腦科學(xué)的新發(fā)展
——讀《你不可不知的50個(gè)腦科學(xué)知識》一書有感
文|常生龍（上海市物理特級教師，現(xiàn)任虹口區(qū)政協(xié)常委、民進(jìn)虹口區(qū)委主委、虹口區(qū)教育局局長，校長傳媒專欄作家）
人們對腦的功能的研究和思考，已經(jīng)有很長的一段時(shí)間了，但在很長的時(shí)間內(nèi)只是一些樸素的推斷和認(rèn)識，作為一門科學(xué)來進(jìn)行探索和研究，距今只有一百多年的時(shí)間。19世紀(jì)90年代，現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)起步，科學(xué)家對腦的基本結(jié)構(gòu)、各個(gè)部分的主要功能等進(jìn)行了大量的分析和研究，通過對老鼠、猴子等的大腦的探測，以及腦部受傷病人的開顱手術(shù)等，逐漸積累起豐富的關(guān)于人腦的知識。隨著科學(xué)探測儀器的不斷改進(jìn)，以及人們對腦的認(rèn)識的不斷深入，腦科學(xué)也進(jìn)入了發(fā)展的新階段，老布什總統(tǒng)就曾宣稱20世紀(jì)90年代是“腦的十年”。今天的人們，越來越意識到，人腦真是一個(gè)富礦，我們對它的認(rèn)識還很膚淺；關(guān)于人腦每一點(diǎn)新的發(fā)現(xiàn)，都會(huì)給教育、醫(yī)療……等諸多領(lǐng)域帶來突破性的影響?！赌悴豢刹恢?0個(gè)腦科學(xué)知識》一書，用非常精煉的語言，向我們講述了腦科學(xué)的發(fā)展歷程，這些發(fā)現(xiàn)對我們學(xué)習(xí)和工作的意義，對腦科學(xué)的未來也進(jìn)行了展望。
一、對人腦的基本認(rèn)識
早晨上班的路上，在廣播里聽到一則新聞，說一些人為了確保家庭的傳宗接代不發(fā)生意外，借助醫(yī)療機(jī)構(gòu)對自己的胚胎進(jìn)行了液態(tài)冷凍技術(shù)，目前有這種需求的人還不少，以至于醫(yī)療機(jī)構(gòu)經(jīng)常要添置一些冷凍罐，來保存這些胚胎，由此也帶來了有關(guān)合同、保存期限、不能及時(shí)繳納存儲(chǔ)費(fèi)用等一系列的事情。
我想到的是生命的神奇。從一個(gè)胚胎開始，經(jīng)過一段時(shí)間的孕育，生長成鮮活的個(gè)體，實(shí)在令人不可思議。那最初的干細(xì)胞，是如何在不斷分裂的過程中，被賦予不同的職能，生長出人的不同器官呢？在腦部發(fā)育過程中，胚胎神經(jīng)系統(tǒng)的干細(xì)胞會(huì)分裂生成大量未成熟的神經(jīng)元，這些未成熟神經(jīng)元的大批擴(kuò)張、遷移，造就了我們的大腦以及脊髓，這本身也是一件非常神奇的事情。
諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)甙藸査褂幸槐緯小赌X的進(jìn)化》，他在書中告訴我們?nèi)四X是一個(gè)很獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，它包含了幾億年進(jìn)化史的全部過程。腦子最里層有一個(gè)魚的腦子，外面一層包裹著雙棲動(dòng)物的腦子，再外面包裹著一層爬行動(dòng)物的腦子，然后是哺乳動(dòng)物的腦子，最外面才是人類的腦子，也就是我們經(jīng)常說的大腦皮層。從胚胎發(fā)育階段開始，那些未成熟神經(jīng)元的遷移一波接著一波，從而形成了大腦皮質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)。皮質(zhì)僅有幾毫米厚，但卻分為6層，且每層的細(xì)胞分布都非常均勻一致。遷移運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，神經(jīng)元會(huì)生成兩種神經(jīng)纖維，即軸突和樹突。樹突是神經(jīng)元的“輸入”通道，負(fù)責(zé)計(jì)算和接收其他神經(jīng)元發(fā)出的信號，然后將這些信號傳送至胞體；軸突是神經(jīng)元的“輸出”通道。
成人的腦有兩個(gè)緊握的拳頭大小，其內(nèi)共含有約900億個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)元的類型大約有數(shù)百種甚或數(shù)千種。如果按照功能劃分，這些神經(jīng)元大致可以分為三種：感覺神經(jīng)元，將感覺器官的信息傳至腦內(nèi)；運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，向肌肉和器官發(fā)出指令；中間神經(jīng)元，在回路之間傳遞信息。當(dāng)然，對每個(gè)人來說，真正重要的既不是腦的整體大小，也不是神經(jīng)元的總數(shù)，而是神經(jīng)元間的連接方式。通常情況下，神經(jīng)元會(huì)合成并釋放出一種神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)會(huì)形成精確的連接，從而使每種信號對應(yīng)特定的“目標(biāo)”細(xì)胞。
人在發(fā)育的過程中，腦所生成的神經(jīng)元總數(shù)其實(shí)不止900億左右，大約是這個(gè)數(shù)量的兩倍，但其中的一半最終會(huì)程序性死亡。程序性細(xì)胞死亡是一種正?，F(xiàn)象，在腦及身體其他器官的發(fā)育中起著多重重要作用。例如，在四肢的發(fā)育中，未成熟的手指和腳趾經(jīng)由蹼狀組織連接在了一起，蹼狀組織是來自我們水生祖先的進(jìn)化痕跡。這也從一個(gè)側(cè)面印證了艾克爾斯有關(guān)腦的層級結(jié)構(gòu)的說法。細(xì)胞死亡被觸發(fā)后，細(xì)胞內(nèi)的胱天蛋白酶就會(huì)轉(zhuǎn)化為活性形態(tài)，成為分子剪刀，在細(xì)胞內(nèi)游走并摧毀細(xì)胞的正常運(yùn)作。小膠質(zhì)細(xì)胞在檢測到瀕死神經(jīng)元發(fā)出的信號后，也會(huì)向信號發(fā)出的方向遷移。在識別出死亡細(xì)胞的碎片后，會(huì)通過吞噬作用將細(xì)胞殘骸吞噬干凈。腦細(xì)胞的這種修剪和自清潔極致，令人嘆為觀止。
成人的大腦，其質(zhì)量僅占人體的2%，但卻是一個(gè)耗能大戶，消耗著人體20%的能量。如果一個(gè)人經(jīng)常飲食不正常，不能保證身體能量的補(bǔ)充，大腦的工作肯定會(huì)受到影響的。或許有人會(huì)說，原來我做一件比較難的事情的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)累的頭疼，原來是大腦耗費(fèi)能量過多的緣故??？其實(shí)，這樣的理解是不正確的。就算你現(xiàn)在什么都不做，你的大腦也依然處于活躍狀態(tài)，并遵循其固有的活動(dòng)模式，消耗大量的能量。大腦不會(huì)因?yàn)槟阍诠ぷ骶拖母嗟哪芰?，也不?huì)因?yàn)槟阈菹⒘司屯Ｖ瓜哪芰苛恕?/p>
二、思想是交互作用的產(chǎn)物
人們在相互交談的時(shí)候，常常會(huì)說出這樣的話語：我心里想……，我的想法是……，你的想法是從哪里發(fā)生的，是來自你的心臟還是腦部？人的思想肯定不是發(fā)端于心臟，但也并非僅僅由腦部產(chǎn)生，思想和行為是腦、身體和環(huán)境動(dòng)態(tài)交互的結(jié)果。
人腦的發(fā)育和成長是一個(gè)漫長的過程，從胚胎發(fā)育開始，一直要到10多歲的孩子，他的大腦才能長大到和成人的大腦質(zhì)量相當(dāng)。但這僅僅是質(zhì)量上的比較，在此之后，人大腦的很多部位依然在繼續(xù)發(fā)育之中，比如說前額皮質(zhì)，要在人成長到30歲左右的時(shí)候，才能夠發(fā)育完成。
人腦的這種生長特點(diǎn)，決定了人腦的結(jié)構(gòu)和功能必然和人個(gè)體所處的環(huán)境、個(gè)體的生活經(jīng)歷有著密切的聯(lián)系。生活在英國的孩子，學(xué)習(xí)英語是很自然的事情，就像生活在中國的孩子能講一口流利的漢語一樣；生活在藝術(shù)氛圍濃郁的家庭，自身或許并不從事藝術(shù)創(chuàng)作，但總會(huì)在不經(jīng)意之間流露出濃郁的藝術(shù)氣質(zhì)；很多手工技藝能夠代代相傳，也是因?yàn)楹⒆铀砷L的環(huán)境影響的結(jié)果?？茖W(xué)家對工作了幾年對城市道路非常熟悉的出租車司機(jī)的腦部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)與生成地圖和存儲(chǔ)導(dǎo)航記憶有關(guān)的海馬體，在獲取這些“知識”的過程中，體積變大了。越有經(jīng)驗(yàn)的出租車司機(jī)，海馬體內(nèi)灰質(zhì)的密度越大。這說明，大腦的神經(jīng)回路，會(huì)隨著個(gè)人經(jīng)歷，以對應(yīng)的方式不斷發(fā)生變化。
在貧困家庭中成長的孩子，在語言、記憶力以及視空間技能等方面的測試中，通常都表現(xiàn)不佳，這在很多國家的教育測量中都得到印證。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，與貧困家庭不能給孩子的成長提供良好的環(huán)境和氛圍，不能給孩子創(chuàng)設(shè)有益于他的多重神經(jīng)回路建構(gòu)、促進(jìn)腦部結(jié)構(gòu)生理性變化的各種訓(xùn)練。蘇霍姆林斯基曾經(jīng)講述過他的一名學(xué)生，進(jìn)校后基本上默不作聲，在很多方面的表現(xiàn)都很遲鈍。他去這個(gè)學(xué)生的家中訪問，才了解到這個(gè)孩子跟著奶奶生活，奶奶自己失聰，平日里無法和孩子進(jìn)行語言交流，只能設(shè)法保證孩子的溫飽。今天，很多年輕的父母意識不到這一點(diǎn)，自己每天沉湎在手機(jī)和微信中，缺少和孩子溝通交流的時(shí)間，這對孩子的成長是很不利的。
到了初中和高中階段的青少年，做事情往往比較沖動(dòng)、喜歡冒險(xiǎn)，很多人將其歸結(jié)為青春期的緣故。青少年學(xué)生之所以喜歡冒險(xiǎn)，與青春期肯定有關(guān)，也與大腦發(fā)育尚未成熟有關(guān)。如前所述，前額皮質(zhì)的發(fā)育要持續(xù)到30歲左右才能完成，而前額皮質(zhì)是腦部的命令和控制中心，決策和自控等較高層次的思考都在這里進(jìn)行，與人的情緒有著直接的聯(lián)系。處在青春期的孩子們，在腦的決策和自控等方面都不夠成熟，導(dǎo)致青少年喜歡選擇冒險(xiǎn)，以尋求新奇事物與新的感覺，從而讓自己準(zhǔn)備好離開熟悉的地方去追求新的體驗(yàn)，探索新的領(lǐng)域。反過來說，我們要感謝大腦的這種發(fā)育機(jī)制，要不是我們的祖先在青少年時(shí)期的這些不成熟舉動(dòng)，人類可能也不會(huì)遍布全球的每一個(gè)角落。
三、記憶的本質(zhì)是重構(gòu)
在讀那些傳記的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)感嘆書中人物驚人的記憶能力，佩服他們能夠?qū)⑦^去的事情記憶的如此清晰，也常因此感到慚愧，因?yàn)樽约航?jīng)歷過的很多事情已經(jīng)記不得了。后來才發(fā)現(xiàn)，原來他們的“記憶”并非如此！
錄像機(jī)、錄音機(jī)的特點(diǎn)，就是真實(shí)記錄當(dāng)時(shí)的情況，在必要的時(shí)候進(jìn)行還原。但記憶的本質(zhì)是重構(gòu)，人在腦海中所記憶的事情或者某些事情的片段，都不是事情的本來面目，而是經(jīng)過我們加工之后、選取自己認(rèn)可的部分內(nèi)容存儲(chǔ)起來的。我們在檢索頭腦中的記憶時(shí)，還需要將這些信息碎片拼湊成一段有意義的故事。因此，將自己的記憶輸出、在重構(gòu)的過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。很多時(shí)候，這些錯(cuò)誤可能無關(guān)大局，并不影響人們對事物的判斷；但在不少情況下，這些重構(gòu)的記憶會(huì)對他人產(chǎn)生誤導(dǎo)。
劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家巴特萊特做了一項(xiàng)研究，讓受試者閱讀以印第安民間故事為主題的一本書，過了一段時(shí)間（幾個(gè)月甚至一年之后），讓他們再復(fù)述這一故事。他發(fā)現(xiàn)，受試者都根據(jù)自己的記憶更改了故事的內(nèi)容。他們略去了一些自認(rèn)為不相干的內(nèi)容，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了自認(rèn)為最重要的地方，并將不合理的地方變的自然合理，從而使故事更容易為自己所理解。巴特萊特認(rèn)為，受試者之所以這樣做，是為了讓故事符合自己已有的知識框架。換句話說，我們總是在自己已有知識的框架下來記憶，并以此來理解自己所記憶的事物。記憶的這一特征，還體現(xiàn)在我們對未來事件的模擬和展望上。
在影響記憶的各種因素中，睡眠是很重要的因素之一。腦科學(xué)家的研究表明，記憶的鞏固發(fā)生在睡眠的某些階段內(nèi)。動(dòng)物進(jìn)入睡眠狀態(tài)后，海馬體會(huì)重新激活記憶痕跡，并產(chǎn)生與記憶形成時(shí)完全一致的活動(dòng)模式，這也可能是我們做夢的原因。睡眠剝奪不僅會(huì)妨礙我們在記憶任務(wù)中的表現(xiàn)，而且還會(huì)限制我們從長時(shí)記憶中檢索記憶的能力，也會(huì)提高錯(cuò)誤記憶產(chǎn)生的可能性。所以古羅馬雄辯家昆體良早在公元1世紀(jì)時(shí)就指出，晚上睡個(gè)好覺能增強(qiáng)記憶。大量教育測量結(jié)果也顯示，充足的睡眠時(shí)間有利于學(xué)業(yè)成績的提升。
《你不可不知的50個(gè)腦科學(xué)知識》 [英]康斯坦迪/著 邢妍/譯 人民郵電出版社 2014.05
（本文為常生龍?jiān)瓌?chuàng)，首發(fā)作者的博客）
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