认知神经心理学简介

心理科学进展 2008，16（1）：4~9 Advances in Psychological Science 4 认知神经心理学简介* Max Coltheart (Macquarie Centre for Cognitive Science, Macquarie University, NSW 2109 Australia) 摘 要 认知神经心理学是认知心理学的一个分支。它的目的是探讨当人们执行认知活动的时候，心理信息 加工过程是怎样的，所采用的手段是研究这些认知功能受损的病人。它与认知神经科学的不同在于：认知神 经心理学关注的是心理（mind），而认知神经科学关注的是大脑（特别是关注与认知有关的大脑机制）。研究 认知神经心理学的方法也可以用于研究发展性认知障碍，如阅读障碍，或者特殊的语言损伤，这就是发展性 认知神经心理学。这些方法还可以用于高级认知发面的研究，如信念形成和心理理论。这些高级认知方面的 障碍是精神病学的范畴，因此这类研究错觉、幻想或虚构等的认知神经心理学叫做认知神经精神病学。认知 神经心理学的典型特征有：1）研究症状，而不是并发症；2）采用个案研究，而不是群体研究；3）主要数 据来源是症状间的双分离；4）致力于模块化认知模型的建立。 关键词 认知，认知神经心理学，认知神经科学，认知神经精神病学。 分类号 B842 认知神经心理学（Cognitive Neuropsychology） 是近年来兴起的一门交叉学科，属于心理学、认知 科学、神经科学的交叉领域。认知神经心理学是认 知心理学的分支，它是在传统的认知心理学和神经 心理学的基础上逐渐发展起来的。80年代中期以前， 神经心理学主要沿着临床医学和心理学的道路迈 进；80 年代以来，神经心理学在吸收了认知心理学 的精细实验方法和理论概念之后，开始逐渐沿着认 知神经心理学的方向发展。因此认知神经心理学脱 离了临床医学的轨道，转入了认知心理学和神经科 学的家族。近年来，认知神经心理学取得了诸多重 大成果，受到越来越多的研究者的重视，成为当代 神经心理科学研究的前沿。认知神经心理学有自己 的学术期刊——Cognitive Neuropsychology。 虽然国际上认知神经心理学的研究正在如火如 荼地开展，但是相对于西方发达国家成千上万个经 典案例的积累、分析，一些国家和地区的认知神经 心理学研究领域近乎空白，相应的，对脑损伤病人 的临床诊断、康复也缺乏理论指导。因此启动和发 展认知神经心理学研究的工作迫在眉睫。本文旨在 收稿日期：2007-05-30 * 文章来自 Max Coltheart 在中国认知神经心理学研究国际研 讨会上的发言,由张恩,李恒整理。该会议由国家自然科学基 金（30470574）和北京师范大学 985 二期工程资助。 通讯作者：Max Coltheart, E-mail: max@maccs.mq.edu.au 通过对认知神经心理学各方面的介绍，以期更多相 关学科的工作者和学生能加入到这门学科的研究中 来，推动认知神经心理学在中国的研究进程。 1 什么是认知神经心理学 1.1 认知神经心理学是认知心理学的一个分支方式 认知心理学是研究认知加工过程的学科，目前 研究的主要领域有面孔识别、物体识别、言语、语 音理解、阅读、写、计算、记忆、注意和运动等。 认知心理学研究的方法除了让正常人完成特定的认 知任务，发展认知理论外，还有另一种方法，即通 过搜集与理论相关的特定认知功能障碍病人的资 料。 „ 不能认知面孔但能认知其他物体； „ 能拼写出动词但不能拼写出名词； „ 不能理解口语但能理解环境中其他声音； „ 能够理解关于人造物体的词语，而不能认知 关于有生命的物体的词语； „ 假词能够准确读出，而真词不能； „ 能够注意到右半空间的刺激而忽略左半空 间的刺激； „ 能够模仿动作但不能按命令做出这种动作。 Box 1：选择性较强的认知功能障碍病人 脑损伤是造成认知功能障碍的重要原因，有些 脑损伤是大范围的，也有一些是小范围的脑损伤， 第 16 卷第 1 期 认知神经心理学简介 -5- 而这种小范围的脑损伤对认知功能障碍具有较强的 选择性（Box 1）。通过对这些认知障碍病人的研究 可以验证认知理论的正确与否。用这种方法研究的 认知心理学便是认知神经心理学。因此，认知神经 心理学属于认知心理学的一个分支。认知神经心理 学是以有特定认知过程受损或未能正常获得某些认 知能力的病人为研究对象，来推知人类正常的认知 结构和加工方式的学科。它是揭示认知过程及其脑 机制的核心研究手段之一。 认知神经心理学的研究思路是：通过脑损伤造 成的选择性认知功能的障碍和保留的认知环节，推 测正常人大脑的认知机制[1,2]。具有较强的选择性认 知功能障碍的病人为认知神经心理学研究特定认知 功能提供了理想的研究对象。但是来自不同的学科 的争议始终存在，这些关于病人特定认知障碍的研 究结果是否能够或在多大程度上能为我们提供关于 正常人认知加工的理解？幸运的是，越来越多的证 据趋于支持这一假设具有一定的合理性[2,3]。 重要的是，要清楚认知神经心理学和认知神经 科学之间的区别。认知神经心理学是认知心理学的 一个分支，研究的是心理过程（Mind）规律；认知 神经科学是神经科学的分支，主要研究的是大脑本 身（Brain）[1]。两者是不同的但都很重要的研究领 域，大部分相关领域的科学工作者会同时涉及这两 个问题。 1.2 认知神经心理学的其它分支 1.2.1 发展的认知神经心理学 认知功能失常包括有两种情况。一种是获得性 认知障碍：以前已经获得的某种认知能力，因为疾 病或意外等导致脑损伤后丧失了这种能力；另一种 是发展性认知障碍：在发育过程中，某种认知能力 没有获得完整的功能体系[4]。而发展的认知神经心 理学（Developmental Cognitive Neuropsychology） 是以发展性认知障碍为研究对象，通过对发展的认 知障碍的研究，更全面地考察儿童如何正常获得某 种特定的认知能力的学科。发展的认知神经心理学 是发展心理学与发育神经科学的交叉学科。 1.2.2 认知神经精神医学 认知神经精神医学（Cognitive Neuropsychiatry） 是一个比较新的研究领域。它是用认知神经心理学 的观点研究精神病学状况，包括妄想症（Delusion）、 幻觉症（Hallucination）和虚谈症（Confabulation） [5]等，因此它也属于认知神经心理学的分支。不久 前，认知神经精神医学也创办了自己的学术期刊 ——Cognitive Neuropsychiatry。 从历史的角度看，传统的认知神经心理学是先 从研究阅读过程开始，做了许多细致的研究，之后 逐渐发展到研究其它各种各样的心理功能。认知神 经精神医学的研究也一样，从研究妄想症开始，在 这方面工作做得相对深入成熟后发展到其它几个方 面。值得注意的是，不同语言的阅读机制非常有可 能存在差异，而妄想症在全世界各类人群中基本上 都一样，因此更具有普遍性。这里通过妄想症的一 种——单事件妄想症（monothematic delusion）的病 例来介绍一下这门学科。 单事件妄想症病人只在某一方面有严重的错 觉，而在其他方面都正常。研究者可以与这种病人 正常的交谈，这样有利于开展研究工作。下面是 5 种不同的单事件妄想症： （1）替身综合征（Capgras delusion）：患者认 为其亲友已被假扮者顶替[6~8]。 （2）虚无妄想综合征（Cotard delusion）：患者 感到自己已不复存在，或是一个没有五脏六腑的空 虚躯壳，并认为其他的人，甚至整个世界包括房子、 树木都不存在了。 （3）人身变换症（Fregoli delusion）：患者认 为在其所遇到的人群中有他熟悉的人（往往是他所 认为的迫害者），虽然两者之间的外貌并不相像， 但确实就是同一个人，如周围的医务人员、亲戚朋 友，可能就是某一迫害者的化身，随时改变相貌， 企图达到迫害他的目的。 （4）镜像自我确认不能（Mirrored-self mis- identification）：我看到镜子里那个人不是自己，是 一个看起来跟自己很像的陌生人。 （5）躯体认识不能（Somatagnosia）：认为自 己的躯体不是自己的而是别人的。 根据认知神经心理学的逻辑，通过研究这些病 人，我们可以了解关于正常的大脑相信自己信念的 系统发生了什么变化才会出现上面的症状。研究这 种错误信念需要从两方面思考：首先，这种错误信 念从哪来；另外，病人表现出在错误被别人告知后 仍然不抛弃这种错误信念。因为并不是所有的相同 损伤的病人都具有这种症状，所以假说内容与相应 损伤之间存在着不确定的关系。然而，显示除 了与相关症状对应的神经心理的损伤外，几乎所有 的妄想症患者都具有右半球的脑损伤（表1）。我们 -6- 心理科学进展 2008 年 用认知神经心理学研究思路来解释这些症状：可以 假设右脑有一个评估个体已有信念的系统，而右半 球的脑损伤导致了信念评估系统的破坏，使病人不 能抛弃这种错误信念。因此相关认知机制的损伤导 致错误认知的产生，而评估信念的机制的损伤使病 人不能拒绝显然不成立的认知假设，这两种机制的 共同损伤导致了妄想症[6,9,10]。这种评估系统在正常 人中是完好的，这些病人为我们研究正常人的评估 系统提供了可能性（表1）。 表 1 认知神经精神医学方法对单事件妄想症的解释 神经心理的损伤 直接的结果 解释结果的 认知假设？ 附加右半球信念 评价系统损伤 面孔认知系统与 边缘系统的分离 边缘系统不再对熟悉的脸产生反应 “她不是我妻子，只是看上去像我妻子的 陌生人” Capgras 综合征 边缘系统对任何 输入反应都下降 对自己周围环境 没有情绪反应 “我死了” Cotard 综合征 边缘系统对面孔 的过度反应 边缘系统对陌生人的面孔产生反应 “我被认识的人跟踪，我不能认出他们因 为他们伪装起来” Fregoli 综合征 镜子失认（丧失镜子 工作原理的知识） 把镜子当作窗户 “我看见一个人经过窗户，那个人不是 我” 镜像自我确认不能 不能计算运动产生的 感觉反馈 自主运动不再被感知为自主运动 “别人控制我的手臂，这手臂不是我的” 躯体认识不能 1.3 神经心理学的认知障碍评估 认知神经心理学的评估是一种基于理论模型的 评估，通过一些特定模块化的信息处理模型来评估 认知功能。认知障碍评估的手段主要是基于认知神 经心理学基础上的量表，即根据认知神经心理学的 理论模型建构出来的测评方法，来测评认知障碍的 情况。 图 1 PALPA 测试的阅读模型 这里有两个基于理论模型评估方法的典型例 子，一个是PALPA测试（失语症语言加工的心理语 言学评估）：从心理语言学的角度去测评脑损伤后的 语言障碍的情况；另一个是BORB测试（Birmingham 物体认知测试）：测评视知觉和视认知障碍。图1是 PALPA测试所基于的心理语言学的阅读模型[11~14]， 普遍理论认为阅读过程含有几个功能模块。PALPA 测量的时候可以分别测得认知障碍病人各个模块损 伤或完好的程度。这也为临床治疗和康复提供了明 确的定位[15,16]。当然汉语有很多字节和跟西方不同 的语言体系，汉语阅读与书写的过程也可能和英语 有着很多不一样的地方。现在已有很多研究者在研 究汉语的阅读过程，一旦构建出正常人阅读模型的 整个框架，我们同样可以探索什么样的测验可以用 于评测汉语失语症程度。 2 认知神经心理学研究的典型特点 相较于认知心理学、神经心理学、认知神经科 学等研究视角，认知神经心理学具有其独特的研究 理念。 2.1 研究对象不是综合病症而是症状和个案 认知神经心理学的一个重要特征是：它的研究 对象不是综合病症（Syndrome）而是一个个单独的 症状（Symptom）[1]。综合病症是发生在同一个体 文字 print 字母辨认 letter identification 语义系统 semantic system 关于字母-音 规则的知识 letter-to-sound rules knowledge 视觉文字认知 Visual word recognition 口语词产生 Spoken word production 语音 speech 第 16 卷第 1 期 认知神经心理学简介 -7- 身上的一系列症状。比如 Broca 失语症表现出说话 困难且不符合句子语法结构，尤其犯语法功能词和 前后缀缺失和移位的错误，是一种典型的综合症。 这类综合症不是认知神经心理学关注的研究对象。 这里用 Gerstmann 综合症的例子说明这一重要 特征。Gerstmann 综合症表现出书写障碍、计算障碍、 从左至右的方向知觉丧失和手指确认不能四种认知 障碍。但这意味着存在着一个用于书写、计算、从 左到右的知觉和确认手指的单独的认知系统吗？实 际上不是，它们分别属于 4 个不同的认知系统，只 是负责这几种认知功能的脑区处在左顶叶的相邻位 置上。认知神经心理学家们相信，其它所有综合症 都与 Gerstmann 综合症一样是同样的道理。因此， 对综合症的研究不能为我们提供关于认知系统的信 息。 另外，上面图 1 中的阅读模型也能够说明认知 神经心理学研究的这一特征。该阅读模型由包括方 框和箭头的 13 个部分构成，如果脑损伤能够破坏其 中的任何部分，即任何一个或多个方框或箭头，那 么会有 213－1＝4095 种可能不同的习得性阅读障碍 综合症。而研究者不可能去研究 4095 种可能的综合 症。而我们的研究目的是，用同一个模型去解释所 有的有阅读障碍的表现。通过观察这一模型对解释 各种习得性阅读障碍症状的能力来测试模型的正确 性。 2.2 单个案例的研究而不是群体研究 与传统神经心理学不同，认知神经心理学研究 的是单个案例而不是群体[1]。如上所述，如果有4095 种不同的习得性阅读不能综合症，那么几乎每一个 病人的病况都是唯一的，很少会同时遇到两个完全 相同的阅读损伤模式。因此每一个病例都是我们的 研究对象，而不是简单得把他们组合起来，把他们 归为一组或取他们平均的结果都是没有意义的。 2.3 强调症状的分离尤其是双向分离 认知神经心理学研究强调症状的分离而不是相 关，因为不同症状的分离通常能比不同症状的相关 （同时发生）提供更多的信息。 在同一类控制变量下患者完成两种不同任 务，如果患者在两种任务上均表现出障碍，则这两 种任务表现为相关。如果一个病人同时表现出 A 和 B 两种症状，那么一种可能的原因是单个认知系统 X 受损，而这一损伤导致了 A 和 B 两个症状；但是 也可能这样：同时表现出 A 和 B 两种症状是由于两 个认知系统 X 和 Y 受损所致，症状 A 是由 X 认知 系统的损伤所致，症状 B 由 Y认知系统的损伤所致， 那么X和Y都受损伤是因为它们所处在的脑区空间 上距离较近，导致两者同时损坏。因此，症状间的 相关不能使我们得出对研究认知系统的有力的推 论。正如前面 Gerstmann 综合症的例子，患者有 4 种认知障碍，但我们却不能因此推断它们都属于同 一个认知系统。 如果一个病人任务 A 完成有困难，但任务 B 正 常，我们能根据这种单分离断定这两任务依靠不同 的认知系统吗？实际上，这两种任务可能依靠同一 认知系统，只是任务 A 的难度比任务 B 的难度大， 所以当这一认知系统部分受损，表现出任务 A 困难 而任务 B 正常完成。因此，症状间的单分离也不能 使我们得出有关研究认知系统有力的推论。 如果我们观察到一个病人X对任务A存在困难 但任务 B 正常，而另一个病人 Y 任务 A 正常但任务 B 困难，这就显示出任务 A 和任务 B 的双分离。很 明显，它不能被解释为存在一个负责 A 和 B 两个任 务的认知系统。我们可以强烈支持认为这两个任务 依靠两个分离的认知系统的模型。因此，症状间的 双分离使我们能够得出对于待研究认知系统的最有 力的推论[17]。 2.4 模型是高度模块化的 模块化的观点是认知神经心理学的最基本的观 点和假设。它认为人类的认知过程是由一系列相对 独立的成分协同完成的，任何一模块都能因脑损伤 导致损坏而其他模块保持完好。这种高度模块化不 仅成为心理层面的一个特性[18]，同时也是脑运作本 身的一个特性。这种假设是否正确呢？事实上，多 年来认知神经心理学家发现了许多具有高度选择性 认知功能损伤，强烈地支持“认知系统确实是高度 模块化的”这一结论。 3 认知神经心理学的研究思路：一个来自病 人 AC 的病例 病人 AC：67 岁，男性，澳大利亚人。他早年 在公共铁路系统做职员工作，有心血管和脑血管的 疾病史。他中风 4 天后的 CT 扫描显示，左侧中部 区域的大脑动脉出现一个新的损伤，而两侧脑半球 均有许多早期已存在的更小的损伤。虽然病人存在 这些脑损伤，但从每天的接触中来看，他的认知功 能比我们预测的好得多。但是，研究者在与 AC 谈 话中发现他仍存在认知障碍： -8- 心理科学进展 2008 年 Max：一只牡蛎有几条腿？ AC：一些。 Max：嗯！那么蚂蚁呢？ AC：一些。 Max：一只毛虫呢？ AC：没有腿。 Max：一条蛇呢？ AC：没有腿。 Max：那么一只海鸥呢？ AC：4 条腿。 初步诊断说明，AC 对这些问题似乎完全不知道 这些问题的正确答案。接下来，根据需要设计 6 个 正式实验对病人 AC 进行缜密的认知障碍评估。 实验 1 选取 18 只动物，其中 9 只有腿，9 只没 有腿。主试把这些动物的名字依次念给 AC，要求 AC 判断动物是否有腿。结果显示：AC 仅正确回答 10 个（10/18），处于机率水平，说明 AC 对动物是 否有腿完全没有概念。那么，这是因为 AC 丢失了 语义记忆中有关动物的知识吗？ 实验 2 选取 20 个人造物体（如桌子、椅子等）， 10 个有腿，10 个没腿。主试把这些物体的名字依次 念给 AC，要求 AC 回答那个物体是否有腿。结果显 示：AC 仅正确回答 11 个（11/20），处于机率水平， 说明 AC 的认知障碍并不仅针对于动物。那么，这 种认知障碍是否仅针对于“腿”这个概念呢？ 实验 3 选取 22 只动物，11 只动物有尾巴，另 11 只动物没有尾巴。主试把这些动物的名字依次念 给 AC 听，要求 AC 判断听到的那只动物是否有尾 巴。结果显示：AC 仅正确回答 11 个（11/22），处 于机率水平，说明 AC 的认知障碍并不仅针对于动 物，也不仅针对“腿”这个概念。那么，这种认知 障碍只是针对于对物体组成部分的信息吗？ 实验 4 包括两种测试题目：这个物体是否是圆 形？这个物体是否带颜色？AC 对前者回答的情况 是：28 道题中正确回答 15 题；对后者回答的情况 是：20 道题中正确回答 12 题。两者都处于机率水 平，说明 AC 的认知障碍并不仅针对于动物，也不 仅针对于概念“腿”，和对物体组成部分的信息。那 么，这个病人是否丢失了关于客体的全部知觉知识 呢？ 实验 5 包括 3 种非知觉知识的测验。例如：这 个动物是否是澳大利亚的？这个动物是否危险？人 类是否食用这个动物？AC 的回答情况是：对第一种 问题他在 20 道问题中能够正确回答 18 个；对第二 种问题他在 20 道问题中能够正确回答 19 个；对第 三种问题他在 24 道问题中能够正确回答 23 个。全 部达到高分数水平，这说明 AC 的认知障碍针对于 关于客体的知觉信息。那么，这种知觉信息受损包 括所有感知觉信息还是仅仅指视知觉信息？ 实验 6 进行两个非视知觉信息的测验：这个物 体是否能否发出声音（听觉）这个物体是否有味道 （味觉）AC 的回答情况是：对于前者他在 26 道问 题中能够正确回答 24 个；对于后者他在 20 道题中 能够正确回答 19 个。两者皆达到高分数水平。 以上 6 个实验的研究结果显示：在需要关于客 体视觉特性方面信息的所有任务中，AC 的表现仅在 机率水平；但是在需要关于客体非知觉特性方面信 息的所有任务中，或者甚至是那些关于客体非视觉 的知觉信息的所有任务中，AC 的表现都算得上优 异。因此，我们可以判断病人 AC 的认知损伤只针 对于物体视觉特性的知觉信息。通过这一结论，我 们对客体信息的表征过程做以下推断：如果关于客 体的所有信息都被表征在一个单一的客体信息系统 中，那么不应该出现一种形式的信息（例如，视觉 信息）丢失而其它形式的信息完好的情况。因此， 我们可以认为，客体视觉特性的信息的存储独立于 客体其它特性信息的存储。 另外，这些研究也给予我们关于语义记忆组织 的提示。客体视觉特性的信息必须独立于客体其它 所有特性的信息，存储在语义记忆中。如果视觉特 性信息是这样的话，那么听觉信息、触觉信息、嗅 觉信息等，其它感觉模态必然也是这样的吗？我们 总结如下：客体的语义记忆不是单一的知识储存， 而是由关于客体的知觉特性与客体概念（比如非知 觉的）分离的知识储存组成的，而客体知觉特性知 识的储存又是由各种感觉模块信息分离的知识储存 组成。 参考文献 1 Coltheart M, Caramazza A. 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Its aim therefore is to discover what the mental information-processing procedures are that people use when executing acts of cognition, and it seeks to do this by studying ways in which cognition can break down after brain damage. It is distinct from cognitive neuroscience; cognitive neuropsychology is about the mind whereas cognitive neuroscience is about the brain (specifically, about brain mechanisms subserving cognition). The methods of cognitive neuropsychology can also be used to study developmental disorders of cognition such as dyslexia or specific language impairment: such work is known as developmental cognitive neuropsychology. These methods can also be used to study high-level aspects of cognition such as belief formation or theory of mind. Disorders of such high level aspects of cognition are the province of psychiatry, and so this kind of cognitive neuropsychology (which studies such conditions as delusion, hallucination or confabulation) is known as cognitive neuropsychiatry. Characteristic features of cognitive neuropsychology are (a) that it investigates symptoms, not syndromes; (b) that it uses single-case studies, not group studies; (c) that its chief source of data is double dissociations between symptoms; and (d) that it is committed to modular modelling of cognition. Key words: cognition, cognitive neuropsychology, cognitive neuroscience, cognitive neuropsychiatry.