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神經網絡的秘密

2014-02-28 01:31袁越
大眾健康 2014年2期
關鍵詞:修整腦細胞維爾

袁越

腦細胞的聯接方式非常重要,從中可以獲得好多關于主人的有用信息。

人的智商與性格都是由大腦結構決定的,這是不爭的事實。早年間科學家們主要關心腦細胞的數量和質量,后來發(fā)現人的腦細胞數量是基本固定的,質量也不容易評估,從這方面入手很難做研究。相比之下,腦細胞之間的神經聯接卻是不斷在變化的,而且很可能更重要。

這一點不難理解。兩臺不同的電腦,一臺非常高檔但沒有聯網,另一臺價格低廉但卻聯了網,哪臺更好用?答案是不言而喻的。問題在于,大腦神經細胞的數量本身就是一個天文數字,它們之間的神經聯接網絡更是復雜異常,科學家們一直缺乏有效的研究手段,這方面的進展相當緩慢。

磁共振彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging)技術的出現解決了這個問題,這種技術可以實時測量大腦中水分子的流動情況,從而間接地衡量神經細胞之間信號通訊的強度和方向。有了這項技術,科學家們就可以研究活人的腦神經聯接情況了,神經網絡的秘密正在逐漸被揭開。

比如,曾經有研究顯示,人在發(fā)育過程中大腦的神經聯接會經歷數次自我修整的過程,即把不必要的聯接斷掉,仿佛在剪枝一樣。農民給果樹剪枝是為了集中力量結果子,大腦的自我修整可以幫助主人更好地集中精力,不因周圍的無效刺激而分散腦力。

這個自我修整過程是大腦發(fā)育當中極為重要的步驟,為了更準確地搞清這一過程的細節(jié),來自英國紐卡斯爾大學(Newcastle University)的科學家馬科斯·凱瑟(Marcus Kaiser)博士及其同事們招募了121位年齡在4-40歲之間的志愿者,用磁共振彌散張量成像技術掃描了他們的大腦,發(fā)現這個自我修整過程是有選擇性的,同一區(qū)域(比如負責聽覺的單元)內部的神經聯接被清理的幾率很高,而聯接不同區(qū)域(比如負責聽覺的單元和負責視覺的單元),尤其是距離較遠的兩個區(qū)域的神經聯接則大部分被保留了下來。

仔細想想大腦這么做是有道理的。首先,距離越遠的神經聯接在建立的時候肯定越困難,因此也就越寶貴,不能輕易地被清理掉。其次,不同的區(qū)域之間的信息交流肯定比同一區(qū)域之內的信息交流更重要,比如你從閨蜜那里得來的信息很可能是重復的,而一個生活在異國他鄉(xiāng)的朋友傳遞給你的信息往往就很寶貴了,這樣的神經聯接價值更大,理應保留。事實上,已知很多神經性疾病的患者都是在遠距離神經聯接上出了差錯,比如癲癇、自閉癥和精神分裂癥等都是如此。

凱瑟博士將研究結果寫成論文,發(fā)表在2013年12月15日出版的《大腦皮層》(Cerebral Cortex)雜志上。該文還提到了一個細節(jié),女孩的大腦自我修整過程發(fā)生得比男孩早,也許這就是為什么女孩的智力發(fā)育開始得比男孩早的原因。

說到男女有別,這個話題可是相當敏感。如果只說體力上的差別沒有問題,一旦涉及到男女之間的智商和情商就必須格外小心,否則很容易被人抓住把柄,指責你歧視。話雖如此,坊間關于男女性格差別的段子層出不窮,西方人甚至把男人安排到了火星,女人送到了金星。兩者真的有那么大的差別嗎?這可不能亂說,必須有科學根據。

2013年12月2日出版的《美國國家科學院院報》(PNAS)刊登了由美國賓夕法尼亞大學放射學系副教授拉吉尼·維爾馬(Ragini Verma)博士及其同事們撰寫的一篇論文,首次提出了看起來很有說服力的證據。同前文一樣,研究者們使用磁共振彌散張量成像技術研究了男人和女人的腦神經聯接,繪制出了大約1000名志愿者的神經聯接分布圖,從中發(fā)現男人和女人的大腦結構雖然沒有火星和金星的差別那樣大,但確實存在明顯的差異。

具體來說,研究人員用這項技術掃描了428名男性和521名女性志愿者的大腦,結果顯示女性大腦的左右聯接比例較高,男性則正相反,前后的聯接更多一些,只有一個部分例外,那就是小腦,男性在這個部位的左右聯接也是比較多的。已知大腦的前半部分主要負責指揮四肢的運動,后半部分負責控制知覺系統,比如視覺和聽覺等等,前后大腦聯接緊密這個現象很好地解釋了男人的運動能力為什么比女人高。另外,已知小腦也和運動能力密切相關,也許這就是為什么男人在這個部位的左右聯接比女人發(fā)達。

大腦的左右兩半球也是有分工的,左腦一般負責邏輯思維,右腦則更擅長直覺思維。女性在左右半球之間的神經聯接比男性多,這個事實很好地解釋了為什么女人比男人更擅長社交,記憶力也比男人好,而且善于一心多用。

從進化論的角度看,這個結果是有道理的。我們的祖先在很長一段時間內都是有分工的,男人負責出去打獵,自然需要靈巧的身體和專注的精神,女人負責在家采集野果并照顧孩子,或許在這一過程中完善了“多任務模式”和社交才能。

男女大腦之間的這種結構差異和年齡有著密切的關系。研究顯示,兩者在13歲之間大體相似,看不出明顯差別。14-17歲這個年齡段開始分化,最終形成了兩類不同結構的大腦。這個結果說明男女性格的差異是在青春期這段時間里形成的,很可能與激素的變化有關。

這篇論文發(fā)表后引起了諸多爭議,維爾馬教授堅持認為該項研究的主要目的是為了幫助醫(yī)生們找到男女精神疾病的治療方法,因為不少疾病存在性別差異,比如自閉癥在男性中的發(fā)病率遠比女性要高。但是媒體記者們顯然不這么認為,大家一致把話題引到了男女性格的差異上,似乎該研究為“男人來自火星,女人來自金星”這個著名論斷找到了科學根據。

不過,也有一些人提出了反對意見,比如英國《衛(wèi)報》的科學編輯羅賓·麥基(Robin McKie)就專門為此事撰文指出,該研究只是說明男女大腦結構存在差異,沒有說明這種差異到底是因還是果。麥基認為男女性格的差異只有很少部分來自遺傳,大部分來自后天的教育,以及社會對男孩和女孩的不同期待。

這篇論文的作者維爾馬教授在接受采訪時表示過類似的看法,她認為這個結果只具有統計學上的意義,可以幫助科學家更好地了解男女這兩個群體的行為模式,但無法幫助人們了解具體哪個人到底屬于何種情況。比如,維爾馬教授本人就是一名女性,卻從事著在大多數人眼中相當“男性化”的職業(yè)。

也許,如果有人用這項技術掃描一下維爾馬教授的大腦,也許就能明白她為什么能夠當上教授了。

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