我們真的可以改變神經連接嗎

大腦的神經連接對我們獲取知識和技能起著決定性的作用。學習就是改變神經元相互連接的方式。有什么證據表明神經連接確實可以發(fā)生改變呢？

由于神經連接是發(fā)生在細胞和分子層面上的現象，我們很難通過非侵入性的方式直接觀察到神經連接的變化。因此，對人類神經可塑性感興趣的研究人員經常使用磁共振成像技術來獲取大腦結構的圖像。通過這些圖像可以確定大腦中每個區(qū)域的灰質數量。正如此前講到的，灰質與神經元的樹突相對應。通常，一個區(qū)域的神經連接越多，樹突就越多、越長，灰質數量也越多。因此，灰質數量的增加可以表明大腦中某個區(qū)域的神經連接的增多。

一項針對倫敦市出租車司機大腦的研究8是最早使用該指標的研究之一。為了能以最高效的方式把乘客載往目的地，出租車司機必須在大腦中形成一份非常詳細的城市街道地圖。該研究表明，這些司機的大腦中被稱為后海馬的部分具有較高的灰質數量，而該區(qū)域主要與空間成像和導航有關。更有意思的是，結果表明出租車司機經驗越豐富，他們大腦中后海馬的灰質就越多。這說明，出租車司機大腦中的海馬之所以有更多的灰質，是因為他們詳盡地掌握了街道的名稱、街道間的相對位置以及單行道的位置等。

前述研究設置了參照組與倫敦出租車司機的灰質數量進行比較，而另一項研究則更直接地比較了被試學習前后的灰質數量9。研究人員要求不會玩雜耍的被試學習雜耍，并獲取了被試訓練前后以及完全停止訓練3個月后的大腦結構圖像。所得結果如圖0-3所示。

在訓練之前，大腦中與運動感知相關的區(qū)域具有一定數量的灰質（見圖0-3中的灰色部分）。經過3個月的訓練后，在學會雜耍的被試的大腦中，該區(qū)域的灰質數量顯著增加了。學習雜耍可能需要提高對物體運動的分析能力，因此需要調整與此能力相關的區(qū)域的大腦連接。

這項研究最有趣的一點是，研究人員還在被試停止雜耍訓練3個月后收集了被試的大腦圖像。他們觀察到，停止訓練后被試大腦中的灰質數量減少了，但仍高于訓練前。而且，大多數被試者在停止訓練的3個月后都不再能很好地表演雜耍。這些發(fā)現與學習會改變大腦的觀點是一致的，當你停止使用所學的東西時，大腦會逐漸恢復到原來的水平，你就會忘記所學的東西。正如著名的諺語所說：“用進廢退”（Use it or lose it），也就是說，當你不再使用一個東西時，你就會失去它。

神經可塑性顯然并不僅僅表現在學習導航和雜耍游戲的過程中。另一項研究表明，當我們在學習顏色名稱時，大腦中的灰質數量會增加，尤其是在與顏色識別相關的區(qū)域11。特別值得指出的是，僅在被試學習2個小時后，研究人員就檢測到了灰質數量的顯著變化。也就是說，我們用不了3個月就能改變大腦的神經連接。所有證據都表明，大腦中的神經元每時每刻都在調整它們之間的連接，使學習成為可能。

當然，要通過非侵入性的方式，將人類大腦中神經連接的變化進行直觀的可視化呈現是很難的。因此，研究人員有時會通過動物來進行相關研究。一些人就選擇了一種患有白化病的蝌蚪，通過精密的雙光子成像技術來觀察它們神經連接的變化12。

圖0-4a展示了該研究在進行視覺刺激后獲得的結果。我們可以看到，神經樹在5天后已經有了明顯的生長。神經樹的結構因實驗中使用的具體刺激類型而異。這一過程涉及一系列復雜的蛋白質運輸和使用機制13，神經元因此得以延伸、發(fā)展并建立新的連接。

圖0-4b展示了通過樹突延伸建立新的神經連接（見灰色圓圈）。左邊的圖顯示了刺激開始10分鐘后的神經元結構。從中間的圖中可以看出，經過2個小時的刺激，右側神經元的樹突延長并向中間的神經元靠近。右邊的圖中顯示，刺激開始4個小時后，新的神經連接已經建立。這些動態(tài)展示神經可塑性的圖像令人著迷。魁北克電視臺在節(jié)目《沙特奈的密碼》（Le code Chastenay）中還曾就此做過專門報道。

需要說明的是，改變神經連接并不是唯一對學習起關鍵作用的大腦運行機制。研究表明，星形膠質細胞（一種主要負責為神經元提供營養(yǎng)的細胞）也會影響神經連接，而神經元之間的連接方式本身又會反過來對星形膠質細胞產生影響15。此外，還有其他研究表明，神經元的變化可能影響某些基因的表達16。盡管我們有充分的理由相信神經可塑性主要與神經連接的改變有關，但在這里仍然要以簡化的方式來介紹大腦的學習機制。

學習不僅是一種心理現象，也是一種生物學現象。就如字面意思一樣，當我們在動腦時，神經元在生長并彼此連接。因此，為了學習和促進學習，我們必須改變大腦及其神經連接。在接下來的章節(jié)中，我們將探討具體哪些因素會對學習所需的神經連接的改變造成影響。