大脑可塑性:是什么

大脑可塑性:综述

什么是大脑可塑性?这是否意味着我们的大脑是由塑料组成?当然不是。可塑性,或称神经可塑性,描述了经历如何重组大脑的神经通路。当我们学习新事物或记忆新信息时,大脑会发生持久的功能性变化。这些神经连接的变化就是我们所说的神经可塑性。

为了解释可塑性的概念,想象一下照相机的胶卷。假设胶卷代表你的大脑。现在想象一下用相机给一棵树拍照。当拍摄一张照片时,胶卷会暴露在新的信息中——一棵树的图像。为了保留图像,胶片必须对光线作出反应,“改变”以记录树的图像。类似,为了让新知识保留在记忆中,大脑中代表新知识的变化必须发生。

用另一种方式来解释可塑性,想象一下在一块粘土中制作一个硬币的印模。为了使硬币的印痕出现在粘土中,粘土必须发生变化——当硬币被压入粘土中时,粘土的形状发生变化。同样,大脑中的神经回路也必须根据经历或感官刺激进行重新调整。

关于神经可塑性的事实

事实一包括几种不同过程的神经可塑性贯穿生命的始终

神经可塑性不是单一的形态变化,而是包括几个不同的过程,贯穿生命的始终。许多类型的大脑细胞参神经可塑性,包括神经元、胶质细胞和血管细胞。

事实二神经可塑性具有明确的年龄依赖性

尽管可塑性贯穿生命的始终,但不同类型的可塑性在生命中的特定阶段占主导地位,在其他阶段则不那么普遍

事实三大脑中的神经可塑性主要在两种情况下发生:

  1. 在正常的大脑发育过程中,未成熟的大脑在成年后第一次开始处理感官信息时(发育可塑性和学习记忆的可塑性)。
  2. 作为一种适应性机制,在发生脑损伤的情况下补偿失去的功能和/或最大限度地发挥剩余功能。

事实四环境在影响可塑性方面起着关键作用。

除了遗传因素外,一个人的环境和他的行为也塑造了大脑。

发育可塑性:突触修剪

Gopnick 等人(1999)将神经元描述为不断增长的相互通信的电话线。出生后,新生儿的大脑中充斥着来自婴儿感觉器官的信息。这种感官信息必须以某种方式回到大脑进行处理。要做到这一点,神经细胞必须相互连接,将脉冲传递给大脑。继续以电话线作为类比,就像城市间的基本电话主干线一样,新生儿的基因指示从特定神经细胞到达大脑正确区域的“通路”。例如,眼睛视网膜中的神经细胞向大脑枕叶的主要视觉区域发送脉冲,而不是向左后颞叶的语言产生区(韦尼克区)发送脉冲。基本主干线已经建立,但从一户人家到另一户人家的具体连接需要额外的信号。

在生命最初的几年里,大脑生长迅速。随着每个神经元的成熟,它会生长出多个分支(轴突负责向外发送信息,树突负责接收信息),突触连接(一个细胞的轴突和另一个细胞的树突的连接)的数量增加,在各家各户之间建立特定的链接,或者就大脑而言,在神经元之间建立特定的连接。出生时,大脑皮层的每个神经元大约有2500个突触。到婴儿两三岁时,每个神经元的突触数量大约为15000个(Gopnick 等人,1999年)。这个数量大约是成人大脑的两倍。随着年龄的增长,旧的连接会通过一个叫做突触修剪的过程被删除。

突触修剪消除了较弱的突触连接,同时保持和加强了较强的连接。经历决定哪些连接将被加强,哪些将被修剪掉;那些被频繁激活的连接将被保留。神经元必须以生存为目的。如果没有这种目的,神经元会通过一个叫做凋亡(apoptosis)的过程死亡,不接收或发送信息的神经元会受损并死亡。无效或较弱的连接被“修剪”的方式与园丁修剪树木或灌木的方式大致相同,让植物具有想要的形状。可塑性使发展和修剪连接的过程得以进行,使大脑能够适应环境。

学习和记忆的可塑性

人们曾经相信,随着年龄的增长,大脑的神经网络变得固定。然而,在过去的二十年里,大量的研究表明,大脑从未停止改变和调整。Tortora 和 Grabowski(1996)将学习定义为通过教学或经历获得新知识或新技能的能力。记忆是知识随着时间而保留的过程。大脑随着学习而改变的能力就是可塑性。那么大脑是如何随着学习而改变的呢?根据Durbach(2000)的研究,在学习过程中,大脑中至少会发生两种类型的改变:

  1. 神经元内部结构的变化,最显著的是在突触区域。
  2. 神经元间突触数量的增加。

最初,新学习到的数据被“存储”在短期记忆中,这是一种暂时的记忆能力,可以回忆一些信息。一些证据支持这样观点,即短期记忆依赖于大脑中的电子和化学事件,而不是结构性变化,如新突触的形成。一种短期记忆理论认为,记忆可能是由“回响”的神经元回路引起的,也就是说,传入的神经脉冲刺激第一个神经元,第一个神经元刺激第二个神经元,依此类推,第二个神经元的分支与第一个神经元连接在一起。一段时间后,信息可能会转化为一种更持久的记忆类型,即长期记忆,这是大脑发生结构或生理化学变化的结果(Tortora 和 Grabowski,1996)。

损伤引起的可塑性:可塑性与脑修复

在脑损伤后的修复过程中,尽管大脑受损,但可塑性的改变是为了最大限度地发挥功能。在涉及大脑某一区域受损的大鼠研究中,受损区域周围的脑细胞经历了功能和结构的变化,使它们能够承担受损细胞的功能。尽管这一现象尚未在人类身上得到广泛研究,但有数据表明,类似的(尽管效果较差)变化也会发生在受伤后的人脑中。

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