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我们可以重塑大脑吗?(赠书)

“ 你听说过大脑「关键期」的说法吗?你觉得这个说法是否科学呢?是否觉得在成年后,大脑就不能改变了?阅读下文,医学博士诺曼·道伊奇为你讲解大脑关键期与可塑性的知识,解开你的困惑。文章摘自作者《重塑大脑,重塑人生》一书,这本书是神经可塑性领域不可取代的经典科普作品,讲述该领域科学家及患者有趣迷人的奇迹故事。国庆假期,开智学堂联合「机械工业出版社」举办赠书活动,积极参与留言,就有机会获赠这本书哦~


作者丨诺曼·道伊奇

本文为开智学堂精选好文

开智学堂(http://www.OpenMindClub.com)


发现「关键期」

20 世纪 60 年代,当梅策尼希「迈克尔·梅策尼希(Michael Merzenich)是 20 个神经可塑性仪器发明和革新背后的推手,也是最常被其他神经可塑性研究者称赞的人。」开始用微电极来研究大脑时,约翰·霍普金斯大学的两位科学家发现,非常年幼的动物大脑有可塑性。

休伯(David Hubel)和威塞尔(Torsten Wiesel)和蒙特卡索一起研究,他们用微电极来找出视觉皮质的地图,以了解视觉信息是怎么处理的,他们把微电极插入小猫的视觉皮质,发现不同的视觉区域处理不同的信息,如直线、横线、角度以及物体移动的动作和方向。

他们同时发现大脑有关键期(critical period)——从 3~8 周,一只初生的小猫在这期间内一定要接受到视觉刺激才会正常地发展。

在这关键期的实验中,休伯和威塞尔把小猫的一只眼睛缝起来,所以这只眼睛没办法接受到任何视觉刺激。过了关键期之后,给小猫的眼睛拆线,他们发现视觉皮质本来应该处理这只眼睛送进来的信息的地方没有发展,使这只猫一辈子都是独眼龙。

这只眼睛本身虽然是好的,但是因为视觉皮质那块区域没有发展,这只眼睛就一辈子看不见了。这表示小猫的大脑在关键期是很有弹性的,大脑的结构会因经验而改变。

当休伯和威塞尔在检查这只小猫看不见的那只眼睛的大脑地图时,他们又发现了一个没有想到的大脑可塑性:

没有信息进来的那个大脑区域并没有在那儿闲着没事干,它转去处理看得见的那只眼睛送进来的信息,这好像大脑不愿意浪费任何可用的地方,它重新建构了神经回路。

这是大脑在关键期有可塑性的另一个指标。因为这些研究,休伯和威塞尔拿到了诺贝尔生理学和医学奖。他们虽然发现了大脑的可塑性,却仍然非常支持大脑功能区域特定论,认为大脑在过了关键期以后功能就固定了。

「关键期」是 20 世纪下半叶生物学上最著名的发现,科学家很快就发现其他的大脑系统也需要环境的刺激才能发展,而且好像每一个神经系统都有它自己的关键期,或是说开窗期(window of time),在这时期特别有可塑性,对环境特别敏感,大脑在这个时期快速地成长。

例如语言发展有关键期,始于一出生,终止于 8 岁到青春期之间。青春期之后,这个人学习第二语言没有口音的机会就大大地减少了。事实上,在关键期过后所学的第二语言与母语处理的地方不同[1]

([1] 这一点目前并没有定论,韩国人 Park 所做的第二语言实验显示母语与第二语言处理的大脑位置有 9 毫米的差距,但是这个实验并没有被别的实验室所验证。——译者注)

关键期的看法也支持了生物环境学家洛伦兹(Konrad Lorenz)对小鹅的观察。小鹅孵出后 15 小时到 3 天是它的关键期,如果这个时期它只看到人类,那么就会与人类形成终身联结而不是与母鹅。洛伦兹成功地使一群小鹅跟着他走,他把这个历程叫作「铭印」(imprinting)

事实上,心理学上对关键期的看法始自弗洛伊德,他说我们发展的时间窗口开得很短,我们必须在这个时期有某些经验以后才会发展正常。这个时期是塑造期,形成以后一辈子的我们。

关键期的可塑性改变了医疗上的方法,因为休伯和威塞尔的发现,天生就有白内障的孩子不再变盲了,现在他们在婴儿期就开刀,使大脑能得到它发展的必要刺激。

微电极的实验已显示可塑性是童年毋庸置疑的事实,大脑的可塑期看起来也像童年一样,是很短的。

图片来源 Pixabay

成人大脑也有可塑性

梅策尼希第一次窥视到成人大脑的可塑性是很偶然的。1968 年完成博士学位后,他去威斯康星大学麦迪逊桥校区跟伍尔西(Clinton Woolsey)做博士后研究,伍尔西是潘菲尔的同学。

伍尔西请梅策尼希指导两位神经外科医生保罗(Ron Paul)医生和古德曼(Herbert Goodman)。他们 3 个人决定看一下假如手的一条周边神经剪断了,然后又开始长时,大脑会是什么情形。

读者需要知道我们的神经系统分成两个部分:

一部分是中央神经系统(大脑和脊髓),这是整个神经系统的司令部,发号施令及控制的中心,当时人们以为这个部分是没有可塑性的;

另一部分是周边神经系统,它把信息从感觉器官的受体送到脊髓和大脑,也把信息从大脑和脊髓送达肌肉和器官。人们很早就知道周边神经系统有可塑性,假如你不小心切断了手的神经,它会再长出来。

每一个神经元有三个部分。

树突(dendrite)是长得像树枝一样的神经分支,它接收别的神经元送过来的信息。这些树突都连到细胞体(cell body)上,细胞体中有 DNA,它维持这个细胞的生命。

最后一部分是轴突(axon),它像个电缆一样,送出信息。轴突有各种长度(从大脑中的微电子显微镜才看得到的长度,到 6 英尺长的从脑通到脚的长度)

很多人把轴突比喻成电缆是因为它们会输送电流,速度都很快(每小时 2~200 英里),把信息送到邻近神经元的树突上。

神经元可以接收两种信号:使它兴奋的和使它抑制的。

假如一个神经元接收到足够的兴奋信号,它会送出它自己的信号。当它接收到足够的抑制信号,就比较不可能发射或送出任何信号。

轴突并没有真正接触到邻近神经元的树突,它们中间有一个很小的缝隙,叫作突触(synapse)。一旦电流信号到达轴突终点时,它会引起一种神经传导物质释放到突触,这个化学信使飘浮过突触,到达邻近神经元的树突,使它兴奋或抑制。

当我们说这个神经元重新设定(rewire)它自己时,我们指的是突触的改变,即加强、增加神经元之间的联结或减弱、减少这些联结。

梅策尼希、保罗和古德曼想要探索一个大家都知道但都不知其所以然的中央和周边神经系统的互动情形。

当一个大的周边神经(有许多轴突)被剪断时,有的时候,在重新长出来的过程中,神经元的轴突会交叉。当轴突依附到错的神经元时,这个人会感觉到错误的功能区域,即明明碰触的是食指,病人却感觉是拇指。

科学家对这个现象的解释是在重新成长的过程中,神经被「洗牌」弄错了,把食指的信息送到大脑地图中大拇指的地方去了。

当时,科学家对大脑和神经系统模式的认知是,身体皮肤的每一点都有神经,它把信息送到大脑地图某一个特定的点,这个点是一出生就已固定的,所以大拇指的神经永远是直接把信息传到大脑感觉地图大拇指的那一点上。

梅策尼希他们接受「点对点」的大脑地图模式,很天真地去记录周边神经重新洗牌后大脑内部会怎么样。

他们很仔细地用微电极找出好几只青春期猴子的手部大脑地图,把连接到手的周边神经剪断,然后立刻把断面缝得很接近,但是没有真正密合,希望这条神经的许多轴突在神经重新生长时,会交错连接。

7 个月后,他们重新绘制这些猴子的大脑地图,以为会看到非常杂乱的大脑地图,想不到新地图几乎完全正常,没有像他们想象的碰触食指会引起大脑地图中大拇指部位的活化。

「我们看到的事情,」梅策尼希说,「太令人震惊了,我完全不理解。」它在大脑中仍是体内体外一对一呼应的排列,好像大脑把交叉的神经信号又重新整理回来了。

这个发现改变了梅策尼希的一生,他发现他自己以及主流的神经科学,都误解了大脑如何形成地图去代表身体和世界。

假如大脑地图能够因不正常的输入而去校正自己的结构,那么以前普遍认为系统是固定不可改变的看法一定是错的。大脑一定是有弹性、可改变的。

文章摘自:诺曼·道伊奇(Norman Doidge)《重塑大脑,重塑人生》,机械工业出版社出版,已获授权。

是否好奇这本书还讲了些什么精彩内容呢?往下看:


内容简介

脑是一个有机体,可以改变它自己的结构和功能,只要还活着,年纪再大仍能不断改变。「神经可塑性」是近期神经科学最大的突破,这个革命性的发现,推翻了几百年来认定「大脑在成年后不能改变」的看法。

神经细胞可以重新生长、产生新联结的现象,不但给心智有缺陷的人带来希望,也给过去认为不可治疗的大脑伤害带来复原的机会,而且还让我们看到健康大脑拥有的惊人适应力。

本书包含多个被认为无可救药的病人身上发生的奇迹故事:

  • 天生只有半边大脑的米歇尔,重新组织她的脑,可以像正常人一样工作;

  • 被认为是智障的杨通过大脑的训练,现在能够治疗其他像她一样的人;

  • 平衡感被药物破坏的切尔茨,因为一顶奇怪的“帽子”,找回了平衡能力;

  • ……

道伊奇医生带我们进入一个奇妙的世界,让我们发现:科学家可以发明仪器解读人们的想法;瘫痪者可以通过思想控制计算机鼠标;思想可以开启或关闭我们的基因,改变大脑的结构;任何人(包括老年人)都可以通过大脑训练增进认知和知觉能力;用想象的方式,可以使自己变成一个运动员或是钢琴家。

通过阅读本书,你将更了解爱与性的吸引、品位、文化和教育背后的运作模式。当下的每个经验都在改变你大脑中的联结,而这次阅读将会永远改变你对人的潜能和人性的看法。

作者简介

诺曼·道伊奇(Norman Doidge)

医学博士,精神科医生、心理分析师,哥伦比亚大学心理分析训练和研究中心教授和研究员,多伦多大学精神医学系教授。

在专业领域之外,他是一位畅销书作家、评论家和诗人。他曾 4 次获得加拿大国家杂志写作金奖(Canada’s National Magazine Gold Award)。


 

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互动话题:【大脑可塑性】

  • 这篇文章,是否颠覆了你对大脑的一些认知呢,能否谈谈你的感想?

  • 你知道哪些重塑大脑的方法吗?

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