变得害怕是因为大脑中央杏仁核电化学活动增加了。”如果两个陈述都正确，它们间联系是什么？

生物学解释行为方式引出心身问题或心脑问题：心灵和大脑间关系是什么？非科学家中最广泛观点无疑是二元论——相信心灵和身体是不同种类物质，独立存在。

二元论的困境

法国哲学家勒内·笛卡尔为二元论进行辩护，但他认识到令人困扰的问题：一个不是由物质构成的心灵如何能影响物理大脑？他提出心灵和大脑在空间中一个点相互作用，他认为那是松果体——他能在大脑中找到的最小不成对结构。 虽然我们将最初明确为二元论辩护的功劳给予笛卡尔，但他几乎没有发起这个想法。我们经验似乎与大脑物理活动如此不同，以至于大多数人理所当然地认为心灵和大脑是不同的。 然而，目前几乎所有哲学家和神经科学家都拒绝二元论。决定性反对意见是，二元论与物理学基石之一——物质和能量守恒定律相冲突：

一元论的各种形式

二元论的替代是一元论——相信宇宙只由一种物质组成。一元论有各种可能形式：

• 物质主义认为存在的一切都是物质的或物理的。根据这种观点一个版本（“消除物质主义”），心理事件根本不存在，任何基于心灵和心理活动的民间心理学都是根本错误的。更可信版本是，我们最终会找到方法用纯粹物理术语解释所有心理经验。

• 心灵主义认为只有心灵真正存在，物理世界如果没有某种心灵意识到它就不能存在。这个想法不容易测试，但很少有哲学家或科学家认真对待它。

• 同一性立场认为心理过程和某些种类大脑过程是同一回事，只是用不同术语描述。类比地，我们可以将《蒙娜丽莎》描述为一幅非凡画，或者列出画上每一点确切颜色和亮度。虽然这两种描述看起来完全不同，但它们指的是同一对象。

同一性立场并不是说心灵就是大脑，而是说心灵是大脑活动。就像火不是“东西”，而是发生在某物身上的事情，心理活动是大脑中发生的事情。

任何脑区刺激都会引起经验，任何经验都会引起大脑活动，任何脑区损伤都会导致某些心理功能丧失。据我们所知，没有大脑活动就不能有心理活动。

意识研究的“困难问题”

大卫·查默斯区分了他所说的意识的简单问题和困难问题。简单问题涉及诸如清醒和睡眠间区别以及意识期间发生什么大脑活动等问题。这些问题在科学上很困难，但在哲学上不难。

相比之下，困难问题涉及为什么意识根本存在。正如查默斯所说：“为什么所有这些信息处理不在'黑暗'中进行，没有任何内在感受？”为什么大脑活动会有任何感觉？

许多科学家和哲学家同意我们无法回答这个问题，至少目前无法回答。我们甚至没有明确假设要测试。我们能做的最好事情是确定什么大脑活动对意识是必要或充分的。

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与意识相关的大脑活动

虽然我们对为什么大脑活动（有时）是有意识的没有好假设，我们也许能发现哪些类型大脑活动是有意识的。一旦我们回答这个问题，可能更善于识别非人类动物、婴儿或脑损伤人群中的意识迹象。

研究人员已尝试使用大脑测量来识别意识。他们用功能性磁共振成像记录了一位交通事故后脑损伤处于持续性植物状态年轻女性的大脑活动。她既不说话也不做任何其他有目的动作。

然而，当她被告知模拟打网球时，功能性磁共振成像显示她皮层运动区活动增加，类似于健康志愿者所显示的。当她被告知模拟在她房子里走动时，一组不同脑区变得活跃，再次类似于健康志愿者。

意识研究的操作定义

研究中主要问题是我们无法观察意识。甚至定义它都极其困难。为了实用目的，研究人员使用这个操作定义：如果一个合作的人报告意识到一个刺激而不是另一个，那么他或她意识到第一个而不是第二个。 对于不能说话的个体——如婴儿、布洛卡失语患者或非人类动物——这个定义不适用。我们可能基于其他标准推断意识，但我们不会将这些个体用于研究。

掩蔽实验

许多研究使用掩蔽：一个简短视觉刺激被更长干扰刺激前后包围。研究人员在屏幕上闪现一个词29毫秒。在一些试验中，它被前后空白屏幕包围，人们几乎90%时间识别出单词。在其他试验中，研究人员闪现单词29毫秒，但在其前后用掩蔽模式包围，在掩蔽条件下，人们通常说他们根本没看到单词，几乎从未识别出它。

使用功能性磁共振成像和诱发电位，研究人员发现刺激最初在意识和无意识条件下都激活初级视觉皮层，但在意识条件下更强烈激活（因为干扰较少）。此外，在意识条件下，活动扩散到其他脑区，包括前额叶皮层和顶叶皮层。这些区域显然放大信号。

意识刺激处理过程：刺激到达初级视觉皮层，产生基本神经活动；如果刺激足够强烈且无干扰，活动扩展到前额叶和顶叶皮层；这些高级脑区放大和维持信号，使其成为意识体验；意识刺激在各脑区间产生同步化反应，频率约30-50赫兹。

双眼竞争实验

这是另一种使刺激无意识的方法。通过特殊方式观看，你会用左眼看到红色黑色垂直条纹，用右眼看到绿色黑色水平条纹。看东西需要看到它在哪里，而红色垂直条纹不能与绿色水平条纹在同一地方。因为大脑无法在同一位置感知两种模式，感知会交替变化。

一段时间，你看到红色黑色条纹，然后逐渐，绿色黑色侵入意识。然后感知又转换回红色黑色。这些转换被称为双眼竞争，是渐进的，从一边扫到另一边。

每只眼睛看到的刺激都会引起大脑反应，研究人员可以用功能性磁共振成像或类似方法测量。当第一个感知淡化，另一只眼睛看到的刺激取代它时，第一种大脑活动模式也淡化，不同模式取代它。感知中每一次转换都伴随着大脑大部分区域活动的转换。

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注意力机制

注意力与意识紧密相关。在你眼睛在任何瞬间看到的所有东西中，你只意识到那些你注意到的少数几个。

注意力类型

心理学家区分自下而上和自上而下的注意力：

• 自下而上过程：对刺激的反应。如果你坐在公园长椅上，凝视远方，突然一只鹿跑过你身边，它会抓住你的注意力。

• 自上而下过程：有意的。你可能在人群中寻找你认识的人，必须逐一检查面孔找到你想要的那个。

你甚至可以在不移动眼睛情况下控制注意力（自上而下）。当你故意转移注意力时，会增加相应脑区活动。另一个演示：你左脚现在感觉如何？在你读到这个问题之前，可能没意识到左脚的任何感觉。当你将注意力转向它时，相应体感皮层部分活动增加。

注意力的神经控制

故意的、自上而下的注意力方向依赖于前额叶皮层和顶叶皮层的部分。在一个实验中，参与者观看显示半秒钟。屏幕中央出现方形，指示应该注意的颜色。右边是几条颜色和方向不同的线。任务是识别指定颜色的线，然后指出它是否垂直。

如果中央提示连续多次试验指向同一颜色——例如绿色——任务相当容易。但当颜色从一次试验变到下一次时，参与者必须改变注意力，结果是前额叶皮层和顶叶皮层部分活动增加。 此外，前额叶皮层受损的猴子在中央提示连续多次保持同一颜色时，这个任务表现接近正常水平，但如果颜色经常从试验到试验变化，它们受到严重影响。

抵抗分心能力

你抵抗分心能力会波动。在另一个实验中，人们观看显示，任务是报告绿色圆圈内线的方向（垂直或水平），忽略五个绿色方形。在一些试验中，其中一个方形是红色而不是绿色。任何不同的东西都会吸引注意力，平均而言，人们在红色方形存在的试验中反应稍慢。 然而，延迟程度因试验而异。在试验开始时（在看到刺激之前）前额叶回中部活动增强的试验中，红色方形产生的分心最少。这个结果确认了前额叶皮层在指导注意力和抑制分心方面的重要性。

空间忽视症

注意力的惊人失败经常发生在右半球损伤的人身上。许多这样的人表现出空间忽视——忽视身体左侧或物体左侧的倾向。（左半球损伤很少产生右侧明显忽视。）他们通常也忽视左耳听到的声音和左手的感觉，特别是当右手同时有感觉时。 空间忽视患者可能只在身体右侧穿衣服。如果要求他们指向“正前方”，大多数患者会指向中心右侧。如果要求将一条水平线一分为二，他们通常选择明显偏右的点，好像左侧部分不存在。

正常人通常会偏离中心向左2%到3%，但许多忽视患者在数字范围估计中点时也表现出偏差。例如，问11和19的中点是什么？正确答案是15，但一些忽视患者会说“17”，显然忽略了较小的数字。 这些症状的严重程度取决于右半球损伤的程度和位置：右下顶叶皮层损伤的人倾向于忽视身体左侧的一切；右上颞叶皮层损伤的人忽视物体左侧，即使物体在身体右侧；连接右后顶叶皮层到前额叶皮层的神经通路损伤后，人们几乎总是忽视左侧。

忽视患者一些现象很有趣：当研究人员让患者交叉双手时（左手放到右侧），患者更可能报告感觉到左手。同样，当左手移动到非常远的左侧，以至于患者必须向右移动来指向物体时，患者指向左视野中任何东西的能力有所改善。 这些发现表明忽视不是由于感觉丧失，而是由于难以将注意力导向左侧。许多忽视患者在空间工作记忆和转移注意力方面也有缺陷，即使位置无关时也如此。

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意识研究的未来

在1970年代之前，许多心理学研究者，特别是那些研究大鼠学习的研究者，不相信注意力概念有用。今天，注意力概念在认知心理学中得到良好确立，尽管一些人仍然怀疑意识是否是科学上有用的概念。

这个领域研究很困难，因为我们无法观察意识本身，我们只能获得人们报告的信息。大多数研究人员同意，我们在回答意识存在的困难问题上没有取得进展。

尽管如此，在从属问题上的进展以令人鼓舞的速度继续，如找到对意识和注意力最重要的大脑活动。我们能走多远是不确定的，但找出来的唯一方法就是尝试。

老子说：“知者不言，言者不知。”意识的奥秘或许永远无法完全解开，但我们对大脑和心灵关系的理解正在不断深化。每一个新发现都让我们更接近理解这个宇宙中最神秘的现象——意识本身。