【脑专辑】适当训练可强化大脑功能

脑子越用越灵光，不用就生锈。
撰文╱霍洛韦（Marguerite Holloway）
翻译／王道还，中研院史语所助理研究员，专长为生物人类学。

从突触谈起

美国加州大学旧金山分校的尼柯尔（Roger Nicoll）认为：「『可塑性』是神经科学中最受滥用的字眼。」他的实验室正在同校备受争议的神经科学家莫山尼奇（Michael M. Merzenich）的对面。现在，大脑的任何变化，都说是「可塑性」，不管是化学上的变化，还是新神经元的形成（这叫「神经新生」），或者是较大区域的「功能重划」（remapping）。然而，可塑性最基本的层次，是尼柯尔正在研究的「突触」。突触是神经元以化学物质为讯号互相沟通的地方。学习可强化神经元之间的连结，一方面创造更多的连结，另一方面也加强它们的化学沟通能力。这些变化把涉及某个动作、感受或者念头的神经元串接在一起，有句俏皮话"Neurons that fire together, wire together."（可以译做「神经元一齐开火，一齐串连）就是指这个现象。神经可塑性必须从突触的层次开始，否则一切免谈。

直到1960年代中，大家还认为成年人无法形成新的突触，一旦大脑停止发育，神经元的连结就冻结了。后来，科学家才发现事实并非如此。举例来说，当年英国牛津大学的雷斯曼（Geoffrey Raisman）与费尔德（Pauline M. Field）证明了：成年人的突触具有可塑性。其他人发现环境与经验都能影响大脑，令人瞩目，例如美国加州大学柏克莱分校的罗森兹威（Mark R. Rosenzweig）、伊利诺大学的葛里诺（William T. Greenough）领导的研究团队。葛里诺证明了，要是训练大鼠从事具挑战性的任务，或将它们放入「复杂的环境」中（他说，不过是在笼里放些好玩的玩具罢了，「当然比不上它们在自然环境中所面对的智力挑战。」），大脑里都会形成新的突触，不管成年了没有。这些新的突触或者强化记忆，或者强化运动协调能力。

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」（透过玩具与作业提供刺激）的研究继续开花结果，许多人正在寻找临床应用的窍门。刺激与演练使大脑受伤的大鼠复原得较快；最近的研究结果也显示，带有杭丁顿氏症基因的小鼠，要是生活在复杂的环境中，发病时间就会延后。葛里诺与其他研究人员认为，这些效果不只是新突触导致的，还有新生的血管以及新生的星状细胞（astrocyte，负责清理大脑中的过剩物质，例如钾离子，使神经元处于最佳环境中）。这些情境下，包裹在神经轴突表面的髓磷脂（myelin）也强化了，而这种脂质的神经鞘是神经纤维的生存与传讯所不可或缺的（译按：多发性硬化症就是神经鞘剥落的结果）。

发现突触具有可塑性之后，科学家开始评估大脑在更大的尺度上是否具有可塑性，例如整个神经网络或大脑某个区域。不过，这个想法并不新鲜。19世纪末、20世纪初，有几位科学家就主张大脑会因经验而重新形塑。例如詹姆斯（William James, 1842~1910）就假定大脑会不断地受经验改变。1920年代时，拉胥里（Karl Lashley, 1890~1958）发现，猴子的运动皮质似乎每个星期都会变化。直到1970年代，仍有人从事同样的研究；但是主张成年大脑是固定而不变的科学家居主流地位，他们发现，大脑只在婴儿期与儿童期早期，亦即所谓的「关键期」，才会发生大规模变化。莫山尼奇评论道：「宗教是从主流发展出来的。而主流认为：大脑像个计算机，重要功能在关键期已经建立了。」

1980年代，莫山尼奇与合作者进行了一系列实验，包括美国田纳西州范德比尔特大学的卡斯（Jon Kaas），他们揭露了：成年猴子的运动皮质会发生变化。大脑皮质位于大脑外层，上面有负责处理触觉、运动、听觉、视觉等感官资讯的区域；人类的大脑皮质还有负责语言与推理能力的区域。有一个实验，是将猴子的手指切下一根，结果它大脑皮质运动区由那根手指驱动的区域，不久之后就对传递邻近手指资讯的神经元有反应了。可见皮质上原先负责那根失去的手指的区域，正在监控与处理邻近手指的资讯；就像一块弃置的土地，很快就会遭邻居占用。莫山尼奇回忆道：「那个实验结果把我给唤醒了。」

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