大腦:活到老學到老的奧秘

劉寧寧

活到老學到老不僅是一種生活態度，而且被越來越多的研究證明是一種維護大腦學習和記憶機能的重要方式。過去的一些研究已經證明，盡管隨著年齡的增長記憶力會衰退，但是，通過學習和運動，成年人不僅會保持較好的記憶力，而且認知能力也會提高。因為，通過學習和運動，成年人的大腦細胞有了更新和生長，而且大腦執行特殊任務的功能部位也在擴大，這也為預防老年性癡呆指明了方向。

音樂家和出租車司機的大腦

人的大腦皮質在完成各種工作和任務時有不同的分工，因此，具有不同專業技能的人在大腦結構和形狀上具有不同的特點。這既是認知的特點，也是記憶的基礎。

人們都知道，音樂家的大腦對聲音特別敏銳，能迅速了解不同聲音的音高和特質。音樂家的這種與一般人有區別的鑒賞音樂的本領與大腦的聽覺區有關。解剖發現，音樂家大腦的顳平面(聽覺區的組成部分)比一般人的大。

人類的聽覺中樞主要位于大腦的顳上回、頹橫回和顳平面，這些部位共同稱為聽覺區。但是，在欣賞音樂時，除了聽覺區要發揮主要作用外，也需要大腦皮質聯合區(額葉皮質的大部，頂、枕和顳葉皮質的其他部分)共同發揮作用。音樂或聲音在進入耳朵后100毫秒內，腦干、丘腦、初級聽覺區、次級聽覺區和皮質聯合區會共同作用來辨識聲音的音高、音色與音量。但是，在100～200毫秒后，聲音信號會進入大腦音樂回路的聽覺區，由右側顳上回處理旋律，由顳平面處理音程，由情感中樞頂葉激發從音樂產生的情緒。

但是，音樂家的大腦在處理音樂時，掌管語言的左側聽覺區與掌管理性思考的額頁也會參與進來。對音高非常敏感的音樂家的左側顳平面與掌控左右腦協調的胼胝體都比普通人發達。這是音樂家大腦的特別之處。

研究也發現，出租車司機的大腦也有特別之處，由于他們要記憶很多道路、行走方向、路標、交通管制情況和街道地名與地址，他們大腦的海馬體部分比普通人的大。早在2000年，英國倫敦大學學院的埃莉諾·馬奎爾等人就發現，倫敦的出租車司機從白金漢宮到大本鐘(威斯敏斯特宮報時鐘)只要5分鐘就能趕到，原因是他們對道路的記憶非常清晰，知道怎么抄近路和避免擁堵。他們大腦中與導航相關的海馬體要比一般人的大，而且，最有經驗的出租車司機的大腦的這一部分體積是最大的。

馬奎爾等人通過電視游戲《逃亡》對160名32歲～52歲的倫敦出租車司機和150名普通人的大腦進行了測試。在這個游戲中，出租車司機使用模擬仿真電視游戲機對倫敦街道導航，這時，研究人員通過功能性核磁共振成像技術對其進行腦部掃描。當出租車司機首次對前方行進路線思考的時候，他們的海馬體最為活躍。而當出租車司機遇到路障、發現熟識地標、觀賞沿途景色或是考慮顧客的想法時，他們大腦中其他區域的活動有了顯著的增加。此外，馬奎爾等人還對一名因大腦海馬體嚴重受損而失憶的出租車司機做了研究，結果證明這名司機只可以對主要街道進行導航，而對蜿蜒復雜和次要的街道則無法辨認方向。

大腦的可塑性

對于音樂家大腦的顳平面比較大以及他們特殊的鑒賞音樂和創作音樂作品的能力，相當多的研究大員認為是天生和后天因素結合而形成的，即先天的音樂基礎和后天的訓練共同鑄就的。而后天的訓練幫助音樂家的顳平面變大實際上就是增加了這一區域的神經元數量，從而讓聽覺神經活動更加強化。這是后天活動增強大腦特殊能力的證明。

研究人員發現，音樂家左側顳平面N-乙酰天冬氨酸(NAA)濃度明顯比未經過音樂訓練者高。而N-乙酰天冬氨酸是神經元的標記物，它的濃度升高表明局部神經元密度增加。相反，N-乙酰天冬氨酸減少，則意味著神經元數量較少和神經功能障礙。這也說明，長期的專業音樂訓練可導致專門管理聽覺和音樂鑒識的神經細胞的顯著增多。因此，大腦中的這個區域通過訓練不僅體積增大，也意睞著它的功能在增強。這就是音樂家明顯比一般人更善于鑒賞音樂和從事音樂創作的生物學原因。

那么，出租車司機的特別的記憶力和形成這種記憶力的基礎——較大的海馬體——是如何形成的呢?

為了弄清這個問題，馬查爾等人又進行了一項相關的后續研究。這個研究是，讓出租車司機和對照組參與一項對2萬多條街道和地方進行導航與記憶的訓練，并通過對這些參與者訓練結果的比較，來探明人們是否是經過訓練才形成了大腦中更大的海馬體，抑或是有些人的海馬體天生就比其他人大。

受試者分為兩個組，一組是具有出租車從業資格的出租司機，共79人；第二組是沒有取得出租車從業資格的人和普通司機，共31人。馬奎爾等人對這兩組人群進彳亍訓練，并在訓練之前、訓練之中以及結束后對他們的大腦進行掃描，以及對他們進行記憶測試。具體任務是，要求這些人記憶25000條街道和20000個路標。

在開始訓練之前，具有從業資格的出租車司機的大腦與那些沒有取得從業資格的司機和普通司機的大腦并沒有差別。但是，經過3～4年的訓練后，有從業資格的出租車司機中有39人的大腦灰質中后海馬體部分體積增大，但是，沒有取得從業資格的司機和普通司機的大腦海馬區自始至終都一樣大，沒有變化。

研究人員認為，出租車司機的大腦比別人具有更大的可塑性。這實際上提出了一個問題，一些人的大腦的特殊性是后天塑造的，但是，前提是他們具有某種遺傳素質。這就如同音樂家與普通人大腦的差異一樣。

終生學習抗御癡呆

出租車司機大腦的海馬體在導航中起著至關重要的作用，這似乎與衛星導航系統有著異曲同工之妙。這也說明，盡管地圖、指南針和經緯線等都是人類的導航工具，但是，在人的大腦中有一種心理導航圖，主要是靠學習而獲得。

由于倫敦的出租車司機需要在成千上萬蜿蜒曲折的街道中尋找最佳行進路線，以便盡快到達目的地，他們的大腦形成了精確而有效的導航體系，并且在不斷的經驗積累中日漸強大。這就是他們大腦中海馬體比普通人大數倍的原因。

然而，海馬體不只是與記憶有關，也與學習有關，因為任何學習都涉及記憶。海馬體是記憶形成的主要場所，在記憶過程中，海馬體充當轉換站。當大腦皮質中的神經元接收到各種感官或知覺信息時，它們會把信息傳遞給海馬體。如果海馬體有反應，神經元就會開始形成持久的網絡，從而形成記憶；但如果海馬體沒有反應，那么腦部接收到的信息就會自動消失。這也是人的認知的基礎。

研究也發現，海馬體內部及鄰近大腦區域有三種神經細胞，它們與記憶和學習都有關系。這三種細胞是，位置細胞(Dlace cell)、頭朝向細胞(head direction cel])和格子細胞(grid cell)，這三種細胞組成了大腦中的導航體系。人的大腦中有成千上萬的位置細胞，分布在眾多細小的角落。位置細胞接收各種來源的空間信息后，可對這些信息進行加工處理，在海馬體內形成認知地圖，或加強聯合皮質內細胞集群的突觸聯系，以形成對空間位置的永久記憶。

頭朝向細胞是一種頭朝向依賴性神經元，它如同指南針一般，可以告訴人面對的是哪一條路，而且頭朝向細胞受環境、方向、暗示等因素的影響，是指導生物運動的重要神經元。挪威科技大學的愛德華·奠塞爾研究團隊于2005年發現的格子細胞則可以通過類似經緯線的網格模型告知人們已經行進了多遠。

通過學習和訓練，出租車司機大腦中的這三種細胞增多，不僅使海馬體的體積增大，也增強了出租車司機的記憶力。這如同音樂活動增加了音樂家顳平面的神經細胞，從而不僅使這一區域擴大，并增強了音樂家的音樂鑒賞和音樂創作能力一樣。

這些研究也對大腦的學習和健康提供了一種線索，對于正常入，可以通過終生學習來刺激大腦神經細胞生長，并保持大腦的敏銳性、記憶力和學習能力，從而防止癡呆。對于大腦受損的人，也可以通過學習來修復他們的大腦，恢復記憶力和認知功能。

【責任編輯】張田勘