金鈴兒

在大腦發(fā)育過程中，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，大腦會迅速構建出大量的正確連接，這就是眾所周知的關鍵期。關鍵期大多數(shù)發(fā)生在嬰兒時期，但也有些人一直到十幾歲才到來。神經(jīng)科學家已經(jīng)確認了對視覺、聽覺、語言發(fā)育及對各種社會功能的形成至關重要的關鍵期。在關鍵期時，孩子大腦中的分子根據(jù)來自外部世界的光子和聲波提供的線索，在腦細胞間構建并修整出新的神經(jīng)連接，這些新的連接會不斷強化，并一直保持到成年和老年。

如果關鍵期發(fā)生得太早或太晚，或是在該開始時沒開始，該結束時沒結束，后果都將非?？膳?。兒童可能會部分失明，或者容易患上像自閉癥這樣的疾病。

早在50多年前，科學家就發(fā)現(xiàn)了這些對大腦發(fā)育至關重要的形成階段（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獲得了1981年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎）。在之后的許多年中，傳統(tǒng)觀念都認為關鍵期轉(zhuǎn)瞬即逝，并且一旦結束就不再復返。不過，近來科學家利用精確到分子水平的先進技術對關鍵期進行的一些研究，已經(jīng)顛覆了很多此前的主流觀點。一些動物試驗，甚至是對人體的研究，已經(jīng)表明關鍵期或許能夠被重新開啟，并用于修復受到損傷的成年大腦。

這些啟示指向了一個驚人的可能性：也許有一天，我們能調(diào)整大腦中的化學開關，恢復關鍵期，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、心理學家以及政策制定者更加了解兒童大腦發(fā)育過程中的基本規(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)育所處的階段來調(diào)整學校教育方式。

其實，大腦無時無刻不在變化，并不僅僅只在嬰兒時期。神經(jīng)科學家將大腦的這種特性稱為可塑性。當你學習變戲法，或者使用一個新的手機應用時，微妙的改變就在突觸部位上發(fā)生了。掌握一項新技能會使得神經(jīng)元中神經(jīng)化學物質(zhì)發(fā)生改變，進而導致跨突觸的神經(jīng)連接變強或變?nèi)?。這種簡單的可塑性貫穿人的一生，使得人們能夠活到老學到老。

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

研究關鍵期的科學家通常都會關注視覺系統(tǒng)，因為這一系統(tǒng)相對來說容易操控。出生后不久，位于頭后部的視覺皮層就會對大量從眼睛和視網(wǎng)膜神經(jīng)涌入的光線產(chǎn)生反應。

入射的光子刺激視覺皮層的細胞，一些同時被激活的細胞連結在一起，而那些未能同步活動的突觸則會被剪除掉。與嬰兒大腦視覺系統(tǒng)發(fā)育密切相關的關鍵期，幾年之后就會結束，而由此產(chǎn)生的神經(jīng)連接的雛形通常會保留一生。

研究兒童發(fā)育神經(jīng)生物學的科學家希望能夠人為控制關鍵期的開啟與閉合，以便找回神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時錯失的機會，并糾正當時發(fā)生的錯誤。實際上，科學家已經(jīng)找到了一系列分子開關，即觸發(fā)物與阻礙物，能夠標記關鍵期的開始與結束。

科學家檢測到了大腦中控制關鍵期的一個重要的信號分子——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，能在關鍵期的啟動和中止過程中發(fā)揮關鍵作用。科學家發(fā)現(xiàn)了一種能產(chǎn)生GABA的神經(jīng)元——小清蛋白陽性大型籃細胞，它很有可能統(tǒng)籌著這一過程。這真的是兒童發(fā)育關鍵期的啟動者嗎？

通過試驗，科學家發(fā)現(xiàn)正是這個神經(jīng)遞質(zhì)給原本亂作一團的嬰幼兒大腦帶來了秩序。

在嬰兒最初的幾個月里，大腦總是處于活躍狀態(tài)，所有的神經(jīng)元——可稱為興奮性細胞，都在無序地活躍著，就像一大群人，每個人都在雜言亂語。只有關鍵期開啟后，大腦中的一些連接才開始顯得井然有序。小清蛋白神經(jīng)元釋放出GABA，使得興奮性細胞安靜下來，停止“說廢話”。GABA是通過延伸長長的、叫做軸突的“卷須”，來實現(xiàn)這個過程的——軸突在興奮性神經(jīng)元的細胞體周圍，纏繞成籃子樣的形狀，來壓制興奮性細胞的過度活動，從而讓特定細胞能夠發(fā)出強烈而清晰的信號——達到興奮-抑制平衡。

通過試驗，研究者在嚙齒類動物的視覺系統(tǒng)中，非常詳盡地觀察到了這一過程。首先，他們通過基因改造來降低小鼠的GABA水平，結果，關鍵期并沒有如期開始。隨后，他們向小鼠注射一種類似于安定的藥物——苯二氮卓來增強GABA信號，關鍵期就開始回歸正途了。

試驗表明，從原理上，我們可以精確地控制關鍵期何時開始、持續(xù)多久，這對神經(jīng)發(fā)育障礙類疾病的治療，有著深遠的意義?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開始將以下方向列為研究重點：能否通過糾正關鍵期的時間設定，重新實現(xiàn)大腦神經(jīng)系統(tǒng)的平衡，從而預防或者治療自閉癥、精神分裂癥或者其他神經(jīng)疾病。

將那些在實驗動物身上測試過的技術應用到病人身上，可能還需要數(shù)年，甚至幾十年的時間。不過目前對關鍵期的研究，已經(jīng)給神經(jīng)類疾病的治療帶來了一些靈感，比如使用已經(jīng)上市的藥物，來部分恢復成人大腦的可塑性。

研究人員希望達到的長期目標是，能夠讓生物鐘倒流，重啟關鍵期。在加利福尼亞大學舊金山分校的一個實驗室內(nèi)，研究人員試圖將胚胎細胞移植到嚙齒類動物中，從而令出生后逐漸老化的成年嚙齒類動物的大腦，重新產(chǎn)生能釋放GABA的小清蛋白神經(jīng)元。移植之后，新的關鍵期重新開啟。但值得注意的是，只有在細胞移植一個月后，新關鍵期才會開始，這表明關鍵期的設定是由一組特異的基因控制的。當實驗時刪除這些定時基因后，就連正常的關鍵期的啟動都會被延遲。

另一個恢復可塑性的方法同樣具有挑戰(zhàn)性，那就是去除阻礙關鍵期重新開啟的阻礙物。調(diào)控可塑性的一個靶點位于圍神經(jīng)網(wǎng)絡中，這個網(wǎng)絡是由一些類似軟骨分子的分子構成的網(wǎng)格。圍神經(jīng)網(wǎng)絡環(huán)繞在成熟的小清蛋白神經(jīng)元周圍，促使關鍵期結束，并由此防止突觸發(fā)生進一步的結構性變化。

圍神經(jīng)網(wǎng)絡主要由硫酸軟骨素蛋白聚糖——一種鑲嵌著糖的蛋白分子復合物（糖蛋白）組成。當硫酸軟骨素酶侵蝕掉這些分子后，可塑性的制動器就消失了。一個由英國和意大利科學家組成的研究團隊，通過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，幫助這些大鼠重新獲得了“新生”——新的關鍵期打開了。這些大鼠接收到了在它們幼崽時期缺失的視覺刺激，恢復了良好的視力。

瑞士巴塞爾的佛里德里克·米舍生物醫(yī)學研究所的研究人員采用了類似的方法。他們首先訓練大鼠，使它們對特定的刺激產(chǎn)生恐懼反應——例如，當鈴聲響起時就蜷縮發(fā)抖。與恐懼相關的記憶都儲存在大腦中叫做杏仁核的腦區(qū)的細胞中。通過消除這些細胞周圍的圍神經(jīng)網(wǎng)絡，研究人員幫助大鼠重新開啟了關鍵期。之后，實驗大鼠成功地通過了一個新的訓練，在暴露于刺激條件時不再害怕，就像新生大鼠一樣。

出于安全性考慮，把酶注射到大腦深部，需要接受美國食品及藥品管理局的嚴格審查，所以不可能很快得到批準。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。通過小規(guī)模試驗，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，善于學習新事物。

美國波士頓兒童醫(yī)院正在進行一項臨床試驗，以確定能否通過一種用來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)。大鼠實驗已經(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，僅通過動作類電子游戲或冥想，就可能提高大腦可塑性——科學家正在探索用這種方法治療弱視、注意力缺陷與多動障礙等其他疾病的可能性。

從事大腦關鍵期研究的科學家經(jīng)常問自己，人為什么會在自己的生命早期設置關鍵期，為自己的學習生涯設定限制。如果一個成年人能像小孩一樣輕松學習語言，對我們這種高度社會化的物種來說，明顯益處多多。那么，為什么人類和其他動物會在進化的過程中，為自己的大腦設置一個有固定期限的關鍵期，限制自己的可塑性呢？另外，如果我們因為想學習一項新技能，而重新開啟關鍵期，會不會有危險呢？畢竟，正如法國作家查爾斯·皮埃爾所說，天才無非源于童心未泯。

動物進化出關鍵期，限制大腦可塑性，可能是為了保護腦細胞。小清蛋白細胞在高水平代謝過程中產(chǎn)生的自由基分子，會損害大腦組織——這可能也是大腦進化出圍神經(jīng)網(wǎng)絡的原因。精神分裂癥和其他精神疾病患者的大腦尸檢報告顯示，圍神經(jīng)網(wǎng)絡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險，在阿爾茨海默病患者身上可見一斑。負責復雜認知的高級腦區(qū)，如聯(lián)合皮層，已經(jīng)進化到可終身保持可塑性。在這些腦區(qū)中，能關閉關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，它們也是最早發(fā)生細胞凋亡的地方。

從哲學的角度來說，允許大腦改變太多是不明智的。按需開啟和關閉關鍵期，或許將有助于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療。不過，隨著關鍵期的開啟，人的某些基本特性也可能會發(fā)生改變。未來，人類可能會開發(fā)出更加天才的方法來改變世界，因此也很可能需要一種新方法，來增強自己大腦的可塑性，以適應高速變化的外部世界。

對此，我們需要高度注意，因為成年期的大腦重構，可能會威脅到人的自我意識。雖然我們都渴望擁有如兒童般的大腦可塑性，成為未來世界的佼佼者，但魚和熊掌不可兼得。如果有一天，這種能打通大腦的神奇藥物真的問世，如何取舍，需要我們?nèi)肌?/p>