一點都不想動腦
我們不妨假設(shè)一種非常極端的情況——如果大腦完全不工作,它會退化嗎?
當(dāng)然,這只能是理想化的思想實驗,沒有實踐的可能。因為心跳、呼吸、消化等維持生命的生理行為都受大腦調(diào)控,如果大腦完全不工作,人就不能維持正常的生理功能,更別說動不動腦了。
于是,我們假設(shè)不那么極端的情況——在保證人體正常存活的條件下,如果大腦不工作,它會退化嗎?答案是“YES”!
根據(jù)赫布理論,所謂“學(xué)習(xí)”指的是大腦中的神經(jīng)元按照一定的方式相互連接形成特定的網(wǎng)絡(luò)。如圖1就是神經(jīng)元在學(xué)習(xí)香蕉概念時的表現(xiàn)。換句話說,學(xué)習(xí)的過程,就是幫助神經(jīng)元互相形成特定連接的過程。神經(jīng)元之間主要通過一種叫作突觸的結(jié)構(gòu)來相互連接。大量的研究表明,突觸的強度是動態(tài)的,它會隨著神經(jīng)元之間通信強度的增減而變強或減弱。如果一個突觸經(jīng)常被用到,說明這是一條重要的“信息公路”,那么這個突觸就會變強;反之,如果一個突觸很久都不活動,往往說明這條“信息公路”可有可無,這個突觸就會自然而然地被修剪掉。
猜猜看,人一生中什么時期的突觸數(shù)目最多?不是在腦力巔峰的22歲,而是在出生后大約3個月——嬰兒的突觸數(shù)目會在出生后的3個月內(nèi)暴增20倍!但此時嬰兒大腦中的神經(jīng)元幾乎都是隨機彼此連接的。你看一張紙寫滿了字,雖然字?jǐn)?shù)或許遠超一本書的字,但它們排列隨機,雜亂無章,因此根本不會包含任何有意義的信息。之后,在嬰兒發(fā)育和學(xué)習(xí)的過程中,大部分突觸會被修剪掉,只留下有用的突觸。這就像是用橡皮擦將紙上冗余的字都擦去,只讓有用的字有序地留下來,真正有意義的信息就凸顯出來了。由此我們可以推斷,如果一個大腦不工作(不活動)的話,神經(jīng)元的突觸就會因為久不使用而被統(tǒng)統(tǒng)修剪干凈。
大腦偷個懶
我們進一步假設(shè)——如果大腦有些部分偷個懶、不工作,會有影響嗎?
科學(xué)家確實研究過這個問題。在人或猴的大腦的感覺皮層中,接收五根手指信息的腦區(qū)按照對應(yīng)手指的順序排列。用手術(shù)切斷猴中指的神經(jīng)以后,感覺皮層就接收不到中指的輸入信息,對應(yīng)的神經(jīng)元也就不再活動。過一段時間后再去檢測,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),原本負責(zé)接收中指信息的腦區(qū)改為接收食指和無名指輸入的信息,仿佛這個腦區(qū)被旁邊的兩個腦區(qū)侵占了(圖2)。這個研究結(jié)果表明,“寸土寸金”的大腦是不會允許“空地”存在的。
科學(xué)家還做了相反的實驗:如果反復(fù)刺激猴手指上的一塊皮膚,其對應(yīng)的感覺皮層就會在若干天后變大(圖3)。
綜上所述,如果一個腦區(qū)不工作的話,它就會衰退;如果一個腦區(qū)被反復(fù)使用的話,它就會得到加強。
等等,讓我們再仔細想一想,剛才探討的是大腦中一小部分不工作的情況,如果有很大的一塊不工作,也會被其他腦區(qū)侵占嗎?
腦區(qū)不工作
我們再來假設(shè)一種情況——如果人失明或是失聰,大腦的視覺皮層或聽覺皮層就得不到刺激而處于失活狀態(tài)。在這種情況下,大腦會發(fā)生怎樣的變化呢?
科學(xué)家用功能性磁共振成像儀(fMRI)觀察失聰者的大腦,以研究這個問題。人的血紅蛋白中含鐵,而鐵離子在磁場中是有反應(yīng)的,因此通過核磁共振的手段可以了解腦中的血流分布,從而得知大腦的活動情況。
如果給普通人看某些東西(給予一系列視覺刺激),他們的聽覺皮層是不會被激活的。但在看唇語以及文字時,因為被試者會在大腦中思考唇語者在說什么,或者默讀看到的文字,他們的聽覺皮層會被激活。
如果給失聰者看某些東西(給予一系列視覺刺激),他們的聽覺皮層會有不同程度的激活,甚至黑白變換的閃爍網(wǎng)格影像這樣簡單的視覺刺激都能激活他們的聽覺皮層。更有趣的是,失聰?shù)臅r間越長,被試者聽覺皮層被視覺刺激所激活的反應(yīng)就越強。這也暗示聽覺皮層被棄置的時間越長,被侵占的程度也就越高。
讓“聰明”腦區(qū)變大?
既然不活動的腦區(qū)可以“讓位”給其他腦區(qū),那如果把與思考無關(guān)的腦區(qū)(比如對應(yīng)手、腳的)抑制了,剩下的與思考相關(guān)的腦區(qū)是不是會擴大自己的地盤,人是不是就會變聰明?哎呀,看到這里,你可千萬別沖動,去搞什么砍手砍腳的可怕試驗……因為大腦分配工作不會這么粗暴簡單!
首先,不同腦區(qū)所實現(xiàn)的功能不同。用功能性磁共振成像儀等工具來測量你的大腦,當(dāng)你活動手腳,就會看到運動相關(guān)的腦區(qū)有反應(yīng);當(dāng)你靜下來思考,就會看到另外一部分腦區(qū)十分活躍。
其次,這些不同腦區(qū)所包含的神經(jīng)元種類也不同。如果對大腦切片進行染色,可以通過細胞形態(tài)、密集程度等特征來找到這些腦區(qū)的邊界。
在本文圖2所示的實驗中,無名指和食指的腦區(qū),之所以能侵占中指的腦區(qū),是因為控制手指的腦區(qū)都屬于運動皮層,其細胞種類相同,功能也類似??刂撇煌种傅哪X區(qū)彼此侵占,是有生理基礎(chǔ)的。
而具有高級功能(如語言、數(shù)學(xué)運算等)的腦區(qū),不太可能與控制運動的腦區(qū)彼此侵占,因為這兩部分腦區(qū)的物理距離比較遠,神經(jīng)元很難移動到達。另外,控制這些功能的神經(jīng)元也可能不同。
所以,想變聰明的同學(xué),還是別想歪門邪道,老老實實多讀書、多動腦吧!
腦區(qū)之間串個線?
腦區(qū)是相對獨立的功能單位。例如,視覺皮層主要處理視覺信息;運動皮層則控制運動。這些腦區(qū)相互連接,共同工作。比如,當(dāng)你伸手打蚊子的時候,你就需要通過視覺、聽覺的信息來確定蚊子的位置,并實時地調(diào)整手的運動軌跡,以最終打中蚊子。人類捕獵的時候,注意力的機制會讓和獵物相關(guān)的視覺信息更加突出,而其他視覺信息就被相對忽略了。
有意思的是,有一些腦區(qū)之間原本沒有連接,但由于物理位置接近,會發(fā)生信息“泄漏”,就像電話串線。亞里士多德就觀察到這樣的現(xiàn)象:當(dāng)從暗室中走到太陽下的時候,他經(jīng)常會打噴嚏。他認為這是因為他站在太陽下時鼻子被加熱了,這個溫度差導(dǎo)致鼻腔有異物感,從而讓他打噴嚏。
現(xiàn)在科學(xué)實驗證明,這其實是因為視覺神經(jīng)從控制面部的三叉神經(jīng)周圍經(jīng)過,突然出現(xiàn)的亮光刺激的信息會從視神經(jīng)“泄漏”到三叉神經(jīng),從而引起鼻子的異物感,讓人打噴嚏,這個過程與溫度毫無關(guān)系。這種具有遺傳性的癥狀被取了個超級長的名字,叫作“強迫性常染色體顯性遺傳性光眼激發(fā)綜合征”(Autosomal-dominant Compelling Helio-Ophthalmic Outburst syndrome),縮寫是ACHOO——大聲念出來吧,“阿嚏”!
還有一些人身上會發(fā)生“看到”氣味、“聽到”數(shù)字等通感現(xiàn)象,這其實都和腦區(qū)之間的信息交流有關(guān)。