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你不可不知的50個(gè)腦科學(xué)知識

 渠渠渠 2016-09-07

腦科學(xué)的新發(fā)展

——讀《你不可不知的50個(gè)腦科學(xué)知識》一書有感

文|常生龍(上海市物理特級教師,現(xiàn)任虹口區(qū)政協(xié)常委,、民進(jìn)虹口區(qū)委主委,、虹口區(qū)教育局局長,校長傳媒專欄作家)

 

人們對腦的功能的研究和思考,,已經(jīng)有很長的一段時(shí)間了,,但在很長的時(shí)間內(nèi)只是一些樸素的推斷和認(rèn)識,作為一門科學(xué)來進(jìn)行探索和研究,,距今只有一百多年的時(shí)間,。19世紀(jì)90年代,現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)起步,,科學(xué)家對腦的基本結(jié)構(gòu),、各個(gè)部分的主要功能等進(jìn)行了大量的分析和研究,通過對老鼠,、猴子等的大腦的探測,,以及腦部受傷病人的開顱手術(shù)等,逐漸積累起豐富的關(guān)于人腦的知識,。隨著科學(xué)探測儀器的不斷改進(jìn),,以及人們對腦的認(rèn)識的不斷深入,,腦科學(xué)也進(jìn)入了發(fā)展的新階段,老布什總統(tǒng)就曾宣稱20世紀(jì)90年代是“腦的十年”,。今天的人們,,越來越意識到,人腦真是一個(gè)富礦,,我們對它的認(rèn)識還很膚淺,;關(guān)于人腦每一點(diǎn)新的發(fā)現(xiàn),都會給教育,、醫(yī)療……等諸多領(lǐng)域帶來突破性的影響,。《你不可不知的50個(gè)腦科學(xué)知識》一書,,用非常精煉的語言,,向我們講述了腦科學(xué)的發(fā)展歷程,這些發(fā)現(xiàn)對我們學(xué)習(xí)和工作的意義,,對腦科學(xué)的未來也進(jìn)行了展望,。

 

一、對人腦的基本認(rèn)識

 

早晨上班的路上,,在廣播里聽到一則新聞,,說一些人為了確保家庭的傳宗接代不發(fā)生意外,借助醫(yī)療機(jī)構(gòu)對自己的胚胎進(jìn)行了液態(tài)冷凍技術(shù),,目前有這種需求的人還不少,,以至于醫(yī)療機(jī)構(gòu)經(jīng)常要添置一些冷凍罐,來保存這些胚胎,,由此也帶來了有關(guān)合同,、保存期限、不能及時(shí)繳納存儲費(fèi)用等一系列的事情,。

 

我想到的是生命的神奇,。從一個(gè)胚胎開始,經(jīng)過一段時(shí)間的孕育,,生長成鮮活的個(gè)體,,實(shí)在令人不可思議。那最初的干細(xì)胞,,是如何在不斷分裂的過程中,,被賦予不同的職能,生長出人的不同器官呢,?在腦部發(fā)育過程中,,胚胎神經(jīng)系統(tǒng)的干細(xì)胞會分裂生成大量未成熟的神經(jīng)元,這些未成熟神經(jīng)元的大批擴(kuò)張,、遷移,,造就了我們的大腦以及脊髓,,這本身也是一件非常神奇的事情。

 

諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)甙藸査褂幸槐緯小赌X的進(jìn)化》,,他在書中告訴我們?nèi)四X是一個(gè)很獨(dú)特的結(jié)構(gòu),,它包含了幾億年進(jìn)化史的全部過程。腦子最里層有一個(gè)魚的腦子,,外面一層包裹著雙棲動物的腦子,,再外面包裹著一層爬行動物的腦子,然后是哺乳動物的腦子,,最外面才是人類的腦子,,也就是我們經(jīng)常說的大腦皮層,。從胚胎發(fā)育階段開始,,那些未成熟神經(jīng)元的遷移一波接著一波,,從而形成了大腦皮質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu),。皮質(zhì)僅有幾毫米厚,,但卻分為6層,且每層的細(xì)胞分布都非常均勻一致,。遷移運(yùn)動結(jié)束后,,神經(jīng)元會生成兩種神經(jīng)纖維,即軸突和樹突,。樹突是神經(jīng)元的“輸入”通道,,負(fù)責(zé)計(jì)算和接收其他神經(jīng)元發(fā)出的信號,然后將這些信號傳送至胞體,;軸突是神經(jīng)元的“輸出”通道,。

 

成人的腦有兩個(gè)緊握的拳頭大小,其內(nèi)共含有約900億個(gè)神經(jīng)元,,神經(jīng)元的類型大約有數(shù)百種甚或數(shù)千種,。如果按照功能劃分,這些神經(jīng)元大致可以分為三種:感覺神經(jīng)元,,將感覺器官的信息傳至腦內(nèi),;運(yùn)動神經(jīng)元,向肌肉和器官發(fā)出指令,;中間神經(jīng)元,,在回路之間傳遞信息。當(dāng)然,,對每個(gè)人來說,,真正重要的既不是腦的整體大小,也不是神經(jīng)元的總數(shù),,而是神經(jīng)元間的連接方式,。通常情況下,,神經(jīng)元會合成并釋放出一種神經(jīng)遞質(zhì),神經(jīng)遞質(zhì)會形成精確的連接,,從而使每種信號對應(yīng)特定的“目標(biāo)”細(xì)胞,。

 

人在發(fā)育的過程中,腦所生成的神經(jīng)元總數(shù)其實(shí)不止900億左右,,大約是這個(gè)數(shù)量的兩倍,,但其中的一半最終會程序性死亡。程序性細(xì)胞死亡是一種正?,F(xiàn)象,,在腦及身體其他器官的發(fā)育中起著多重重要作用。例如,,在四肢的發(fā)育中,,未成熟的手指和腳趾經(jīng)由蹼狀組織連接在了一起,蹼狀組織是來自我們水生祖先的進(jìn)化痕跡,。這也從一個(gè)側(cè)面印證了艾克爾斯有關(guān)腦的層級結(jié)構(gòu)的說法,。細(xì)胞死亡被觸發(fā)后,細(xì)胞內(nèi)的胱天蛋白酶就會轉(zhuǎn)化為活性形態(tài),,成為分子剪刀,,在細(xì)胞內(nèi)游走并摧毀細(xì)胞的正常運(yùn)作。小膠質(zhì)細(xì)胞在檢測到瀕死神經(jīng)元發(fā)出的信號后,,也會向信號發(fā)出的方向遷移,。在識別出死亡細(xì)胞的碎片后,會通過吞噬作用將細(xì)胞殘骸吞噬干凈,。腦細(xì)胞的這種修剪和自清潔極致,,令人嘆為觀止。

 

成人的大腦,,其質(zhì)量僅占人體的2%,,但卻是一個(gè)耗能大戶,消耗著人體20%的能量,。如果一個(gè)人經(jīng)常飲食不正常,,不能保證身體能量的補(bǔ)充,大腦的工作肯定會受到影響的,?;蛟S有人會說,原來我做一件比較難的事情的時(shí)候,,經(jīng)常會累的頭疼,,原來是大腦耗費(fèi)能量過多的緣故啊,?其實(shí),,這樣的理解是不正確的,。就算你現(xiàn)在什么都不做,你的大腦也依然處于活躍狀態(tài),,并遵循其固有的活動模式,,消耗大量的能量。大腦不會因?yàn)槟阍诠ぷ骶拖母嗟哪芰?,也不會因?yàn)槟阈菹⒘司屯V瓜哪芰苛恕?/p>

 

二,、思想是交互作用的產(chǎn)物

 

人們在相互交談的時(shí)候,常常會說出這樣的話語:我心里想……,,我的想法是……,,你的想法是從哪里發(fā)生的,是來自你的心臟還是腦部,?人的思想肯定不是發(fā)端于心臟,,但也并非僅僅由腦部產(chǎn)生,思想和行為是腦,、身體和環(huán)境動態(tài)交互的結(jié)果,。

 

人腦的發(fā)育和成長是一個(gè)漫長的過程,從胚胎發(fā)育開始,,一直要到10多歲的孩子,他的大腦才能長大到和成人的大腦質(zhì)量相當(dāng),。但這僅僅是質(zhì)量上的比較,,在此之后,人大腦的很多部位依然在繼續(xù)發(fā)育之中,,比如說前額皮質(zhì),,要在人成長到30歲左右的時(shí)候,才能夠發(fā)育完成,。

 

人腦的這種生長特點(diǎn),,決定了人腦的結(jié)構(gòu)和功能必然和人個(gè)體所處的環(huán)境、個(gè)體的生活經(jīng)歷有著密切的聯(lián)系,。生活在英國的孩子,,學(xué)習(xí)英語是很自然的事情,就像生活在中國的孩子能講一口流利的漢語一樣,;生活在藝術(shù)氛圍濃郁的家庭,,自身或許并不從事藝術(shù)創(chuàng)作,但總會在不經(jīng)意之間流露出濃郁的藝術(shù)氣質(zhì),;很多手工技藝能夠代代相傳,,也是因?yàn)楹⒆铀砷L的環(huán)境影響的結(jié)果??茖W(xué)家對工作了幾年對城市道路非常熟悉的出租車司機(jī)的腦部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測分析,,發(fā)現(xiàn)與生成地圖和存儲導(dǎo)航記憶有關(guān)的海馬體,,在獲取這些“知識”的過程中,體積變大了,。越有經(jīng)驗(yàn)的出租車司機(jī),,海馬體內(nèi)灰質(zhì)的密度越大。這說明,,大腦的神經(jīng)回路,,會隨著個(gè)人經(jīng)歷,以對應(yīng)的方式不斷發(fā)生變化,。

 

在貧困家庭中成長的孩子,,在語言、記憶力以及視空間技能等方面的測試中,,通常都表現(xiàn)不佳,,這在很多國家的教育測量中都得到印證。之所以會出現(xiàn)這樣的情況,,與貧困家庭不能給孩子的成長提供良好的環(huán)境和氛圍,,不能給孩子創(chuàng)設(shè)有益于他的多重神經(jīng)回路建構(gòu)、促進(jìn)腦部結(jié)構(gòu)生理性變化的各種訓(xùn)練,。蘇霍姆林斯基曾經(jīng)講述過他的一名學(xué)生,,進(jìn)校后基本上默不作聲,在很多方面的表現(xiàn)都很遲鈍,。他去這個(gè)學(xué)生的家中訪問,,才了解到這個(gè)孩子跟著奶奶生活,奶奶自己失聰,,平日里無法和孩子進(jìn)行語言交流,,只能設(shè)法保證孩子的溫飽。今天,,很多年輕的父母意識不到這一點(diǎn),,自己每天沉湎在手機(jī)和微信中,缺少和孩子溝通交流的時(shí)間,,這對孩子的成長是很不利的,。

 

到了初中和高中階段的青少年,做事情往往比較沖動,、喜歡冒險(xiǎn),,很多人將其歸結(jié)為青春期的緣故。青少年學(xué)生之所以喜歡冒險(xiǎn),,與青春期肯定有關(guān),,也與大腦發(fā)育尚未成熟有關(guān)。如前所述,前額皮質(zhì)的發(fā)育要持續(xù)到30歲左右才能完成,,而前額皮質(zhì)是腦部的命令和控制中心,,決策和自控等較高層次的思考都在這里進(jìn)行,與人的情緒有著直接的聯(lián)系,。處在青春期的孩子們,,在腦的決策和自控等方面都不夠成熟,導(dǎo)致青少年喜歡選擇冒險(xiǎn),,以尋求新奇事物與新的感覺,,從而讓自己準(zhǔn)備好離開熟悉的地方去追求新的體驗(yàn),探索新的領(lǐng)域,。反過來說,,我們要感謝大腦的這種發(fā)育機(jī)制,要不是我們的祖先在青少年時(shí)期的這些不成熟舉動,,人類可能也不會遍布全球的每一個(gè)角落,。

 

三、記憶的本質(zhì)是重構(gòu)

 

在讀那些傳記的時(shí)候,,經(jīng)常會感嘆書中人物驚人的記憶能力,,佩服他們能夠?qū)⑦^去的事情記憶的如此清晰,也常因此感到慚愧,,因?yàn)樽约航?jīng)歷過的很多事情已經(jīng)記不得了,。后來才發(fā)現(xiàn),原來他們的“記憶”并非如此,!

 

錄像機(jī),、錄音機(jī)的特點(diǎn),就是真實(shí)記錄當(dāng)時(shí)的情況,,在必要的時(shí)候進(jìn)行還原,。但記憶的本質(zhì)是重構(gòu),,人在腦海中所記憶的事情或者某些事情的片段,,都不是事情的本來面目,而是經(jīng)過我們加工之后,、選取自己認(rèn)可的部分內(nèi)容存儲起來的,。我們在檢索頭腦中的記憶時(shí),還需要將這些信息碎片拼湊成一段有意義的故事,。因此,,將自己的記憶輸出、在重構(gòu)的過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,。很多時(shí)候,,這些錯(cuò)誤可能無關(guān)大局,并不影響人們對事物的判斷,;但在不少情況下,,這些重構(gòu)的記憶會對他人產(chǎn)生誤導(dǎo),。

 

劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家巴特萊特做了一項(xiàng)研究,讓受試者閱讀以印第安民間故事為主題的一本書,,過了一段時(shí)間(幾個(gè)月甚至一年之后),,讓他們再復(fù)述這一故事。他發(fā)現(xiàn),,受試者都根據(jù)自己的記憶更改了故事的內(nèi)容,。他們略去了一些自認(rèn)為不相干的內(nèi)容,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了自認(rèn)為最重要的地方,,并將不合理的地方變的自然合理,,從而使故事更容易為自己所理解。巴特萊特認(rèn)為,,受試者之所以這樣做,,是為了讓故事符合自己已有的知識框架。換句話說,,我們總是在自己已有知識的框架下來記憶,,并以此來理解自己所記憶的事物。記憶的這一特征,,還體現(xiàn)在我們對未來事件的模擬和展望上,。

 

在影響記憶的各種因素中,睡眠是很重要的因素之一,。腦科學(xué)家的研究表明,,記憶的鞏固發(fā)生在睡眠的某些階段內(nèi)。動物進(jìn)入睡眠狀態(tài)后,,海馬體會重新激活記憶痕跡,,并產(chǎn)生與記憶形成時(shí)完全一致的活動模式,這也可能是我們做夢的原因,。睡眠剝奪不僅會妨礙我們在記憶任務(wù)中的表現(xiàn),,而且還會限制我們從長時(shí)記憶中檢索記憶的能力,也會提高錯(cuò)誤記憶產(chǎn)生的可能性,。所以古羅馬雄辯家昆體良早在公元1世紀(jì)時(shí)就指出,,晚上睡個(gè)好覺能增強(qiáng)記憶。大量教育測量結(jié)果也顯示,,充足的睡眠時(shí)間有利于學(xué)業(yè)成績的提升,。

 

《你不可不知的50個(gè)腦科學(xué)知識》 [英]康斯坦迪/著  邢妍/譯  人民郵電出版社  2014.05

(本文為常生龍?jiān)瓌?chuàng),首發(fā)作者的博客)

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