人类的大脑可“塑造”

    编者按

    综合性学术报告是每次院士大会的重头戏，这些报告的主题都是经过学部精心选择、结合社会广泛关注的国家经济社会发展中的重大问题和学科发展前沿后确定的。6月14日，在中科院第十六次院士大会上，费维扬院士作了“关于发展低碳技术的几点思考”报告、蒲慕明院士（外籍）作了“大脑的可塑性”报告、徐建中院士作了“航空发动机的发展和科学问题的一些分析”、欧阳自远院士作了“中国月球探测的初步成果与太阳系探测的初步设想”。报告内容丰富，在报纸有限的版面内，我们难以全面呈现，仅撷取部分观点加以报道，供广大读者参考。

    蒲慕明院士(中科院神经科学研究所、美国加州大学伯克利分校)

    聪明才智是天生,还是后天能够培养?婴幼儿教育有没有科学依据?中枢神经系统损伤还能不能康复?要想弄清这些问题,必须先了解大脑的构造和功能。蒲慕明院士说,大脑具有“可塑性”,这是指大脑的结构域功能会因不断的使用而改变,“可塑性是大脑所有高等功能的基础”。

    我们的神经系统如何工作?

    要了解大脑,先弄明白几个有点拗口的名词:神经元、突触、树突、轴突。大脑有数百种不同类型,总数为1012的神经元通过由1015个突触形成的各种神经网络。神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位,由细胞体和细胞突起构成,细胞突起又分为树突和轴突,每个神经元都有一个或多个树突,但只有一个轴突。

    简单地说,神经系统是这样传递信息的——树突接受刺激信号,传导到轴突,轴突再通过突触把兴奋传送到其他神经元和组织。

    蒲慕明介绍说,研究发现,神经元集群间有方向性的突触强化或弱化,能够储存时序信息。研究人员用多电极记录了大鼠视皮层神经元的变化——他们让大鼠看屏幕上光点的运动,训练前,在起始点闪光引起了大鼠视皮层神经元的集群的无序发放;训练中,神经元集群实现依序发放;训练后,只要在起始点闪光,就能唤起神经元集群的依序发放。

    蒲慕明总结说,与感觉、运动、认知行为相关的电活动,会修饰神经元与突触功能和构造,也就是重塑了大脑,带来了学习与记忆、认知行为的改变。

    婴幼儿时期是大脑发育关键期

    “树突上的树突棘是神经元接受兴奋性突触的位点,形成了神经元突触的连接。”蒲慕明说,研究发现,在大脑发育的头几年,树突棘大量产生,之后,经过学习的不断“修剪”,最终形成了神经网络。“也就是说,婴幼儿时期是神经系统形成的重要时期,开头几年是大脑发育最关键的时期!”

    “神经网络的形成在出生后特定一段时期容易被脑内电活动影响,不正常的电活动会造成异常的神经网络的长期存在。”蒲慕明说。

    蒲慕明说,出生后,具有不同功能的网络都有一个关键的形成期,关键期内电活动可以稳固或“修剪”神经突触连接,对网络成形有巨大的影响。“一定不能错过。成年脑的可塑性远小于幼年脑,大规模的网络连接变化只在创伤后或病态时出现。”

    聪明才智绝不是与生俱来的,出生后的环境和经验引起的电活动是塑造网络的主要因素。蒲慕明说:“因此,婴幼儿时期的教育，需要后天环境的配合和父母的培养。” 

 成人中枢神经损伤或许也能治愈

    脊椎损伤、脑中风……目前医学发展水平对这些中枢神经损伤的病患还无能为力。如果大脑具有可塑性,这些疾病有没有可能治愈呢?蒲慕明说,大幅度的网络可塑性在成年期是可以用药物和生理电刺激来“唤醒”的,基于网络可塑性的治疗方法将是未来研发神经系统损伤和疾病治疗手段的方向。

    蒲慕明说,成年中枢神经系统受损造成轴突损伤,而轴突很难再生——疤组织和胞囊阻止轴突再生,而且成熟神经系统的神经元也不会再生轴突,“外在的原因,是缺少神经元生长的营养性因子,细胞环境也是抑制性的;内在原因是神经元的生长能力下降。”

    在“大脑有可塑性”这一理论基础上,科学家们正在探索治愈的方法，比如视频疗法已经应用到治疗语言障碍、老年痴呆症和弱视等疾病中。深度脑刺激的方法则被视为更有前景的疗法。蒲慕明说,科学家们已经尝试将深度脑刺激的方法用于治疗慢性痛、帕金森症等。(本报北京6月14日电    本报记者 齐 芳 詹 媛 )