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大脑:活到老学到老的奥秘(2)

2012-02-24 14:01:07

 文/刘宁宁

大脑的可塑性

 

  对于音乐家大脑的颞平面比较大以及他们特殊的鉴赏音乐和创作音乐作品的能力,相当多的研究人员认为是天生和后天因素结合而形成的,即先天的音乐基础和后天的训练共同铸就的。而后天的训练帮助音乐家的颞平面变大实际上就是增加了这一区域的神经元数量,从而让听觉神经活动更加强化。这是后天活动增强大脑特殊能力的证明。

 

  研究人员发现,音乐家左侧颞平面N-乙酰天冬氨酸(NAA)浓度明显比未经过音乐训练者高。而N-乙酰天冬氨酸是神经元的标记物,它的浓度升高表明局部神经元密度增加。相反,N-乙酰天冬氨酸减少,则意味着神经元数量较少和神经功能障碍。这也说明,长期的专业音乐训练可导致专门管理听觉和音乐鉴识的神经细胞的显著增多。因此,大脑中的这个区域通过训练不仅体积增大,也意味着它的功能在增强。这就是音乐家明显比一般人更善于鉴赏音乐和从事音乐创作的生物学原因。

 

  那么,出租车司机的特别的记忆力和形成这种记忆力的基础——较大的海马体——是如何形成的呢?

 

  为了弄清这个问题,马奎尔等人又进行了一项相关的后续研究。这个研究是,让出租车司机和对照组参与一项对2万多条街道和地方进行导航与记忆的训练,并通过对这些参与者训练结果的比较,来探明人们是否是经过训练才形成了大脑中更大的海马体,抑或是有些人的海马体天生就比其他人大。

受试者分为两个组,一组是具有出租车从业资格的出租司机,共79人;第二组是没有取得出租车从业资格的人和普通司机,共31人。马奎尔等人对这两组人群进行训练,并在训练之前、训练之中以及结束后对他们的大脑进行扫描,以及对他们进行记忆测试。具体任务是,要求这些人记忆25000条街道和20000个路标。

 

  在开始训练之前,具有从业资格的出租车司机的大脑与那些没有取得从业资格的司机和普通司机的大脑并没有差别。但是,经过3~4年的训练后,有从业资格的出租车司机中有39人的大脑灰质中后海马体部分体积增大,但是,没有取得从业资格的司机和普通司机的大脑海马区自始至终都一样大,没有变化。

 

  研究人员认为,出租车司机的大脑比别人具有更大的可塑性。这实际上提出了一个问题,一些人的大脑的特殊性是后天塑造的,但是,前提是他们具有某种遗传素质。这就如同音乐家与普通人大脑的差异一样。

 

  终生学习抗御痴呆

 

  出租车司机大脑的海马体在导航中起着至关重要的作用,这似乎与卫星导航系统有着异曲同工之妙。这也说明,尽管地图、指南针和经纬线等都是人类的导航工具,但是,在人的大脑中有一种心理导航图,主要是靠学习而获得。

 

  由于伦敦的出租车司机需要在成千上万蜿蜒曲折的街道中寻找最佳行进路线,以便尽快到达目的地,他们的大脑形成了精确而有效的导航体系,并且在不断的经验积累中日渐强大。这就是他们大脑中海马体比普通人大数倍的原因。

 

  然而,海马体不只是与记忆有关,也与学习有关,因为任何学习都涉及记忆。海马体是记忆形成的主要场所,在记忆过程中,海马体充当转换站。当大脑皮质中的神经元接收到各种感官或知觉信息时,它们会把信息传递给海马体。如果海马体有反应,神经元就会开始形成持久的网络,从而形成记忆;但如果海马体没有反应,那么脑部接收到的信息就会自动消失。这也是人的认知的基础。

 

  研究也发现,海马体内部及邻近大脑区域有三种神经细胞,它们与记忆和学习都有关系。这三种细胞是,位置细胞(place cell)、头朝向细胞(head direction cell)和格子细胞(grid cell),这三种细胞组成了大脑中的导航体系。人的大脑中有成千上万的位置细胞,分布在众多细小的角落。位置细胞接收各种来源的空间信息后,可对这些信息进行加工处理,在海马体内形成认知地图,或加强联合皮质内细胞集群的突触联系,以形成对空间位置的永久记忆。

 

  头朝向细胞是一种头朝向依赖性神经元,它如同指南针一般,可以告诉人面对的是哪一条路,而且头朝向细胞受环境、方向、暗示等因素的影响,是指导生物运动的重要神经元。挪威科技大学的爱德华·莫塞尔研究团队于2005年发现的格子细胞则可以通过类似经纬线的网格模型告知人们已经行进了多远。

 

  通过学习和训练,出租车司机大脑中的这三种细胞增多,不仅使海马体的体积增大,也增强了出租车司机的记忆力。这如同音乐活动增加了音乐家颞平面的神经细胞,从而不仅使这一区域扩大,并增强了音乐家的音乐鉴赏和音乐创作能力一样。

 

  这些研究也对大脑的学习和健康提供了一种线索,对于正常人,可以通过终生学习来刺激大脑神经细胞生长,并保持大脑的敏锐性、记忆力和学习能力,从而防止痴呆。对于大脑受损的人,也可以通过学习来修复他们的大脑,恢复记忆力和认知功能。
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