大脑可塑性有两种类型。
“发育可塑性”指的是大脑正在形成时期的可塑性,此时其结构仍在发生着深刻的变化。其中一些变化涉及脑细胞的发育或丧失,但最重要的变化涉及大脑的连接方式,即其1000亿个神经元是如何相互连接的。
正如一些房屋安装的电线和管道比其他房屋更高效一样,一些孩子的大脑在可塑期比其他孩子的大脑组织得更好。就像专业的电工和水管工知道如何建造一套特别好用的住宅基础设施一样,发育神经科学家(大脑发育方面的专家)正在逐渐了解如何构建更好的大脑。
想象一下,如果你家中的每个插座都与其他插座相连,而不考虑它们的位置;想象一下,你家厨房中的每个插座都与卧室、走廊和其他房间里的所有插座相连,如果你家只有四个房间,每个房间只有四个插座,那么每个插座将延伸出15根不同的电线;想象一下,你家墙后隐藏着一团乱麻的电线,这种配置会有多低效,而且电流会沿着电线流向不需要的插座,浪费能源和时间。之所以我们将家中的插座排成一串,按照独立电路连接起来,就是为了提高效率。
大脑之所以工作得很好,也是因为它的神经元并非全部相互连接,而是有选择性地连接。在出生时,我们已经拥有了大多数神经元。在生命的最初几年里,我们的大脑并不会产生太多新的神经元,但它们会在神经元之间建立数以亿计的连接。
这个过程是如此广泛,以至神经科学家经常称其为“爆发式增长时期”。在出生后的前6个月内,大脑每秒钟会形成10万个新的神经元连接。
那确实是爆发式的。
因为每个神经元与其他所有神经元都相连是低效的(而且在生理上也不可能实现,因为如果每个神经元之间都彼此相连,那么大脑中神经元的连接布线就需要约曼哈顿大小的区域),
所以大脑神经网络的良好组织非常重要,而婴儿期过度生成的神经元连接往往是严重过剩的。
因此,很多发育可塑性的过程涉及消除不必要的连接,这个过程被称为“修剪”。一岁时,神经元之间的连接数是成年人大脑神经元连接数的两倍左右。修剪可以让大脑更有效地工作,就像修剪树木可以让剩余的树枝长得更强壮一样。修剪是大脑回路重塑的一部分,通过这个过程,神经元之间的连接被创建、加强、削弱或消除。
大脑中调节基本感觉能力(如视觉和听觉)的区域在生命早期就被修剪过了,并且在此之后不会有太大变化,除非大脑因受伤或疾病而受损。而控制高级认知功能(如做出复杂决策)的大脑区域则需要更长时间来修剪,而且大脑系统中的许多功能直到20岁出头或者25岁前后才完全成熟。这些大脑区域在青少年期是被修剪的重点,这就是为什么我们执行这些功能的能力可以通过青少年期的经验来塑造。
通过发育可塑性,经验可以塑造正在发育的大脑,这一过程持续到25岁左右。另一种类型的可塑性就是“成年期可塑性”。因为每次我们学到了某些东西时,大脑必然会发生一些持久的生物学变化,所以大脑在各个年龄段都必须具有一定程度的可塑性,否则,我们成年后就不可能获得新的知识或能力。然而,因为我们总是可以学习新的事物,所以无论年龄多大,大脑都具有一定程度的可塑性。但这两种可塑性有着显著的差异。
首先,成年期可塑性不会从根本上改变大脑的神经结构,而发育可塑性会。发育可塑性涉及新的脑细胞的生长和新的脑回路的形成,而成年期可塑性主要涉及对现有回路的相对较小的修改。这就像学习如何阅读(这是一种改变生活的变化)和阅读一本新书(通常不会改变生活)之间的区别。
其次,在成年期可塑性阶段,大脑系统的可塑性远不及发育可塑性阶段。事实上,发育中的大脑在化学层面上更容易被经验改变,就像软泥在变硬之前一样,而成年期的大脑更倾向于抵抗改变,就像已经变硬的泥土一样。
这就是为什么我们在成年期之后在视觉或听觉方面不会变得更好,为什么成年人比儿童更难学会滑雪或冲浪。当我们成年时,调节视觉、听觉和协调能力的大脑系统已经固化。这也是为什么在青少年期之前学习一门外语要比在青少年期之后学习容易得多,因为后一时期负责语言习得的大脑系统已经成熟了。
最后,由于发育中的大脑可塑性更强,它可能比成熟大脑更易受到广泛的经验的影响。在发育时期,大脑甚至会被我们没有意识到的经验所塑造。一旦大脑发育成熟,我们就需要关注我们的经验并赋予其意义,才能使其对我们产生持久的影响。
发育中的大脑既会受到被动接触的影响,也会受到主动经验的塑造。
这意味着在我们的大脑完全成熟之前,每一次经历都有可能以潜在的方式永久影响我们,无论是积极的还是消极的,无论我们是否理解它,甚至无论我们是否意识到它。因此,我们更容易回忆起青少年期而不是成年期的事情,这一点并不令人意外。虽然我当时并没有试图记住那个女孩穿着深绿色紧身袜或者开车回家时把比萨盒放在腿上的情景,但它们在我内心产生的图像和感觉都被大脑记录下来了。伴随青少年期而来的大脑可塑性确实无法解释为什么我们每个人会记住从这个时期开始做的特定的事,但它可能解释了为什么我们会记住这个时期更多的事。
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你可能会好奇,既然大脑在生命早期也具有高度的可塑性,那为什么我们很难回忆起那个时期发生的事件。因为很少有人能记住自己3岁左右之前发生的事情。人们认为,在婴儿期,海马(大脑中负责记忆的很重要的一部分)中新神经元的生成会干扰早期编码的事件(新神经元的发育在生命早期过后明显减缓)。换言之,在婴儿期,一种可塑性(新神经元的发育)干扰了另一种可塑性(新神经元连接的发育)的效果。