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脑科学的新发展

发布时间:2016-09-07 04:10:58

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脑科学的新发展

——读《你不可不知的50个脑科学知识》一书有感

人们对脑的功能的研究和思考，已经有很长的一段时间了，但在很长的时间内只是一些朴素的推断和认识，作为一门科学来进行探索和研究，距今只有一百多年的时间。19世纪90年代，现代神经科学起步，科学家对脑的基本结构、各个部分的主要功能等进行了大量的分析和研究，通过对老鼠、猴子等的大脑的探测，以及脑部受伤病人的开颅手术等，逐渐积累起丰富的关于人脑的知识。随着科学探测仪器的不断改进，以及人们对脑的认识的不断深入，脑科学也进入了发展的新阶段，老布什总统就曾宣称20世纪90年代是“脑的十年”。今天的人们，越来越意识到，人脑真是一个富矿，我们对它的认识还很肤浅；关于人脑每一点新的发现，都会给教育、医疗……等诸多领域带来突破性的影响。《你不可不知的50个脑科学知识》一书，用非常精炼的语言，向我们讲述了脑科学的发展历程，这些发现对我们学习和工作的意义，对脑科学的未来也进行了展望。

一、对人脑的基本认识

早晨上班的路上，在广播里听到一则新闻，说一些人为了确保家庭的传宗接代不发生意外，借助医疗机构对自己的胚胎进行了液态冷冻技术，目前有这种需求的人还不少，以至于医疗机构经常要添置一些冷冻罐，来保存这些胚胎，由此也带来了有关合同、保存期限、不能及时缴纳存储费用等一系列的事情。

我想到的是生命的神奇。从一个胚胎开始，经过一段时间的孕育，生长成鲜活的个体，实在令人不可思议。那最初的干细胞，是如何在不断分裂的过程中，被赋予不同的职能，生长出人的不同器官呢？在脑部发育过程中，胚胎神经系统的干细胞会分裂生成大量未成熟的神经元，这些未成熟神经元的大批扩张、迁移，造就了我们的大脑以及脊髓，这本身也是一件非常神奇的事情。

诺贝尔获奖者艾克尔斯有一本书叫《脑的进化》，他在书中告诉我们人脑是一个很独特的结构，它包含了几亿年进化史的全部过程。脑子最里层有一个鱼的脑子，外面一层包裹着双栖动物的脑子，再外面包裹着一层爬行动物的脑子，然后是哺乳动物的脑子，最外面才是人类的脑子，也就是我们经常说的大脑皮层。从胚胎发育阶段开始，那些未成熟神经元的迁移一波接着一波，从而形成了大脑皮质的层状结构。皮质仅有几毫米厚，但却分为6层，且每层的细胞分布都非常均匀一致。迁移运动结束后，神经元会生成两种神经纤维，即轴突和树突。树突是神经元的“输入”通道，负责计算和接收其他神经元发出的信号，然后将这些信号传送至胞体；轴突是神经元的“输出”通道。

成人的脑有两个紧握的拳头大小，其内共含有约900亿个神经元，神经元的类型大约有数百种甚或数千种。如果按照功能划分，这些神经元大致可以分为三种：感觉神经元，将感觉器官的信息传至脑内；运动神经元，向肌肉和器官发出指令；中间神经元，在回路之间传递信息。当然，对每个人来说，真正重要的既不是脑的整体大小，也不是神经元的总数，而是神经元间的连接方式。通常情况下，神经元会合成并释放出一种神经递质，神经递质会形成精确的连接，从而使每种信号对应特定的“目标”细胞。

人在发育的过程中，脑所生成的神经元总数其实不止900亿左右，大约是这个数量的两倍，但其中的一半最终会程序性死亡。程序性细胞死亡是一种正常现象，在脑及身体其他器官的发育中起着多重重要作用。例如，在四肢的发育中，未成熟的手指和脚趾经由蹼状组织连接在了一起，蹼状组织是来自我们水生祖先的进化痕迹。这也从一个侧面印证了艾克尔斯有关脑的层级结构的说法。细胞死亡被触发后，细胞内的胱天蛋白酶就会转化为活性形态，成为分子剪刀，在细胞内游走并摧毁细胞的正常运作。小胶质细胞在检测到濒死神经元发出的信号后，也会向信号发出的方向迁移。在识别出死亡细胞的碎片后，会通过吞噬作用将细胞残骸吞噬干净。脑细胞的这种修剪和自清洁极致，令人叹为观止。

成人的大脑，其质量仅占人体的2%，但却是一个耗能大户，消耗着人体20%的能量。如果一个人经常饮食不正常，不能保证身体能量的补充，大脑的工作肯定会受到影响的。或许有人会说，原来我做一件比较难的事情的时候，经常会累的头疼，原来是大脑耗费能量过多的缘故啊？其实，这样的理解是不正确的。就算你现在什么都不做，你的大脑也依然处于活跃状态，并遵循其固有的活动模式，消耗大量的能量。大脑不会因为你在工作就消耗更多的能量，也不会因为你休息了就停止消耗能量了。

二、思想是交互作用的产物

人们在相互交谈的时候，常常会说出这样的话语：我心里想……，我的想法是……，你的想法是从哪里发生的，是来自你的心脏还是脑部？人的思想肯定不是发端于心脏，但也并非仅仅由脑部产生，思想和行为是脑、身体和环境动态交互的结果。

人脑的发育和成长是一个漫长的过程，从胚胎发育开始，一直要到10多岁的孩子，他的大脑才能长大到和成人的大脑质量相当。但这仅仅是质量上的比较，在此之后，人大脑的很多部位依然在继续发育之中，比如说前额皮质，要在人成长到30岁左右的时候，才能够发育完成。

人脑的这种生长特点，决定了人脑的结构和功能必然和人个体所处的环境、个体的生活经历有着密切的联系。生活在英国的孩子，学习英语是很自然的事情，就像生活在中国的孩子能讲一口流利的汉语一样；生活在艺术氛围浓郁的家庭，自身或许并不从事艺术创作，但总会在不经意之间流露出浓郁的艺术气质；很多手工技艺能够代代相传，也是因为孩子所成长的环境影响的结果。科学家对工作了几年对城市道路非常熟悉的出租车司机的脑部结构进行了检测分析，发现与生成地图和存储导航记忆有关的海马体，在获取这些“知识”的过程中，体积变大了。越有经验的出租车司机，海马体内灰质的密度越大。这说明，大脑的神经回路，会随着个人经历，以对应的方式不断发生变化。

在贫困家庭中成长的孩子，在语言、记忆力以及视空间技能等方面的测试中，通常都表现不佳，这在很多国家的教育测量中都得到印证。之所以会出现这样的情况，与贫困家庭不能给孩子的成长提供良好的环境和氛围，不能给孩子创设有益于他的多重神经回路建构、促进脑部结构生理性变化的各种训练。苏霍姆林斯基曾经讲述过他的一名学生，进校后基本上默不作声，在很多方面的表现都很迟钝。他去这个学生的家中访问，才了解到这个孩子跟着奶奶生活，奶奶自己失聪，平日里无法和孩子进行语言交流，只能设法保证孩子的温饱。今天，很多年轻的父母意识不到这一点，自己每天沉湎在手机和微信中，缺少和孩子沟通交流的时间，这对孩子的成长是很不利的。

到了初中和高中阶段的青少年，做事情往往比较冲动、喜欢冒险，很多人将其归结为青春期的缘故。青少年学生之所以喜欢冒险，与青春期肯定有关，也与大脑发育尚未成熟有关。如前所述，前额皮质的发育要持续到30岁左右才能完成，而前额皮质是脑部的命令和控制中心，决策和自控等较高层次的思考都在这里进行，与人的情绪有着直接的联系。处在青春期的孩子们，在脑的决策和自控等方面都不够成熟，导致青少年喜欢选择冒险，以寻求新奇事物与新的感觉，从而让自己准备好离开熟悉的地方去追求新的体验，探索新的领域。反过来说，我们要感谢大脑的这种发育机制，要不是我们的祖先在青少年时期的这些不成熟举动，人类可能也不会遍布全球的每一个角落。

三、记忆的本质是重构

在读那些传记的时候，经常会感叹书中人物惊人的记忆能力，佩服他们能够将过去的事情记忆的如此清晰，也常因此感到惭愧，因为自己经历过的很多事情已经记不得了。后来才发现，原来他们的“记忆”并非如此！

录像机、录音机的特点，就是真实记录当时的情况，在必要的时候进行还原。但记忆的本质是重构，人在脑海中所记忆的事情或者某些事情的片段，都不是事情的本来面目，而是经过我们加工之后、选取自己认可的部分内容存储起来的。我们在检索头脑中的记忆时，还需要将这些信息碎片拼凑成一段有意义的故事。因此，将自己的记忆输出、在重构的过程中容易出现错误。很多时候，这些错误可能无关大局，并不影响人们对事物的判断；但在不少情况下，这些重构的记忆会对他人产生误导。

剑桥大学实验心理学家巴特莱特做了一项研究，让受试者阅读以印第安民间故事为主题的一本书，过了一段时间（几个月甚至一年之后），让他们再复述这一故事。他发现，受试者都根据自己的记忆更改了故事的内容。他们略去了一些自认为不相干的内容，重点强调了自认为最重要的地方，并将不合理的地方变的自然合理，从而使故事更容易为自己所理解。巴特莱特认为，受试者之所以这样做，是为了让故事符合自己已有的知识框架。换句话说，我们总是在自己已有知识的框架下来记忆，并以此来理解自己所记忆的事物。记忆的这一特征，还体现在我们对未来事件的模拟和展望上。

在影响记忆的各种因素中，睡眠是很重要的因素之一。脑科学家的研究表明，记忆的巩固发生在睡眠的某些阶段内。动物进入睡眠状态后，海马体会重新激活记忆痕迹，并产生与记忆形成时完全一致的活动模式，这也可能是我们做梦的原因。睡眠剥夺不仅会妨碍我们在记忆任务中的表现，而且还会限制我们从长时记忆中检索记忆的能力，也会提高错误记忆产生的可能性。所以古罗马雄辩家昆体良早在公元1世纪时就指出，晚上睡个好觉能增强记忆。大量教育测量结果也显示，充足的睡眠时间有利于学业成绩的提升。