視覺和閱讀的神經回路

布賴恩·萬德爾 章熠 周加仙

如何幫助閱讀學習困難的孩子，這聽起來是個簡單的問題，但是這其中可能會有許多我們從來沒考慮過的問題。

首先在實驗設計方面，實驗設計的目的是診斷閱讀障礙，盡早確定最好的方法來幫助特定孩子成為成功的閱讀者。如果我們測量了很多孩子的腦激活數據，測量的結果會分布在某一個范圍內，某些數值可能反映了學生間的差距，另一些可能只是測量的“噪音”。這些數據呈現最常見的正態分布，而閱讀學習困難的孩子可能遠高于或者遠低于正常水平。我們的目的就是發現孩子是在正常分布上，還是在正常分布以外。當孩子在正常分布的一側時，我們可以通過特殊教育來幫助他。如果這個孩子無法通過教育來矯正，我們就需要通過為他們提供特殊的電子輔助工具或者特別的支持來幫助他們。值得注意的是，這是群體數據，但我們考慮的是一個孩子的情況，我們永遠不會用群體的數據來診斷一個孩子。就像在診所里，醫生不會用一種針對群體的平均療法來給你看病，而是根據你的身高體重，針對你的個人情況開處方。

在研究的時候，科學家把數據分成兩組，比如500個正常閱讀水平的人， 500個閱讀困難的人。然后他們用群體數據對這兩組人進行比較，可以看到，閱讀困難的組和閱讀良好的組只有微小的區別。用另一種方式對這些數據進行繪圖，你可以看到這兩組的平均值存在差異。如果我們再繪制這兩組的置信區間，我們可以得出這樣的結論：這兩組之間區別很大，雖然這只是對同樣的數據采用了不同的繪圖方法。這兩種繪圖都是正確的，但是這對我們想要治療的單個孩子幫助不大。單個孩子無法通過這種測量手段得到幫助，因為這兩個組之間存在較大的重疊部分。在重疊部分，我們不知道他屬于正常組還是閱讀障礙組。盡管這兩組平均值上有明顯的區別，但是我們無法用這個數據，因為這個數據對個體的意義不大。因此，使用針對單個被試的實驗設計，選擇能夠診斷個體而不是群體的實驗與分析，將研究的問題確定為如何幫助一個孩子，這樣就會設計出不同的實驗，比較不同的指標。這種研究不同于比較兩個組的實驗研究。

第二，皮質映射關系的研究進展。行為研究對腦的研究是極其重要的，包括研究孩子的行為表現、閱讀、聽力、語言等。有些研究也許僅用行為測量就能找到令人滿意的方法。人們對腦成像研究的興趣源于對行為研究數據的可靠性的擔心。但是如果只研究動物的細胞、分子、突觸機制，我們就會錯過很多重要的關于人腦學習閱讀和語言的研究成果。神經測量也有助于診斷。在確定腦的某個測量指標方面，我們的技術已經可以測量精細的指標，精度可達1～3毫米。在過去的25年，我們已經發現了許多關于大腦視覺區域的組織結構的知識。

在視覺區域，靠近視野映射圖譜的顳枕葉腹側皮層（VOTC）包含幾個專門的加工區域，每個區域對某類刺激的反應比其他區域更好，這就是功能的特異性。例如，有專門加工面孔的區域，還有專門加工文字的視覺詞形區（VWFA）。視覺詞形區對于人類的閱讀非常重要，該區域會隨著孩子的閱讀學習而得到發展。閱讀運用了視野的中心部分，視野的邊緣是即將閱讀的部分。視覺區域根據視野形成映射關系，包括中心區域、旁邊的區域以及最邊緣的區域。事實上，視覺區域包含了不止一個映射圖，可能有大約20個不同的映射圖，這些映射圖覆蓋了大腦后部的大部分區域。

閱讀從書面文字開始，形成特異化的視覺加工區域。檢查這些特異性的加工區域，可以發現閱讀中出現的問題以及閱讀問題出在哪里。上圖V1中的一個體素，對視野的一小部分做出反應，因而擁有較小的視野。整合某一區域的體素的群感受野，比如說整個V1，便可以描述該區域的視野。腦中更大的區域對應視野中更大的區域。初級視覺皮層的基本工作原理是，視野中的每個位置都能激活皮層上的不同區域。我們可以檢查每個孩子視野與大腦中的對應區域，比如視覺詞形區。也就是說，這個孩子的視野激活了閱讀的回路。我們發現，不同人的視野的大小是不同的。例如13號被試的視野很小，可能存在閱讀困難;而14號被試的視野很大，如果這個被試也存在閱讀困難的話，那么他的問題可能是其他原因造成的。

因此，我們已經有足夠的知識，可以幫助閱讀障礙的孩子，盡管還有很多值得研究的地方。通過回顧視覺回路如何加工單詞，結合測量的每個人的數據，我們可以預測這個人的某個指標出了問題，造成了他學習閱讀困難。

另一個需要重點關注的是人腦中的一個區域與另一個區域的聯結。人與人之間的聯結是不同的。這種差異是否表示不同的閱讀能力仍然有待于進一步的研究。大腦的白質連接不是靜態的，而是非常活躍的。這幾年我們已經能夠測量單個兒童某個纖維連接的屬性。弓形束和下縱束的發展與快速看單詞的能力有關，好的閱讀者和差的閱讀者之間部分各向異性指標（FA）的發展速度和方向不同。有些孩子左側下縱束的部分各向異性值會隨著年齡的增長而升高，而有些孩子則隨著年齡的增長而降低。部分各向異性值下降的孩子是閱讀困難者;部分各向異性值上升的孩子是正常的閱讀者。所以這條纖維的指標與孩子的閱讀水平間存在著相關關系，在一種情況下可能是增加的，在另一種情況下可能是降低的。這說明，有些閱讀者的水平正常，有些閱讀者是低水平。但是，這還不能幫助神經醫生或者教育者進行診斷。

我們希望有人口分布的測量指標，可以用來評估兒童。對于神經影像學測量，無論是視野的大小，還是纖維束的部分各向異性指標（FA），我們都必須收集、存儲和分析。這就需要共享數據，并使用可用于計算和比較的數據庫。大多數磁共振中心提供這樣兩種數據提取的方法：將數據復制到CD、DVD、USB硬盤中，或者將數據復制到服務器并使用遠程登錄，數據和元數據轉移到一個由學生或者博士后控制的系統上。這種數據存儲方式的不足之處在于，再利用和共享非常困難，元數據和預處理信息常常丟失。事實上，數據和計算管理對于閱讀障礙診斷都非常重要，核磁共振成像中心的數據存檔免去了用戶再次收集數據以便發表的問題。數據應該可以通過一個獨立于平臺的網絡瀏覽器獲得，以簡化訪問。基本的工具（例如搜索、可視化和預處理），都可以通過瀏覽器實現，這樣就可以共享和再利用數據，存儲元數據，共享預處理方法。

以閱讀障礙研究為例，尋找適合診斷單個兒童的指標需要許多數據，而且需要迅速找到數據并歸類整理。如果診斷6歲的孩子，需要6歲孩子的數據，如果診斷12歲的孩子，則需要12歲孩子的數據。運用我們開發的軟件可以將每個掃描儀上得到的數據快速地集中到一個統一的數據庫中，然后運用特殊的工具來分析這種大規模的數據，而不是每個實驗室自行分析。

總之，這種實驗設計以及上述測量指標有助于診斷閱讀困難的患者。我們開發的軟件技術有助于這些過程的實現，這樣才能建立一個對教育者有益的神經科學。