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大脑冷知识:最优的脑:在我们的时代,人脑能发展到什么地步

2016年夏季奥运会成绩十分惊人,总共创造了27项新的世界纪录和91项新的奥运纪录,运动员们跑得更快、游得更好、投得更远、举得更重,驾驭自行车、船和皮艇的速度也高于从前。游泳运动员迈克尔·菲尔普斯(Michael Phelps)获得了自己的第28枚奥运会奖牌,成为史上获得奖牌最多的奥运会选手。尤塞恩·博尔特(Usain Bolt)则连续第3次获得3枚金牌,他是全世界跑100米/200米速度最快的人。

也许我们不应该感到惊讶,世界顶尖运动员的平均水平每年都在上升——不管手段公平与否。2016年的奥林匹克运动员能够突破纪录,得益于截至那时为止最先进的训练、营养和恢复制度。当今世界速度最快的人能得到的荣耀、名誉和经济回报比以往任何时候都多,因此,与过去相比,今天所有具有原始天赋的人都更有动力追求成功(也更有可能获得训练的机会)。而且由于地球上每天出生的人口都在不断增加,因此每年都有可能诞生出打破纪录的运动员。将统计概率和科学进步结合,我们或许可以预期,世界纪录将一直(或至少在21世纪内)被不断打破。

在第4章中,我们谈到了就像平均身高及寿命等生理健康指标一样,脑功能(至少是通过智商测试测量的那一部分)也似乎一代更比一代强。脑功能没有像100米短跑那样的公认衡量标准,所以根本无法知道谁是全世界最聪明、最敏捷的人。但我们可以假设,随着人口整体进步,智力最顶尖的那一批人也会越来越聪明。这意味着,就像短跑运动员一样,有史以来最聪明的人,现在很有可能就生活在世界的某个角落。

一起来想一想,目前最优的人脑可能是什么样的。此时此刻,人脑能达到什么样的高度?我们能做些什么使之成为可能?

赢在起跑线

要获得一个功能优越的脑,你所能做的最重要的事就是选择一对好父母。

我们已经讨论过,儿童的脑功能和身高、体重、皮肤颜色及食物偏好一样,都由遗传和环境相结合决定:通过自然、养育和两者之间的相互作用。我们可以通过研究特征在家族中传承的程度,特别是通过观察同卵双胞胎(基因100%相同)与异卵双胞胎(基因50%相同)的相似程度,粗略地计算出基因和环境的相对贡献。这一类研究发现,总的来说,脑“硬件”的特征主要来自遗传,其中75%至90%的特征(如脑的总容量)由基因决定。相比之下,脑“软件”的特征(如智力和个性)遗传性稍差,大约一半的差异能归因于遗传因素。

影响眼睛颜色等特征的基因数量比较少,智力则与之不同,它受到成千上万个基因的共同变化影响。谢天谢地,这意味着,用基因工程技术制造超级聪明的婴儿的幻想,可能会在科幻小说领域多停留一段时间,因为试图人工设计一组基因变异的最优组合极为复杂困难。然而,幸运的是,对于那些热衷于增加高智商婴儿出生概率的人而言,已经有一种简单的方法可以做到,那就是选择一个高智商的伴侣。

在一生的时光中,至少一半的脑功能早在你受孕之时,就已经由DNA决定了。矛盾的是,事实证明,遗传和环境对智力的相对影响在一生中都会发生变化,从儿童到青少年再到成年期,遗传变得越来越重要——即使一个人所经历的环境因素也在不断增加。以同卵双胞胎为例,人们可能会想到,他们的智商在童年时期高度相关,因为饮食、教育和生活经历一类因素通常极为相似;而一旦他们长大并走上了不同的人生道路,智商的相关程度就会降低了。奇怪的是,事实恰恰与之相反,同卵双胞胎年龄越大,智商得分就越接近。实际上,遗传因素对人类智商的影响会贯穿一生,可能至少要到70岁。

这种发现并不符合直觉——你可能本能地认为婴儿从子宫里出来之后就像一张白纸,在这一阶段,他们没有获得什么人生经验,完全是基因的产物。为什么同卵双胞胎的例子不是这样呢?其中一个原因是环境不只是那些“降临在我们身上”的事:在生命中的每一刻,我们都会对环境做出选择,而基因在此发挥了重要作用。在整个生命历程中,这些选择会形成一个越来越大的“环境”,很可能也是最适合我们自己的环境。

为了说明这一点,我们可以想象一个有音乐天赋的男孩。他很可能有一对热爱音乐的父母,遗传了倾向于接受音乐的基因。但是,父母爱音乐的倾向,也会导致他在很小的时候就比其他孩子接触到更多的音乐。作为一个婴儿,他对此几乎无法选择,但是每个父母都知道,即使是很小的孩子也有办法用一些方式表达自己的好恶。因此,当他还是个婴幼儿时,由于看起来似乎很喜欢音乐,他很可能会被带到与音乐有关的学前活动中去,然后他会比一般孩子更常被鼓励去上音乐课、听音乐会。在整个生命历程中,天生爱音乐的婴儿最终接触音乐的时间可能比其他人多得多,所以爱音乐的儿童往往会成长为爱音乐的大人。正如我们在这个例子中看到的,之所以很难将遗传和环境效应割裂开来,其中一个原因是二者常常协同发挥作用。

另一个原因是单个基因可以同时影响健康的多个不同方面,这种现象被称为基因多效性(pleiotropy)。英国生物样本库进行了关于人类健康的最大型研究之一,该研究针对中年人进行,这些中年人接受了各种各样的医学测试,并同意配合未来针对他们健康状况的跟踪研究。对超过10万名生物样本库志愿者基因组的研究已经表明,造成认知功能出现差异的基因集,与负责心理和身体健康的其他方面的基因集,存在显著的重合。例如,影响语言和数字推理能力(二者是成年人智商的一般度量标准)的基因集,和影响颅内容积、体重指数和缺血性中风(由将血液输往脑部的动脉血管堵塞导致)风险的基因集之间存在显著的重叠。此外,研究还发现,与教育程度(在一定程度上与智商部分有关)相关的基因集和预测冠心病风险的基因集高度重叠。

为什么一种基因的变异能同时影响脑发育和心血管疾病风险?随着脑变得越来越复杂而丰富,要回答这个问题,我们需要再次超越起点(也就是遗传),开始思考其他影响大脑的事物。

子宫的重要性

除了明智地选择基因之外,你还需要慎重选择自己最初几个月的住所——子宫。子宫是发育中的脑所经历的第一个也是最重要的环境,毫不夸张地说,胎儿在怀孕期间所经历的环境能够影响未来的一生。但是,在孕妇们急着对肚子播放莫扎特之前,我们可以进一步探讨一下,对子宫里的孩子来说什么才是真正重要的事情。

20世纪80年代,一位名叫大卫·巴克(David Barker)的研究人员探索了英国不同地区母亲的营养变化。他发现,出生时体重低于平均水平的婴儿,成年后患心脏病的风险高于平均水平。接下来,他提出了这样的理论,在怀孕期间,胎儿会略微了解自己将要来临的世界,并据此调整自己。举个例子,如果一个母亲在怀孕期间营养不良,胎儿就会做出生理和代谢上的改变,为即将去往营养短缺的世界做好准备。而如果这个孩子出生之后,面对的世界很容易获得糖,其产前规划将使他特别容易在晚年患上2型糖尿病。

巴克首次发表自己的理论时,遭到了相当程度的质疑。生命最初的9个月对几十年后的健康结果会产生如此大的影响,在一些人看起来是不可能的。一位来自哈佛的流行病学家珍妮特·瑞驰·爱德华(Janet Rich Edwards)决心证明巴克是错误的,于是获取了超过10万名护士的出生体重,并且多年持续追踪他们的健康状况。令她吃惊的是,她发现自己的研究在很大程度上与巴克的假设相符:护士的出生体重越低,以后心脏病发作或中风的可能性就越大。此后,其他许多研究也证实了,出生体重对许多成人代谢性疾病及相关标志物(如血压和抗胰岛素性)有所影响。

也就是说,孩子和成人的新陈代谢一定会受到胎儿期环境的影响。那么脑呢?事实证明,低出生体重预示着未来一生智商较低,包括儿童时期认知发展较慢,晚年认知衰退较快,以及其他脑健康方面的问题(如晚年抑郁症风险增加)。这些影响大到足够引起我们所有人关注,而不仅仅令统计学家动容:一个出生时小于等于2.5公斤(5.5磅)的婴儿,在青春期和成年早期的智商可能比原本预期的要低5至7分,罹患成人抑郁症的风险则是普通人的2倍。

我们可以认为,早期环境对脑的影响是在两个层面上进行的。其一,出生体重只是一个生物标志物,标志着胎儿子宫环境的优越程度。低出生体重意味着截至目前事情还不够完美——脑发育可能没有达到理应达到的标准。我们知道,身体发育的其他标志物也可以预测脑有多强健——例如,肢体较长而身材较高的人患痴呆的风险稍微偏低。有人认为,这是因为更长的肢体或更高的身材是早期身体发育(包括脑发育)略好一些的标志。这或许源自前文提到的基因多效性的影响:例如,决定胎儿通过胎盘获得足够营养的基因,可能同时影响许多不同器官的早期发育。

我们应该指出,这些关联只能反映平均差异,而且影响其实很小:很显然,你完全可以长得比人均值更矮、四肢更短,但在生活中却表现得极为出色。这些影响之所以很重要也很有趣,是因为它们可以揭示早期生理状况如何影响大脑,而不是因为它们能有效预测个体会发展到什么程度。

思考胎儿环境最初如何产生差异非常重要。几乎可以肯定,这涉及基因、环境和随机因素的相互作用——母亲能控制的只是极少部分。即便如此,如今的准妈妈们还是被维护胎儿健康的建议不断轰炸:要避免吸烟、酗酒和某些高危食品,必须服用产前维生素,坚持健康饮食、运动,不要过度增重。其中一些信息几乎是众所周知的,比如英国的每个香烟盒上都贴着孕期吸烟有多危险。然而,尽管一部分母亲严格遵循这些建议,却也有些人不以为意。

有理由认为,能够遵照建议戒烟的孕妇和无法戒烟的孕妇之间,可能本身就存在很多不同。这些差异可能包括收入、教育程度、家庭历史、心理健康或成瘾倾向。事实上,这些因素都预示着在孕期成为吸烟者的可能性。由于孕期吸烟肯定会减缓胎儿的发育速度,也就意味着任何一个或全部危险因素都可能与婴儿出生体重的差异有关。

孕妇的健康与否不是随机发生的,而与她的环境紧密相连,这种环境包括教养、社会经济状况、教育和照顾自己的能力。由于这些因素不会变化太快,所以,婴儿的成长环境与胎儿期的没有很大区别。因此,当我们注意到低出生体重的婴儿倾向于成长为智商较低的孩子时,就可以说,一个人如果在胎儿期面临着艰难的环境,那他在婴儿期乃至整个童年都很有可能面临同样艰难的过程。

从伦理角度讲,我们不能为了科学研究,随机将一些婴儿置于不理想的环境中,再看会对他们产生什么影响。但是如果你研究足够庞大的人口,并且很好地进行了统计分析,就有可能从巴克所说的生物预编程中分离出持续性的环境影响。(事实上,如果你要宣称A会引起B,就必须非常擅长统计所有其他可能的解释。)迄今为止进行得最好的研究发现,脑的早期发育确实受到产前环境和生活中的各种因素共同影响。假设你很好地选择了基因,在出生前就得到了最佳的状态,然后会怎么样?

丰富的早期生活

要好好选择父母的第三个原因是,他们对孩子的早期生活有很大的影响。现代的父母养育有时看起来像是一个满载着决策的雷区,每一个决策都可能以一些不明确的方式极大地影响孩子的认知发展和未来的幸福。哺乳前小酌几杯有问题吗?究竟应不应该训练孩子的睡眠和如厕习惯?有机婴儿食品有必要吗?让每个人都穿好衣服,出门去参加婴儿瑜伽、游泳课、幼儿体操、课外音乐或语言课真的值得吗?如果你不做这些事情,孩子的生活会不会变差?事实证明,对于大多数人和大部分决策来说,实际的答案是:嗯,这主意还不错,如果它不过于麻烦,也是可以接受的。

为了给出更科学的答案,我们需要考虑两类不同的环境影响,第一类具有直接的生物学效应,另一类则可以称之为“丰富环境”(enriched environments)。

先讲个生物学效应的例子吧!母乳喂养。在绝大多数人类历史中,母乳都比其他任何替代品更营养和安全。仅在过去几十年里,才出现了营养均衡的配方,能够提供像母乳一样优质的能量、蛋白质、维生素和矿物质。即使在今天,发展中国家的一些地方哪怕有配方奶粉,也没有能调制的安全水、消毒奶瓶及其他婴儿喂养用具。此外,初乳(即分娩后立即生产的黄色浓稠乳液)含有防止腹泻和流感等危险疾病的抗体。因为这两个很好的理由,世界卫生组织建议婴儿完全母乳喂养到6个月,并继续接受母乳喂养到两岁。目前,人们估计,通过优化母乳喂养,每年可以挽救大约80万人的生命。

在发达国家和发展中国家,影响母乳喂养选择的环境因素存在明显差异。(例如,在美国,许多妇女早在婴儿6个月(推荐的完全母乳喂养期)之前的很长一段时间,就已经返回工作岗位。基于这一原因及其他因素,许多母亲认为在6个月之前停止母乳喂养更适宜,或者说更方便。从希望母乳喂养但无法做到的人,到不想母乳喂养但迫于压力而必须实施的人,对许多父母来说,这都是一个牵动心灵的话题。但从科学的观点来看,我们确实知道,即使在有安全母乳替代品的发达国家,母乳似乎也能给婴儿带来智商上的优势。

目前,关于母乳喂养的最佳猜测是能让婴儿的智商提高约3分。就像上文对母亲吸烟的讨论一样,要将母乳喂养的效果与其他可能的相关因素区分开来非常困难,如母亲的智商(这将直接影响孩子的智商)以及社会经济和教育因素(这与母亲智商和母乳喂养的可能性都有关系)。最好的证据来自对所有因素进行统计控制的研究。随机选择母亲,限定她们采用母乳喂养与否的方式不符合伦理原则。但是随机选择母亲,让她们接受额外的母乳喂养帮助是符合伦理原则的——在白俄罗斯进行的一项研究显示,进行了额外帮助后,一方面母乳喂养率增加,另一方面孩子的智商提高。总而言之,这使我们有理由认为,母乳喂养确实能够略微提高孩子的智商。虽然很难证实这种影响是否会持续终生,但由于儿童时期的智商能够预测成人后的智商、未来的教育和经济成就,我们可以假设,这种早期优势至少能部分影响成人生活。

婴儿成长环境的社会或文化方面有什么影响?比起流行音乐,听莫扎特的音乐会不会让婴儿的脑期待更高水平的刺激,从而在早期的认知发展上领先一步?简而言之,在养育方式的合理范围内,作为父母,你本身比任何积极决策都更重要。

我们可以将其分开来看。首先,你这个人很重要,你的基因很重要。如前所述,我们感兴趣的性状(如脑尺寸、智商得分和心理健康),大约一半的正常变异可以归因于遗传因素。同时,父母的受教育程度、社会和经济状况也很重要——所以在讨论孩子的成就时,必须将这些因素纳入考虑范畴。你为孩子做出的选择则没有那么重要。我们要说的不是父母虐待或忽略孩子等极端情况,这显然会产生非常长期和严重的影响。几乎没有证据能表明,善意的中产阶级父母的日常选择,对孩子的认知发展有任何长远的益处或损害。带他们学音乐、游泳、法语还是圣经,给他们吃有机、无麸质、自制食品或是微波电视餐,让他们看卡通片、玩暴力的电子游戏还是鼓励他们阅读经典的文学作品……当然,这些选择确实会产生特定的影响——比如说,他们以后会用法语点餐,或是能讨论《傲慢与偏见》中的细节,从而给未来的女朋友留下深刻印象。但是几乎没有证据表明它们对孩子的整体表现会有任何影响——这些选择无法影响他们未来会有多幸福,赚多少钱,活多长时间。这些重要的问题基本与养育孩子时父母的选择无关,而是由另外两个因素驱动:父母是什么样的人,一生中发生在他们身上的具体事件有哪些。

这个结论是怎么得出来的?要研究这些事物的遗传性,我们使用的方式大致相同:通过观察拥有不同数量共同基因、不同分量共享环境的家庭成员,了解他们的共同点和不同点。对于遗传学家来说,所有的“环境”(即非遗传的事物)要么是共享的,要么是独特的。举个例子,所谓共享的环境就是由亲兄弟姐妹们共同拥有的家庭环境。例如,你的父母对做不做家庭作业或娱乐性地抽大麻持自由观点,要求早睡,或是只给孩子吃快餐,这些因素都构成你与兄弟姐妹共享的环境。独特的环境则只发生在你身上,与其他兄弟姐妹无关。比如你5岁时用午餐钱偷偷地去买糖果,结果脑袋上挨了一下揍。你13岁时,因为化学老师而喜欢上了化学课。换句话说,父母可以影响共享的环境,却不能左右独特的环境。大量的研究都是在各种有趣的家庭组合中完成的——一起长大的双胞胎,分开长大的双胞胎,囊括了有血缘和没血缘的兄弟姐妹的收养家庭。所有情况都给出了相同的答案:与遗传和独特环境相比,共享环境产生的影响很小。

独特环境中的什么因素会影响儿童发展?其中一个重要因素是同伴的影响,特别是在涉及孩子行为的方面。令人惊讶的是,孩子选择和谁一起上学,和谁一起出去玩,这些事情比父母带来的社会性影响更强,因为孩子能从同龄人身上学到社交互动。总的来说,儿童,尤其是青少年,会选择一些在某些方面和自己相似的同龄人,然后学着他们的方式做事、穿衣打扮,等等。另一件值得注意的事情是机遇,或者说是随机性,也属于独特环境的范畴。当然,随机性有时也能起到很大的作用。

做你自己

另一个驱使孩子成长的因素是他们在生命早期形成的自我。在前文中,我们以音乐为例浅谈了一小部分:父母可以同时影响到孩子本身和孩子成长的环境,这些作用都是终生累积的。所以,有些被我们认为纯粹属于环境因素的事物,其中可能一部分或大部分都受基因影响。同时,一些基因驱动的健康或不健康的结果,也可能通过行为选择来改变。

举一个行为和疾病之间存在明确关联的例子:吸烟和肺癌。毫无疑问,吸烟是一个环境因素,它会增加肺癌风险。但这里也存在着一部分基因作用:基因使一部分人易患肺癌,容易产生吸烟的倾向,即使知道吸烟的负面后果也要继续吸烟。有些人从吸烟中获得的快乐比其他人更强,有些人戒烟的难度比其他人更高。其中一些差异是由遗传因素引起的。

我们认为,基因、早期环境和终生脑健康之间的许多关系都是通过类似的行为选择和倾向来实现的。但是很难确知它们的发生顺序,也难理清风险行为和健康状态孰为因果。例如,已知精神分裂症患者使用大麻多于一般人群,但因果关系是什么呢?是因为具有精神分裂症早期症状的人喜欢用大麻来帮助自己应对问题吗?还是因为大麻容易导致或引发精神疾病?(研究人员认为使用大麻确实会导致脑更容易患上精神分裂症,但这个猜想很难确证。)

要回答这类问题,最合适的办法是通过终生追踪一批人来进行研究,最好是从他们出生之前开始。在1972至1973年,一项研究项目在新西兰的达尼丁镇招募了1000多名婴儿。现在,曾经的婴儿都已经超过了40岁,仍有96%的人与研究者保持联系,这让达尼丁研究小组得以发现早期环境对脑的很多影响,以及这些影响如何作用于一生顺遂的人,又如何让一些人麻烦不断。

达尼丁研究发现了一件令人惊异的事情,那就是早期气质差异,特别是自制力的差异,会对我们造成终身影响。高度自制的孩子往往很谨慎:他们已经学会在某种程度上控制自己的冲动和情绪爆发,并且能够延迟满足。这类行为由前额叶皮层控制,你可能还记得,前文曾提到前额叶皮层是脑最后发育的部分,青春期仍在不断发展,一直持续到二十出头。因此,总体来说,自制力高的孩子,脑功能更加成熟;同时,就像其他气质类型一样,自制力的高低具有终生的稳定性。事实证明,这种早期的倾向对一生都有影响:达尼丁研究项目发现,3至11岁时自我控制能力较差的儿童(由研究人员、老师和父母报告),在晚年生活中出现一系列负面结果的风险比其他儿童高得多。这些负面结果包括较差的经济状况(较低的收入、储蓄和房屋)、较差的身体健康状况和较高的成为单身父母可能性,也更可能有犯罪记录和使用毒品。

为什么那些在早期生活中缺乏自制力的孩子,最终会成为境况较差的成年人?对达尼丁项目被试十几岁时行为的记录,能够帮我们解释一部分原因。在十几岁时,缺乏自制力的孩子更容易陷入诸如早早退学、吸烟、怀孕之类的麻烦中。基因分析进一步揭示了达尼丁项目中一部分被试得以成功的驱动力。那些生来就拥有更“成功”的基因组合(其他研究发现这种基因与更高的教育水平相关)的人,一生中往往表现得更好,小时候比别的孩子更早学会说话和阅读,成年后比别人获得更高水平的工作和伴侣,甚至是退休计划也比其他人更为优越。具有更高成功遗传倾向的儿童,不论出生于什么样的社会阶层,都具有更高的社会流动性。通过如此仔细地研究这些孩子生活中的事件,我们可以瞥见,某些脑功能的差异可以通过无数种方式,影响未来生活的几乎每一个方面。

成年之后:你能为脑做些什么

读这本书时,你的早期发展,甚至是十几岁时的选择,很可能都已经完成了(如果还没完成,那么恭喜你,你走在了同龄人的前面!)那么,我们现在能做些什么来优化自己的脑,使其免受衰老的摧残呢?

关于这个问题,人们提出了很多建议,但并非每个建议背后都有充分的科学证据。我们在此提出两条最成熟的建议,可以满怀信心地说——这一定有用。和身体健康一样,没有保护脑健康的灵丹妙药。我们所能做的就是保持身体和心理的活跃性。要让脑健康地面对衰老,我们真正要做的是:其一,最大限度地减少对脑硬件的持续损害,主要通过尽可能地保持其血液供应;其二,尽可能地优化脑软件的运转。

大量证据表明,保持思维活跃的人(如学习一门新的语言或乐器,常做填字游戏或其他智力挑战活动),保持完整认知功能的时间会更长。然而,我们必须非常小心因果关系的方向。也许,与那些认知能力已经开始衰退的人相比,认知方面完好无损的人从具有挑战性的活动中能得到更多快乐。很难通过方法严谨的研究来检验脑训练计划的有效性,这种训练计划会用越来越难但令人愉悦的谜题或游戏来建构人们的认知功能(如同不断增加重量来加强肌肉力量)。然而,人们会选择并坚持从事自己觉得更有趣的活动,所以,很难通过足够严谨的控制研究,来探索特定的脑训练方案或认知活动是否真能对健康的脑功能起到支持作用。

显而易见,在某种程度上,那些较常从事高认知要求活动的人,受到脑衰老和退行性疾病(如阿尔茨海默病)的生理影响相对较轻。正如第7章中指出的,我们把这种减轻影响的“缓冲区”称为“认知储备”,它是脑功能的后备库,能保护我们免于承受脑损伤带来的功能性后果,这种损伤可能是正常衰老造成的,也可能由疾病导致。现在认知储备已经非常清晰了:智商高、受教育年限长和挑战性工作经历多的人患痴呆症的风险更低,尽管他们的脑显示出的年龄和疾病相关损害量也很正常。事实上,尸检研究显示,就认知储备水平高的痴呆症患者而言,即使他们的脑损伤比认知储备水平低的患者更严重,表现出来的严重症状也比较少。

我们认为,认知储备可以毕生持续建构,所以不管多大年纪,参加具有挑战性的认知活动、学习新技能都有益处,“用进废退”原则也始终适用。然而,对于许多人——尤其是那些从事高等教育或知识型工作的人来说,生活本身已经具有认知上的挑战性,甚至不需要专程采取什么措施。所以,青少年时期要做出好的选择,退休后要保持智力活跃,那么在中间阶段,你能为自己的脑做的最好的事情是什么?

别无捷径。你所能做到的最好的事情,就是为了支持已经成熟的脑,保持生理上的活跃性。对此有一个相当简单的解释,脑需要消耗大量的氧气和能量,而这些氧气和能量都依靠心脏泵送到身体的各个角落。不良的心血管功能以及相关的症状(如动脉中沉积物的堆积),会通过阻止氧气和其他营养物的充分流动引发脑损伤。随着时间推移,这可能导致相当严重的慢性损害(如包括冠状动脉疾病和心力衰竭在内的心血管疾病),也可能导致中风(相当于心脏病发作)一类的急性问题。保持心血管健康能使所有脑机器处于良好状态,从而支持认知功能。

“啊哈,”你也许会说,“但大多数证据都是观察性的,因此也可能是本章反复提到的混淆因素,不能确定因果。受过高等教育、高智商、社会或经济状况较好的人也许更倾向于用各种方式照顾自己的健康——他们可能饮食结构更佳、压力更小、更不倾向于吸烟,也更可能一发现问题就去看医生。难道所有这些东西都不会影响脑健康吗?”

它们的确可能影响健康。有些研究依赖于询问被试上周做了多少运动,当然会存在很多局限,更别说让被试回顾自己的一辈子了。像往常一样,我们认为,要知道运动是否真的有助于改善认知能力,最强有力的检验方式是随机对照试验(randomised controlled trial,RCT)。在随机对照试验研究中,被试被随机分配到干预或控制条件组中。在药物治疗类随机对照试验研究中,干预组使用对症药物治疗,而控制组则使用安慰剂。如果要将身体活动当作干预手段,就没那么简单了。除了决定被试的锻炼方式、频率、力度之外,你怎么能确保那些平时很少锻炼,被随机抽取进锻炼组的人,实际上真的听话锻炼呢?此外,对控制组的要求应该是“像平时那样运动”还是“完全不锻炼”?与过去一辈子行为的影响相比,干预需要持续多长时间才能产生作用?

要寻找证据,比较适宜的方法是找一些可以通过更高层次力量迫使人们进行身体活动的场所。军事训练或监狱系统可能有效,但这不可能是大多数人的典型生活方式。因此,我们转而面向孩子。

已经有一些人开始尝试在儿童和年轻人中进行以锻炼为干预方式的随机对照试验研究,最常见的手段是改变儿童在研究期间参加的强制性运动或体育课程的数量。这些研究往往规模较小,时间相对较短,但好消息是,他们确实发现被试的学术成就或认知表现有所改善。由于增加每周的体育课程是确保增加儿童身体活动量的一种非常有效的方法,这些研究肯定支持了我们的说法,也就是说,运动确实是优化脑健康的主要驱动力。我们已经知道运动的好处,但是大多数人仍然做得不够,也许因为人类就是这样一种生物,很难忍受用短期的痛苦换得长期的利益。如果我们对脑功能的短期收益感兴趣——比如说,备考期间去跑步是否划算——就需要知道,锻炼几分钟时间,脑中会发生什么变化(我们很快就会详细阐述这一问题),这对认知究竟有益还是有害。

一种(心理学的)解释是运动能增加心理唤醒和警觉性,从而提高我们处理信息的能力。更偏向生物学的解释是,运动会释放一系列的化学物质(如多巴胺和肾上腺素),其中一些物质是细胞过程的关键驱动力,而要形成新的记忆,就必须有这些过程。换句话说,急性运动能在分子水平上唤醒脑,从而使其更好地处理记忆和其他信息,不管你一生中总共做了多少锻炼,今天的运动都会帮助脑为建立此刻的新记忆做出最好的准备。

因此,运动对脑中的化学物质有积极的影响。然而,如果你突然开始每周在跑步机上辛苦地跑上几个小时,脑里发生的生理变化很可能是最不明显的。不过肌肉发生的变化也会影响脑的功能。最近一组对老鼠、猴子和久坐不动的大学生的研究表明,运动时肌肉会分泌一种叫组织蛋白酶B的化学物质。经过长达4个月的艰苦跑步机跑步计划后,曾经习惯久坐不动的学生血液中的组织蛋白酶B水平的增加与视觉回忆(如根据记忆绘画)的改善程度相关。

肌肉分泌的东西如何帮助这些学生进行认知测试?答案就在海马中。我们要重新关注这一脑结构,其中一个原因是它是仅有的两个可以产生新神经元的主要区域之一。这一点相当重要,就在不久之前,人们还认为所有的神经元都是在胚胎发育过程中形成的,但如今,大家估计成人的海马每天大约能产生700个新神经元。

不幸的是,目前还没有好方法来精确测量活人海马的日常变化,但我们已经知道,当啮齿类动物被安置在跑轮上时,运动既增强了它们的认知能力,也增加了海马中发育的新神经元数量。这可能是运动增加海马尺寸和增强记忆力的主要机制。神经形成过程受到被称为生长因子的化学物质调节,而组织蛋白酶B似乎能调节这些生长因子中的一部分。这是一段相当长的旅程:组织蛋白酶B由肌肉产生,随着血液流动,穿过血-脑屏障,最终在脑的深处找到自己的目的地。在此处,它的存在能够刺激新神经元的形成。

关于运动的最后一个问题:由于运动对脑的即时和长期影响完全不同,它们各自代表了优化脑功能的独立策略。如果将二者放在一起会怎么样?最近的一项研究随机抽取了75名平时不太运动的年轻人,让他们在4周内进行不同程度的身体锻炼。在研究开始和结束时,分别测试了他们的记忆力。不出所料,4周时间里锻炼越多的人,记忆力提高的幅度也越大——但表现最好的是那些在测试当天也锻炼过的人。下次你坐在沙发上思考要不要去跑步的时候,想一想,运动就是为今天及明天的脑功能所做的投资,这或许能帮助你走出家门!

什么限制了我们的脑功能?

谁也不能选择自己的父母,同样,也无法选择早年的经历。无论我们的父母怀有多么可取的打算,对发展最优脑似乎也没什么用处。然而,本章讨论了两种可能对脑发展产生影响的成年后的行为,事实上,我们谈到的还远不止这些:压力往往对脑有害,管理压力(通过冥想、瑜伽、音乐、社交或其他许多方式)则对脑有益。对于第5章讨论过的睡眠问题,我们也进行了更详细的讨论,并得出结论,睡眠能够每天补充脑的能量,大家应该好好保护睡眠质量。这些建议都不会太出人意料。我们早就知道什么对身体健康有好处,要说本书能给大家提供某些有用的信息,那可能就是——脑健康跟身体健康真的没什么不同。那么,是否值得为了优化脑功能而改变自己的生活?当然值得。你应该知道,我们都是习惯的生物,不管是主观故意还是因为其他原因而接受的生活方式,往往会成为持续终生的行为模式。

然而,虽然我们和父母竭力筹划,但每个人的脑功能以及由此带来的一切仍然各不相同:包括受教育程度、职业和社会成就,晚年认知能力的保持,以及幸福。其中后二者也许是我们最应该追求的目标。具有讽刺意味的是,我们对导致精神疾病和认知衰退的原因的了解,远远多于对健康的心理和认知老化的认识。直到最近,人们的研究兴趣才开始转向那些看似拥有最优脑的人:他们在非常衰老的时候仍然保持着认知上的敏锐,或是面临巨大挑战却仍拥有极好的心理健康状态。这些人很稀有,但确实存在。关于人脑功能的限制,我们能从他们身上学到些什么呢?

美国西北大学在芝加哥的“超级老化”项目,是这一领域的一个特别有趣的尝试。这项研究的对象都在80岁以上,但认知能力(尤其是记忆)相当于五六十岁的健康个体。对这些超级老人的脑神经成像研究显示,他们的脑皮层比一般同龄人更厚,完整脑组织数量则相当于五六十岁的人。右侧扣带回有一个与认知和情绪处理相关的区域,超级老人的这部分皮层厚于比他们年轻几十岁的志愿者。事实上,在这些八十多岁的“年轻人”的脑中,一部分核心脑网络(例如控制记忆和注意力等功能的部位)看起来就像真的年轻人一样。

因此,那些到了晚年认知能力还特别完整的人,可能受益于自己在某种程度上特别抗老的脑。而那些心理健康状况异常好的人呢?达尼丁研究发现,在研究对象的人生前40年里,只有17%的人从未达到任何一种精神疾病的标准。这一点很重要——终生良好的心理健康状态十分罕见,大多数人或多或少都会遭遇一些状态很差的时期。那些心理健康状态持续良好的少数人带有的特征,可能与你一开始猜测的完全不一样。他们并非出生在富裕家庭,身体不是特别健康,也没有超凡脱俗的智力。然而,他们的性格似乎特别好,也没有精神疾病家族史——我们可以推断,他们在遗传和早期的环境背景方面都很幸运。

那么,现在的脑能好到什么程度呢?考虑到早期发育和抵抗年龄相关性衰退方面的特殊优势,脑可能在20岁左右达到功能高峰,如果幸运的话,这种状态可以持续60年。在当代,人脑比以往任何时候都拥有更多机会:我们拥有最优化的营养和教育;通过互联网和其他信息技术能够无限制地获取现有的人类知识;而贫穷的程度减轻了,苦役和对智力没有要求的工作也比过去少了很多。如今的超级老人,尽管已经非常幸运,却仍无法超越他们的孙辈和曾孙辈从出生就具备的技术和科学优势。在第9章中,我们将放下对当今科学状况的慎重考量,大胆猜测未来的人脑可能与你我的有什么不同。

一种预包装的冷冻餐,用微波炉加热即可食用。——编者注

延迟满足是指一种甘愿为更有价值的长远结果而放弃即时满足的抉择取向,以及在等待期中展示的自我控制能力。——译者注

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