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󰀁心理理论󰀁的神经机制:来自脑成像的证据󰀁

刘󰀁岩1󰀁张󰀁蔚1,2󰀁陈󰀁晶1󰀁高艳霞1󰀁王益文󰀁󰀁1,3(1山东师范大学心理学院,济南,250014)(2贵阳护理职业学院,贵阳,550003)(3东南大学学习科学研究中心,南京,210096)摘󰀁要󰀁󰀁心理理论󰀁是认知发展领域的研究热点之一,迄今已积累了大量行为研究的证据。心理理论具有领域特异的模块化认知机制,脑成像研究中也发现心理理论任务激活前额叶皮质等多个模块区域。论文阐述了真实表征与错误信念、心智互动等心理理论推理的神经机制,总结了该领域存在的问题并对今后研究的发展趋势进行了展望。关键词:心理理论󰀁神经机制󰀁脑成像

1󰀁心理理论的行为研究与发展趋向󰀁󰀁󰀂心理理论󰀁(Theory-of-Mind,ToM)指个体了解自己和他人的愿望、信念、意图等心理状态并据此推测他人行为的能力。广义上讲它是关于心理世界的各种知识,狭义上是指一种抽象的、连贯的、可解释因果关系的系统。心理理论是关于知觉、情绪、愿望和信念等是如何相互联系并实施组织建构的一种理论解释[1]。之所以称之为󰀁理论󰀁是因为研究者认为儿童建立一种󰀁理论󰀁来解释其周围的世界,这与科学家通过建立一种理论学说来认识和理解众多的科学事实相似。儿童依据这些理论对事实之间的关系做出解释,并根据这些理论预测其他事实或事物间的关系。心理理论的发展是一个随年龄的增长而日益复杂化和精确化的过程,其获得年龄和发展机制尚无一致结论。跨文化的差异可能是重要的影响因素之一。我们采用意外转移和欺骗外表错误信念任务研究发现,3岁之前儿童就能理解外表与真实的区别,但还不能理解错误信念[2]。4岁儿童理解了欺骗外表任务中自己和他人的错误信念,5岁儿童已经能够理解意外转移任务中的错误信念。此研究表明,4~5岁是儿童获得心理理论的关键年龄,但结果也会因测验任务的不同而有所差异。4岁左右儿童能够掌握二级未知知识,但对二级错误信念的理解要晚1~2年,6岁左右是儿童二级错误信念发展的关键期[3]。儿童对于信念问题的错误回答主要基于一级推理,相当一部分6岁的儿童能够基于二级推理对信念问题做出合理解释。儿童二级错误信念认知的发展不是一个全或无的过程,而是一个逐渐发展的过程。最近,关于心理理论的研究已从描述儿童行为阶段向探讨认知与神经机制阶段过渡[4]。其发展方向和选题主要有:(1)心理理论与工作记忆的关系,以实验任务的信息量为指标研究工作记忆在心理理论中的作用;(2)心理理论与推理能力的关系,研究心理理论认知活动的动态推理过程;(3)心理理论脑机制的神经心理学研究,比较大脑特定部位(如额叶或杏仁核)损伤的病人与正常人完成心理理论实验任务的情况,以获得心理理论脑机制的双分离证据;(4)心理理论与额叶执行功能的关系,主要把心理理论实验任务与选择性注意、行为计划、问题解决等执行功能的测查联系在一起,整合解释心理理论的神经机制[5]。近年来随着研究认知神经科学技术的发展,脑成像技术的日臻完善。多导记录(64-128,甚至256导)和偶极子源定位使ERP具有一定的空间分辨率,成为了一种重要的脑成像技术。在执行心理理论任务的过程中使用功能磁共振成像(fMRI)、脑磁图(MEG)、事件相关电位(ERP)等记录被试的脑活动情况,可用于揭示心理理论模块化的神经机制。2󰀁真实表征与错误信念的脑机制󰀁󰀁ERP研究提供的神经电生理学证据表明,真实事物表征的认知神经机制可能与信念表征不同。Sabbagh和Taylor采用󰀁错误-信念󰀁和󰀁错误-照片󰀁任务(用文字描述的小故事)考察了在心理表征推理和非心理表征推理过程中脑的活动模式[6]。发现刺激呈现后300-400ms和600-840ms,分布于左额部的错误信念任务ERP波幅显著正向大于照片任务;左顶部则反之,即错误信念任务ERP波幅显著正向小于照片任务。信念和真实(照片)表征在时间和空间上的分离都很明显。在时间上,ERP波形在两个时间段有分离差异,这种差异可能反映了对心理表征和非心理表征进行理解时的加工过程不同。在空间分布上,由信念激发增大的正向波分布于左额叶区域。对心理理论概念进行分析时,必须将真实与心理状态相区分或是消除真实对心理状态的影响。Liu和Sabbagh采用信念和真实任务,在被试对真实或信念做出判断时记录ERP[7]。结果显示真实判断的成绩均高于信念判断的成绩,对波形进行观察发现大约在刺激呈现后800ms,真实与信念任务ERP的波幅出现了分离,在左额区的差异最大,而在脑后部和右半球的则不明显。心理状态和真实事件推理过程的区别与左额部的ERP晚成分有关,左额部ERP晚成分均来源于左额叶皮质。使用BESA软件对所有40个电极在700-900ms间的差异波做偶极子溯源分析发现,左额部晚成分源于左眶额皮质(orbitofrontalcortex),这与过去认为定位于前旁扣带回皮质(anteriorparacingulatecortex)不同。Gallagher等采用fMRI检测了被试在完成语言与视觉呈现的心理理论任务时大脑激活的部位,对参与心理理论的脑区进行定位[8]。研究的呈现材料分为语言材料和漫画材料。

󰀁󰀁󰀁通讯作者:王益文。E󰀁mail:wangeven@126.com国家社科基金十一五规划青年课题(CBA060059)和江苏省博士后科研资助计划项目(050219C),泰山学者成果。心理科学󰀁PsychologicalScience󰀁2007,30(3):763-765763󰀁语言材料分别是错误信念任务的心理理论故事、非心理理论故事和无内在联系的句子;漫画材料分别是错误信念任务的心理理论漫画、非心理理论漫画和混乱的图片。呈现语言材料的心理理论故事较呈现非心理理论故事,大脑的激活部位主要在前额叶中部皮质(medialprefrontalcortex),还有双侧颞极(temporalpoles)和双侧颞-顶结合部(temporalparietaljunctions)。呈现心理理论漫画较呈现非心理理论漫画,主要的激活部位在前额叶皮质、双侧颞-顶结合部、右侧额中回(middlefrontalgyrus)、楔前叶(precuneus)和梭状(fusiform)区。由此得出结论,心理理论上主要是前额叶皮质的功能,心理理论任务的刺激呈现方式与激活区域无关。这与在完成两类任务时双侧颞-顶结合部均被激活。语言的脑成像研究中有时可观察到左侧颞-顶结合部被激活,这是由于对单词的语义理解所至,可能显示颞-顶结合部与感知意图和意图活动的刺激有关。同时发现颞上沟(superiortemporalsulcus,STS)和颞极与广泛的社会认知相关,该区域的激活与对事件起因和他人意图推测的任务有密切联系,并对原有的心理推论能力起辅助作用。3󰀁心智互动󰀁󰀁心智互动(Interactingminds)是心理理论研究的重要内容之一。Frith等对心智的生物学基础进行了探讨[9]。研究通过要求被试操纵并报告他们自己的心理状态来研究心理情境的大脑定位(在这些情境中,心理状态并不是对外部现实的简单反映)。所报告的状态包括疼痛、图片激发的情绪、内在想法、动作和痒感(tickling)。发现额叶中部皮质,更准确地说,是沿前扣带回皮质(anteriorcingulatecortex,ACC)和前额叶中部皮质的边缘被激活(见图1)。

图1󰀁心智(mentalising)活动激活的脑区[9]󰀁󰀁有人曾提出质疑,认为根据灵长类动物(非人类)的单细胞研究来解释人类脑成像研究的结果是不恰当的。然而Frith等认为人类的心智化能力并没有出现本质上的进化。心智能力的发展是建立在与之密切相关能力发展的基础上的,这些能力包括:区分生命物和非生命物的能力;注视一个物体时注意力分配到其它物体上的能力;呈现目标导向行为的能力;区分自己和他人行为的能力。如果将猴子的单细胞激活与人类脑成像研究心智活动的激活区域作类比,支持心理理论的心智化系统包括:STS主要负责对个体行为进行观察,并且分析这些行为的目的和后果;额叶下部,负责对行为动作和目标的描述表征;前扣带回皮质/前额叶中部皮质,负责描述自身的心理状态。这提示人类对他人行为的分析与对自身心理状态的描述表征相结合,进而推理他人的意图。心智化能力的出现依赖于对行为进行表征描述的能力、对行为的目标进行提炼的能力以及对行为背后的意图进行推理能力的形成发展。由于认为在人际互动中会运用心理理论推理,Rilling等研究了人际互动的神经机制[10]。用fMRI记录了被试完成两个不同的社交游戏时的脑区激活情况,任务都是涉及到从推测意图的社交伙伴那里接受结果反馈。使用󰀁犯人困境󰀁(Prisoner󰀁sDilemmaGame)和󰀁最后通谍󰀁游戏(UltimatumGame)测查在真实的社会交往中从他人得到反馈时的大脑定位。在两个游戏中研究发现了相同的激活部位:ACC和STS后部。尽管与电脑玩也能激活一些与人玩才会激活的区域,但是与人玩时绝大部分区域的激活程度在都高于与电脑玩时。而且观察到几个在以前的研究中未被报到却可能与人们的真实日常生活关系密切的区域,这些区域是参与记忆编码的STS中部和海马(hippocampus),还有与人际交往的情绪唤醒有关的扣带回后部和包括海马在内的区域。在生物学基础上心理理论可能依赖于言语区(特别是左半球在语法上的调制能力)、前额叶、颞-顶结合部(特别是右半球)和杏仁核(amygdala)环路[4]。自闭症患者神经病理学的研究指出,社会认知包含了三个区域󰀁󰀁󰀁颞叶中部-杏仁核结构(medialtemporallobe-amygdala)、眶额皮质和颞上回(superiortemporalgyrus)[11]。损伤猴子的双侧杏仁核后,猴子出现社会情绪紊乱,出现与人类自闭症类似的行为,包括社会接触减少、回避与他人接触、刻板行为和交流异常,如,面部表情、目光接触和肢体语言减少等[12,13]。上述研究揭示了杏仁核及其与神经系统的复杂连接在解释他人心理状态中的重要作用。4󰀁问题与展望󰀁󰀁大脑皮层及皮层下的许多部位与心理理论有关,存在一个大范围的神经系统支持心理理论的推理。这个系统的某些组成部分是评估心理状态的神经基础[4]。尽管脑成像研究获得了很多发现,但该领域仍有待进一步研究的探讨。首先,目前在心理理论脑机制的研究可分为两类:一类是以脑损伤患者为被试,另一类是以健康成人为被试。如前文所述,心理理论的行为研究对象多是儿童。儿童不是小成人,儿童的大脑与成人的大脑在功能结构上存在差异。而现有的结论都是将成人的心理理论脑机制的研究结果简单地推论到儿童身上,这显然是不恰当和不准确的。不仅如此,心理理论作为一个发展的过程,只使用成人被试无法研究动态的发展变化。所以,以儿童为被试的发展心理理论脑成像研究将成为一个新的研究趋势。其次,心理理论的脑损伤研究可弥补脑成像研究的不足。脑损伤研究作为一种探查大脑特定区域功能的方法已经运用多年,是神经心理学的主要研究方法,有着其它研究方法无法取代的优势。将此方法与脑成像研究相结合,可为心理理论脑机制的研究提供科学性更高的因果性结论。Rowe等通过对比较两组患者(左右侧额叶切除)与正常人的764󰀁心󰀁理󰀁科󰀁学󰀁󰀁󰀁行为来研究心理理论[14]。在研究中,让被试听一个故事来测验其对一级信念和二级信念的推理能力。两组患者不仅在行为作业方面都有明显的缺陷,而且在执行功能上也有一些障碍。进一步分析表明执行功能独立于心理理论损伤之外。再次,心理理论的脑机制与文化差异的关系问题。作为一种社会认知,心理理论必然会受到社会文化的影响,但文化差异是否会导致脑机制的差异?中国特有的社会环境是否对儿童心理理论的形成产生影响?多子女家庭的儿童心理理论发展较快,中国现在多是独生子女,这样的环境对心理理论会产生怎样的影响?已有的行为学研究发现东西方儿童在形成心理理论的年龄上有差异,这是因为文化的影响还是人种的差异所致?过去的行为学研究多采用与语言有关的心理理论任务,东西方语言文字的差异可能是一个影响因素。这一系列的问题有待于进一步的研究。可从中西文化差异的背景出发设计心理理论实验任务,研究的内容可以包括:正确与错误信念认知、自己和他人行为预测、认知归因、心理概念与物理概念的表征区别(词汇或图画)、区分真实事物和不可能事物、知觉理解(如眼睛注视方向与信息来源判断、眼神表情理解)、外表与真实区别和表征变化等等。最后,已有心理理论脑成像研究大多采用的是ERP和fMRI,在今后的研究中可以运用更多新的技术。扩散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)是一种新的成像工具,提供了一种非损伤性的评价脑联结的手段[15]。DTI与fMRI、EEG相结合,可以提供一种发展中认知和神经加工速度和效率的参数,提供了生动地测定发展和成熟脑中功能和联结的独特能力。这种互补的方法对理解脑与行为如何发展变化具有实质性的作用。近红外光谱(nearinfra-redspec󰀁troscopy,NIRS)是一种光学成像技术,通过测量微光束通过颅骨和脑组织时分散或弯曲的微小变化来检测血氧变化,成为应用于年幼儿童研究的技术[16]。上述脑成像的应用可以大大促进心理理论脑机制的研究进展。5󰀁参考文献1WimmerH,PernerJ.Beliefsaboutbeliefs:Representationandconstrainingfunctionofwrongbeliefsinyoungchildren󰀁sunder󰀁standingofdeception.Cognition,1983,13:103-1282王益文,张文新.3~6岁儿童󰀁心理理论󰀁的发展.心理发展与教育,2002,18(1):11-163张文新,赵景欣,王益文.3~6岁儿童二级错误信念认知的发展.心理学报,2004,36(3):327-3344SiegalM,VarleyR.Neuralsystemsinvolvedin󰀁theoryofmind󰀁.NatureReviewsNeuroscience,2002,3:463-4715王益文,林崇德.󰀁心理理论󰀁的实验任务与研究趋向.心理学探新,2004,23(3):30-346SabbaghMA,TaylorM.Neuralcorrelatesoftheory-of-mindreasoning:anevent-relatedpotentialstudy.PsychologicalSci󰀁ence,2000,11(1):46-507LiuD,SabbaghMA,GehringWJ,etal.Decouplingbeliefsfromrealityinthebrain:anERPstudyoftheoryofmind.NeuroRe󰀁port,2004,15(6):991-9958GallagherHL,HappeF,BrunswickN,etal.Readingthemindincartoonsandstories:anfMRIstudyof󰀁theoryofthemind󰀁inver󰀁balandnonverbaltasks.Neuropsychologia,2000,38:11-219FrithCD,FrithU.Interactingmindsabiologicalbasis.Science,1999,286:1692-169510JamesKR,AlanGS,JessicaAA,etal.Theneuralcorrelatesoftheoryofmindwithininterpersonalinteractions.NeuroImage,2004,22:1694-170311BrothersL.Thesocialbrain:aprojectforintegratingprimatebe󰀁haviourandneurophysiologyinanewdomain.ConceptsNeurosci,1990,1:27-5112BachevalierJ.Medialtemporallobestructuresandautism:areviewofclinicalandexperimentalfindings.Neuropsychologia,1994,32:627-64813BachevalierJ,MalkovaL,MishkinM.Effectsofselectiveneonataltemporallobesonsocioemotionalbehaviorininfantrhesusmonkeys(Macacamulatta).Behav.Neurosci,2001,115:545-55914RoweAD,BullockPR,PolkeyCE,etal.󰀁Theoryofmind󰀁im󰀁pairmentsandtheirrelationshiptoexecutivefunctioningfollowingfrontallobeexcisions.Brain,2001,124:600-61615MunakataY,CaseyBJ,DiamondA.Developmentalcognitiveneuroscience:progressandpotential.TrendsinCognitiveSciences,2004,8(3):122-12816JohnsonMH.DevelopmentalCognitiveNeuroscience:AnIntro󰀁duction(2ndEd.).Blackwell,2005:1-18