讓大腦發(fā)育回到童年？

金鈴兒

在大腦發(fā)育過(guò)程中，存在一些特殊的階段——有些持續(xù)數(shù)月，有些持續(xù)數(shù)年——在這些階段，大腦會(huì)迅速構(gòu)建出大量的正確連接，這就是眾所周知的關(guān)鍵期。關(guān)鍵期大多數(shù)發(fā)生在嬰兒時(shí)期，但也有些人一直到十幾歲才到來(lái)。神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)確認(rèn)了對(duì)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)言發(fā)育及對(duì)各種社會(huì)功能的形成至關(guān)重要的關(guān)鍵期。在關(guān)鍵期時(shí)，孩子大腦中的分子根據(jù)來(lái)自外部世界的光子和聲波提供的線索，在腦細(xì)胞間構(gòu)建并修整出新的神經(jīng)連接，這些新的連接會(huì)不斷強(qiáng)化，并一直保持到成年和老年。

如果關(guān)鍵期發(fā)生得太早或太晚，或是在該開(kāi)始時(shí)沒(méi)開(kāi)始，該結(jié)束時(shí)沒(méi)結(jié)束，后果都將非?？膳隆和赡軙?huì)部分失明，或者容易患上像自閉癥這樣的疾病。

早在50多年前，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了這些對(duì)大腦發(fā)育至關(guān)重要的形成階段（托爾斯滕·N·威塞爾和已故的戴維·H·于貝爾因在這方面做出的貢獻(xiàn)獲得了1981年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）。在之后的許多年中，傳統(tǒng)觀念都認(rèn)為關(guān)鍵期轉(zhuǎn)瞬即逝，并且一旦結(jié)束就不再?gòu)?fù)返。不過(guò)，近來(lái)科學(xué)家利用精確到分子水平的先進(jìn)技術(shù)對(duì)關(guān)鍵期進(jìn)行的一些研究，已經(jīng)顛覆了很多此前的主流觀點(diǎn)。一些動(dòng)物試驗(yàn)，甚至是對(duì)人體的研究，已經(jīng)表明關(guān)鍵期或許能夠被重新開(kāi)啟，并用于修復(fù)受到損傷的成年大腦。

這些啟示指向了一個(gè)驚人的可能性：也許有一天，我們能調(diào)整大腦中的化學(xué)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)關(guān)鍵期，讓大腦重新搭建自己的神經(jīng)連接，以治療從弱視到精神病方面的神經(jīng)和精神疾患。了解嬰兒大腦中發(fā)生了什么，可能比研發(fā)新的藥物更具有啟發(fā)性。這方面的研究還能讓教育工作者、心理學(xué)家以及政策制定者更加了解兒童大腦發(fā)育過(guò)程中的基本規(guī)律，幫助他們理解父母的某些疏忽可能造成的后果，并根據(jù)孩子大腦發(fā)育所處的階段來(lái)調(diào)整學(xué)校教育方式。

其實(shí)，大腦無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，并不僅僅只在嬰兒時(shí)期。神經(jīng)科學(xué)家將大腦的這種特性稱為可塑性。當(dāng)你學(xué)習(xí)變戲法，或者使用一個(gè)新的手機(jī)應(yīng)用時(shí)，微妙的改變就在突觸部位上發(fā)生了。掌握一項(xiàng)新技能會(huì)使得神經(jīng)元中神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致跨突觸的神經(jīng)連接變強(qiáng)或變?nèi)酢＿@種簡(jiǎn)單的可塑性貫穿人的一生，使得人們能夠活到老學(xué)到老。

在童年的某些關(guān)鍵時(shí)刻，大腦會(huì)發(fā)生一些特別重大的變化。嬰兒出生時(shí)伴隨著密集生長(zhǎng)的突觸，它們的數(shù)量必須消減才能發(fā)揮正確的作用（有用的得以強(qiáng)化，無(wú)用的得以修剪），而這種突觸的修剪就發(fā)生在關(guān)鍵期。

研究關(guān)鍵期的科學(xué)家通常都會(huì)關(guān)注視覺(jué)系統(tǒng)，因?yàn)檫@一系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)容易操控。出生后不久，位于頭后部的視覺(jué)皮層就會(huì)對(duì)大量從眼睛和視網(wǎng)膜神經(jīng)涌入的光線產(chǎn)生反應(yīng)。

入射的光子刺激視覺(jué)皮層的細(xì)胞，一些同時(shí)被激活的細(xì)胞連結(jié)在一起，而那些未能同步活動(dòng)的突觸則會(huì)被剪除掉。與嬰兒大腦視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)育密切相關(guān)的關(guān)鍵期，幾年之后就會(huì)結(jié)束，而由此產(chǎn)生的神經(jīng)連接的雛形通常會(huì)保留一生。

研究?jī)和l(fā)育神經(jīng)生物學(xué)的科學(xué)家希望能夠人為控制關(guān)鍵期的開(kāi)啟與閉合，以便找回神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時(shí)錯(cuò)失的機(jī)會(huì)，并糾正當(dāng)時(shí)發(fā)生的錯(cuò)誤。實(shí)際上，科學(xué)家已經(jīng)找到了一系列分子開(kāi)關(guān)，即觸發(fā)物與阻礙物，能夠標(biāo)記關(guān)鍵期的開(kāi)始與結(jié)束。

科學(xué)家檢測(cè)到了大腦中控制關(guān)鍵期的一個(gè)重要的信號(hào)分子——GABA（γ-氨基丁酸，一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)）。GABA和其他分子一道，能在關(guān)鍵期的啟動(dòng)和中止過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能產(chǎn)生GABA的神經(jīng)元——小清蛋白陽(yáng)性大型籃細(xì)胞，它很有可能統(tǒng)籌著這一過(guò)程。這真的是兒童發(fā)育關(guān)鍵期的啟動(dòng)者嗎？

通過(guò)試驗(yàn)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)正是這個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)給原本亂作一團(tuán)的嬰幼兒大腦帶來(lái)了秩序。

在嬰兒最初的幾個(gè)月里，大腦總是處于活躍狀態(tài)，所有的神經(jīng)元——可稱為興奮性細(xì)胞，都在無(wú)序地活躍著，就像一大群人，每個(gè)人都在雜言亂語(yǔ)。只有關(guān)鍵期開(kāi)啟后，大腦中的一些連接才開(kāi)始顯得井然有序。小清蛋白神經(jīng)元釋放出GABA，使得興奮性細(xì)胞安靜下來(lái)，停止“說(shuō)廢話”。GABA是通過(guò)延伸長(zhǎng)長(zhǎng)的、叫做軸突的“卷須”，來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程的——軸突在興奮性神經(jīng)元的細(xì)胞體周圍，纏繞成籃子樣的形狀，來(lái)壓制興奮性細(xì)胞的過(guò)度活動(dòng)，從而讓特定細(xì)胞能夠發(fā)出強(qiáng)烈而清晰的信號(hào)——達(dá)到興奮-抑制平衡。

通過(guò)試驗(yàn)，研究者在嚙齒類動(dòng)物的視覺(jué)系統(tǒng)中，非常詳盡地觀察到了這一過(guò)程。首先，他們通過(guò)基因改造來(lái)降低小鼠的GABA水平，結(jié)果，關(guān)鍵期并沒(méi)有如期開(kāi)始。隨后，他們向小鼠注射一種類似于安定的藥物——苯二氮卓來(lái)增強(qiáng)GABA信號(hào)，關(guān)鍵期就開(kāi)始回歸正途了。

試驗(yàn)表明，從原理上，我們可以精確地控制關(guān)鍵期何時(shí)開(kāi)始、持續(xù)多久，這對(duì)神經(jīng)發(fā)育障礙類疾病的治療，有著深遠(yuǎn)的意義。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開(kāi)始將以下方向列為研究重點(diǎn)：能否通過(guò)糾正關(guān)鍵期的時(shí)間設(shè)定，重新實(shí)現(xiàn)大腦神經(jīng)系統(tǒng)的平衡，從而預(yù)防或者治療自閉癥、精神分裂癥或者其他神經(jīng)疾病。

將那些在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上測(cè)試過(guò)的技術(shù)應(yīng)用到病人身上，可能還需要數(shù)年，甚至幾十年的時(shí)間。不過(guò)目前對(duì)關(guān)鍵期的研究，已經(jīng)給神經(jīng)類疾病的治療帶來(lái)了一些靈感，比如使用已經(jīng)上市的藥物，來(lái)部分恢復(fù)成人大腦的可塑性。

研究人員希望達(dá)到的長(zhǎng)期目標(biāo)是，能夠讓生物鐘倒流，重啟關(guān)鍵期。在加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究人員試圖將胚胎細(xì)胞移植到嚙齒類動(dòng)物中，從而令出生后逐漸老化的成年嚙齒類動(dòng)物的大腦，重新產(chǎn)生能釋放GABA的小清蛋白神經(jīng)元。移植之后，新的關(guān)鍵期重新開(kāi)啟。但值得注意的是，只有在細(xì)胞移植一個(gè)月后，新關(guān)鍵期才會(huì)開(kāi)始，這表明關(guān)鍵期的設(shè)定是由一組特異的基因控制的。當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)刪除這些定時(shí)基因后，就連正常的關(guān)鍵期的啟動(dòng)都會(huì)被延遲。

另一個(gè)恢復(fù)可塑性的方法同樣具有挑戰(zhàn)性，那就是去除阻礙關(guān)鍵期重新開(kāi)啟的阻礙物。調(diào)控可塑性的一個(gè)靶點(diǎn)位于圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是由一些類似軟骨分子的分子構(gòu)成的網(wǎng)格。圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)繞在成熟的小清蛋白神經(jīng)元周圍，促使關(guān)鍵期結(jié)束，并由此防止突觸發(fā)生進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)性變化。

圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要由硫酸軟骨素蛋白聚糖——一種鑲嵌著糖的蛋白分子復(fù)合物（糖蛋白）組成。當(dāng)硫酸軟骨素酶侵蝕掉這些分子后，可塑性的制動(dòng)器就消失了。一個(gè)由英國(guó)和意大利科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)向弱視的老年大鼠的大腦中注射硫酸軟骨素酶，溶解圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，幫助這些大鼠重新獲得了“新生”——新的關(guān)鍵期打開(kāi)了。這些大鼠接收到了在它們幼崽時(shí)期缺失的視覺(jué)刺激，恢復(fù)了良好的視力。

瑞士巴塞爾的佛里德里克·米舍生物醫(yī)學(xué)研究所的研究人員采用了類似的方法。他們首先訓(xùn)練大鼠，使它們對(duì)特定的刺激產(chǎn)生恐懼反應(yīng)——例如，當(dāng)鈴聲響起時(shí)就蜷縮發(fā)抖。與恐懼相關(guān)的記憶都儲(chǔ)存在大腦中叫做杏仁核的腦區(qū)的細(xì)胞中。通過(guò)消除這些細(xì)胞周圍的圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究人員幫助大鼠重新開(kāi)啟了關(guān)鍵期。之后，實(shí)驗(yàn)大鼠成功地通過(guò)了一個(gè)新的訓(xùn)練，在暴露于刺激條件時(shí)不再害怕，就像新生大鼠一樣。

出于安全性考慮，把酶注射到大腦深部，需要接受美國(guó)食品及藥品管理局的嚴(yán)格審查，所以不可能很快得到批準(zhǔn)。然而，現(xiàn)有的很多藥物，都有可能在某種程度上提高大腦的可塑性。通過(guò)小規(guī)模試驗(yàn)，研究者發(fā)現(xiàn)，一種抗癲癇和雙相情感障礙的通用藥物（脫乙?；敢种苿?，能使成年人變得像孩子一樣，善于學(xué)習(xí)新事物。

美國(guó)波士頓兒童醫(yī)院正在進(jìn)行一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，以確定能否通過(guò)一種用來(lái)治療阿爾茨海默病的藥物（多奈哌齊），提升乙酰膽堿有效性，幫助弱視的青年清除阻礙大腦重新連接的阻礙物，恢復(fù)正常視力。

乙酰膽堿并不是唯一可能有助治療弱視的神經(jīng)遞質(zhì)。大鼠實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，服用能夠增加5-羥色胺的抗抑郁藥，比如百憂解，也可以緩解弱視。某些情況下，可以不用服藥，僅通過(guò)動(dòng)作類電子游戲或冥想，就可能提高大腦可塑性——科學(xué)家正在探索用這種方法治療弱視、注意力缺陷與多動(dòng)障礙等其他疾病的可能性。

從事大腦關(guān)鍵期研究的科學(xué)家經(jīng)常問(wèn)自己，人為什么會(huì)在自己的生命早期設(shè)置關(guān)鍵期，為自己的學(xué)習(xí)生涯設(shè)定限制。如果一個(gè)成年人能像小孩一樣輕松學(xué)習(xí)語(yǔ)言，對(duì)我們這種高度社會(huì)化的物種來(lái)說(shuō)，明顯益處多多。那么，為什么人類和其他動(dòng)物會(huì)在進(jìn)化的過(guò)程中，為自己的大腦設(shè)置一個(gè)有固定期限的關(guān)鍵期，限制自己的可塑性呢？另外，如果我們因?yàn)橄雽W(xué)習(xí)一項(xiàng)新技能，而重新開(kāi)啟關(guān)鍵期，會(huì)不會(huì)有危險(xiǎn)呢？畢竟，正如法國(guó)作家查爾斯·皮埃爾所說(shuō)，天才無(wú)非源于童心未泯。

動(dòng)物進(jìn)化出關(guān)鍵期，限制大腦可塑性，可能是為了保護(hù)腦細(xì)胞。小清蛋白細(xì)胞在高水平代謝過(guò)程中產(chǎn)生的自由基分子，會(huì)損害大腦組織——這可能也是大腦進(jìn)化出圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原因。精神分裂癥和其他精神疾病患者的大腦尸檢報(bào)告顯示，圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和阻礙大腦可塑性的阻礙物，總體上都處于低水平。

大腦可塑性不受限制可能造成的風(fēng)險(xiǎn)，在阿爾茨海默病患者身上可見(jiàn)一斑。負(fù)責(zé)復(fù)雜認(rèn)知的高級(jí)腦區(qū)，如聯(lián)合皮層，已經(jīng)進(jìn)化到可終身保持可塑性。在這些腦區(qū)中，能關(guān)閉關(guān)鍵期的硫酸軟骨蛋白聚糖含量較少，而在神經(jīng)退行性疾病發(fā)生時(shí)，它們也是最早發(fā)生細(xì)胞凋亡的地方。

從哲學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，允許大腦改變太多是不明智的。按需開(kāi)啟和關(guān)閉關(guān)鍵期，或許將有助于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療。不過(guò)，隨著關(guān)鍵期的開(kāi)啟，人的某些基本特性也可能會(huì)發(fā)生改變。未來(lái)，人類可能會(huì)開(kāi)發(fā)出更加天才的方法來(lái)改變世界，因此也很可能需要一種新方法，來(lái)增強(qiáng)自己大腦的可塑性，以適應(yīng)高速變化的外部世界。

對(duì)此，我們需要高度注意，因?yàn)槌赡昶诘拇竽X重構(gòu)，可能會(huì)威脅到人的自我意識(shí)。雖然我們都渴望擁有如兒童般的大腦可塑性，成為未來(lái)世界的佼佼者，但魚(yú)和熊掌不可兼得。如果有一天，這種能打通大腦的神奇藥物真的問(wèn)世，如何取舍，需要我們?nèi)肌?/p>