Split-brain

ประวัติ

งานศึกษาวิจัยในเรื่องภาวะสมองแยกเริ่มขึ้นในปลายคริสต์ทศวรรษ 1950 ผู้บุกเบิกทางในงานนี้ก็คือ Michael Gazzaniga และโรเจอร์ สเปอร์รี ผู้ทำงานร่วมกันที่แคลเทคเพื่อตรวจสอบหน้าที่ต่าง ๆ ของสมองที่ทำงานเป็นอิสระจากซีกสมองอีกข้างหนึ่งในคนไข้ภาวะสมองแยก ผลงานวิจัยแสดงรูปแบบทั่ว ๆ ไปในคนไข้ ว่าการตัด corpus callosum ออกโดยสิ้นเชิงมีผลเป็นการตัดการส่งข้อมูลระหว่างซีกสมองเกี่ยวกับการรับรู้ การรับความรู้สึก (จากประสาทสัมผัสต่าง ๆ) การสั่งการ (ที่ควบคุมกล้ามเนื้อ) และข้อมูลอื่น ๆ โดยแสดงออกเป็นอาการที่น่าแปลกใจ จึงทำให้ผู้วิจัย สามารถเข้าใจถึงทั้งความแตกต่างในการทำงานของซีกสมองทั้งสองข้าง และทั้งกลไกที่ซีกสมองทั้งสองสื่อสารถึงกันและกันได้
ดร. สเปอร์รีได้ทำการทดลองอย่างหนึ่งที่น่าสนใจ คือ ให้คนไข้เพ่งดูจุด ๆ หนึ่งที่ตรงกลางของจอภาพ แล้วฉายภาพตัวกระตุ้นอย่างหนึ่งทางด้านเดียวของจอ โดยการทำอย่างนี้ เขาสามารถแสดงภาพตัวกระตุ้นให้กับสมองเพียงซีกเดียวเท่านั้น และทดสอบหน้าที่ของ corpus callosum ในการส่งข้อมูลไปยังอีกซีกสมองหนึ่ง เพื่อดูว่า ซีกสมองอีกซีกหนึ่งจะสามารถตอบสนองต่อตัวกระตุ้นที่กำลังฉายอยู่โดยไม่มี corpus callosum ได้หรือไม่

การทำหน้าที่เฉพาะของซีกสมอง

ซีกสมองมีการเชื่อมต่อกันโดย corpus callosum ทำให้สื่อสารและทำงานร่วมกันได้ การสื่อสารนั้นสำคัญเพราะว่าสมองแต่ละซีกทำหน้าที่บางอย่างโดยเฉพาะที่อีกข้างหนึ่งไม่ทำ เช่นสมองซีกขวามีหน้าที่เฉพาะเกี่ยวกับการทำการงานที่ไม่ต้องอาศัยคำพูดที่ต้องมีการเคลื่อนไหวภายในปริภูมิ ในขณะที่สมองซีกซ้ายเป็นหลักในการกระทำที่ใช้ภาษาเช่นการพูดหรือการเขียน ถึงแม้ว่า ความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานเฉพาะอย่างแบบนี้ในสมองยังไม่สมบูรณ์ แต่ก็มีทฤษฎีที่เกิดขึ้นแล้วว่า ความแตกต่างระหว่างซีกสมองทั้งสองข้างก็คือ ซีกซ้ายทำหน้าที่เกี่ยวกับการวิเคราะห์ (analytical) ที่เป็นไปตามเหตุผล (logical) ในขณะที่ซีกขวาทำหน้าที่โดยอาศัยความเข้าใจแบบองค์รวม (holistic) หรือแบบรู้เอง (intuitive)
สมองซีกขวาควบคุม (และรับข้อมูลความรู้สึกจาก) กายด้านซ้าย ในขณะที่สมองซีกซ้ายควบคุม (และรับข้อมูลความรู้สึกจาก) กายด้านขวา แต่การงานที่ง่าย ๆ หลายอย่าง โดยเฉพาะที่เกี่ยวกับการทำความเข้าใจของข้อมูลที่ได้รับ ต้ออาศัยการทำหน้าที่เฉพาะของซีกสมองทั้งสอง และดังนั้น ต้องอาศัยการสื่อสารกันผ่านเส้นประสาทที่เชื่อมต่อซีกสมองทั้งสอง

บทบาทของ corpus callosum

corpus callosum เป็นโครงสร้างของสมองที่ร่อง longitudinal fissure (ที่แบ่งสมองออกเป็นสองซีก) ซึ่งมีหน้าที่ในการส่งข้อมูลการสื่อสารระหว่างสมองซีกซ้ายและซีกขวา แต่ว่า ก็ยังมีหลักฐานด้วยว่า มีการส่งสัญญาณแบบยับยั้ง (inhibitory) ในระหว่างซีกสมองทั้งสอง
งานวิจัยในมนุษย์และลิงที่ตายแล้ว แสดงว่า corpus callosum มีการจัดวางเป็นระเบียบตามหน้าที่ ดังนั้นจึงมีเขตต่าง ๆ ที่เป็นเขตเฉพาะประสาทสัมผัส นั่นก็คือ corpus callosum มีเขตต่าง ๆ โดยเฉพาะสำหรับข้อมูลต่าง ๆ โดยเฉพาะ งานวิจัยแสดงว่า anterior midbody สื่อข้อมูลสั่งการ (motor) ส่วน posterior midbody ส่งข้อมูลความรู้สึกทางกาย (somatosensory) ส่วน isthmus ส่งข้อมูลเสียง และ splenium ส่งข้อมูลเกี่ยวกับการเห็น
แม้ว่า การสื่อสารข้ามซีกสมองโดยมากจะไปตามใยประสาทใน corpus callosum แต่ว่า ก็มีการส่งข้อมูลแม้ในระดับเล็กน้อยผ่านวิถีประสาทใต้เปลือกสมอง
งานศึกษาของผลที่เกิดขึ้นในวิถีประสาทการเห็นในคนไข้ภาวะสมองแยกแสดงว่า เกิดการทำงานแบบขนานกัน (คือสามารถตรวจจับวัตถุหลายวัตถุได้เร็วกว่า) ในการทดสอบความเร็วของปฏิกิริยาที่ไม่ซับซ้อน คือคนไข้ภาวะนี้มีปฏิกิริยาที่เร็วกว่าที่คาดไว้เมื่อฉายตัวกระตุ้นหลายตัวให้เห็นในลานสายตาทั้งสองด้าน
ทฤษฎีเสนอโดย Iacoboni และคณะ เสนอว่า คนไข้มีการทำงานของซีกสมองที่ไม่มีการประสานกัน จึงทำให้เกิดแรงสัญญาณที่มีกำลังกว่า และดังนั้นจึงลดเวลาการตอบสนอง นอกจากนั้นแล้ว Iacoboni ยังเสนอว่ามีระบบการใส่ใจ (attentional system) สองระบบในคนไข้ภาวะนี้
ซึ่งบอกเป็นนัยว่า ซีกสมองแต่ละด้านมีระบบการใส่ใจเป็นของตนเอง ส่วนอีกทฤษฎีหนึ่งของรอยเตอร์-ลอเร็นซ์และคณะ เสนอว่า ความเร็วที่เกิดขึ้นเกินกว่าที่คาดหวังเป็นเพราะการตอบสนองต่อตัวกระตุ้นในลานสายตาข้างเดียวช้าลง ไม่ใช่ว่าการตอบสนองต่อตัวกระตุ้นในลานสายตาทั้งสองข้างเร็วขึ้น โดยสังเกตว่า เวลาการตอบสนองแบบไม่ซับซ้อนของคนไข้ภาวะนี้ที่เร็วกว่าที่คาดหวังไว้ ก็ยังช้ากว่าคนปกติ

สภาพพลาสติกโดยกิจ

ความบกพร่องในหน้าที่สมองเป็นเรื่องสามัญ หลังจากเกิดโรคหลอดเลือดในสมอง หรือเกิดความบาดเจ็บอื่น ๆ ความบกพร่องจะสัมพันธ์กับส่วนของสมองที่เสียหาย เช่นถ้าหลอดเลือดแตกที่คอร์เทกซ์สั่งการ (motor cortex ซึ่งควบคุมกล้ามเนื้อ) ความบกพร่องอาจจะเป็นความอัมพาต ท่าทางที่ผิดปกติ หรือการเคลื่อนไหวที่ไม่เป็นปกติ การฟื้นฟูในระดับสำคัญมักเกิดขึ้นในช่วงหลายอาทิตย์แรกหลังจากเหตุการณ์ แต่ว่า เชื่อกันว่า การฟื้นฟูจะมีจำกัดอยู่ภายใน 6 เดือน
ถ้าสมองเขตหนึ่งเกิดความเสียหายหรือถูกทำลายไปหมดสิ้น สมองเขตข้าง ๆ บางครั้งจะทำหน้าที่แทนสมองเขตที่เสียหาย ในคนไข้ที่ผ่านการผ่าตัดแบบ corpus callosotomy จะเป็นแบบบางส่วนหรือทั้งหมดก็ดี ไม่ปรากฏสภาพพลาสติกโดยกิจอย่างที่กล่าวนี้ แต่ว่า จะพบสภาพพลาสติกอย่างนี้ได้ในเด็กทารกที่ผ่านการผ่าตัดแบบ hemispherectomy (เอาสมองข้างหนึ่งออก) ซึ่งบอกเป็นนัยว่า สมองซีกตรงข้ามสามารถทำหน้าที่บางประเภทที่ปกติเป็นหน้าที่ของสมองอีกซีกหนึ่ง

Corpus callosotomy

Corpus callosotomy เป็นศัลย์กรรมที่ตัด corpus callosum ออก มีผลเป็นการตัดขาดการเชื่อมต่อระหว่างซีกสมองทั้งสองข้าง จะเป็นโดยบางส่วนหรือโดยสิ้นเชิงก็ดี แพทย์มักจะใช้วิธีนี้เป็นวิธีสุดท้ายในการบำบัดโรคลมชักที่รักษาโดยวิธีอื่นไม่ได้ วิธีศัลยกรรมในปัจจุบันมักจะตัดส่วน 1/3 ด้านหน้าออก แต่ถ้าการชักก็ยังเป็นไปเหมือนเดิม ก็จะตัดส่วน 1/3 ต่อ ๆ ไป ซึ่งในที่สุดอาจจะเป็นการตัดออกทั้งหมด มีผลเป็นการระงับการส่งข้อมูลผ่านโครงสร้างนี้โดยสิ้นเชิง
การตัดออกเป็นบางส่วนมีผลเสียน้อยกว่าเพราะว่าบางส่วนของ corpus callosum ยังทำงานได้อยู่ และสภาพพลาสติกโดยกิจของสมองในคนไข้ผู้ใหญ่มีภาวะนี้ก็มีน้อย ไม่ว่าจะเป็นแบบตัดเป็นบางส่วนหรือตัดทั้งหมด แต่ว่า สภาพพลาสติกในระดับที่สูงกว่ามีอยู่ในคนไข้ทารก

ความทรงจำ

ในการทดสอบต่าง ๆ กับคนไข้ภาวะนี้ ความทรงจำที่ปรากฏอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าปกติ แม้ว่าจะดีกว่าคนไข้ภาวะเสียความจำ (amnesia) ซึ่งบอกเป็นนัยว่า เส้นประสาทที่เชื่อมโยงสมองส่วนหน้ามีความสำคัญในการสร้างความจำบางประเภท และว่า การตัด corpus callosum ส่วนด้านหลังที่รวมเส้นประสาทที่เชื่อมฮิปโปแคมปัสออก มีผลให้เกิดความบกพร่องทางความจำแม้จะอยู่ในระดับเล็กน้อย เมื่อให้คนไข้ทำการงานเกี่ยวกับการรู้จำ (recognition)

ระบบการควบคุม

โดยทั่วไปแล้ว คนไข้ภาวะนี้มีพฤติกรรมที่ประสานคล้องจองกัน มีเป้าหมาย และสม่ำเสมอ แม้ว่าบางครั้งจะมีการแปลผลในซีกสมองทั้งสองข้าง ที่เป็นอิสระต่อกันและกัน เป็นไปพร้อม ๆ กัน แตกต่างกัน และบางครั้งขัดแย้งกัน ที่เป็นการตอบสนองต่อข้อมูลสิ่งแวดล้อม แต่ถ้าซีกสมองแต่ละข้างรับข้อมูลตัวกระตุ้นที่ไม่เหมือนกันพร้อม ๆ กัน วิธีการตอบสนองของคนไข้มักจะเป็นตัวตัดสินว่าซีกสมองซีกไหนเป็นซีกที่ควบคุมพฤติกรรม
คนไข้ภาวะนี้บ่อยครั้งไม่สามารถแยกออกจากคนปกติอื่นได้ เพราะคนไข้ใช้พฤติกรรมทดแทนเพื่อกลบเกลื่อนความบกพร่อง คือคนไข้จะค่อย ๆ เรียนรู้วิธีการต่าง ๆ เพื่อจะแก้ปัญหาที่เกิดจากความบกพร่องในการสื่อสารระหว่างซีกสมอง

ความใส่ใจ

ผลการทดลองระบบการใส่ใจในปริภูมิ (covert orienting of spatial attention) โดยใช้ทฤษฎีของโพสเนอร์ (Posner paradigm) ยืนยันว่ามีระบบการใส่ใจสองระบบในซีกสมองสองข้าง ได้พบว่า ซีกสมองด้านขวามีสมรรถภาพเหนือกว่าซีกซ้ายในการทดสอบเกี่ยวกับความสัมพันธ์ในปริภูมิ
แม้การแปลผลภาพในใจ (จินตภาพ) ก็มีความแตกต่างกัน คือสมองซีกขวามีสมรรถภาพดีกว่าในการหมุนภาพ และสมองซีกซ้ายมีสมรรถภาพดีกว่าในการสร้างภาพ

คนไข้ JW - สมองซีกซ้ายมีหน้าที่เฉพาะในการคำนวณ

คนไข้ที่รู้จักกันว่า JW เป็นชายถนัดขวามีอายุ 47 ปีเมื่อได้รับการทดสอบ มีการศึกษาระดับมัธยมปลายและไม่มีความพิการในการเรียนรู้ เขาเริ่มเกิดอาการชักเมื่ออายุ 16 ปี และเมื่อถึงวัย 25 ปี ก็ได้รับการผ่าตัดเป็นสองขั้นตอนเพื่อตัด corpus callosum ออกเพื่อจะบรรเทาอาการโรคลมชักที่แก้ไขโดยวิธีอื่นไม่ได้ ความที่ corpus callosum ถูกตัดออกโดยสิ้นเชิงได้รับการยืนยันโดยภาพ MRI ภาพ MRI นั้นแสดงอีกด้วยว่า ไม่มีความเสียหายในสมองอย่างอื่น ๆ
การทดสอบ JW อย่างหนึ่งก็คือ การทดสอบสมรรถภาพทางคณิตศาสตร์ของซีกสมองแต่ละด้านในการบวกลบคูณหาร ในการทดสอบแต่ละครั้ง มีการฉายปัญหาคณิตตรงกลางของจอ ตามด้วยเส้นกากบาทตรงกลางจอ หลังจากเวลาที่ให้เพื่อคำนวณเลข ตัวเลขที่อาจเป็นคำตอบก็จะปรากฏแสดงกับซีกสมองซีกเดียว โดยให้ JW เพ่งอยู่ที่ตรงกลางจอ คือ คำตอบนั้นจากปรากฏเป็นช่วงเวลา 150 มิลลิวินาทีต่อลานสายตาด้านซ้าย/สมองซีกขวา หรือต่อลานสายตาด้านขวา/สมองซีกซ้าย และคำตอบนั้นจะอยู่นอกเขตลานสายตาที่มีการเห็นซ้ำซ้อนกัน (ที่ทำให้ binocular vision เกิดขึ้นได้) เพื่อจะให้แน่ใจว่า สมองซีกตรงข้ามกับลานสายตาเท่านั้นที่จะได้รับข้อมูลการเห็น
JW ได้รับคำสั่งให้กดปุ่มหนึ่งถ้าเลขที่ปรากฏเป็นคำตอบที่ถูกต้อง และให้กดอีกปุ่มหนึ่งถ้าเลขที่ปรากฏเป็นคำตอบผิด ผลของการทดสอบมีนัยสำคัญว่า สมองซีกซ้ายมีสมรรถภาพดีกว่าสมองซีกขวา คือสมองซีกซ้ายเลือกคำตอบที่ถูกต้องในการคำนวณทั้ง 4 อย่างในอัตราร้อยละ 90 ในขณะที่สมองซีกขวาเลือกคำตอบที่ถูกต้องในระดับสุ่ม (คือเท่ากับเดาตอบ) ผลนี้บอกเป็นนัยว่า การคำนวณเป็นงานเฉพาะของสมองซีกซ้าย

คนไข้ VP

คนไข้ที่เรียกว่า VP เป็นหญิงที่ผ่านการผ่าตัดแบบ callosotomy เป็นสองขั้นตอนเมื่ออายุ 27 ปี แม้ว่าจะมีรายงานว่า มีการตัด corpus callosum ออกโดยสิ้นเชิง แต่ภาพ MRI ที่ทำภายหลังกลับแสดงว่า ยังมีใยประสาทเชื่อมต่อเหลือที่ส่วน rostrum และ splenium ส่วน rostrum ที่เหลือเป็นอัตราประมาณร้อยละ 1.8 ของหน้ากว้างของ corpus callosum และส่วน splenium ที่เหลือเป็นอัตราประมาณร้อยละ 1 ของหน้ากว้าง ผลการทดสอบเกี่ยวกับสติปัญญาและความจำของ VP อยู่ในระดับปกติ
การทดสอบ VP อย่างหนึ่งมีเป้าหมายเพื่อจะตรวจสอบอย่างเป็นระบบ ซึ่งประเภทของข้อมูลทางตาที่สามารถส่งผ่านใยประสาทที่ splenium ของ VP งานทดลองแรกออกแบบเพื่อเช็คความสามารถของ VP ในการตัดสินด้วยความรู้สึกเกี่ยวกับตัวกระตุ้นสองตัวที่ปรากฏพร้อม ๆ กันทางลานสายตาด้านซ้ายและด้านขวา คือมีการฉายตัวกระตุ้นที่ตำแหน่งต่าง ๆ กันโดยมีกากบาทตรงกลางเป็นศูนย์ และโดยที่ VP เพ่งอยู่ที่กากบาทตรงกลาง VP ต้องทำการตัดสินใจเกี่ยวกับความแตกต่างกันของสี รูปร่าง และขนาดของตัวกระตุ้นทั้งสอง วิธีปฏิบัติการเหมือนกันในตัวกระตุ้นทั้ง 3 ประเภท คือ เมื่อฉายตัวกระตุ้นให้ดูสองตัวแล้ว ก็ให้ VP ตอบด้วยปากว่าเหมือน ถ้าตัวกระตุ้นสองตัวนั้นเหมือนกัน และตอบว่าไม่เหมือน ถ้าไม่เหมือน ผลการทดลองแสดงว่า ข้อมูลเกี่ยวกับสี ขนาด และรูปร่างทางลานสายตาทั้งสองข้าง ไม่มีการส่งไปถึงกันในซีกสมองทั้งสอง คือ คำตอบที่ถูกต้องของ VP มีค่าเท่ากับสุ่ม (คือเท่ากับเดาตอบ)
ส่วนการทดสอบอย่างที่สองเป็นการตรวจสอบว่า คุณลักษณะอะไรของศัพท์ที่เห็นจะมีการส่งผ่านไปยังซีกสมองทั้งสอง วิธีการทดสอบคล้ายกับการทดลองที่แล้ว คือ มีการฉายคู่ศัพท์ให้ดูทางด้านซ้ายและด้านขวาของกากบาทเป็นเวลา 150 มิลลิวินาที ศัพท์ที่แสดงมีอยู่ 4 ประเภท คือ ศัพท์ที่ดูและมีเสียงคล้าย ๆ กัน (เช่นคำว่า tire และ fire) ศัพท์ที่เหมือนว่าจะมีเสียงเหมือนกันแต่มีเสียงไม่เหมือนกัน (เช่นคำว่า cough อ่านว่า คัฟ และ dough อ่านว่า โด) ศัพท์ที่ดูว่ามีเสียงไม่คล้ายกันแต่มีเสียงคล้ายกัน (เช่นคำว่า bake อ่านว่า เบค และ ache อ่านว่า เอค) และศัพทที่ดูก็ไม่เหมือนออกเสียงก็ไม่เหมือน (เช่น keys และ fort) หลังจากฉายศัพท์ให้ดูแล้ว ก็ให้ VP ตอบว่าเหมือน หรือว่า ไม่เหมือน VP สามารถทำข้อทดสอบได้ถูกเหนือกว่าระดับสุ่ม คือสามารถแยกแยะความเหมือนและความแตกต่าง คือ ถ้าดูศัพท์ไม่มีเสียงพ้องกัน VP ก็จะบอกอย่างถูกต้องว่า ไม่พ้องกัน ไม่ว่า คู่ศัพท์นั้นดูเหมือนว่า จะมีเสียงพ้องกันหรือไม่ และถ้าคู่ศัพท์มีเสียงพ้องกัน VP มักจะกล่าวว่ามีเสียงพ้องกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ศัพท์ดูเหมือนว่า ควรจะมีเสียงพ้องกัน
ผลสรุปการทดลองก็คือว่า แม้ว่า จะไม่มีหลักฐานว่า สำหรับ VP มีการส่งข้อมูลเกี่ยวกับสี รูปร่าง และขนาดข้ามซีกสมอง แต่มีหลักฐานว่า มีการส่งข้อมูลศัพท์ข้ามซีกสมอง