運動平衡大腦

所有一切都與交流有關。大腦由1000億個類型各異的神經元組成，而神經元間通過數百種不同類型的化學物質傳遞信息，以此控制我們的思想和行為。每個神經元從其他10萬個神經元那里接收信息輸入后，才會傳遞出自身的信號。神經元分支間的連接點是突觸（synapse），好比是輪胎接觸到公路的地面。突觸并不是真正地觸碰在一起，這里的概念會讓人有點混淆。因為當神經學家描述突觸“連接在一起”時，指的是建立一種聯系。神經元的工作機制是：一種電信號沿著一個神經元向外伸展的分支——軸突（axon），一直傳導到達突觸。在那里，一種神經遞質攜帶化學信號穿過突觸間隙。另一端，在下一個神經元的樹突（dendrite）或接收分支上，神經遞質與那里的特異性受體相結合，就像一把鑰匙插進一把鎖，由此打開了這個神經元細胞膜上的通道，并將這種信號轉化為電流。如果這個神經元接收的電流負荷累計超過一定的閾值，那么它會發射出一束神經沖動信號，并沿著自己的軸突傳導出去，重復上述整個過程。

大腦中約80%的信號是由兩種神經遞質傳送出去的，兩者相互平衡彼此間的效應：谷氨酸鹽（glutamate）刺激神經沖動，開始一連串的信號傳導；γ氨基丁酸（GABA）則抑制沖動。當谷氨酸鹽在兩個之前沒有建立過聯系的神經元之間傳遞信號時，這個過程叫激活啟動泵（primes the pump）。當神經學家談到綁定機制（binding）時，意思就是神經元間的聯系越是活躍，相互間的吸引力就變得越強烈。正如常說的那樣神經元同步觸發，同步連接這使谷氨酸鹽成為學習過程中一個至關重要的因素。谷氨酸鹽像一臺可承載負荷的機器，不過精神病學更關注的是一組對大腦傳遞信號過程或其他舉動起到調節作用的神經遞質，它們是血清素（Serotonin）、去甲腎上腺素和多巴胺。盡管產生它們的神經細胞只占到大腦千億細胞的1%，但這些調節器卻發揮著強大的影響力。它們可以指示一個神經元產生更多的谷氨酸鹽，還可以提高這個神經元的效應或者改變其受體的敏感度。它們可以讓進入到突觸內的其他信號失活，因此降低大腦內的“雜音”；或者正相反，它們會增強那些信號。它們也可以像谷氨酸鹽和γ氨基丁酸（GABA）一樣直接傳遞信號，但它們的根本作用是通過調節信息流，把神經化學物質微調至整體平衡。

在后面幾章中，你會看到更多血清素的身影。由于血清素有效地掌控著大腦活動，所以它經常被叫成大腦警察。血清素可控制壞情緒、沖動、憤怒以及攻擊行為。比如我們利用氟西?。‵luoxetine商品名為百憂解[Prozac]）這類血清素藥物來幫助人們改善失控的大腦活動，而失控的大腦活動會引發抑郁癥、焦慮癥和強迫癥。

去甲腎上腺素是科學家為了解情緒而研究的第一種神經遞質?？茖W家認為它會增強那些影響注意力、認知力、動機以及覺醒狀態的信號。

多巴胺被視為是影響學習能力、獎勵系統（滿足感）、注意力和運動的神經遞質，有時候它在大腦的不同部位會起到截然相反的作用。哌甲酯（Methylphenidate）（又叫利他林[Ritalin]）通過增加有鎮靜作用的多巴胺，來減輕注意力缺陷多動障礙（ADHD）。

我們使用的大多數改善精神狀態的藥物通常以這三種神經遞質中的一個或多個為目標。但我想充分表明，僅僅增加或降低神經遞質的水平并不能直接得出一對一的結果，因為大腦系統非常復雜。在不同的大腦中，即使影響的只是一個神經遞質，也會產生不同效果的連鎖反應。

我告訴大家，長跑1?600米與服用極小劑量的百憂解和極小劑量的利他林一樣，因為與這些藥物一樣，運動提高了神經遞質的水平。這個比喻言簡意賅，通俗易懂；而更深層的解釋是，運動使大腦中的神經遞質和其他化學物質之間達到平衡。你將會發現，保持大腦功能的平衡可以改變你的生活。

學習是為了成長

如同神經遞質是基礎一樣，過去15年左右的時間里，還有一類重要的分子極大地改變了人們對大腦中神經細胞相互聯系的看法，特別是對這些聯系如何產生和發展的認識。我所說這個分子是被泛稱為因子的蛋白質家族，而其中最有名的是腦源性神經營養因子（brainderived neurotrophic factor，簡稱BDNF）。神經遞質執行信息傳遞，而像BDNF這樣的神經營養物質則建立和保養神經細胞回路，即大腦自身的基本結構。

20世紀90年代，在神經學家開始證實記憶細胞機理后，BDNF成為一個全新研究領域的焦點。1990年之前公開發表的關于BDNF的論文只有十幾篇，1990年，科學家發現了BDNF，它就像是營養神經元的肥料一樣存在于大腦中。參加過瑞典卡羅林斯卡醫學院（Karolinska Institute）BDNF早期研究工作的神經學家艾羅·卡斯特倫（Eero Castrén）說：“那之后，一場由實驗室和制藥公司引發的海嘯也加入到爭論中?！比缃瘢P于BDNF的研究文獻超過5400篇。海馬體（hippocampus）是大腦中與記憶和學習有關的區域，經證實BDNF存在于該區域，研究人員開始測試BDNF是否是這一過程中的必要因素。學習需要通過一個被稱為“長時程增強效應”（longterm potentiation, LTP）的動態機制來強化神經元之間的關系。當大腦需要接收信息時，這種需求自然就引發神經元之間的活動。神經元之間的活動越頻繁，這種相互間的吸引力就變得越強烈，而信號的發出和傳導就變得越容易。最初的活動是將現存于軸突中的谷氨酸鹽輸送并穿過突觸間隙，與接收端的受體重新結合在一起。突觸上信號接收端的電壓在靜止狀態中變得越來越強，像磁鐵一樣吸引谷氨酸鹽信號。如果連續不斷地發送信號，就會激活神經元細胞核內的基因產生更多制造突觸的原材料，而且正是有了這種“根基”的支撐，才使新信息有機會成為記憶。

比如，你在學一個法語單詞。當你第一次聽到單詞時，很多神經細胞被召集起來，相互之間傳遞著一個谷氨酸鹽信號以形成一個新神經回路。假如你從此再也不使用這個單詞，那么與之有關的突觸間的吸引力自然會降低，信號也隨之減弱。結果，你忘記了那個單詞！一個令記憶研究者感到震驚的研究發現，讓哥倫比亞大學的神經學家埃里克·坎德爾（Eric Kandel）贏得了2000年諾貝爾獎。這個發現就是，不斷重復激活或者練習，會讓突觸自發腫脹，建立更強的聯系。一個神經細胞就像一棵樹，突觸就是生長的分支，而最終樹干會長出新的分支，即會有更多的突觸進一步鞏固相互間的聯系。這些變化是突觸可塑性（synaptic plasticity）這一細胞適應機制的一種表現形式，而BDNF則在其中起到重要作用。

很早以前，研究者發現往皮氏培養皿內的神經細胞上撒些BDNF，細胞就會自發生成新的分支，學習需要相同的構造性成長，這也促使我們把BDNF視為“大腦的優質營養肥料”。

BDNF還與突觸上的受體結合，釋放離子流，增加電壓后迅速擴大信號強度。另外，BDNF可以激活神經細胞內的基因，制造更多的BDNF以及建立突觸所需的血清素和蛋白質。BDNF不但是交通指揮員，還是公路設計師。總之，BDNF可以提高神經細胞的功能，促使它們生長，同時鞏固和抵御其細胞死亡的自然進程。另外，正如我想在本書中解釋清楚的：BDNF是思想、情感和運動之間至關重要的生物學紐帶。

心與身的連結

紐約大學神經生理學家魯道夫·利納斯（Rodolfo Llinás）在其2002年出版的著作《漩渦中的我：從神經元到自我》（I of the Vortex: From Neurons to Self）中提到，只有移動的生物才需要一個大腦。他以海鞘（一種類似水母的微小生物）為例闡明觀點：剛出生時，海鞘有一條簡單的脊髓和300個神經元組成的“腦”。海鞘幼蟲在淺海附近游來游去，直至找到一塊滿意的珊瑚，便會在上面安家。它只有12個小時尋找一塊礁石，否則就會死去。事實上，在安全附著后，海鞘就會吃掉自己的腦。海鞘一生的大部分時間看上去更像是植物而不是動物。因為既然它不再運動了，那么腦也就沒有什么用處了。利納斯解釋道：“所以我們稱思考是由進化產生的內化運動?！?/p>

人類在進化時，從生理技能發展出許多抽象能力：預測、排序、評估、計劃、復述、觀察自我、判斷、糾錯、轉變策略以及記住我們為生存而做的每件事。我們的古代祖先鉆木取火的大腦回路，和我們今天學習英語的大腦回路并沒有兩樣。

小腦（cerebellum）能夠協調運動，使我們做到從網球接發球到抵抗重力作用的任何事。有證據表明，連接人類小腦和前額葉皮層的神經細胞主干要比猴子更粗?，F在看來，這種運動中樞神經對思維、注意力、情感，甚至是社交技能同等重要。我稱小腦是節奏藍調（R&B）中心。當我們在做運動特別是復雜的運動時，我們同時也在鍛煉與一整套認知功能密切相關的大腦區域；我們能促使大腦發出的信號沿著相同的神經細胞網絡傳導，鞏固神經細胞之間的聯系。

當我們學習時，一系列相互關聯的腦部區域都被調動起來。如果沒有前額葉皮層的監督，海馬體就不會積極參與。總之，前額葉皮層既組織心理活動，也組織生理活動，其接收輸入并向大腦中最龐大的神經連接網絡發出指令。前額葉皮層就是大腦中的老板，就其本身而言，除了負責其他事情之外，它還通過所謂的工作記憶來監控我們當前的情況，抑制刺激和發起行動，以及判斷、計劃、預測等所有的執行功能。前額葉皮層如同大腦的首席執行官（CEO），不但必須與首席運營官（COO）——運動皮層——保持密切聯系，還要與其他各個區域緊密聯系。

海馬體則有點像繪圖師，它從工作記憶區域接收信號輸入后，與現有記憶相互比對，在形成新的關聯之后，再向老板匯報。科學家認為，記憶就是分散在大腦各處信息片段的集合。海馬體擔任中轉站的角色，從皮層接收信息片段，接著把它們捆扎在一起，然后再把它們匯集成一幅獨一無二的、新穎的連接地圖。

比如，當我們學習一個新單詞時，大腦掃描圖顯示前額葉皮層會因活躍而發亮（就像海馬體和諸如聽覺皮層等相關區域所做的那樣）。一旦通過谷氨酸鹽的釋放來建立神經回路，我們就學會了這個單詞，前額葉皮層就會逐漸變暗。在完成對這個計劃開始階段的監管后，前額葉皮層會放松對這組優秀“雇員”的監督，繼而轉向新挑戰。

我們就是這樣逐漸認識事物，就是這樣讓騎自行車這類活動成為一種習慣。思考和運動的模式被自動儲存于基底核、小腦和腦干這些原始區域。就在不久之前，科學家還認為它們只和運動有關。把基礎知識和技能交給這些潛意識區域來處理，讓大腦的其他區域有時間繼續調整適應，這是一個相當重要的安排。想象一下，如果我們不得不停下來，嘗試處理每一個思考過程，記住每一個動作，那么，恐怕我們在倒早晨第一杯咖啡前，就已經因精疲力盡而癱倒了。這就是晨跑如此重要的原因。