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前额叶二三事 精选

已有 37545 次阅读 2009-8-2 19:18 |个人分类:科学普及|系统分类:科普集锦| 前额叶, 精神活动

前额叶皮质(prefrontal cortex,以下简称前额叶)是位于大脑前部的皮质结构,恰好位于我们脑门的“后方”。从进化上来讲,前额叶是最晚发展的皮质结构之一,在人类尤其发达。人类的前额叶约占大脑皮质总面积的三分之一,直到青春期才渐趋成熟。前额叶与其他脑部结构的纤维非常复杂,功能繁多,但大致说来,前额叶参与部分记忆功能(工作记忆等,如记电话号码),主要负责高级认知功能,比如注意、思考、推理、决策、执行任务等等4。介绍前额叶的神经解剖学、生理心理学等并不是本文的目的,本人只想在这里讲几个跟前额叶有关的小故事,希望大家能对此萌生兴趣,从而可以根据个人的兴趣选择相关书籍、科研论文或综述进行深入了解。



 


一、汉尼拔的晚餐
《沉默的羔羊》三部曲塑造了一个聪明绝顶、冷静出奇、残忍无比的Hannibal Lector博士。Lector博士这个角色令人印象深刻,个中原因,除了他出色的心理学和医学知识,还在于他对食用人体器官的浓厚兴趣。或许,他学习解剖学的初衷,就是为了如何把人体更好地转化成食物。

 

在影片《汉尼拔》结尾的高潮部分中, Lector博士再次炫耀了他的解剖学知识。他将保罗的头盖骨打开,扒开脑膜(注:电影把这个过程处理得很理想化,无论头皮还是脑膜均有丰富的血管分布,在没有止血的前提下要搞得如此干净是不可能的),用餐刀在血淋淋的脑子的前面部分比划道:“保罗绝不会错过这一小块脑子,这前额叶的一部分据说是优雅礼仪之所在”。然后,保罗的一小块前额叶成为了盘中餐。由于大脑本身并无感觉神经元,保罗并不会因为被切除一块脑子而感到疼痛,反而傻痴痴地说:这个东西香喷喷,好好吃!这样的情节有些可怖,但不幸的是,现实之中前额叶的故事似乎都与“血腥”沾边。

 

 

http://www.youtube.com/watch?v=noupHDxmUTE

 


二、铁夯的“功劳”
人们对于前额叶的认识,始于150多年前一位名叫Phineas Gage的著名病例。



迄今仅存的Phineas Gage(1823-1860)的照片

1848年9月13日,25岁的铁路建筑工头Phineas Gage在实施地面爆破时,因疏忽大意,在助手向炸药上覆盖沙子之前,便直接用铁夯捣在炸药上。悲剧瞬间发生,直径3厘米、长达1米余、末端尖锐的铁夯被巨大的爆炸冲击力迅猛抛起,穿过Gage的头颅后飞向半空,最后落在距他数十米之外的地面上。遭到如此致命的创伤,在旁人看来Gage是必死无疑。然而,奇迹却发生了:片刻之后,他恢复了意识,可以与旁人交谈,甚至可以在工友的搀扶下行走。接管Gage的John Harlow医生详细记录了这个特殊的病人受伤之后的情况,并将文章发表在当年的《波士顿内科与外科学杂志》(即现在的《新英格兰医学杂志》)上。


Phineas Gage受伤的情况

 

重伤之后的Gage,恢复得一度颇为艰难,颅内感染就曾差点要了他的命。在Harlow医生的帮助下,他终于幸运地活了下来。然而,半年之后,亲友们渐渐发现,受伤后的Gage已经不是从前那个勤奋、易于相处、富有责任心的Gage了。尽管在某种意义上,Gage似乎已经完全康复——他的运动、语言、学习与记忆能力没有受到损害,智力方面也是聪明如前;但是在另一种意义上,Gage变得举止粗鲁、缺乏责任感、做事反复无常,以至因此丢掉了工作。遗憾的是,关于Gage受伤前后的记录资料十分有限,因此很难更深入地分析脑部创伤对他行为与个性的影响。11年之后,为人所厌的Gage悄无声息地死去1

就个人而言,受到如此的创伤当然是件糟糕透顶的事情;但是对医学(尤其是神经科学)来说,Gage受伤后行为与性格的巨大转变引起了学者浓厚的研究兴趣,研究人员开始将前额叶与高级精神活动联系起来。可以说,这个极其罕见的病例,是人类深入认识前额叶的起点。

此外,由于死后没有做尸检,就Gage脑部受损的定位问题,学界对此颇有番争论。近年有研究者利用三维技术模拟了爆炸瞬间铁夯进入Gage头颅时的情况5。从目前的分析来看,Gage的情况属于开放性颅脑贯通伤(既有“入口”又有“出口”),虽然失血较多,却不会发生闭合性损伤或者颅内出血时那种压迫生命中枢的致命的脑疝。铁夯穿颅而过,只破坏了左侧前额叶,但是令上矢状窦得以幸免,这样既避免了大量失血,又避免了空气栓塞。因此,Gage能够生存下来并且成为前额叶功能研究的“范本”,还真要“归功”于那根穿过他头颅的铁夯。

 

(插:突然想到,其实我们有个电影版的Phineas Gage,那就是《无间道》里的刘建明。在电影结尾,刘建明用手枪抵住自己的下巴开枪自尽,但后经抢救却活了下来,不过成了永远的“傻子”。射穿刘建明头颅的那颗子弹,正如穿过Gage头颅的铁夯,二者通过了十分相似的路径。)

 

 

三、前额叶白质切断术的兴衰
1949年,诺贝尔生理学与医学奖颁给了瑞士科学家Walter Hess博士和葡萄牙神经科医生、科学家Egas Moniz,后者因“发现了脑白质切断术对某些精神疾病的治疗价值”而获此殊荣(奇怪的是Moniz博士并没有出席颁奖晚会)。一生颇具传奇色彩的Moniz博士主要有两个贡献:一是至今仍被作为脑血管疾病诊断“金标准”的脑血管造影术,另一个则是曾经鼎盛一时同时倍受非议、现已基本销声匿迹的前额叶白质切断术(prefrontal leucotomy,美国用“lobotomy”一词)。



Moniz博士在诺贝尔奖网站上的照片及资料,参见:http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1949/

前额叶白质切断术属于精神外科手术的一种,是通过手术的方式(试图)切断前额叶与其他脑区的神经纤维联系,用以治疗比较严重的精神疾病,尤其是心境障碍与精神分裂症。下图为是Moniz博士等人使用的白质切断器和手术方式图解(注:Moniz博士最初用直接向患者相关脑区注射酒精的方法,通过酒精溶解类脂来破坏神经传递。由于效果并不理想,他随后采用了以下这种手术的方式。由于Moniz博士患有痛风,手术由他的同事Almeida Lima操作)。

 

 

根据图左侧所示,医生将白质切断器插入患者颅内,随后延长导丝,通过旋动切断器来切除前额叶与其他脑区的联系。图右侧的三个同心环指示切断器的插入位置,虚线表示Moniz博士估计的损坏范围。在当时没有任何辅助检查手段(如影像学技术)的情况下,患者手术后脑区损害的范围、程度等均不得而知2。根据资料,就短期来看,这种手术对心境障碍患者(如抑郁症患者)的症状具有一定(改善)作用。

Moniz博士对患者有严格的选择条件,在术后也并没有评估手术对患者长期的影响。在这种主观性较强、缺乏长期随访研究的情况下,沽名钓誉的Moniz博士(同时也是一位政客)急不可耐地出书立说,而他的这种手术理论与方法却出奇地被许多医生与科学家接受,这使得Moniz博士一跃成为精神外科领域的最高权威。1949年的诺贝尔生理学与医学奖结果揭晓时,前额叶白质切断术迎来了鼎盛时期。

随后,一些医生对Moniz最初采用的方法做了一些改进。美国医生Walter Freeman博士发明了一种操作更便捷的经眶前额叶白质切断术(tansorbital lobotomy)。Freeman博士在一生中做了约3500例此类手术,其影响广泛、门徒众多。虽然其手术方式与Moniz博士的方式截然不同,但目的都是让患者“没脑子”。只不过,前者在操作速度与彻底性上真可谓空前绝后了。网络上有关于这种手术的纪录片片段。看过这个片段,大家一定会对这种手术留下深刻的印象:http://www.youtube.com/watch?v=_0aNILW6ILk

 


经眶前额叶白质切断术示意图

就手术本身而言,其方法和条件是极其原始和粗糙的:在不用任何麻醉药的情况下,用电惊厥使病人短暂丧失意识;在不采取任何无菌措施的情况下,赤手空拳进行操作;在没有任何定位手段的帮助与验证下,全凭感觉和经验进行手术的全过程。虽然我经历过为数不多的几台手术(作为助手“拉钩”),心理上对手术操作没有什么不适的感觉,可是在看这段纪录片时,仍不免感到脑门寒气阵阵。

1950年12月11日,一种新的化合物——氯丙嗪——被成功合成。20世纪50年代,精神疾病走向了药物治疗时代(这又涉及一段传奇:氯丙嗪最初是作为抗组胺药被研发合成的,但在患有精神分裂症的受试者中,科学家意外地发现,这种药物可以有效缓解精神分裂症的症状3)。与氯丙嗪为代表的第一代抗精神病药相比,新一代的抗抑郁药与抗精神病药作用选择性更强、副作用更小。目前,精神疾病的治疗条件与精神外科手术兴盛时期相比已经有很大的进步。尽管在药物治疗时代,仍有部分患者的症状得不到有效缓解,但至少他们不必去面对残酷的手术了。

打一个不太恰当的比方:在前氯丙嗪时代,用白质切断术消除精神分裂症/抑郁症的症状,仿佛前抗生素时代,对于受到严重创伤的肢体所做的截肢处理。在某种意义上,截肢可以降低(脓毒)败血症的可能从而尽量保住人的性命,而前额叶切除术可以让病人停止伤人或自伤、不会给社会带来太多麻烦。但是,与截肢者仍能保留/代偿部分运动功能不同的是,人类思维活动的中心是无可替代的。一旦前额叶与其他脑区的联系被切断,患者的高级思维活动将被破坏,没有人格和尊严可言,几乎成为行尸走肉了。

Reference
1. Damasio, H., Grabowski, T., Frank, R., Galaburda, A. M., and Damasio, A. R. (1994). The return of Phineas Gage: clues about the brain from the skull of a famous patient. Science 264, 1102-1105.
2. Feldman, R. P., and Goodrich, J. T. (2001). Psychosurgery: a historical overview. Neurosurgery 48, 647-657; discussion 657-649.
3. Freedman, R. (2003). Schizophrenia. N Engl J Med 349, 1738-1749.
4. Fuster, J. M. (2001). The prefrontal cortex--an update: time is of the essence. Neuron 30, 319-333.
5. Ratiu, P., and Talos, I. F. (2004). Images in clinical medicine. The tale of Phineas Gage, digitally remastered. N Engl J Med 351, e21.

(未完待续)



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