将一块硬币嵌入粘土中,硬币的印痕就会出现在粘土中,即粘土的形状发生了变化。同样,大脑中的神经回路必须根据经验或感官刺激进行重组。
可塑性(Plasticity),或神经可塑性,描述了经验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变化。神经连接的这些变化就是我们所说的神经可塑性。
关于神经可塑性
神经可塑性包括一生中发生的几个不同过程。神经可塑性不包括单一类型的形态变化,而是包括在一个人一生中发生的几个不同的过程。
许多类型的脑细胞参与神经可塑性,包括神经元、胶质细胞和血管细胞。
神经可塑性具有明显的年龄依赖性决定因素。虽然可塑性贯穿于人的一生,但不同类型的可塑性在人一生中的某些时期占主导地位,而在其他时期则不那么普遍。
神经可塑性发生在两个主要条件下的大脑。在正常的大脑发育过程中,当不成熟的大脑第一次开始通过成年过程处理感觉信息(学习和记忆的可塑性和发展的可塑性)。
作为一种适应机制,以补偿失去的功能和/或在发生脑损伤时最大化剩余功能。
环境是影响可塑性的关键因素。除了遗传因素外,大脑的形状是由人的环境特征和同一个人的行为决定的。
发育可塑性:突触修剪
神经元,就好像是不断增长的,可以相互通信的电话线。
出生后,新生儿的大脑中充斥着来自他感觉器官的信息。这些感觉信息必须以某种方式返回大脑,然后被处理。要做到这一点,神经细胞必须彼此相连,将信息传输到大脑。
就像城市之间的基本电话干线一样,新生儿的基因指示从特定神经细胞到大脑正确区域的“通路”。例如,视网膜中的神经细胞将信息发送到大脑枕叶的主要视觉区域,而不是左后颞叶的语言生成区域。基本干线已经建立,但从一个地方到另一个地方的具体连接需要额外的信号。
在生命的最初几年里,大脑迅速成长。当每个神经元成熟时,它会发出多个分支(轴突发出信息,树突接收信息),增加突触接触的数量,并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个突触。2~3岁时,每个神经元的突触数量约为个。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连接,同时保持和加强了较强的连接。经验决定了哪些连接将被加强,哪些将被修剪;最经常被激活的连接将被保留。
神经元必须有生存的目的。没有目的,神经元会通过一个称为凋亡的过程而死亡,在这个过程中,不接收或传递信息的神经元会受损并死亡。无效或弱的连接被“修剪”的方式与园丁修剪树木或灌木的方式大致相同,从而使植物具有所需的形状。
正是可塑性使连接的发展和修剪过程得以进行,从而使大脑适应环境。
学习和记忆的可塑性
曾经有人认为,随着年龄的增长,大脑的网络就固定了。然而,在过去的20年里,大量的研究表明大脑从未停止过变化和调整。
学习是指通过教学或经验获得新知识或技能的能力。记忆是知识随着时间的推移而被保留的过程。
大脑随学习而变化的能力是有可塑性的。随着学习,大脑中出现了至少两种类型的改变:
a)神经元内部结构的变化,最显著的是在突触区域。
b)神经元之间突触数量的增加。
最初,新学到的数据“存储”在短期记忆中,这是一种暂时的记忆信息的能力。即短期记忆依赖于大脑中的电子和化学事件,而不是结构变化,如新突触的形成。短期记忆的一个理论指出,记忆可能是由“回响”的神经元回路引起的。经过一段时间后,信息可能会转移到一种更为永久的记忆中,即长期记忆,这是大脑发生解剖或生化变化的结果。
损伤诱导的可塑性:可塑性与脑修复
在损伤后的大脑修复过程中,尽管大脑受到了损伤,但可塑性变化仍倾向于使功能最大化。
在一个大脑区域受损的大鼠研究中,受损区域周围的脑细胞的功能和形状发生了变化,使它们能够承担受损细胞的功能。尽管这一现象在人类中尚未得到广泛研究,但数据表明,在受伤后,人类大脑也会发生类似的(尽管效果较低)变化。