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現在已有許多證據顯示,新神經元新生的速率,某種程度上會受到認知行為的影響;這和肌肉細胞的成長會受到體能運動影響的模式相去不遠。

以老鼠為例,那些沉浸在有許多玩具、輪子、隧道和其他能夠產生「腦部刺激」的環境下的老鼠,比起不被給予任何設施、整日無所事事的老鼠,相對會有較大量的神經元新生(15%以上)。待在有許多刺激來源環境下的老鼠,也在各種測試上表現得較優秀。

由認知運動所刺激的神經再生,在海馬迴中尤其明顯。這是其中最重要的發現,因為海馬迴對於形成記憶相當重要。雖然很久之前就有許多動物實驗的結果顯示這點,但直接以人類為對象的證據,一直到最近才開始浮現。這讓科學與生醫界社群感到非常興奮。

研究顯示,成年之後,海馬迴還是會不斷生成新的神經元。即使是阿茲海默症患者的腦中也是如此。這樣的發現讓「用進廢退」的理論出現瑕疵,甚至有人將這句話改成「用得越多,得到越多」。

這表示,心智行為真的可以改變大腦。

計程車司機的海馬迴

不過,人類真的能藉由「多動腦」,提高新神經元的生成比例嗎?

第一個證據是,大腦結構是有可能長大的。環境因素的確會導致大腦結構有所增長,而且這證據不是來自別的,而是來自計程車司機。

倫敦的計程車司機海馬迴特別大,比起一般人都還要大,畢竟他們的工作需要記住許多複雜的路線與地點,而海馬迴是形成記憶的重要大腦結構。想要在倫敦這麼大的城市當個好司機,肯定需要記住特別大量的路線與地點資訊。我們可以說,比起大多數人,他們天天在訓練海馬迴,就像舉重選手比一般人更常訓練肌肉一樣。另外,計程車司機做得越久,他們的海馬迴也會越大。海馬迴大小,很明顯地與做司機的年資成正比。這意味著,從事某些心智行為的次數與掌管該心智活動的大腦結構間,有某種直接的關係。

那我們不禁要問下一個問題:這樣的效果有多特定呢?如果多動一動大腦,就能刺激新的神經元生成,那是不是代表,不同種類的心智活動能刺激大腦中不同部位?

舉例來說,海馬迴變大是否只與空間記憶相關?完全不同的心智活動,對於大腦會造成不一樣的反應嗎?如果計程車司機的海馬迴會變大,那我們能否合理期待作家的左顳葉(掌管語言)、建築師的頂葉(掌管空間)、成功的創業家的額葉(掌管管理)會變大?

雙語人士的大腦與音樂家的心靈

第一個是來自倫敦衛爾康神經科學中心神經影像部門的研究,他們發現,比起只使用一種語言的人來說,雙語人士的左大腦角迴(處理有關聯性的語文結構)有更多灰質。不只灰質,白質的密度也相對較高。用白話文來表示,這代表會說兩種語言的人比只會說一種語言的人,左大腦半球中有更多神經元,以及更密集的神經連結。

比起單一語言使用者,雙語人士不只在左腦角迴具有更多灰質,他們的左大腦半球也有更多白質。白質是由許多較長且被髓鞘包圍的神經通路構成,用於連結大腦中距離較遠的皮質區域;看來多動腦也會刺激長距離神經連結的形成。另外,雙語人士比起單一語言使用者,不只左大腦半球的白質密度較高,右大腦半球也一樣有類似的效應。這些發現都意味著,右大腦半球在學習第二語言時,也扮演了某種角色。

甚至如果將雙語人士分成早成型(在人生中較早的階段就學會第二語言)和晚成型(在人生中較晚的階段才學會第二語言)這兩種類型。這兩個類型的人,左大腦半球的灰質都比單一語言使用者要多。這表示,認知活動提升大腦的效果,並不局限於年輕人,即使到晚年也有效果。

另一個研究,則比較了職業音樂家與非音樂家的顳橫迴(Heschl’s gyrus)皮質區大小,這個皮質區是專門處理聲音的區塊。結果如你所想,職業音樂家的顳橫迴是一般人的2倍大;而且在過去10年內,練習音樂的強度越高的人,顳橫迴的大小就越大。我們又再次看到,認知活動對於特殊腦區有相當明顯且令人訝異的改變。

幾個月後,一篇對雜耍師進行核磁共振的研究,刊載在《自然》這個全世界最受敬重的期刊上。完全健康的自願者,在之前從未學習雜耍的狀況下,接受3個月的訓練,學習丟3顆球的雜耍。訓練結束後,所有自願者都能連續讓3顆球拋在空中,至少持續一分鐘。結果發現,他們左右大腦半球顳葉和左大腦半球頂葉的灰質,都有部分增加。停止練習後,這樣的效應就會慢慢消失,頂葉和顳葉得到的灰質也會逐漸減少。所以,即使在這麼短的時間裡,也能看到藉由練習特定技能,在特定腦區造成的神經增生現象。

退化的大腦半球與失智

好了,現在我們已經知道,藉由增加心智活動可以大幅改變我們的大腦,有些腦區甚至會因此變大。下個要問的問題是,那會是哪些腦區呢?

計程車司機、雙語人士、音樂家與雜耍師所進行的心智活動,與在這些研究中被這些心智活動影響的大腦結構,看來都令人印象深刻且相當特定。在仔細測量之後應該會發現,沒有參與認知活動的大腦結構,大小沒有因此而變大;只有直接參與認知活動的大腦結構會受到影響。

現在讓我們退一步想想這些研究在現實生活中的應用。大多數人(事實上是所有人)多少會在某些心智活動上,比起其他人有更多經歷,這跟我們的工作或習慣有關。學習音樂或語言,或是學習記住複雜的道路、學會雜耍,都只是大腦整體運作的一些例子。藉由進行心智活動刺激大腦的效果,看似只針對特定的腦區,對不同的人的不同腦區,產生程度不一的好處。但在這些變化中,是否有不變的共通性呢?有沒有超越個體差異,不被教育、職業與經驗影響,卻一樣能達成刺激大腦效果的心智活動?

我們已經知道大多數的認知技能,在學習初期都是由右大腦半球控制的,但當我們熟悉到一定的程度後,就會轉由左大腦半球來控制。這意味著,我們會逐漸仰賴累積在左大腦半球裡的各個領域的經驗和技能。隨著年齡漸長,比起右大腦半球的大腦結構,我們更常使用左大腦半球的大腦結構,也因此左大腦半球成為神經再生效應的主要受益者。

我將這些資訊,綜合成下三個要點:

.隨著我們年紀增長,右大腦半球的退化程度會比左大腦半球來得嚴重。

.與右大腦半球相比,認知活動帶來的好處大多集中於左大腦半球,並且這樣的效益會持續一生。

.比起右大腦半球,左大腦半球較能承受年老伴隨而來的神經退化,因為隨著時間過去,左大腦半球也能藉由認知活動,持續進行自我提升與強化。

多動腦,幫你的大腦增強抵抗力

面對失智問題,教育會對腦產生某種程度的保護作用。這可能是因為受過教育的人,比起運用體力,更多是運用智力在討生活,也因此終其一生都會受益於動腦的好處,讓大腦獲得某種程度的提升。

研究失智症的神經科學家,對於失智症早期多變的樣貌,總是感到很困惑。各種失智症的早期症狀都不一樣,相當多元。而阿茲海默症尤其是。以阿茲海默症來說,雖然大多數阿茲海默症患者的早期症狀是從失憶開始,但也有很大一批患者最先失去的是其他能力,如語言能力、空間定向能力或是執行能力等。此外他們往往會有「人格上的改變」,而這表示額葉出了問題。

失智症多變的早期症狀,更可能只是變相地反應出我們這一生當中,到底藉由心智活動,讓哪些神經組織受到保護而不致受到影響。這與每個人一生中經歷了哪些認知活動有關。每個人都是這樣,總是有某些認知功能使用得多(使得大腦某些區塊受到較多保護),有些認知功能使用得少(使得某些大腦區塊受到的保護較少);認知功能使用得多的大腦結構就像穿了盔甲一樣,有強大的神經保護力(雖然還是有個體差異)。有些認知活動會持續一輩子,也因此會特別使用到某一區塊的大腦,從而賦予了神經保護力(儘管這並不全面,而且可能只是暫時的),讓這區塊的大腦能夠對抗早期失智。這雖然只是一個假說,卻是一個非常棒的假說。

順著這邏輯,作家的早期失智不大會影響到語言功能,而會影響到空間識別能力;至於建築師,隨著疾病發展,可能會走到完全相反的方向:會先失去語言能力,然後才是空間識別能力。對一個掌管策略的經理人來說,額葉可能會是最能抵抗大腦退化的區域;在倫敦計程車司機的例子中,記憶可能是最後才會離開的能力,遠在語言和執行力之後。

有個研究,研究了明尼蘇達曼卡多聖母學校修女會的多位修女。她們以長壽和進入老年後神智仍然很清楚而聞名。看來,她們當中沒有人罹患阿茲海默症。直到一些修女過世後進行大體解剖,科學家才在她們腦中發現阿茲海默症中最具特色的神經纖維纏結與斑塊。

然而,儘管她們腦中出現阿茲海默症最明顯的神經病理特徵,她們卻還能在晚年時繼續維持心智能力。這怎麼可能發生呢?最符合邏輯的解釋是,在她們過去一生中,因為進行許多認知活動所產生的神經保護力(新生成的神經元與她們之間的連結),使得她們足以與失智中的大腦抗衡。即使大腦中已出現疾病的生物性指標,修女們的神智仍相對維持正常。


好書推薦:

書名:大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦
作者:埃爾克諾恩.高德伯(Elkhonon Goldberg)
譯者:黃馨弘
出版:八旗文化
出版時間:2018/11

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