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现代神经科学之父拉蒙·卡哈尔（Ramón y Cajal）提出，中枢神经系统由独立神经元组成，在被他称为“极化接合点”的地方完成交流，卡哈尔因此获得了1906年的诺贝尔生理学或医学奖。推崇其观点的科学家提出了学习与突触变化密切相关的理论，尽管这一理论受到赞扬，但大多数科学家并不买账。直到1945年，加拿大麦吉尔大学的神经学家唐纳德·赫布在偶然中首次发现了可作为证据的迹象。那时实验室的规定不严格，赫布觉得带几只实验室老鼠回去给孩子做临时宠物可能是个不错的主意。结果，把老鼠重新带回实验室后，赫布发现，与关在笼子里的同类相比，这几只老鼠非常善于学习测试。被孩子们抚摸和嬉戏的新奇体验以某种方式提高了它们的学习能力。赫布认为这种经历改变了它们的大脑。在备受赞誉的教科书《行为的组织：一种神经心理学的理论》（ The Organization of Behavior: a Neuropsychological Theory ）中，他把这种现象描述为“使用–依赖可塑性”（use-dependent plasticity），认为突触在学习的刺激下会重新进行自我调整。
赫布的工作与运动密不可分。因为至少就大脑而言，体育活动算是新奇的体验。20世纪60年代，加州大学伯克利分校的心理学家们把一种叫“环境优化”（environmental enrichment，EE）的实验模型作为测试“使用–依赖可塑性”的手段。这次，研究人员没有把老鼠带回家，而是在它们的笼子里放置了玩具、障碍物、隐藏的食物以及转轮。研究人员还把老鼠们聚集起来，以便它们能够社交和玩耍。
然而实验并非完全是充满和平与爱心的，因为最终这些啮齿目动物的大脑是要被解剖的。实验表明，生活在一个有更多感官刺激和社会化刺激的环境中，老鼠的大脑结构和功能皆发生了改变。相对于那些住在空荡荡笼子里的同类，这些老鼠不仅能更好完成学习，而且它们的大脑重量也重了许多。赫布对可塑性的定义并没有包括神经元的增生。神经学家威廉·格里诺（William Greenough）在读研究生期间，对加州大学伯克利分校的研究有强烈的兴趣，他回忆道：“那时候，要是从生理学上提出，大脑确实可以通过某些经历而发生改变，那几乎就等于异端邪说。”
格里诺想对“环境优化”项目做个调查，却被一通警告而打消了念头。他回忆说：“我的导师斩钉截铁地对我说，‘如果你把那个研究写成毕业论文，那你肯定会四面楚歌’。”随着加州大学伯克利分校的研究结果被不断复制，“运动影响大脑”的观点有了立足之地。哈佛大学的一个小组也用类似的研究从反面证实：环境的缺失会使大脑萎缩。通过手术将猫的一只眼睛缝合起来并饲养它们一段时间后，研究人员发现它们的视觉皮质明显缩小。整项研究证实，用肌肉类比大脑及用进废退的观念是成立的。
这不但打破了生物学和心理学长期各自为政的局面，而且表明“环境优化”的社会意义是完全不同的。加州大学伯克利分校的研究促成了“开端计划”（Head Start）的诞生。这是美国一项提供资金让贫困孩子进入幼儿园的教育计划。为什么必须让贫困孩子离开空无一物的“笼子”？这个研究领域突然间备受欢迎，许多神经学家开始研究用不同的方法刺激大脑生长。
曾安心于在伊利诺伊大学舒舒服服做一名教员的格里诺重新回到这个研究领域。20世纪70年代早期，在一次具有重要影响力的研究中，他用一台电子显微镜展示了“环境优化”可以促使神经元生长出新的树突。学习、运动和社交活动刺激并引发了分支扩张，继而促进其突触形成更多的神经连接，而位于这些神经连接上的许多髓鞘也随之加厚，髓鞘可以使神经连接更有效地释放信号。
现在我们知道，这种增生需要BDNF。这种突触的改建对神经回路处理信息的能力产生了巨大影响，显然这是个好消息。这意味着，你有力量改变你的大脑，而且你要做的仅仅是穿上你的跑步鞋。