第1章 总论

第一节 认知

一、认知的基本概念

本书开篇有一个看似简单、实则艰巨的任务，那就是框定认知（cognition）的定义。尽管有史以来已有无数的科学家和哲学家尝试从不同的角度描述、理解、定义、模拟、提升、修复、重塑，甚至创造认知，但迄今为止，我们对认知本身的认识依然处在一个懵懂的阶段。

对认知的认识困难主要体现在以下几个方面：

首先，认知虽然无处不在，但多数属于看不见摸不着的抽象意识范畴。

其次，它并非一个简单的医学概念，更是一个人文概念。在诸多的定义中，最为贴近真相的定义是，认知是人类所有意识活动的总和。

第三，它并非是恒定不变的。无论是从进化的角度宏观审视人类整体的认知变迁，还是从微观的角度审视某个民族、社群和个体在某个特定时代或特定生命周期内的细小变化，它都不是恒定的，总是不断地在积累、变化、丢失和重塑。

第四，目前临床上所有对认知的观察手段、评估工具都无法全面客观地描述被观察者或被评估者的真实认知水平。

第五，目前我们对大脑本身结构和功能的理解依然不足以阐述认知形成的全过程。

最后，迄今为止人类对认知的机制性研究都很难建立理想的研究模型和纯粹的实验环境。

尽管如此，综合目前已经取得的知识，我们依然可以对认知下一个相对准确的定义：它是包括人类在内的所有动物（甚至包括部分植物）都具备的，具有鲜明神经解剖学基础的，并以神经递质和神经电生理为载体的，通过感知觉、记忆、想象、思维、言语、情感等抽象形式，对外部世界做出的所有感受性、适应性、调节性、反应性和创造性活动的总和。而究其形成的机制，我们认为认知是一个全身感觉器官感知、解读环境刺激并形成感觉、知觉、记忆、思维、想象、言语、情绪等认识活动的过程（图1-1-1）。

随着现代神经医学的快速发展，目前我们已经能够大致清晰地解释各种感觉器官的基本工作原理和信号转换框架性机制，并找到了一些方法粗略测量所感知的信号的强度、持续时间和生物特性，甚至能通过生物工程技术模拟部分感官的能力（如恢复人类听、视力的人工耳蜗和视网膜芯片等）。而不断涌现的神经影像学技术、无创性神经调控技术、脑机接口技术、植入式脑芯片技术和可穿戴设备等也使得临床对认知的精准量化和干预成为可能。

二、人类认知的进化与老化

众所周知，人类是经历了长达近700万年的漫长演化才从非洲猿进化为现代人的。今天的人类在认知领域的演化脚步也并未停止，并呈现出加速的趋势。

回顾地球生命史，人类的出现很可能只是一个短暂且偶然的现象。今天的人类之所以成为近乎无所不能的地球之王，并非因为生理结构发生了重大变化，而主要起源于偶然发生在7万年前的改变人类语言、思维和交流模式并逐步摆脱动物性的认知革命。因此，当今人类的认知既存在有异于动物的社会性、创造性，又保留了大多数哺乳类动物普遍存在的可教育性和排他性。也正是基于此，将脑血管病认知障碍患者按照不同的年龄、性别、兴趣爱好和生活习性分成小组进行任务导向的认知康复训练，比单调、枯燥、重复的一对一式训练效果更好。

总体来说，人类认知的演变整体上是朝着更加抽象、分工更精细、容量更大的方向发展。但就个体而言，认知能力并非都是总在增长的；而且在不同的生命周期，认知能力呈现出一个复杂、多维、起伏的变化过程。通常来说，青少年时期由于精力充沛、反应敏捷，可能在记忆力、定向力、计算力和执行力等方面会优于中老年时期，但在注意力、逻辑思维、语言能力等方面则可能逊于成熟稳重且阅历丰富的中老年人。同时，考虑到不同年龄段的患者人群对认知康复的期望值以及理解和执行力等方面也存在较大的差异，因此，在制订脑血管病认知障碍康复计划时应充分考虑年龄因素，并制订不同的康复策略。

整体来说，认知能力在进入老年期之后也会开启老化的趋势，这种认知上的老化表现为以下四个基本特征。

1.感觉运动（尤其是行为）和中枢处理的速度减慢

一般认为，增龄对认知成分的损害大于对知觉运动成分的损害，因此，认知反应速度上的年龄差异主要来自中枢而非外周。

2.工作记忆能力下降

研究表明，老年人的短时记忆能力仍能维持在与年轻人相仿的水平上，但工作记忆却出现了明显下降。

3.抑制无关刺激影响的能力减弱

有证据表明，老年人因无关刺激干扰而出现阅读困难（理解能力下降和反应时间延长）的程度远高于年轻人。

4.现场依赖性增强

现场依赖性（field dependence）是指个体与环境的相互作用受周围各种关系的影响程度。现场依赖性高的个体往往倾向于团体协作，在从事高度结构化和组织化的工作时往往表现得更好；而在进行环境探索性工作时则表现得困难重重，需要较多的辅助信息和反馈。研究发现，老年人的现场依赖性明显上升。

绝大多数老年期认知障碍患者的早期临床表现与正常的认知老化并没有一道清晰的临床和病理红线，且越早期介入认知障碍康复其临床获益越大。因此，普及公众对老年期认知障碍的认识、提高对认知障碍的早期识别技巧对于脑血管病认知障碍患者的康复至关重要。

三、认知的神经解剖学基础

在长期的进化过程中，人类的大脑分化为左右半球，它们之间存在着细致的分工与协作。

其中，右利手者的左侧大脑半球对语言、数字、逻辑等信息更为敏感，因此偏向于处理语言、逻辑等抽象信息；而右侧大脑半球则对图像、模型等非抽象信息更为敏感，因此偏向于处理图像等具体信息。但两侧大脑半球并非完全独立运转，而是能够瞬间交流，并能相互支援、精细协调。因此，人类每一个认知活动都是它们信息交换互动的综合结果。

当前临床上应用最广的脑功能分区法为图1-1-2所示的布罗德曼脑功能分区系统。该分区法虽诞生在百余年前，但经过不断的更新和细化，至今仍被神经内科、神经外科和康复科广泛采用，并为脑血管病认知康复领域中的无创性神经调控技术（如经颅磁刺激和经颅电刺激）提供定位导航。必须指出的是，该系统主要基于尸检大脑标本的研究结果，许多脑区的划分更是依据大体解剖，且基本来自西方人的大脑数据，缺乏东方人数据。近年来，随着非侵入性的脑功能成像、超微结构成像、神经纤维传导束追踪、波谱成像等技术在临床上的应用增多，活体、实时、精准、无创的人脑功能成像已成为现实。2016年由中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心绘制了一张全新的人类脑图谱——脑网络组图谱（brainnetome atlas）。该图谱比传统的布罗德曼分区图更加精细，对不同脑区进行了更客观、精准的边界定位，由此开启了全脑功能活体、高清、精准定位新时代。目前该套系统已提供免费在线服务，有兴趣的读者可登录下列网站http：//atlas.brainnetome.org，免费下载软件，查看彩色、3D高清脑图谱（图1-1-3）。鉴于该系统主要采用中国人的脑结构与分区数据，因此对于国内开展无创神经调控技术在脑血管病认知障碍康复中的应用意义重大。

（一）维持认知的脑血管基础

脑血管病认知障碍，即各种脑血管病所造成的认知障碍，包括动脉性和静脉性脑血管病，出血性和缺血性脑血管病。与外周脏器的循环系统不同的是，大脑拥有两套同时运转的动脉供血系统——颈内动脉系统和椎基底动脉系统，并通过颅底部的Willis环相互联通（图1-1-4）。同时，大脑还拥有三级侧支循环。其中初级侧支循环是颅内最重要的侧支循环，即Willis环。此环将供应大脑两侧和前后的动脉系统连接为一个整体，并以最快速、便捷的方式实现对缺血区的代偿性供血。次级侧支循环是一些小血管吻合支，如软脑膜吻合支、眼动脉吻合支以及其他颅内外动脉分支的吻合等，通常处于关闭或血流静止状态，一般在缺血发生后一段时间内（数分钟至数小时不等）才可开通并提供代偿性供血。而三级侧支循环则为一些需要更长时间（通常为数天）才能建立的新生血管。因此，一旦出现某条脑动脉供血不足或完全中断，侧支循环的开通顺序依次是初级→次级→三级。

正是由于上述特点，才使得人类大脑的各项生理功能和认知功能得以在一个相对恒定的环境中高速运行，较少因为某一条动脉的严重狭窄或突然闭塞而出现供血区脑组织的血氧和能量供应的完全中断。通常情况下，某个脑区的脑血流量主要与该区域脑组织代谢的需求、激活程度和所处区域有关。而脑缺血后侧支循环的开启则主要依赖于缺血的部位、速度、程度、所造成的代谢改变以及神经-血管偶联机制等因素。临床经常能看到一些“奇怪”的现象，脑动脉影像学证实颅内某条大动脉（如颈内动脉或大脑中动脉）完全性闭塞，但患者几乎没有临床症状，且神经影像学也未发现相应供血区脑组织坏死；而一些处在急性脑梗死超早期并接受了静脉和/或动脉溶栓的患者，即便实现了血管再通，其临床症状和缺血区的脑组织坏死也并未得到逆转，其原因主要与侧支循环未能及时、有效开通有关。

除外同时拥有两套动脉供血系统，单次左心室收缩的泵血量约有20%进入大脑，按单位脑重量来计算，单位时间内进入大脑的血流量远高于其他任何外周脏器。同时为了避免外周血压波动对脑血流量产生过大的波动，人类的脑血管还进化出了一个自我调节机制，将脑循环的灌注压维持在80～180mmHg的范围内，从而在确保大脑能够源源不断地得到新鲜的氧气和能量供应的同时，又为大脑提供了一个更稳定的生理环境。但是，上述巧夺天工的精妙设计也存在着诸多的缺点：①任何可导致心泵血功能下降（如心律失常、心肌缺血、左心室收缩功能下降等）和主动脉狭窄的病变；②任何可能影响脑血管自我调节机制的因素（如老化、剧烈的血压波动、脑动脉硬化、血二氧化碳分压增高等）；③任何可导致颅内压升高的病变（如颅内占位病变、各种脑炎、脑积水等）等均可打破脑灌注量和灌注压的相对恒定，可能导致脑供血不足，进而诱发脑血管病以及脑血管病认知障碍。

大脑的静脉系统同样独特且复杂（图1-1-5）。由于直立行走的人类大脑位于身体的最顶端，较低的脑静脉压确保了脑组织代谢废物快速进入静脉系统。但是，较低的脑静脉压也为致病菌进入大脑以及脑静脉血栓形成提供了便利，尤其是当身体处于休克、严重脱水、高凝状态、服用避孕药和乳突炎等情况下。由于静脉回流不畅必然导致动脉供血受阻，因此，小部分脑血管病认知障碍的根本病因是静脉性的。

（二）认知的分类

Benjamin Bloom于1956年首次提出了一套以认知目标为导向的认知分类体系。该体系根据知识的回忆、理解能力和智慧技能的形成等方面目标的高低，将认知分为六个等级：知识、领会、运用、分析、综合和评价。显然，这套分类系统更符合对认知的真实评价，但由于过于抽象、笼统，且难以量化，操作性不强。

鉴于认知障碍对患者最突出的困扰是日常生活活动能力下降，目前临床常将认知分为以下八个域：定向力、注意力、计算力、视空间结构、理解判断、记忆力、语言能力和执行力（图1-1-6）。这种分类法虽然简单，但可操作性强且适合动态观察，也便于实施有针对性的认知康复训练。但其优点也正是其缺点，尽管图中每个认知域所占面积或比例相等，但事实上它们对整体认知功能的贡献度并不相等，且会随着个体的性别、年龄、教育和职业背景的差异而放大。必须指出的是，不同认知域之间并非独立存在的，即便是最基本的注意力都需要定向力和记忆力等域的参与，而执行力更需要同时调动注意力、理解判断、记忆力、定向力等诸多板块。以临床最常用的简易精神状态量表（mini-mental state examination，MMSE）和蒙特利尔认知评估量表（Montreal cognition assessment，MoCA）为例，都存在问题过于简单的缺点，忽略了布卢姆分类法中的高级认知元素（如抽象思维、概念、逻辑分析等），难以察觉早期和轻度的认知障碍。对于相当一部分拥有高学历和高智商的人群来说，过于简单的认知评估手段很容易出现假阴性结果。韦氏成人智力测试系统可能更适合认知的精准评估，但由于用时过长，且对后期的药物治疗和认知康复训练的指导作用不大，故较少用于脑血管病认知障碍的筛查。

（三）认知的生理学基础

认知产生的物质基础是大脑的神经网络，这个网络是由10¹⁰～10¹²个神经元及其数量更为庞大的神经突触编织而成的（图1-1-7）。依据信号的传递方式，神经突触分为神经递质突触和电突触两大类。前者占大多数，因主要依赖神经递质在突触前、后膜之间的传递，具有单向、专一、节能、环保、高效的特点，适合复杂而微妙的认知信号的加工和处理。后者较为少见，主要通过带电离子和小分子物质直接传递信号，具有快速、双向和低电阻的特性，仅见于视网膜和某些神经核团内同类神经元内部的同步化活动。因此，认知的储存和表达方式主要取决于神经元和突触的数量。从某种意义上说，突触越丰富，构成的神经回路越多，认知水平越高。目前已知的神经递质种类多达几十种，但与认知功能有关的主要为胆碱类、胺类、氨基酸类。

人类作为一种可学习、可教育的灵长类动物，大部分的认知并不是生来就有的。那些生来就有的认知行为不仅数量少，而且都是较为低级的本能行为，如防御反射、食物反射、性反射等。由于这些反射不需要经过大脑处理，我们称之为非条件反射。人类的绝大多数认知行为是通过后天学习和训练而习得的，由于必须经过大脑，我们称之为条件反射。理论上说，条件反射的数量可以是无限的，但它们会因环境所需而建立，也可因环境的改变而消退（图1-1-8）。因此，在进行认知康复训练时，治疗师们常常需要根据这一特征对认知障碍患者反复进行相同的刺激并辅以奖惩和诱导手段，使得那些因脑血管病而遭到破坏或削弱的认知性条件反射得以重建。为了避免认知训练过程的枯燥和乏味，同类的认知信号会采用不同的刺激方式。例如，暨南大学陈卓铭教授研发的计算机辅助认知障碍康复训练系统就充分利用了词汇、图像、语音等多种认知信号，依据认知障碍的严重程度分级设置训练难度并辅以鼓励性语言，得到了国内认知康复领域的广泛认可。

（徐武华）