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- 第6章 脑的再利用
阅读再利用了视觉和口语的神经回路
那我们是怎么学会阅读的呢？阅读是神经元再利用的另一个例子：为了阅读，我们会再利用大量的最初专门用于视觉和口语的脑区。在《脑与阅读》一书中38，我详细描述了用于识字的神经回路。当我们学习阅读时，我们脑中的视觉区域的一个子集会专门识别字符串，并将它们发送到口语对应的脑区。因此，在任何一位优秀的阅读者的脑中，书面化的单词最终会像口语单词一样得到处理：识字为我们的语言回路创造了一个新的视觉通道。
早在儿童学会阅读之前，他们显然就已经拥有了一个复杂的视觉系统，使他们能够识别并命名物体、动物和人。他们可以识别并命名任何图像，无论其在三维空间中的大小、位置或方向是怎样的。阅读再利用了这种预先存在的、为图像命名的神经回路中的部分回路。识字的学习则涉及视皮层中的一个大脑区域，我和我的同事劳伦·科恩（Laurent Cohen）称之为“视觉词形区”。这个脑区汇集了我们掌握的字母串的知识，因此我们可以把它看作是脑的“字母盒子”。例如，正是这个脑区让我们能够识别一个单词，不论它是什么字号、字体或大小写。39对任何识字的人来说，位于我们脑中相同位置（也可能有大约几毫米的差距）的这个脑区把识别一个单词分为两个步骤：它首先会识别出我们学习过的字符，然后把字符与语言对应的脑区直接联结起来40，把这些字符快速地转换为声音和意义。
如果我们让一个不识字的儿童或成人学习阅读，并在此过程中扫描他的脑，会发现什么呢？如果我们的理论是正确的，那么我们应该能够直接地观察到他的视皮层的重组。神经元再利用理论预测阅读会侵入大脑皮层中通常用于类似功能的脑区，并让其重新服务于这项新任务。在这种情况下，我们认为阅读会与视皮层中先前已经存在的、用于识别各种物体、身体、面孔、植物和地点的功能进行竞争。当我们学习阅读时，我们是否会失去某些从进化中继承下来的视觉功能呢？或者说，至少，这些功能会大规模重组吗？
这种违反直觉的预测正是我和我的同事在一系列实验中所测试的。为了绘制出由于识字而发生改变的脑区的完整图像，我们扫描了葡萄牙籍和巴西籍的不识字的成人的脑，并将他们与来自同一村庄、有幸在学校学习阅读的人（无论是儿童还是成人）的脑进行比较。41研究结果显示，随着阅读能力的提高，大量的脑区对书面文字产生了反应（见彩图14）。如果将一句话中的单词逐个闪现给一个不识字的人看，你会发现他们的脑没有太多的反应：神经活动会扩散到早期视觉区域，但因为字母无法被识别，神经活动也就到此为止了。但如果向一个已经学会阅读的成人呈现同样的书面单词序列，激活区域就会拓展开来，拓展的范围与此人的阅读能力成正比。被激活的脑区包括左颞枕叶皮层的“字母盒子”，以及所有典型的与语言理解相关的脑区。早期视觉区域的反应甚至也会增加：随着阅读的习得，这些脑区似乎会习惯于识别小字。42一个人阅读得越流畅，这些脑区被书面文字激活的程度就越高，它们之间的联系就越紧密：随着阅读变得越来越自动化，将字母转换为声音的速度也就越来越快。
彩图14
学习阅读的过程是把脑原来处理视觉和口语的神经网络再利用来做新的工作。上图彩色部分是学习阅读的地方：从文盲到阅读者，脑中的相关活化区域随着阅读分数的增加而变大。阅读对脑的影响：使视皮层对字母特别敏感，尤其是左脑的“视觉字形区”（visual word form area）。
但是，我们也可以提出相反的问题：是否在阅读能力差的人当中，有一些人的脑区会更活跃，并且随着对阅读的学习，这些脑区的活跃度会降低？答案是肯定的。在不识字的人中，脑对面孔的反应会更强烈。我们的阅读能力越强，在左脑中的这种神经活动就越少。产生神经活动的脑区就是大脑皮层中处理书面文字的“字母盒子”区。这就好像大脑需要在皮层上为字母腾出空间一样，因此阅读的习得会干扰这一脑区先前的功能，即对面孔和物体的识别。当然，由于我们在学习阅读的时候也不会忘记如何识别面孔，这一功能并没有被大脑皮层排斥。相反，我们也观察到，当读写能力提高后，右脑对面孔的反应增加了。对我们大多数人来说，左脑是语言和阅读的中枢，面孔识别的功能被排除在左脑之外，于是就躲到另一个大脑半球去了（见图6-1）。43
图6-1 阅读对脑结构的影响
与神经元再利用假说一致的是，阅读的学习会与视皮层先前的功能相竞争—在这个例子中，是与面孔识别竞争。随着阅读水平的提高，从完全不识字的人到熟练的读者，书面文字引起的神经活动在左脑增加，而面孔引起的神经活动则从左脑移动到了右脑。
我们首先在识字和不识字的成人身上观察到了不同功能的竞争现象，而在刚开始学习阅读的儿童身上这一发现再次得到验证。44当孩子开始学习阅读时，左脑的视觉词形区就开始做出反应。与此同时，与左脑视觉词形对称的右脑的区域就强化了对面孔的反应（见彩图15）。这种效果是如此强大，以至于在特定的年龄，仅通过检测面孔引发的脑活动，计算机算法就可以准确地判断出一个孩子是否已经学会了阅读。当一个孩子患有阅读障碍时，这些脑区就无法正常发育——左脑的视觉语言区没有出现神经活动，右脑的梭状回区域也无法对面孔产生强烈的反应。45左颞枕叶皮层中对书面文字的神经反应活动的减少是各国检测阅读障碍的普遍标准。46
彩图15
功能性核磁共振技术可以用来追踪孩子文字的习得情况。在孩子刚开始学习认字时，他左脑视皮层区就开始对字母活化。阅读将所有灵长类动物用来辨识面孔、物体和方位的脑区再利用来处理文字，透过视觉激活言语的脑回路。
最近，我们获准进行了一项大胆的实验：阅读回路是如何在每个孩子身上形成的。为此，从这些孩子幼儿园毕业直到一年级结束，我们每隔两个月就会把他们带到脑成像中心进行脑的扫描。实验结果没有辜负我们的期望。当我们第一次对这些孩子的脑进行扫描时，并没有看到什么：只要这些孩子还没有学会如何阅读，他们的大脑皮层就会选择性地对物体、面孔和房子做出反应，但是对字母没有反应。然而，接受两个月的学校教育后，在与成人相同的脑区位置，也就是左颞枕叶皮层上，一种特定的对书面文字的反应出现了。面孔的神经表征模式会非常缓慢地发生变化：随着孩子的识字程度越来越高，右脑对面孔的反应也在增强，并与阅读能力成正比。这一研究再一次支持了神经元再利用假说，我们可以看到，阅读习得与左颞枕叶皮层先前的功能，即对面孔的视觉识别，产生了竞争。
在做这项实验时，我们意识到，这种竞争现象可以用两种可能性来解释。第一种可能性被称为“敲除模型”：从我们出生起，面孔识别的功能就存在于左脑的视皮层中，在后期学习阅读的过程中，它们直接被敲除，从而进入了右脑。第二种可能性被称为“阻塞模型”：大脑皮层缓慢地发育，逐渐形成了专门与面孔、地点和物体相对应的一块块脑区；而当字母介入这一正在发展中的脑内形态时，它们就占据了一部分可用的脑区，阻止了其他视觉类别功能的进一步扩展。
那么，识字究竟是导致了大脑皮层的敲除还是阻塞呢？我们的实验证实了阻塞模型这一假设：对阅读的学习阻塞了左脑的面孔识别区域的发展。多亏了每两个月从正在学习阅读的孩子那里获取的磁共振成像扫描图像，我们观察到了这种阻塞现象。47孩子在六七岁左右，大脑皮层的功能特化还远未完成。一些脑区已经专门用于识别面孔、物体和地点，但也有许多皮层区域还没有专门用于识别任何特定的类别。我们可以想象它们逐步功能特化的过程：当孩子进入一年级并很快开始阅读时，字母便侵入了那些功能还不太明确的脑区，并对其进行再利用（见图6-2）。但与我最初的想法相反的是，字母并没有完全覆盖掉一个已经存在的面孔区域，后者会搬到隔壁，也就是大脑皮层中的一个自由的区域去。这有点儿像一家开在小杂货店旁的有野心的超市。一个脑区的扩展阻止了另一个脑区的扩展——因为识别字母是固定在左脑进行的，左脑是语言的主导区域，所以面孔区域除了移动到右脑之外，别无选择。
图6-2 大脑结构与学习
在大脑皮层仍然具有可塑性的时候，即儿童时期学习较为容易。在儿童上学之前，大脑的一些视觉区域已经专门用于识别物体、面孔和地点，但是仍然有大片的脑区还没有专门的功能，或只有很少的功能（在图中用空白的正六边形表示）。对阅读的学习会侵入这些不稳定的脑区，阻碍识别其他类别或物体的功能的发展。如果一个孩子不学习阅读，这些脑区就会参与面孔和物体的识别，并逐渐丧失学习字母的能力。
简而言之，视觉系统的腹侧通路在学龄早期仍处于重要的重组阶段。我们的学校通常会在孩子6～8岁教他们阅读，这一事实与脑这一时期具有较强的可塑性的证据相吻合。我们建立教育系统，以便有效地利用视皮层在这一发展的关键时期内极强的可塑性。虽然人类下颞皮层的整体结构从出生起就受到了高度的约束，但它具有适应各种形状和学习各种图像的非凡能力。当接触到成千上万的文字时，这个脑区会在一个与语言回路天生相连的特定区域内，为了这个新的活动而再利用其自身。
随着年龄的增长，我们的视皮层似乎会逐渐固化，失去对新图像的适应能力。关键期过了之后，大脑皮层就越来越难以有效地识别字母及字母组合。我和同事研究了两名成年后才试图学习阅读的人：其中一人从未上过学；而另一人则因中风，视觉词形区遭受了轻微的损伤，患上了失读症。我们在两年间定期扫描他们的脑，发现他们的学习进展非常缓慢。48那位没上过学的受试者最终发展出了专门加工字母的脑区，但并没有影响到面孔区域——面孔识别的回路已经铭刻在他的脑中，似乎不能再移动了。另一位中风的受试者却没能在他的视皮层里再造出一个新的“字母盒子”。他的阅读能力有所提高，但阅读速度仍然很慢，与阅读初学者一样费力——作为一个成人，他失去了神经的可塑性，而这种可塑性是对部分大脑皮层进行再利用，使之可以变成自动阅读机器所必需的。
