伦敦的出租车司机，以其对街道、路况的精确掌握而闻名全球。与世界多数同行不同的是，他们不用参照地图就能在英国首都穿梭自如，这就像是他们的第二天性。在一般情况下，一个新司机要花两年的时间来吸收信息，并最终通过噩梦般的、名为“知识”的口语测试，才能做到这一点。司机这个职业让他们的记忆（尤其是工作记忆）承担了巨大的负荷。在他们的大脑里，要时刻牢记各种规则和事实，来决定接下来的行为。

在2000年，来自伦敦大学学院的埃莉诺·马奎尔和她的团队展开了以下研究：伦敦的出租车司机由于不间断地、频繁地使用工作记忆，他们的大脑是否会发生物理的改变？不可思议的是，他们通过脑部扫描看到出租车司机大脑中掌管工作记忆的区域（海马体）事实上比其他同龄司机的更大。 ¹ 这不是说拥有大海马体的人都可以去当司机，但海马体大的人更可能娴熟地从事司机行业。这个研究吸引了媒体的注意，令媒体眼前一亮，同样也吸引了伦敦出租车司机的注意。当然，这是当下用来印证大脑“不用则废”的最佳的、最简单的例子。通过不断活动，神经元就像身体的肌肉一样，变得更加强壮和硕大。这种情况不仅适用于哺乳动物，还适用于简单生物（例如章鱼 ² 、海蛞蝓 ³ ）。人类比其他物种更能充分开发利用这种本领。

大脑的转变是经验的结果，这一论断最早可以追溯到1783年瑞士自然学家查尔斯·邦纳和皮埃蒙特的解剖学家米歇尔·文森佐·马拉卡尼：经过训练的狗和鸟与同窝出生的其他狗和鸟相比，前者大脑的部分区域（小脑）的褶皱层数量更多。 ⁴ 然而，这个发现并没有撼动当时的教条，人们仍然认为大脑是不变的。直到1872年，哲学家亚历山大·贝恩重新审视这个观点：“在大脑的每次记忆、身体的每次操练、每个习惯、每段往事、思维的每次训练上，细胞的特定生长连接，使特定的感觉和行动相结合。”大约在1890年，心理学的先驱威廉·詹姆斯顿悟道：“当两个基本的大脑过程同时或相继活跃时，其中的一个过程反复出现，往往它会把自身的兴奋传递给另一个过程。”用来形容这种过程的术语“可塑性”，第一次被世界所知是在1894年，伟大的西班牙解剖学家圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔 从希腊语词根中借用了这个词，意为“可被塑造” ⁵ ，它出现在人造材料时代到来之前。

“给我一个孩子，只要让我抚养他到7岁，我便还你一个男子汉。”耶稣会士拍着胸脯保证。在现代科学家埃莉诺·马奎尔提供确凿的实验数据证明之前，米歇尔和查尔斯就已预测到可塑性。人们普遍认为，正在发育的大脑更容易受到影响，并且更脆弱。由此人们引申出，年轻大脑对外界影响的敏感性，强调了为下一代塑造正确环境的重要性。希拉里·克林顿在1997年指出，儿童0～3岁的这段时间，“决定了孩子是成长为一个和平的公民还是暴力的公民，专注的员工还是散漫的员工，耐心认真的父母还是冷漠无情的父母” ⁶ 。

在人生的头几年，大脑有机会开启生命之窗，以神经元之间的迅速生长连接为特征，使难以置信的事发展成可能。例如，在婴儿的大脑皮层中，视觉区和听觉区在功能上似乎可以互换，它们都可以有效地接收听觉刺激或视觉刺激。因此，当儿童早期视觉受损时，听觉分区就会因一种皮质重塑的过程，变得更加敏锐。 ⁷ 因为视觉分区不能正常工作，它会适应其他外界输入并且扮演其他角色，帮助大脑处理听觉，从而使儿童得到更强的听力。

这种中枢神经系统完善能力的适应性并不局限于感官。卢克·约翰逊的故事能够说明年轻的大脑在补偿脑损伤方面的能力。卢克在2001年的时候上了英国报纸头条，那时他只是个蹒跚学步的孩子。他出生不久，他的右臂和右腿就无法活动。医生诊断他可能在母亲子宫里或刚出生的时候，左脑中风受损。但是几年后，卢克的四肢功能完全恢复正常。在他人生的头两年，他的大脑在自我修复，重新组织神经通路来弥补受损的组织。 ⁸

不幸的是，这些改变在关键期并不总能达到积极的效果。以患有白内障的儿童为例，因白内障或其他机能异常而视力受损会对0～5岁的儿童造成永久性伤害。然而，如果孩子们长大后再遇到同样的问题，通过治疗，他们是可能恢复视力的。 ⁹ 有趣的是，不同的视觉功能有着不同的关键恢复时期，这意味着白内障患儿在特定时期内或许会在运动检测方面有缺陷，但视力可恢复正常。但对于卢克来说，他的大脑会自我修复，但结果却很不幸，原本用来形成视觉的大脑区域，因为眼睛不能正常工作，转而为其他功能服务。

大脑发展的关键期在直观上很容易被理解，甚至在大脑正常发育的特定阶段所发生的变化也很明显。然而，在成年中风患者的康复过程中，我们可以明显地看到大脑中的“功能区分”似乎并无异样，但脑细胞不会随着年龄的增长而停止生长。在成人身上，不同的感觉系统可以跨越既定的界限，盲人的大脑视觉皮层通过阅读盲文而被激活。同样，神经科学家海伦·内维尔已经证明，听觉障碍导致特定视觉功能的提升，盲人在处理快速听觉任务时的表现更好。 ¹⁰

未发育完全的健康大脑在学习时会表现出可塑性。可塑性背后的基本脑机制同样适用于对受损和病变的大脑的再学习。大脑损伤后功能的恢复可以分为三个阶段：①修复，即修复残留的大脑区域；②招募，即招募新的大脑区域来帮助恢复原有功能；③重新训练，即训练其他大脑区域来有效地运作新功能。 ¹¹ 对于语言来说，不是主要掌管说话的大脑右半球，可以在左半脑受损时接管这一功能。 ¹² 同时，对不能正常使用双手的猴子来说，只需每天1个小时的训练，其大脑中的神经元就不会萎缩至无用。这同样在人类身上得到证明。许多因脑损伤而出现手部功能障碍的人，会倾向于使用健康的那只手，但这样的策略会阻碍受损脑区功能的恢复。这类人需要常使用不能正常工作的手，从而促进其手部功能的恢复。 ¹³

大脑不能容忍“空白区域”——神经元无所事事。“我们只使用了大脑的10%”，这种说法属于老生常谈，却非常站不住脚。第一，大脑的任何区域都不能在不损失功能的情况下受损，若“我们只使用了大脑的10%”的迷思成立，那么这意味着我们可以承受90%的大脑受损。第二，大脑是我们体内最贪婪的器官，即使它只占我们体重的2%，却会消耗20%的能量供应。为什么我们要费这么大的精力和资源去维持90%什么都不干的神经元呢？第三，脑成像技术显示，除有严重脑损伤的人之外（例如持续性植物人），一般人的大脑内几乎没有区域完全不活跃或处于非激活的状态。第四，大脑所有的区域各司其职，掌管特定的功能，大脑中的所有结构都在工作，尽管我们无法切实理解不同大脑区域是如何合作并产成某种特定行为的。第五，正如我们所看到的那样，当涉及神经元存活和连接的时候，大脑在清晰明确的“不用则废”的规则下运作。如果真的有90%的大脑区域没被使用，尸检结果将显示高达90%的大脑大规模退化，但事实上并非如此。 ¹⁴

特定神经元在处理越复杂的特定活动时，占用的大脑区域越多。在一项实验中，神经学家迈克尔·莫泽尼奇表示，训练猫头鹰和猴子用两根指头转碟子，会使其触觉（躯体感觉）大脑皮质的相关区域变大。 ¹⁵ 这个发现对应在人类身上：演奏弦乐器的音乐家训练其左手的时间多于右手，那么他关于左手触觉的大脑皮质区要比右手的区域更大。 ¹⁶ 有关成人感觉系统适应性的例子很多，重复经历对大脑功能的影响是思维转变的基础，所以我们有必要了解大脑的可塑性和适应性会覆盖多大范围，又是多么具有戏剧性。

研究者开展了一系列研究，这些研究很像那个出租车司机的研究。在这些研究中，研究者观察了一些特殊人群的大脑，这些人会做一些不同寻常的事，或每天经常做这些事，而这些人的大脑与我们普通人有着一些不同之处。例如，在通常情况下，音乐家和非音乐家的大脑结构有很大差异。专业音乐家（键盘手）、业余音乐家、非音乐家的脑部扫描图显示，他们关于运动、听觉、视觉的大脑区域存在差异。 ¹⁷ 值得注意的是，音乐家的大脑结构差异和练习强度之间有很强的关联，这预示着解剖学上的大脑差异与学习相关，而与对音乐的偏好无关。与此同时，花大量时间做数学推算会增大大脑特定区域的灰质密度，这部分区域通常与算术运算、视觉空间想象、智力创作、3D建模有关。 ¹⁸

篮球运动员的大脑可以体现其以经验为基础的可塑性：与普通人相比，篮球运动员脑部的“自动驾驶仪”（小脑）更大。 ¹⁹ 与那些没经验的人相比，有经验的高尔夫球手也有类似的变化，不过他们的变化表现在不同的脑区。 ²⁰ 然而，因为高尔夫球手的竞技水平与解剖结构的变化之间没有线性关系，所以我们无法判定高水平的高尔夫球手是否先天就具有这种天赋。这种“先有鸡还是先有蛋”的难题，是对不同人群研究的一大缺陷。

另一个辨别原因和结果的试验是，在没有特殊技能或天赋的普通人接受标准化的训练时，我们观察其大脑在这段时间内的变化。 ²¹ 例如杂耍，受试者经历了为期三个月的日常训练，在练习三球杂耍的过程中，感知和预期是决定接下来精确动作的关键因素。在训练之前他们接受了脑部扫描，然后进行三个月的训练，再三个月不玩杂耍，最后脑部扫描结果显示，其大脑已经退回到最初的基线水平：不用则废。这期间的脑部扫描显示，在训练刚开始的7天内，他们的大脑有了结构性变化，训练早期是大脑变化最快的时间段。这个结果表明，大脑结构发生变化的关键是学习新任务，而不是对已经学习到的东西进行反复练习。

最令人欣慰的是，类似训练可以使老人的大脑产生结构性变化。在上述杂耍训练中，老人的表现不如年轻人好，但其大脑灰质确实在可辨识的区域发生了变化。 ²² 更宽泛地讲，记忆训练可以促进老人大脑皮层的生长。当接受为期8周的强化训练时，老人的记忆力有所提升，大脑皮层变厚。 ²³ 如果老人的大脑都表现出变化，那年轻人有此类变化更不足为奇。

德国基础医学考试（生理考试）的准备过程对准备者的大脑有明显影响。 ²⁴ 这个考试“包括生物学、化学、生物化学、物理学、社会科学、心理学、人体解剖学和生理学的口试和笔试，要求大脑进行高水准的编码、数据检索和内容回忆” ²⁵ 。学习所引发的结构变化发生在与记忆有关的大脑各区域，包括海马体、海马旁回灰质、后顶叶皮层。备考过程中的紧张感并非大脑变化的关键因素。学习第二语言使大脑灰质的密度上升，此变化与技能水平的提升有关。 ²⁶ 一些研究考察了在瑞士学习德语的、以英语为母语的留学生，发现经过5个月的第二语言学习，他们与第二语言相关的大脑区域发生了结构性变化。这再一次证明，个体学习对大脑结构变化的影响。

生命的激动人心和可怕之处在于，你用不着积极地从事某种特定训练来改变大脑：改变是你所处环境和所拥有的经验的结果。莎朗·贝格利在她引人入胜和富有启发性的《可塑大脑》中写道：“新的突触，即一个神经元与另一个神经元之间的连接，是记忆的物理表现。从这种意义上说，大脑经历了连续的物理变化……大脑一生都在重塑自己，以此作为对外界环境刺激和经验的反馈。” ²⁷

关于世界对大脑的影响的证明最早可追溯到20世纪40年代，那时的人们在讨论什么才能被称为“丰富”的环境。当时，有远见的心理学家唐纳德·赫布 做了在现在看来都不可思议的事情：他把实验室的老鼠带回了家。 ²⁸ 这个行为的真实原因随着时间的流逝已被淡忘。但是，这些“被自由放养”的老鼠在他家待了几周后，与留在标准实验室的老鼠相比，竟然更具有解决问题的能力，例如更擅长在迷宫里奔跑。

自那时起，关于环境影响力的正规研究就多了起来，这些研究激动人心、新颖有趣、引人探索。1964年，马克·罗森茨威格和他在加利福尼亚大学的团队，首次在科技文章中提到“环境丰富性”，他们首次证明不同的经历能造成神经元回路中的物理改变。事实上，科学家已经确认，不同品系的老鼠在行为和问题解决上的区别，在于其不同的神经科学机制，但他们很快意识到，经验对行为表现有巨大的影响。 ²⁹

接下来的几十年，神经科学家发现丰富的环境可以导致大脑内部的物理变化，这些变化都是有益的：神经元胞体增大，大脑总重量增加，大脑皮层增厚，树突数量增多（可以增大神经元的接受面），突触连接增多，神经胶质细胞（大脑的“管家细胞”，能保证神经元的良性微环境）增多。这些作用在年轻的动物身上更明显，在成年或者老年老鼠的身上也同样能被观察到。与记忆和学习相关的部分（海马体、齿状回、小脑的浦肯野细胞 ）有所增长，供血量增加，生长因子也明显增多，促进蛋白质的合成。

这种刺激环境没有为被测对象设置固定任务，却仍然让它们产生了多重不同的体验，造成了意想不到的影响，即便老鼠的命运似乎是被基因决定的。在多年前的一项实验中，研究员故意重组老鼠的基因，培养它们患上亨廷顿舞蹈病 ，即一种神经紊乱的疾病，会表现出疯狂的、不自主的举动。 ³⁰ 老鼠离开实验室的笼子而住在外面，随着时间的流逝，其基因命运被改写。当基因相同的老鼠暴露在丰富的环境之下时，它们在更大的空间里与多种物体（包括轮子、梯子等）互动，每天其行为都会被记录下来。这个研究最终证明，生活在这种有刺激环境中的老鼠，运动问题发生得更晚，同时损伤程度更小。即使在这种情况下（在并不复杂的老鼠大脑中，神经系统疾病只与单一的基因有关），先天因素和后天因素也会发生交互作用。

从20世纪90年代初开始，人们对生活在丰富环境下的动物进行实验，揭示了大脑神经元网络的物理变化，同样也论证了丰富体验的持续时间是一个非常重要的因素。例如，让受试者在丰富的环境中待上1周，这并不会对其行为有影响，而待上4周所产生的影响可持续2个月，待上8周所产生的影响可持续6个月。 ³¹

考虑到大脑在结构和化学层面上的物理改变，在丰富环境的测试中，动物表现出了空间记忆和认知功能上的普遍提升，例如学习能力、空间认知、问题的解决能力和速度等。在它们身上，焦虑程度也同样降低了。另外，丰富环境也减弱了过往经历（母亲的产前焦虑或新生儿与母亲分离）所产生的负面影响。丰富环境的保护作用主要在动物产生高度焦虑，或任务的主题极具挑战性的时候凸显。

丰富的环境对大脑受损动物的恢复有好处。之前在实验室笼子里的老鼠转换到丰富环境后，其中风状况得到改善，患有高血压的老鼠的运动机能增强。 ³² 此外，丰富的环境可以减少老鼠海马体中45%的程序性细胞死亡（细胞凋亡）。丰富的环境条件可以防止实验性癫痫的发作。 ³³

丰富的环境对“从低等到高等”的每种动物都有着积极的影响，比如鼠、猫、猴子、鸟、鱼、果蝇和蜘蛛等。 ³⁴ 关于“环境丰富性”的话题仍存在争议：它是一种非常特殊的体验，还是略微改善了实验室的标准饲养环境？然而，两种体验之间的区别，即相对的刺激感才是最重要的。

回到上一章开头的问题：外部经验是怎样在大脑内部留下痕迹的？就像肌肉随着运动而增长，神经元也会随着身体的变化做出反应产生更多分支。当有了更多的分支时，大脑皮质表面积会变大，这使连接更多的脑细胞变得可能而又简单。早在1949年，赫布提出了一个惊人的观点，即重复地刺激某一个神经元链条，使它总是保持活跃，这会使神经元变得更强大、更高效。正如他所说的，“一起激发的神经元连在一起” ³⁵ 。但是过程究竟是如何的呢？时间快进到此时，科技成熟，很多东西变得可能，比如监测单个脑细胞的活动（通过在脑细胞内部插入微电极并记录下它所产生的电压）。通过这一技术，瑞典生理学家泰耶·勒莫 和英国神经科学家蒂莫西·布利斯 ，通过对赫布的观点分阶段进行突破性的实践与描述，在大脑研究史上取得了一席之地。神经科学家现在可以描述两个脑细胞之间传递信号的特定生物化学的步骤，通过重复经历这些步骤，它们之间的信号传递会变得越来越有效率。 ³⁶

尽管强加给人类一个标准化的丰富环境比较困难，在实验中剥夺“受控”群体的环境刺激更加困难，但通过调查生活方式和“认知储备” ³⁷ 之间的关系，人们可以证实不同环境对健康老年人的不同影响。认知储备是“大脑创造与使用神经元网络与认知范式的能力，这些神经元网络较为高效灵活，不易受到干扰” ³⁸ 。这个发现表明，更多地参与智力活动和社交活动的人的认知衰退程度会随之减弱。增大突触的密度（从而在完整神经元内部提升沟通的效能）和提高正常大脑网络的效率，可以抵御认知的退化。 ³⁹ 人类像其他动物一样，若不能维持环境丰富或刺激，大脑的能力会有所减弱，导致负面的转变。这可能是从社交情境下撤出或沟通活动层次降低的必然结果。 ⁴⁰ 如果把智力、年龄和身体的普遍状况都考虑进去，比起生活在机构的老人，生活在社区的老人在认知测试中的表现更好。 ⁴¹

最振奋人心的是，哪怕是轻松地走走路、散散步都可以刺激新的神经元的产生（神经系统发育）。锻炼可以增加大脑的供血量，进而增加血液循环输送氧气的能力。含氧量的增加使得干细胞在最大程度上转换成神经元，刺激化学物质的释放，帮助细胞生长。躯体运动使得神经元大批生成，更加丰富的环境使得神经元连接的稳定性增强。 ⁴² 虽然最近人们才有条件研究人类大脑内的细胞生成， ⁴³ 但人们已经认为丰富的环境、身心活动能够导致大脑活动过程与大脑结构的变化，从而延缓由衰老导致的认知衰退， ⁴⁴ 并防止阿尔茨海默病的“死亡周期”内的潜在细胞凋亡。 ⁴⁵

仅仅思考就可以导致物理大脑的变化，这听上去很诡异。关于思维是如何驱动大脑变化常被提到的例子，是1995年阿尔瓦罗·帕斯科尔利郎及其研究团队所做的实验，他们的实验对象是三组不会弹钢琴的成年志愿者。 ⁴⁶ 在5天的时间里，第一组团队暴露在实验环境中，但不可以接触所有学习钢琴的关键元素。第二组团队练习五指钢琴，在5天的时间里，他们的脑部扫描显示出不可思议的变化。引人注目的是第三组团队，这一组的受试者只需想象自身在弹钢琴，他们的脑部扫描显示，其脑部变化与正在练习弹钢琴的团队相似！

关于思考对大脑的实际影响，还有许多令人惊讶的例子。索尔克生物研究所的弗雷德·盖奇教授曾证明，要想通过运动产生新的脑细胞，这种运动必须是自发自愿的。 ⁴⁷ 人类也一样，大脑的可塑性似乎仅在有意志的活动或引发主体关注的活动中发生。如果在某些关键时刻保持专注对于大脑的适应性变化至关重要，那么个体的心理状态就更加重要了。或许最熟悉但也最荒谬的例子是安慰剂效应，即简单地认为一种惰性物质具有治疗特性，这种想法本身就足以治愈某种疾病。

我们知道，安慰剂效应源于大脑所自然释放的脑啡肽。研究表明，纳洛酮可以抑制脑啡肽的产生，进而抑制安慰剂效应。 ⁴⁸ 研究证明，安慰剂效应不仅是由于脑啡肽的存在，我们还必须相信安慰剂事实上是一种活性药物。引发脑部变化的最重要因素是有意识的思考，而不只是自下而上的脑细胞和化学物质的构成调整。

对抑郁症的临床治疗进一步证明有意识思考的重要性。事实证明，对抑郁症患者来说，药物疗法（例如，服用抗抑郁药物百忧解）和心理疗法（例如，采用认知行为疗法）有很大不同。心理疗法不同于药物疗法，治疗师以患者的信念为目标，鼓励患者以一种积极的新方式看待世界。抑郁的病因（例如，失去挚爱）不会消失，但治疗师会用一种新的语境鼓励患者用积极的世界观来看待此事。认知行为疗法的工作原理类似于安慰剂。在心理疗法中，大脑是自上而下工作的：信念发生在神经元网络的宏观层面上，这会触发大脑的化学变化，尽管这一过程是如何发生的仍然是神经科学领域的谜团。

与此同时，药物疗法通过直接的自下而上的调整，发挥着与心理疗法不同的作用。它直接调整神经递质的有效性，忽视任何个性化的神经回路。那些个性化的神经回路，我们可以等同地视为个人思维，这可能是大脑的重中之重。认知行为疗法和直接的药物干预之间最大的区别在于，用药后抑郁症复发的可能性更大。据推测，由常规认知行为疗法形成的个体神经元网络的可塑性变化，比短暂的大脑化学改变更持久、更有力。在大脑发生化学变化的过程中，药物在短时间内直接操控了个体的思想和意识状态。

有趣的是，在抑郁症患者的大脑中，由干细胞产生新神经元的区域（齿状回）会收缩。 ⁴⁹ 在通常情况下，新生的神经元能让大脑更容易形成新的连接。莎朗·贝格利认为，这种大脑的物理变化可能会证明，为什么抑郁症患者不接受新事物，为什么他们坚持以一种不变的、低落的、单一的视角来看待世界。 ⁵⁰

总的来说，大多数动物的大脑具有惊人的可塑性，人类大脑也不例外。基于“不用则废”的原则，大脑不断地适应重复的行为。如此无休止的神经元更新发生在发育的关键时期，也伴随终生直至老年。大脑可塑性不局限于某个特定技能的演练。在特定环境中生活和互动的经历，会在大脑中留下痕迹，进而形成独一无二的、个性化的大脑回路（思维状态），最终更进一步地导致大脑和身体的物理变化。这给我们留下了一些令人恼火的谜团。思维想法如何改变大脑的物理状态？药物是如何影响大脑的化学物质，调整其物理状态，从而改变人的思维想法的？更本质的问题是，神经科学家如何看待思维与意识的潜在生理基础？ qd4BnpzP+wTA3z2KaPG9uv7uHmsZbo9BpkW6i3ajIQ7xYmOIwttFyvdQ4b4paH73