透過觀察腦部損傷患者來研究大腦的功能,以人臉辨識為例


透過 EEG/ERP, MEG, fMRI 進行實驗量測,只能看出大腦和行為之間的相關性,無法確認有因果關係。

要確認大腦和行為之間的因果關係,需要透過「損害研究」 (lesion study) 或以破壞性的 (disruptive) 方式進行。

「單一分離」(single dissociation)的作法是進行實驗以顯示對於腦部結構 A 的損傷會破壞功能 X,但不會破壞功能 Y。

如此可推論功能 X 和功能 Y 彼此是獨立的。

舉例來說,觀察 FFA 受損的病患 (而且只有 FFA 受損,其他區域沒有受損),如果他們無法辨認人臉但可以辨識其他物體,可推論 FFA 對人臉辨識是必要的,且對其他物體的辨識不是必要的。

更強的推論是基於「雙重分離」 (double dissociation) 的觀察結果。

「雙重分離」的作法是進行實驗以顯示對於腦部結構 A 的損傷會破壞功能 X,但不會破壞功能 Y;並且進行實驗以顯示對於腦部結構 B 的損傷會破壞功能 Y,但不會破壞功能 X。

如此可推論功能 X 和功能 Y 分屬不同的腦區。

舉例來說,臉盲症的病人,可以偵測到人臉,但無法辨識人臉,她的某個腦區受損;但這樣還不足以推論該腦區就是專門負責人臉辨識,因為也有可能人臉辨識是基於一般的物體辨識,而因為比較複雜,因此大腦受損時人臉辨識的功能先受到影響。

而神經科學家找到了幾個病人,他可以辨識人臉,但無法辨識一般的物體,而且他辨識倒立人臉的能力比一般人低非常非常多。

由上述的「雙重分離」觀察,我們可以推論,大腦負責處理人臉辨識的區域對於物體辨識不是必要的;反之亦然,大腦負責處理物體辨識的區域對於人臉辨識不是必要的。

Lesion study 的優點是在大腦和行為之間有比較強的因果關係。

Lesion study 的缺點是只能被動等待患者出現,無法主動進行實驗;大腦受損但功能仍正常可能是因為大腦的補償機制;無法比較大腦受損前後的不同,因為只有患者腦傷後,才會開始觀察他的大腦及行為;大腦受損時通常涵蓋面包含多個腦區;有可能受損的是傳遞訊號的神經,而不是進行該運算的腦區。

參考資料


MIT 9.11 The Human Brain (by Nancy Kanwisher)
2.13 - Why We Need Disruption Methods in Cognitive Neuroscience (Prosopagnosia)
2.14 - Double Dissociations (Prosopagnosia vs. Agnosia)