互动科普

“大脑天生就会变。”这是美国加州大学旧金山分校的神经科学家M．Merzenich发表的高见。他坐在医学中心的间小会议室里，左侧宽大窗户外的山坡上长满了桉树，树枝忽而这边，忽而那边，随晨风摆布。Merzenich的意思是，大脑也和那些树一样，忽而这样，忽而那样，随经验摆布。1980年代，Merzenich就和其他几位学者提出了这个看法，当时听起来颇为前卫，但今天已变得稀松平常了：我们的大脑会修正自己，这还用说吗?我们会学习嘛!然而，Merzenich正在谈论的，并不仅限于此。他认为，大脑能重新设定自己的组态，这种能力具有更加深远的意义。

Merzenich认为，可以把大脑比作一片广袤的冲积平原。某一年洪水可能向东流，沿途冲蚀出众多的小支流，第二年它又可能在平原中央冲蚀出一条深浚的河。一年之后，冲积平原的地图看起来完全改观了：众多大小河流都蜿蜒向西流去。大脑的情况也应如此，只要运用大脑的方式(即“输入”)改变了，大脑就随之改变，无论是行为、心智活动(例如计算小费或玩一种新游戏)，还是体育技能。功能性磁共振成像(fMRI)能揭示大脑的新图景：不同的部位会亮起来。Merzenich和其他研究“神经可塑性”的学者所说的大脑，并不只是年轻人的大脑，也不只是发育中的婴儿或儿童的大脑——这些大脑都是能够学会第一种语言然后又拿下二种语言的大脑。他们所说的是老年人的脑、成年人的大脑。

这些研究人员宣称，在人的一生中，既不用吃药，也无需开刀，就可以对大脑进行广泛的改造。如有必要，人们可以训练大脑的各部位去承担不同的任务。如果一个部一位功能失常或遭到损伤，另一个部位可以像替补队员那样跟进，发挥前者的功能。这种任务转换的现象，已经在众多患者身上观察到，包括丧失了语言或运动能力的中风患者、大脑性麻痹患者、无法一次只移动一根手指的乐师或工人，以及强迫症或阅读功能失常的人。经过一系列高强度的心理与肢体锻炼后，他们就能缓解大脑损伤的影响。

Merzenich及其同事说，下一步是要推广并改进这类疗法，针对多种疾病包括精神分裂症、帕金森氏病、老年记忆丧失、自闭症和其他诸多问题的作业进行研究。Mewrzenich说：“我的梦想之一是找到利用大脑的可塑性来矫正这些问题的每一条可能途径。我相信，这将成为未来正常生活的内容之一。人们将认识到他们必须锻炼自己的大脑，而且不得不做一些具体的事情。”

对正在研习生物反馈或正在接受心理治疗的许多人来说，Merzenich的看法似乎是理所当然的。

不过这是一场远未成熟的革命，而且也很难打出鲜明的旗号，原因之一也许是很难确定谁是领袖。

从突触谈起

直到1960年代中期，人们仍认为成人不可能形成新的突触；一旦大脑停止发育，神经元间的连接也就定格下来，不能再变了，但后来的研究表明情况并非如此。例如，当年英国牛津大学的Geoffrey Raisman和Pauline M．Field证明，成年人中存在突触可塑的现象。其它一些研究人员，包括美国加州大学伯克利分校的R．Rosenzweig和伊利诺斯大学的T．Greenough领导的研究团队，在环境与经验如何影响大脑方面做出了引人注目的发现。Greenough证明，训练大鼠从事具挑战性的任务，或将它们置于“复杂环境”中，它们都能建立新的突触，不管成年与否，这些突触能使记忆或运动协调能力获得改进。所谓“复杂环境”，据Greenough说不过是在笼子里放些好玩的玩具而已，当然比不上它们在自然环境中所面对的智力挑战。

这些针对演练效果所做的研究，以及后来叫做“丰富型环境刺激”(通过玩具或作业给予刺激)的研究继续开花结果，研究人员正设法把它们用于临床治疗。刺激与演练有助于加快大鼠受伤大脑的恢复，而新近的研究提示，如果把携带了亨廷顿氏病基因的小鼠置于复杂的环境中，则可以延缓该病的发展。Greenough及其他一些研究人员不仅认为这些效果与突触的形成有关，而且还认为它们同血管及一类名为星状细胞的脑细胞的形成也有关系(星状细胞对于清除钾之类的多余物质以及为神经元维持一个最优环境起着重要的作用)。在上述实验中，髓磷脂——覆盖在神经突触上的一层脂肪鞘，它对于神经突触的存活及发挥效能至关重要——的形成也得到了加强。

在识别出突触的可塑性以后，对更大范围上的可塑性(即整个神经元网络或大脑的个区域这一层次上的可塑性)的认识就变得乐观起来了。不过，这种可塑性早就有人提出过。

1980年代，Merzenich的实验启发了我。

它对于整个神经科学界都是一个启示。加拿大Lethbridge大学领导神经可塑性研究的Bryan Kolb回忆道：“Merzenich是率先从事这种研究的学者，证明了这些神经功能区会发生变化，这令我震惊。人们曾认为大脑是根据基因蓝图建立的，谁也没有料到大脑会检测出那么大规模的变化。”

不过，占领“无主土地”的都是附近的邻居。后来，到1991年，科学家发现了更远的“占领军”。这一发现的基础，是多年前由Edward Taub奠定的，目前他在美国亚拉巴马大学伯明翰分校任教。当年，Taub切断了几只猴子的手臂神经，以观察它们的大脑变化。由于主张动物权的人士把他告上了法庭，他不得不放弃了对这些猴子的研究，这就是著名的“银泉猴案”。有一段时间，他的研究完全停止了。

若干年后，美国威克富瑞斯特(Wake Forest)大学医学院的Tim P．Pons与Taub等人，对同一批猴子进行了研究，发现了出人意料的结果。原先接收现已残废的手臂信息的脑区，现正在接收来自面部的信息。范德比尔特大学的Ford Ebner解释说：“那些猴子的大脑皮层出现了大规模的重组，没有人料到这样的重组可能发生。这标志着神经科学的又一个里程碑。”显然，成人的大脑犹如一位有活力又有效率的地主，绝不允许有“土地”闲置。

大脑皮层的功能重划

过去20年，对猴子的研究结果与对人的研究所提供的证据互相印证，使皮层的可塑性成了成年大脑的一个公认的特性。研究揭示，在失去一肢的人身上，以前负责处理来自该肢体的信息的大脑部位可以为肢体的残余部分或为面部工作。对于弦乐器演奏者，其控制弹奏的那只手的皮层部位比控制另一只手的皮层区域要大，而最常用的手指占据的皮层区域也最大。盲文读者在用手指触摸盲文的凸点时，其视觉皮层就被激活。

由于所有这些资料殊途同归，Merzenich、Taub和其他研究人员开始考虑如何利用它们来使遭受各种损伤或有残疾的人受益。Merzenich说：“我们知道了人的大脑终其一生都是可塑的，无论在童年期或是成人阶段。这就启发我们想到一个简单的问题：我们能否推动老年期的大脑发生具有矫正作用的变化呢?”

关于大脑可以通过它自己的可塑性而恢复功能的观点，至今为止最强有力的证据来自Taub等人从1980年代开始的对中风患者的研究。在更早期的实验中，Taub已经发现，如果通过电击来逼迫手臂神经被切断的猴子来移动其手臂的话，那么它们的手臂仍然是可以动的。研究结果表明人类的情况也是如此：由于中风而丧失运动功能的人可以学会再次使用他们的肢体。Taub与德国耶拿大学的Wolfgang Mitner和康斯坦茨大学的Thomas Elbert等人合作，在实验中限制中风病人的正常手臂，让病人密集训练瘫痪手臂，一天数小时，一连两个星期。结果，他们迫使患者把似乎已经瘫了的肢体再次动了起来。这类疗法称为“约束—诱导”(CI)运动疗法。Taub解释说：“这个领域的传统见解是，经过一年之后，患者的功能就根本不会恢复了。”然而有些病人却能够再度有效地使用其手臂，甚至包括20多年前就中风的病人。

手臂功能的恢复反映在受试者大脑图像的变化中。Taub指出：“CI疗法使与受损脑部位相邻的大片新皮层区域被动员起来。”其他一些研究小组也发现了这一点，而现在各种各样的机构中都在应用CI疗法。美国芝加哥伊利诺斯大学芝加哥校区的B．Hier最近进行的一项研究证明，经过另一种康复疗法治疗后的中风患者其皮层模式也发生了变化。

虽然CI疗法通过多种不同形式获得了普遍应用，但许多专家仍在等待进一步的研究结果才肯认同这种疗法。为此，美国国家卫生研究院已拨款支持一项在六个单位进行的CI疗法临床试验。美国国家神经疾病与中风研究所的Jordan Grafman评论说，重要的是已经获得的结果必须能够复现。他说，研究人员必须搞清楚，“CI疗法是不是对某些类型的患者有效而对其他患者无效，究竟在患者遭受损伤后多久进行CI疗法才合适。要弄清这些问题，必须进行大量的研究。”

Taub、Elbert及其同事们已经开始利用CI疗法来治疗患大脑性麻痹的儿童。他们还成功地使一些丧失了流利说话能力的中风者得以康复。这些失语症患者每天一连几个小时重复某些发音。此方法中的“约束”实际上并不像运动疗法那样要求对病人身体进行“限制”，它其实只是密集的语音训练。

Taub和其他一些研究人员，包括Merzenich以及加州大学旧金山分校的Nancy Byl等，通过类似的疗法来帮助乐师和工人恢复他们运用各个手指的能力。有时候，当人们频繁地反复使用一系列手指时，大脑皮层中各区域之间的分界线便开始变得模糊不清。一根手指对应的区域可能并入另一根手指对应的区域。其结果便是患上“肌张力不全症”：想伸出一根手指，结果另一根或几根手指也不由自主地伸了出来。研究人员声称，他们让患者做一些对每根手指迥然不同的重复性任务，从而使患者大脑各区域间本来的分界线得到恢复。

Merzenich也把注意力转向患语言功能失常和阅读困难症的儿童(以及某些成人)，而正是这项研究引起了人们对他一定程度的反感和怀疑。在1990年代中期，他与美国卢特格斯大学的PaulaTallal联手创办了“科学学习公司”，专门制作并销售一种名为“快语”(Fast ForWard)的电脑程序。他们的想法是——此想法源于他们从各自独立的研究中所获得的认识——通过放慢某些发音，例如ba和da，使有语言障碍的儿童可以很快分辨出b和ah是不同的发音。成千上百次重复的过程中，这些发音逐渐加快，最终儿童们将学会以正常的速度听清这些发音。这一训练在游戏期间进行，每周20小时，可持续数月之久。Merzenich、Tallal等人今年3月初在《美国国家科学院学报》(PANS)上发表文章称，有阅读困难的儿童在参加“快语”训练后，不仅阅读能力有了提高，而且大脑也发生了变化，因为处理语言的大脑区域变了。

虽然部分研究人员相信“快语”训练法很可能成立，但他们仍在等待独立的评议结果，并希望看到该研究为他人所复现。美国乔治敦大学医学中心的F．Eden指出，阅读能力的提高没有通过对照研究加以证实：患有阅读困难症的儿童经过训练后没有同未接受训练的阅读困难者相比较。Eden说：“儿童们在第一次完成某一项任务时理所当然会有些改进，因为他们在第二次测验时的情况总是比第一次好些，即使未接受什么训练。”她又认为，电脑游戏常常会加强游戏者的注意力，所以能力的改进或许与提高了注意力有关，而不是与语言处理有关。此外，她还担心家长们会产生一些不切实际的希望，花过多的钱购买软件，“这些家长是非常脆弱的，可惜现存体制不能为他们提供更多的保护。”

Merzenich对这些批评全不在意，而对那种认为他参与的一些研究(例如3月份在PNAS上的报告)可能是先入为主的说法，他更是嗤之以鼻。他宣称他绝不后悔组建了“科学学习公司”，只是对“快语”教程还没有普及到尽可能多的儿童而深感遗憾。而这个领域中的某些人却认为，过分热衷于做生意已经使Merzenich的科研成就黯然失色，他的研究工作将永远带上商业利益色彩。也有一些人对此拍手叫好，如Sutula说：“坐在实验室里搞研究固然不错，但是行动起来做点实事则更好，因为这样可以有助于提高人们的生活质量。”

应用神经可塑性的领域，仍然存在许多问题，神经科学社群与康复社群的鸿沟是主要的一个方面，而科学学习公司正提供了可行的解决方案。Grafman指出：“关于如何改进人的功能，我们有许多有趣的知识，但是把这些知识转化为康复方法的过程始终是艰难而缓慢的。”

Taub对此有同感：“让研究成果有实用价值是非常重要的，但要想获得经费来做这件事几乎是白日作梦。”他说，在康复行业看来，有些主意“简直就是异端邪说，但在神经科学的观点看来，却是理所当然的。”

神经可塑性的极限

Merzenich现在操心的事情似乎更加离谱了。他正在研究训练和游戏能否扭转或减轻精神分裂症、自闭症以及衰老引起的记忆丧失等疾病。目前，他还没有发表任何资料。他也不愿提供有关合作者的任何情况，尽管他曾答应要告诉我。他同意让我做专访，并向我开放了他的实验室，但从不回应我希望得到更多信息的请求，我事后打了无数的电话，发了无数的电子邮件。

但是，如果他的设想大功告成，那将会惊世骇俗。Merzenich认为，支持记忆的神经递质可以通过坐在电脑旁执行某些任务而得到加强。他声称：“就像在学习、记忆等方面存在问题的儿童所出现的情况一样，大脑机器是可塑的。只要让这台机器动起来，几乎肯定可以在老年人的大脑中引起良性的变化。”他说他可以很快就讨论结果，而同样的原则也适用于自闭症和帕金森氏病患者，并且已经在对这些患者发挥作用。他认为：“现在人们满脑子想的是我们该通过药物操纵或通过大脑物理状态的某种变化来修复我们大脑的每一部分，因为大脑功能正随着年龄的增长而衰退。但是计算机引导的锻炼可以发挥极好的作用，因为它可以通过一种高度受控的方式冲击你的大脑。”例如，患者可以在电脑游戏中赢钱或克服障碍，这种正面的鼓励可以诱发多巴胺释放。多巴胺是一种使人产生愉快感觉的神经递质，在帕金森氏病之类的疾病中，患者的多巴胺逐渐丧失。

研究人员正在拭目以待，想看看他葫芦里到底卖的什么药。此外他们也在等着弄清可塑性的极限究竟在哪里。哈佛大学的E．Hyman说：“对于Mike(即Merzenich)的见解，我感到最担心的便是他没有如资料所提示的那样认真看待基因的作用。他是一位才华横溢的可塑性宣传者，我们应该倾听他的声音。但是恐怕说到底我们的大脑其实可能并不是那样可塑的。”其他一些人则想了解需要付出什么样的代价，例如在某个时候诱发可塑性是不是会影响大脑此后进一步发展的能力，以及如何把药物与神经可塑性结合起来实现更完美的康复。Kolb宣称：“这方面的可能性简直层出不穷，我们现在正尝试搞清楚其中的原则。”

与此同时，来自其他领域的证据似乎进一步加强了Merzenich的基本信息，即行为可以诱发具有治疗作用的可塑性。据加州大学的Jeffrey Schwartz报导，有些患强迫症的人在经过行为训练之后大脑图像发生了变化。他们显然是重塑了自己的大脑以避开某些思维模式。加拿大魁北克省拉瓦尔(Lava1)大学老人研究中心的研究人员提出，锻炼可以防止阿尔兹海默氏病的发展。《美国医学协会期刊》去年发表的一份研究报告指出，精神活动(例如天天读报)有助于抑制阿尔兹海默氏病的发展，美国政府支持的一项大规模研究也得出了与此相同的结论。

在电影中饰演超人的演员Christopher Reeve，在骑马受伤后的8年里不断运动，现在看来已经逐渐摆脱了下身瘫痪，能够移动手指和脚趾，并能用双腿推东西。他的康复是一座里程碑：经过那么长的时间，脊髓与大脑产生了广泛的重新连接，这是史无前例的。他的大脑活动区域出人意料，与正常人不同。参与过Reeve治疗小组的医生、华盛顿大学医学院的W．McDonald宣称：“神经系统简直无所不能。”至于修复大脑的问题，McDonald表示：“我们还不知道哪类智力锻炼可以矫正哪些问题。”Merzenich或许会说他知道，就看你能不能通过电话找到他了。

[武晓岚／译 曾少立／校]