我们真的可以改变神经连接吗

大脑的神经连接对我们获取知识和技能起着决定性的作用。学习就是改变神经元相互连接的方式。有什么证据表明神经连接确实可以发生改变呢？

由于神经连接是发生在细胞和分子层面上的现象，我们很难通过非侵入性的方式直接观察到神经连接的变化。因此，对人类神经可塑性感兴趣的研究人员经常使用磁共振成像技术来获取大脑结构的图像。通过这些图像可以确定大脑中每个区域的灰质数量。正如此前讲到的，灰质与神经元的树突相对应。通常，一个区域的神经连接越多，树突就越多、越长，灰质数量也越多。因此，灰质数量的增加可以表明大脑中某个区域的神经连接的增多。

一项针对伦敦市出租车司机大脑的研究8是最早使用该指标的研究之一。为了能以最高效的方式把乘客载往目的地，出租车司机必须在大脑中形成一份非常详细的城市街道地图。该研究表明，这些司机的大脑中被称为后海马的部分具有较高的灰质数量，而该区域主要与空间成像和导航有关。更有意思的是，结果表明出租车司机经验越丰富，他们大脑中后海马的灰质就越多。这说明，出租车司机大脑中的海马之所以有更多的灰质，是因为他们详尽地掌握了街道的名称、街道间的相对位置以及单行道的位置等。

前述研究设置了参照组与伦敦出租车司机的灰质数量进行比较，而另一项研究则更直接地比较了被试学习前后的灰质数量9。研究人员要求不会玩杂耍的被试学习杂耍，并获取了被试训练前后以及完全停止训练3个月后的大脑结构图像。所得结果如图0-3所示。

图0-3　被试训练前后以及完全停止训练3个月后的大脑结构图像

经过3个月的杂耍训练后，被试大脑中灰质数量显著增加，尤其是在与运动感知相关的皮层区域。如果随后停止训练，3个月后灰质数量会减少，但不会完全恢复到初始水平。图中显示了大脑的左半球中发生的变化，大脑的右半球也发生了类似的变化10。

在训练之前，大脑中与运动感知相关的区域具有一定数量的灰质（见图0-3中的灰色部分）。经过3个月的训练后，在学会杂耍的被试的大脑中，该区域的灰质数量显著增加了。学习杂耍可能需要提高对物体运动的分析能力，因此需要调整与此能力相关的区域的大脑连接。

这项研究最有趣的一点是，研究人员还在被试停止杂耍训练3个月后收集了被试的大脑图像。他们观察到，停止训练后被试大脑中的灰质数量减少了，但仍高于训练前。而且，大多数被试者在停止训练的3个月后都不再能很好地表演杂耍。这些发现与学习会改变大脑的观点是一致的，当你停止使用所学的东西时，大脑会逐渐恢复到原来的水平，你就会忘记所学的东西。正如著名的谚语所说：“用进废退”（Use it or lose it），也就是说，当你不再使用一个东西时，你就会失去它。

神经可塑性显然并不仅仅表现在学习导航和杂耍游戏的过程中。另一项研究表明，当我们在学习颜色名称时，大脑中的灰质数量会增加，尤其是在与颜色识别相关的区域11。特别值得指出的是，仅在被试学习2个小时后，研究人员就检测到了灰质数量的显著变化。也就是说，我们用不了3个月就能改变大脑的神经连接。所有证据都表明，大脑中的神经元每时每刻都在调整它们之间的连接，使学习成为可能。

当然，要通过非侵入性的方式，将人类大脑中神经连接的变化进行直观的可视化呈现是很难的。因此，研究人员有时会通过动物来进行相关研究。一些人就选择了一种患有白化病的蝌蚪，通过精密的双光子成像技术来观察它们神经连接的变化12。

图0-4a展示了该研究在进行视觉刺激后获得的结果。我们可以看到，神经树在5天后已经有了明显的生长。神经树的结构因实验中使用的具体刺激类型而异。这一过程涉及一系列复杂的蛋白质运输和使用机制13，神经元因此得以延伸、发展并建立新的连接。

图0-4　学习改变了大脑的神经连接

a图显示，在蛋白质的运输和使用这种复杂的生化机制的作用下，神经元的树突延伸并产生了新的次级树突。b图显示，树突的延伸建立了一个新的神经连接。学习不仅会改变神经连接的强度，有时还会改变神经元的大小和形状14。

图0-4b展示了通过树突延伸建立新的神经连接（见灰色圆圈）。左边的图显示了刺激开始10分钟后的神经元结构。从中间的图中可以看出，经过2个小时的刺激，右侧神经元的树突延长并向中间的神经元靠近。右边的图中显示，刺激开始4个小时后，新的神经连接已经建立。这些动态展示神经可塑性的图像令人着迷。魁北克电视台在节目《沙特奈的密码》（Le code Chastenay）中还曾就此做过专门报道。

需要说明的是，改变神经连接并不是唯一对学习起关键作用的大脑运行机制。研究表明，星形胶质细胞（一种主要负责为神经元提供营养的细胞）也会影响神经连接，而神经元之间的连接方式本身又会反过来对星形胶质细胞产生影响15。此外，还有其他研究表明，神经元的变化可能影响某些基因的表达16。尽管我们有充分的理由相信神经可塑性主要与神经连接的改变有关，但在这里仍然要以简化的方式来介绍大脑的学习机制。

学习不仅是一种心理现象，也是一种生物学现象。就如字面意思一样，当我们在动脑时，神经元在生长并彼此连接。因此，为了学习和促进学习，我们必须改变大脑及其神经连接。在接下来的章节中，我们将探讨具体哪些因素会对学习所需的神经连接的改变造成影响。