Когнитивная нейропсихология: связь мозга и познавательных процессов.

Введение

Когнитивная нейропсихология – это раздел когнитивной психологии, целью которого является понимание того, как структура и функции мозга соотносятся с конкретными психологическими процессами. Когнитивная психология – это наука, изучающая, каким образом психические процессы обеспечивают когнитивные способности к запоминанию и воспроизведению новой информации, порождению речи, распознаванию людей и объектов, а также способность к рассуждению и решению проблем. Когнитивная нейропсихология делает особый акцент на изучении когнитивных последствий повреждений мозга или неврологических заболеваний с целью построения моделей нормального когнитивного функционирования. Доказательства основываются на клинических случаях отдельных пациентов с повреждениями мозга, демонстрирующих дефициты в определенных областях, и на пациентах, проявляющих двойную диссоциацию. Двойная диссоциация предполагает наличие двух пациентов и двух задач. Один пациент испытывает трудности с одной задачей, но успешно справляется с другой, в то время как другой пациент успешно справляется с первой задачей и испытывает трудности со второй. Например, пациент А может плохо читать напечатанные слова, но при этом нормально понимать устную речь, в то время как пациент Б может нормально понимать письменную речь, но испытывать трудности с пониманием устной речи. Ученые могут интерпретировать эту информацию, чтобы объяснить, что существует единый когнитивный модуль для понимания слов. На основании подобных исследований исследователи делают вывод о высокой специализации различных областей мозга. Когнитивную нейропсихологию отличают от когнитивной нейронауки, которая также интересуется пациентами с повреждениями мозга, но в большей степени сосредоточена на выявлении нейронных механизмов, лежащих в основе когнитивных процессов.

История

Когнитивная нейропсихология берет свое начало в подходе, основанном на схематичном изображении нарушений речи, который возник во второй половине XIX века. Открытие того, что афазия проявляется в различных формах в зависимости от локализации повреждения мозга, предоставило мощную основу для понимания функций мозга. В 1861 году Поль Брока опубликовал результаты посмертного исследования пациента с афазией, который мог произносить лишь одно бессмысленное слово: «Тан». Брока показал, что повреждена область в левой лобной доле. Поскольку пациент Тан не мог говорить, но при этом понимал речь, Брока предположил, что эта область может быть специализирована на продуцировании речи, а языковые навыки могут быть локализованы в этой коре головного мозга. Вскоре после этого Брока провел аналогичное исследование другого пациента, Лелонга. Лелонг, как и Тан, понимал речь, но мог повторить лишь пять слов. После осмотра мозга Брока обнаружил, что у Лелонга было поражение примерно в той же области, что и у Тан. Он также заметил, что у более чем 25 пациентов с афазией, которых он обследовал, были поражения левой лобной доли, но не было повреждений правого полушария мозга. На основании этого он пришел к выводу, что функция речи, вероятно, локализована в нижней лобной извилине левого полушария мозга – области, ныне известной как область Брока. Карл Вернике впоследствии сообщил о пациентах с повреждениями в задней части височной доли, которые могли говорить, но не понимали обращенную к ним речь, что предоставило доказательства существования двух потенциально взаимосвязанных языковых центров. Эти клинические описания были интегрированы в теорию организации языка Лихтхаймом. Впоследствии эти модели использовались и развивались для обоснования представлений Дежерина о чтении, теории действий Липмана, описания Лиссауэром 1890 года о распознавании объектов, а также представлений Левандовского и Штадельмана 1908 года о вычислениях. Однако в начале XX века возникла реакция на чрезмерно детализированные описания, предлагаемые неврологами, составлявшими схемы. Пьер Мари оспорил выводы Брока, ссылаясь на предыдущие данные, в 1906 году, а Генри Хед подверг критике всю область локализации функций мозга в 1926 году. Современная наука когнитивной нейропсихологии сформировалась в 1960-х годах, чему способствовали идеи невролога Нормана Гешвинда, который продемонстрировал, что идеи Брока и Вернике по-прежнему имеют клиническое значение. Другим стимулом для развития этой дисциплины стала когнитивная революция и растущая наука когнитивной психологии, которая возникла как реакция на бихевиоризм в середине XX века. Психологи в середине 1950-х годов признали, что структуру систем обработки психической информации можно исследовать научно обоснованными методами. Они разработали и применили новые модели когнитивной обработки для объяснения экспериментальных данных, полученных не только в исследованиях речи и языка, но и в исследованиях избирательного внимания. Когнитивные психологи и клинические нейропсихологи стали чаще сотрудничать в исследованиях, чтобы лучше понять эти расстройства. Возрождение нейропсихологии ознаменовалось публикацией двух основополагающих совместных работ Маршалла и Ньюкомба (1966) о чтении и Уоррингтона и Шаллиса (1969) о памяти. Несмотря на отсутствие подробных анатомических данных, исследования чтения, языка и памяти имели ряд важных последствий. Во-первых, определенные когнитивные процессы (например, язык) могут быть повреждены независимо друг от друга, и, следовательно, могут обрабатываться различными и независимыми когнитивными (и нейронными) процессами. (Более подробную информацию о когнитивном нейропсихологическом подходе к языку можно найти в работах, в частности, Элеоноры Саффран.) Во-вторых, эти процессы могут быть локализованы в определенных областях мозга. Хотя оба эти утверждения до сих пор в некоторой степени вызывают споры, их влияние привело к тому, что повреждения мозга стали рассматриваться как потенциально плодотворный способ понимания взаимосвязи между психологией и нейронаукой.

Cognitive neuropsychology has its roots in the diagram making approach to language disorder that started in the second half of the 19th century. The discovery that aphasia takes different forms depending on the location of brain damage provided a powerful framework for understanding brain function. In 1861, Paul Broca reported a post mortem study of an aphasic patient who was speechless apart from a single nonsense word: "Tan". Broca showed that an area of the left frontal lobe was damaged. As Tan was unable to produce speech but could still understand it, Broca argued that this area might be specialised for speech production and that language skills might be localized to this cortical area. Broca did a similar study on another patient, Lelong, a few weeks later. Lelong, like Tan, could understand speech but could only repeat the same five words. After examining his brain, Broca noticed that Lelong had a lesion in approximately the same area as his patient Tan. He also noticed that in the more than 25 patients he examined with aphasia, they all had lesions to the left frontal lobe but there was no damage to the right hemisphere of the brain. From this he concluded that the function of speech was probably localized in the inferior frontal gyrus of the left hemisphere of the brain, an area now known as Broca's area. Karl Wernicke subsequently reported patients with damage further back in the temporal lobe who could speak but were unable to understand what was said to them, providing evidence for two potentially interconnected language centres. These clinical descriptions were integrated into a theory of language organisation by Lichtheim. Subsequently, these models were used and developed to inform Dejerine's account of reading, Liepmann's theory of action and Lissauer's 1890 account of object recognition and Lewandowsky and Stadelmann's 1908 account of calculation. However, the early 20th century saw a reaction to the overly precise accounts of the diagram making neurologists. Pierre Marie challenged conclusions against previous evidence of Broca's areas in 1906 and Henry Head attacked the whole field of cerebral localisation 1926. The modern science of cognitive neuropsychology emerged during the 1960s stimulated by the insights of the neurologist Norman Geschwind who demonstrated that the insights of Broca and Wernicke were still clinically relevant. The other stimulus to the discipline was the cognitive revolution and the growing science of cognitive psychology which had emerged as a reaction to behaviorism in the mid 20th century. Psychologists in the mid 1950s acknowledged that the structure of mental information processing systems could be investigated in scientifically acceptable ways. They developed and applied new cognitive processing models to explain experimental data from not only studies of speech and language but also those of selective attention. Cognitive psychologists and clinical neuropsychologists developed more research collaborations to gain a better understanding of these disorders. The rebirth of neuropsychology was marked by the publishing of two seminal collaborative papers from Marshall & Newcombe (1966) on reading and Warrington & Shallice (1969) on memory. Despite the lack of detailed anatomical data, studies of reading, language and memory had a number of important implications. The first is that certain cognitive processes (such as language) could be damaged separately from others, and so might be handled by distinct and independent cognitive (and neural) processes. (For more on the cognitive neuropsychological approach to language, see Eleanor Saffran, among others.) The second is that such processes might be localized to specific areas of the brain. Whilst both of these claims are still controversial to some degree, the influence led to a focus on brain injury as a potentially fruitful way of understanding the relationship between psychology and neuroscience.

Методы

Ключевым подходом в когнитивной нейропсихологии стало использование клинических случаев и диссоциаций для проверки теорий когнитивных функций. Например, если теория утверждает, что чтение и письмо – это просто различные навыки, вытекающие из единого когнитивного процесса, то не должно быть возможно найти человека, который после повреждения мозга может писать, но не читать, или читать, но не писать. Такой селективный распад навыков указывает на то, что различные части мозга специализируются на разных процессах, и, следовательно, когнитивные системы обособлены. Философ Джерри Фодор оказал значительное влияние на когнитивную нейропсихологию, особенно идеей о том, что разум, или по крайней мере его отдельные части, может быть организован в независимые модули. Данные о том, что когнитивные навыки могут нарушаться независимо друг от друга, в определенной степени подтверждают эту теорию, хотя очевидно, что некоторые аспекты психики (например, убеждения) вряд ли будут модульными. Фодор, приверженец строгого функционализма, отвергает представление о том, что неврологические свойства мозга имеют какое-либо отношение к его когнитивным свойствам, и ставит под сомнение саму дисциплину когнитивной нейропсихологии. С развитием методов нейровизуализации стало возможным сопоставлять паттерны нарушений со знанием о том, какие именно части нервной системы повреждены, что позволяет исследовать ранее неизвестные функциональные связи (метод поражений). Современная когнитивная нейропсихология использует многие из тех же методов и технологий, что и более широкая наука нейропсихология, а также области, такие как когнитивная нейронаука. К ним относятся нейровизуализация, электрофизиология и нейропсихологические тесты для измерения либо функции мозга, либо психологической работоспособности. Полезные технологии в когнитивной нейропсихологии включают позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ). Эти методы позволяют идентифицировать области мозга, ответственные за выполнение определенных когнитивных задач, путем измерения мозгового кровотока. ПЭТ-сканирование фиксирует низкоуровневое излучение в мозге и создает трехмерные изображения, в то время как фМРТ основана на магнитном сигнале и используется для «картирования мозга». Электроэнцефалография (ЭЭГ) регистрирует электрическую активность мозга и может выявлять изменения, происходящие в течение миллисекунд. ЭЭГ часто используется у пациентов с эпилепсией для обнаружения судорожной активности. Принципы когнитивной нейропсихологии в последнее время стали применяться к психическим расстройствам с целью понимания, например, что изучение бреда может рассказать нам о функции нормального убеждения. Эта относительно молодая область известна как когнитивная нейропсихиатрия.

A key approach within cognitive neuropsychology has been to use single case studies and dissociation as a means of testing theories of cognitive function. For example, if a theory states that reading and writing are simply different skills stemming from a single cognitive process, it should not be possible to find a person who, after brain injury, can write but not read or read but not write. This selective breakdown in skills suggests that different parts of the brain are specialized for the different processes and so the cognitive systems are separable. The philosopher Jerry Fodor has been particularly influential in cognitive neuropsychology, particularly with the idea that the mind, or at least certain parts of it, may be organised into independent modules. Evidence that cognitive skills may be damaged independently seem to support this theory to some degree, although it is clear that some aspects of mind (such as belief for example) are unlikely to be modular. Fodor, a strict functionalist, rejects the idea that the neurological properties of the brain have any bearing on its cognitive properties and doubts the whole discipline of cognitive neuropsychology. With improved neuroimaging techniques, it has been possible to correlate patterns of impairment with a knowledge of exactly which parts of the nervous system are damaged, allowing previously undiscovered functional relationships to be explored (the lesion method). Contemporary cognitive neuropsychology uses many of the same techniques and technologies from the wider science of neuropsychology and fields such as cognitive neuroscience. These may include neuroimaging, electrophysiology and neuropsychological tests to measure either brain function or psychological performance. Useful technology in cognitive neuropsychology includes positron emission tomography (PET) and functional magnetic resonance imaging (fMRI). These techniques make it possible to identify the areas of the brain responsible for performing certain cognitive tasks by measuring blood flow in the brain. PET scans sense the low level radiation in the brain and produce 3 D images, whereas an fMRI works on a magnetic signal and is used to “map the brain”. Electroencephalography (EEG) records the brain’s electrical activity and can identify changes that occur over milliseconds. EEG is often used in patients with epilepsy to detect seizure activity. The principles of cognitive neuropsychology have recently been applied to mental illness, with a view to understanding, for example, what the study of delusions may tell us about the function of normal belief. This relatively young field is known as cognitive neuropsychiatry.