摘要
研究大脑的科学家试图了解它是如何执行语言、记忆和情感等日常行为的。科学家们通过研究大脑受损时这些行为的变化学到了很多东西。在过去的200年里，他们通过研究脑损伤患者取得了许多发现。例如，一位患者在大脑的某个特定区域受损后无法造句。研究他的科学家得出结论，受损的大脑区域对产生语言很重要。这种方法被称为损伤法，它教会了我们很多关于大脑的知识。在这篇文章中，我们将介绍历史上五位永远改变了我们对大脑认识的患者。我们描述了研究人员如何利用这些早期发现来提出关于大脑的新问题，并通过讨论病变方法在今天如何使用来结束。
大脑中是否有一个地方可以帮助我们记住昨天在学校做的事情或我们遇到的人的名字?找个能帮我们聊天的地方怎么样?还是大脑中控制我们个性的地方?如果你想知道这些问题的答案，那么你并不孤单!科学家们长期以来一直在寻找这些答案。找到答案的一种方法是研究脑损伤患者。当大脑的一个区域受损时，它被称为脑损伤病变．科学家们对大脑特定部位有病变的患者进行研究。这有助于他们了解大脑受损部分的正常功能。例如，这个人在大脑受伤之前能做什么，但现在不能做了?这种研究大脑的方法叫做病变的方法．科学家们使用损伤法来了解大脑和日常行为之间的关系。在这篇文章中，你将了解5位患者，他们的脑损伤永远地改变了他们。你将看到脑损伤如何改变一个人的性格、说话能力、记忆力或恐惧感的例子。你会发现这些人(以及研究他们的科学家)是如何改变我们对大脑的看法的。最后，我们将描述目前如何使用损伤法。科学家可以将病变方法与其他方法结合起来，对大脑做出新的前沿发现。
病人1:大脑与人格(1848)
如果你的整个性格瞬间改变会是什么样子?菲尼亚斯·盖奇是一家铁路公司的建筑工人。作为他工作的一部分，他放置炸药炸毁岩石，为铁路开辟道路。菲尼亚斯挖了几个洞，在里面放置炸药，然后用泥土覆盖。他用一种叫做捣固铁的金属棒来填充泥土。有一天，菲尼亚斯正在用泥土包裹炸药。他的熨斗擦过一块岩石，引起火花。炸药爆炸了，杆子迅速穿过菲尼亚斯的头骨。子弹从左颧骨下进入他的头部，然后从他的头骨顶部射出(图1)．这破坏了他大脑中前额后面的部分额叶．
- 图一-(一)一张菲尼亚斯·盖奇拿着捣固棒穿过他大脑的照片。
- [图片来源:最初来自杰克和贝弗利·威格斯的收藏，现在在哈佛医学院沃伦解剖博物馆。（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phineas_Gage_Cased_Daguerreotype_WilgusPhoto2008-12-19_EnhancedRetouched_Color.jpg)，由R. A. McCurdy添加的字母，https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode］．(B)菲尼亚斯的头骨目前在哈佛大学医学院展出。[图片来源:Van Horn JD, Irimia A, Torgerson CM, Chambers MC, Kikinis R，等。]https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simulated_Connectivity_Damage_of_Phineas_Gage_SkullDisplayWarren.jpg)，https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/legalcode］．(C)这幅图显示了棒子的路径——从左颧骨下进入，从头骨顶部离开(图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Phineas_Gage)．
菲尼亚斯被紧急送往医院，由约翰·哈洛医生治疗。尽管受了重伤，菲尼亚斯恢复得很好。他能走路，能说话，体力也恢复了。然而，哈洛博士观察到菲尼亚斯的行为很奇怪。在他出事故之前，菲尼亚斯是一个善良、勤奋、有条理的人。事故发生后，菲尼亚斯变得愤怒、粗鲁，无法保持秩序。他变得如此不同，哈洛医生说菲尼亚斯·盖奇“不再是盖奇了”。受伤后，菲尼亚斯经常搬家，做一些零工。他在12年后的1861年去世。
菲尼亚斯·盖奇是第一个在额叶损伤后人格和思维能力发生变化的明确案例[1］．菲尼亚斯·盖奇的案例仍然激励着科学家们去研究额叶。科学家们研究了帮助额叶损伤患者恢复和过上幸福生活的方法。其他科学家研究了孩子成长过程中大脑额叶的变化。他们研究思维能力，如保持组织和计划，如何与孩子们在学校的表现联系起来。
病人2和3:大脑和语言(1861-1874)
大脑中有控制语言的地方吗?如果大脑的这个部分受损，一个人怎么交流呢?路易斯·维克多·勒博涅有一天失去了说话的能力。他只会说一个词，“晒”，他会一遍又一遍地重复。想象一下路易斯有多沮丧!他的医生皮埃尔·保罗·布罗卡注意到，尽管路易斯的语言能力有限，但他似乎能听懂别人说的话。他遵循简单的指示，比如“闭上眼睛”。路易斯可以用手势和面部表情进行交流。布洛卡博士的结论是，路易斯很聪明，能够理解语言——只有他的能力才能理解生产语言受到影响。路易斯死后，布洛卡博士研究了他的大脑，发现他的左额叶下部有一个损伤(额叶的受损部位与菲尼亚斯·盖奇不同)。今天，这个对说话很重要的区域常被称为布洛卡区(图2) [2］．
- 图2 -大脑中的语言区域。
- 布洛卡区(蓝色)对产生语音很重要，韦尼克区(橙色)对理解语音很重要。这两个区域都位于大脑的左侧(图片来源:Patrick J. Lynch，医学插画家)https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Skull_and_brain_normal_human.svg)、“正常人颅骨和大脑”、脑区标记(R.A. McCurdy)、https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/legalcode)．
大约在同一时期，卡尔·韦尼克医生有一个病人突然病倒了。苏珊娜·亚当可以生产能说话却不能理解人们对她说的话——和路易斯正好相反。苏珊娜说话时，她的话听起来像是编出来的。她甚至没有注意到她犯了错误!韦尼克博士发现，语言理解困难可能发生在左侧损伤后颞叶．大脑的颞叶位于耳朵后面。这个位于左颞叶的区域现在被称为韦尼克区(图2) [2］．这些早期患者告诉我们，布洛卡区对语言表达很重要生产韦尼克区对说话很重要理解．今天，我们知道大脑中有更多的区域帮助我们说话和交流——科学家们已经发现了一个共同工作的大脑区域网络!
根据他们的症状路易和苏珊娜很可能中风了今天，被称为语言病理学家的医疗工作者帮助中风后的人重新学习说话。科学家们继续通过观察中风患者康复后大脑的变化来研究语言。其他科学家研究儿童学习说话和阅读时的大脑。
病人4:大脑与记忆(1953)
如果你不能创造新的记忆呢?旧记忆和新记忆之间有区别吗?亨利·莫莱森(Henry Molaison)小时候在一次自行车事故中撞到了头部。不久之后，他开始癫痫发作，多年来生活都很艰难。当医生无法用药物阻止癫痫发作时，他们给27岁的亨利做了一个实验性手术。威廉·比彻·斯科维尔(William Beecher Scoville)医生切除了亨利大脑中导致癫痫发作的区域——包括左右颞叶的一部分海马体．他还切除了海马体周围的一些额外脑组织(图3)．起初，手术似乎很成功——亨利的癫痫停止了!然而，医生们发现了一些意想不到的事情。
- 图3 -海马体位置(红色)。
- 你有两个海马体:大脑两侧各一个。当外科医生切除亨利的两个海马体时，他无法学习新的名字、面孔、事实和事件[图片来源:生命科学数据库(LSDB)生成的图像]。（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hippocampus_image.png)，https://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/legalcode］．
亨利似乎很困惑。他不能告诉医生这是哪一年，也不记得手术后遇到的任何人的名字。他几乎会立刻忘记所有谈话内容。亨利似乎想不起任何新的记忆。医生们都很惊讶。他们想知道海马体是否有助于创造记忆。布伦达·米尔纳博士设计了许多实验来测试亨利的记忆力。她发现亨利能记住之前他的外科手术，但在学习某些类型的新信息。科学家称之为健忘症，你可以在这里了解更多关于健忘症的知识《青年思想前沿》的文章．科学家们从亨利那里学到了很多关于海马体和记忆的知识。3.］．今天科学家们仍然可以研究亨利的大脑。亨利死后，一组科学家冷冻了他的大脑，并将其切成非常薄的薄片。他们发现了亨利脑部病变的确切位置，以及哪些区域完好无损。4］．这有助于科学家了解亨利在手术后和他一生中的一些行为变化。
科学家们继续研究海马体和大脑中其他产生记忆的区域。他们了解了海马体如何与这些大脑区域交流。这些知识有助于今天的研究人员研究其他有记忆障碍的人。例如，海马体会在阿尔茨海默病和精神分裂症等疾病中受损。
病人5:大脑和恐惧
没有恐惧的生活是什么样子?S.M.(以她名字的首字母命名，以保护她的身份)被称为“无所畏惧的女人”。一种罕见的疾病损害了她大脑深处一个叫做杏仁核（图3)．
拉尔夫·阿道夫斯博士和他的科学家团队对s.m.进行了一项实验，让她经历三次可怕的经历，并测量她的反应[5］．首先，研究人员把S.M.带到一家异国情调的宠物店，给她看蛇和蜘蛛——这些动物会让大多数人感到恐惧。S.M.没有表现出恐惧。她让它们在她的手臂上爬来爬去。她仔细地看了看，惊呼这是多么令人兴奋。接下来，研究人员带S.M.去了世界上“闹鬼最严重”的地方之一:韦弗利山疗养院，一个废弃的医院。演员们打扮成怪物，躲在黑暗的走廊里。S.M.主动提出带领旅行团。当其他成员对着怪物惊恐地尖叫时，S.M.微笑着，大笑着，甚至试着和他们说话。S.M.说她不害怕。 Instead, she had great fun! In the final experience, S.M. watched movie clips designed to bring out various emotions. Although she smiled and laughed when she saw happy movies, she had no fear response to scary movies.
基于这些实验，阿多夫斯博士的科学家们得出结论，杏仁核对感受恐惧很重要。如今，科学家们正在研究杏仁核在焦虑障碍和危险行为中的作用。例如，研究人员研究了在一些自闭症患者身上观察到的社交焦虑与他们杏仁核的差异之间是否存在联系。
当今的损伤法
随着时间的推移，病变方法得到了改进[6］．像我们所描述的那些单病人研究对于给科学家提供新的研究问题是很好的，但是他们不能回答像“海马体对大多数人的记忆很重要吗?”为了回答这些问题，科学家们今天研究了具有类似脑损伤的人群群体病变研究．这些研究可以表明，大脑某些部位的损伤与不同人的相同行为变化有关。例如，几乎所有海马体受损的人都有记忆困难——这与年龄和性别无关。
病变法可与神经影像技术，你可以在这篇文章中读到《青年思想前沿》的文章．科学家们正在更多地了解大脑各部分是如何协同工作的。例如，布洛卡区和韦尼克区之间有联系，海马体和杏仁核之间也有联系。将病变方法与神经成像技术相结合，有助于科学家了解大脑连接部分是如何协同工作的。这有助于科学家了解破坏这些连接的脑损伤如何改变行为。
病变法仍然是研究大脑的重要工具。今天我们对大脑的很多了解都是从对一个病人的观察开始的。单身患者继续激励着科学家，并教会我们大脑如何执行日常行为。
术语表
病变：↑受损的大脑区域。
病变的方法：↑一种研究大脑和行为之间关系的科学方法。这种方法检查脑损伤后的行为变化。
额叶：↑位于前额后面的那部分大脑。这对个性和决策都很重要。
颞叶：↑大脑的一部分，就在你头部两侧的耳朵后面。它对记忆和语言很重要。
海马体：↑大脑颞叶内的一小部分。这对记忆很重要。
杏仁核(发)：↑海马体位于海马体前面的一小块区域。这对控制恐惧很重要。
群体病变研究：↑这些科学研究包括许多人，他们大脑的同一部位都有脑损伤(或“病变”)，而不仅仅是一个人。
神经影像技术：↑科学家无需手术就能看到大脑内部的高科技方法。扫描仪将人的大脑和大脑中任何损伤的图像制成计算机图像。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
资金由拨款R01 DC017926提供。
参考文献
[1]↑达马西奥，H.，格拉博夫斯基，T.，弗兰克，R.，加拉布尔达，A. M.和达马西奥，A. R. 1994。菲尼亚斯·盖奇的回归:来自一位著名病人头骨的大脑线索。科学264:1102-5。doi: 10.1126 / science.8178168
[２]↑Rutten, G. 2022。布罗卡-韦尼克理论:历史视角，见临床神经病学手册，第185卷， A. E. Hillis和J. Fridriksson (Elsevier)编，第25-34页。doi: 10.1016 / b978 - 0 - 12 - 823384 - 9.00001 - 3所示
[3]↑科尔金，2002。失忆病人H.M.有什么新情况?神经科学。3:153-60。doi: 10.1038 / nrn726
[4]↑Annese, J.， Schenker-Ahmed, N. M.， Bartsch, H.， Maechler, P.， Sheh, C.， Thomas, N.等。2014。基于组织学切片和数字3D重建的HM患者死后脑部检查。Commun Nat。5:1-9。doi: 10.1038 / ncomms4122
［5］↑范斯坦，J. S.，阿道夫斯，R.，达马西奥，A.和特拉内尔，D. 2011。人类杏仁核以及恐惧的诱发和体验。咕咕叫。医学杂志。21:34-8。doi: 10.1016 / j.cub.2010.11.042
[6]↑德·汉，B，和卡纳特，h - o。2018.损伤行为图谱的搭便车指南。这项研究115:5-16。doi: 10.1016 / j.neuropsychologia.2017.10.021