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大脑的“成人礼”

2016-12-02 15:25:26

先问大家一个简单的问题:“你成年了吗?”如果你年满18岁,可能你会立刻回答:“当然成年了,我都二十好几了!”或是“那肯定啦,我的小孩都会打酱油了!”还可能有其他各式各样的回答,但结果一定是“肯定”答案。

日常生活中,我们判断一个人是否成年,最常用的标准就是年龄,现在还有一些社群或者学校在孩子们达到一定年龄时,举办成人礼。很多国家都将18岁作为划分成年与否的界限。

英国研究人员曾对2000人进行了调查研究,整理出了50个成年的标志,其中排在第一位的是背负房屋抵押贷款,而在智商、情商方面包括:是否有自己的政治观点、合理规划每月的收支等问题,还有是否自己洗衣服、换灯泡等生活技能方面的问题。以上的判断标准都是一些外在的表现,而认知神经科学家则习惯用科学证据说话,他们更加关注掌控我们一切日常行为的最高指令长——大脑。大脑是何时完成“成年礼”的呢?

大脑发育不会戛然而止

大脑由不同的结构组成,主要可分为额叶、顶叶、颞叶以及枕叶这几部分。大脑中各个结构的体积也不同,与大脑中其他的“叶”相比,额叶是人类大脑中体积最大的一部分。而在动物界,有些动物的脑几乎不存在额叶。额叶负责许多高级认知功能,比如语言能力、自主意识、情绪控制、推理、逻辑思维等。正因为额叶承载着如此丰富又极为复杂的高级功能,它的结构和功能的发展进程也引起了研究者的浓厚兴趣。那么,大脑额叶是不是在人类年满18岁时,就发育成熟了呢?

随着神经科学技术的不断推进,在磁共振成像扫描的帮助下,研究者不再认为大脑发育(特别是额叶)会在某一确定的年龄戛然而止了。研究结果显示,人类的大脑皮层在20岁出头时仍旧在发育。可见,它成熟的时间比我们最初设想的要晚很多。科学家们据此认为青春期应该细分为3个阶段:青春期早期——12岁~14岁;青春期中期——15岁~17岁;青春期后期——18岁~20岁,他们指出年轻人的大脑功能发展会一直持续到青春期后期,可能到25岁左右才发育完全。

大脑的基因活性分析

为了进一步深入了解大脑发育的内在机制,最近科学家们针对不同发育时期的大脑皮层展开了一项大规模的基因活性分析研究。研究结果首次描绘出了一幅人类大脑的“沙漏”型发育图。如左上图所示,纵坐标表示基因表达的强度,横坐标表示时间。据图,我们可以看出随着年龄增长,基因表达的强度先降低后升高。研究者根据这一结果把大脑发展轨迹分为三个阶段:

1.产前发育期。研究结果显示,大脑区域的总体结构在受精卵发育的最初6个月就已经在一系列基因活性的作用下基本形成。

2.青春前期。虽然这一阶段基因表达不那么活跃,但这一时期却是大脑发育重要的成形期。在此期间,在环境和基因的交互作用下,神经元之间的突触连接逐步形成,这会决定大脑结构将如何在日后的工作生活中发挥作用。如果在儿童时期的最初几年扰乱了这种突触连接的同步性,则很可能会导致自闭症的产生。

3.青春期之后。这个阶段从青春期开始一直持续到成年。基于上一阶段突触的同步连接,各个大脑区域开始发展自己的结构和功能特性,大脑基因活动重新活跃起来,帮助我们精细地塑造皮层区域,进而逐渐地执行更特异性的任务。

耶鲁大学神经科学研究所的神经生物学教授雷纳德·瑟斯坦形象地比喻道:“人类的大脑更像是社区,它会受到生活在周边区域的社会群体影响。这个社区快速地建立起来,然后一切事物都减慢速度,大脑皮质专注于形成如同电网一样的连接,之后当这些区域连接同步化时,社区开始像小意大利区或中国城一样呈现出不同的功能特性。”

另外,这一研究项目也在猕猴中进行了类似的基因分析。但是在这群人类的近亲中并没有发现这种“沙漏”型的发展轨迹。该比较结果表明,这种基因活性的变化只表现在人类大脑发育过程中。同时,人类大脑结构在成熟后的细化程度也远远高于猕猴。下图(A)和(B)分别表示胚胎期和成年期人类大脑的外侧和内侧的大体结构。图(C)和(D)分别表示猕猴在胚胎期和成年期大脑外侧和内侧结构。我们可以看出,虽然在胚胎期人类和猕猴的大脑结构都已大体形成;但到成年期,人类的大脑皮层沟回明显且结构复杂,而猕猴的回路结构相比之下则简单得多。科学家们在探究了爱因斯坦的大脑结构切片后得出:沟回结构的复杂程度可能与个体的认知水平有关,可能个体的沟回越复杂,便越聪明。所以,这种脑区结构的差异说明了人类具有更高级的认知功能。

现在,如果再问你是否成年,你是不是会稍微犹豫一下再回答呢?因为评判标准不再只是那些外在表现了。我们的大脑是否可以去参加成人礼了呢?

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