新神经元，新证据
为什么右脑比左脑衰老得快？是什么保护了左脑，使它成为智力四季里的“常青树”？左右半脑之间神秘差异的生物学基础是什么？大脑在老化过程中是否有可能也在自我更新，而且出于某种原因，左脑的更新过程比右脑更有活力？为了回答这些问题，我回到会场，继续在通道里走来走去，寻找资料验证我的另一个预测。
传统上，“用进废退”这句老话常用在体育界。但最近它在脑科学界有了新意义。过去10年里，研究人员取得了惊人的发现，它们改变了我们对于生命过程中大脑功能变化的基本假设，颠覆了神经科学界的一些神圣信条。就在20年前，我们还认为一个人的大脑里天生就存在神经细胞（神经元），它们随着我们的衰老逐渐消亡，且没有再生的可能。很多年前，我在苏联莫斯科大学读研究生的时候，半开玩笑半怀疑地把这个假设（从意识形态上说，“铁幕”两边对此均持不可知论调）称为NNN原则——“没有新的神经元！”（No New Neurons！）
神经科学家认识到，NNN原则区别了大脑和人体的其他部位，因为大多数其他器官都具有再生能力。神经科学家还认识到，NNN原则并不具备普遍性，因为人们许多年前就知道有若干鸟类和鼠类的大脑确实具有再生能力。
长期以来，像费尔南多·诺特波姆（Fernando Nottebohm）和约瑟夫·阿特曼（Joseph Altman）这样能打破旧传统的科学家屈指可数，他们试图将神经生物学界的注意力吸引到这些动物研究的发现以及它们对人类治疗的启示上。但没人理会他们的努力，都觉得这和人类大脑毫不相干。人们认为，人类是不同的，人类不能再生新神经元是我们必须为优先掌握旧神经元所付出的代价，旧神经元记录了我们先前获得的知识、我们的记忆以及我们自己。
表面上，从“神经目的论”来看，这听起来合情合理，因为我们非常确定，人类比其他物种更加依赖先前积累或习得的知识。但仔细推敲的话，这个观点站不住脚，因为无论我们是否愿意，终其一生我们一直在损失旧神经元。神经学家和神经心理学家很清楚，即使是非常健康的人群，在不同的年龄阶段，他们的大脑CT或MRI看起来也不一样，这意味着一定程度的神经元损失。我们知道，在正常老化过程中，新皮质（存储模式识别一般记忆）、某些皮质下组织和脑室（大脑深处含有脑脊液的腔体）似乎都会发生神经元的消亡。既然新皮质完全没有幸免，那么我们之所以能在新皮质神经元发生消亡的情况下保留先前积累的基本知识，唯一的解释就是假设我们的记忆，尤其是一般记忆，是以高度冗余的方式存储的。撇开其他不谈，这种冗余体现在我们前几章探讨的“模式扩张”里。
几十年来，被认为颠扑不破的NNN原则，终于在伊丽莎白·古尔德（Elizabeth Gould）等人的研究成果下变得站不住脚了，她证明了几种猴类身上存在着持续的神经元增生。猴子是人类的“近亲”，古尔德的研究发现不再被视为与人类不相干，反而特别激动人心，因为它们表明，额叶、颞叶和顶叶的多模态联合皮质都发生了新神经元增生。它们也表明，在整个生命周期里，海马体的新神经元也在不断增长。大脑的这些部位对复杂认知特别重要，无论是在正常衰老还是罹患各种痴呆症的情况下，都易受损害。新皮质和大脑其他部位（包括对形成新记忆非常重要的海马体）的神经元终其一生都在增殖，很可能会为人类的各种治疗打开大门。
现在，我们知道“没有新的神经元”这一假设绝非事实。在人的一生中，干细胞不断分化成新的神经元，即使我们变老也一样。因此，我们的大脑具有自我恢复和自我更新的能力。和长期持有的观点相反，神经元不会在婴儿时期就停止发育，远非如此，它们终生都在持续增长——进入成年甚至进入老年。
此外，这一点特别重要。越来越多的证据表明，新神经元的发育速度受认知活动影响的方式，与肌肉增长受身体锻炼影响的方式并没有什么不同。世界一流的生物医学研究中心索尔克生物研究所开展的实验清楚地证明了这一点。实验发现，沉浸在充满玩具、轮子和坑道等元素的环境里的老鼠和其他“爱动脑筋”的老鼠相比，其新神经元的发育速度要比无所事事的懒惰老鼠快得多（高达15%以上）。多元环境里的老鼠在各种啮齿动物的智力测验中也展现了显著优势。由认知训练引起的神经元增生在海马体内尤其明显。这一发现至关重要，因为我们知道，海马体对记忆特别重要，是在阿尔茨海默病早期阶段最容易受损的大脑组织之一。训练让大脑里促使神经元生长的化学物质的水平也在提高。这种化学物质被称为脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor），或者简称为BDNF。
虽然早期的很多证据都源自动物，但源自人类的直接证据也开始出现，这在科学界和生物医学界引起了巨大轰动。
近来的一些发现确实引人注目。例如，研究表明，新神经元在成人的海马体内持续出现。这一发现最早由瑞典科学家彼得·埃里克森（Peter Eriksson）报告，之后常被神经科学著作引用。更重要的是，新神经元增生不仅出现在健康人的大脑里，也出现在阿尔茨海默病患者的大脑里。这些发现无疑为“用进废退”这句老话注入了新的生命力。你可以换一种说法，“使用它并从中受益”。
心智活动能够改变大脑的观点越来越得到科学界和生物医学界的支持。杰弗里·施瓦兹（Jeffrey Schwarts）和莎伦·贝克利（Sharon Begley）合著的优秀作品《心智与大脑》（The Mind and the Brain ）综述了近几年涉及该主题的大多数研究。但活跃的心智活动究竟给人类大脑带来了什么呢？如果你10年前问我，我会说，神经元之间的联系变得更多更强。这意味着树突和突触生长得更活跃，神经递质分子附着的受体发育得更多。我还会说，向大脑各部位输送血液（以及血液携带的氧气）的小血管增加了。
我现在仍会这样说。但过去10年里，我们在大脑可塑性及其如何在人的一生里持续被环境塑造方面有了更惊人的新发现。我们从动物研究中了解到这一点，这真正改变了我们思考大脑的方式。我们已经得知，认知训练能提高各种脑组织里新神经元的生长速度，其中可能包括前额皮质——一个对复杂决策特别重要的大脑区域，以及海马体——对记忆特别重要的海马状组织。
由于哺乳动物的大脑都是基于相同的基础神经生物学原则运转，我们可以合理地假设，人类大脑在整个生命周期中也能长出新的神经元。但是否存在直接证据？认知训练也能提高人类新神经元生长的速度吗？这种主张甚至在10年前听起来都非常古怪，更别说是20年前，当时我觉得，想一想这种可能都会侮辱我的智商。我错了！
证实大脑组织可能受环境刺激而生长的第一个证据，正是……出租车司机。这一发现尤其引人关注，因为它简单直接地给出了相关解释。研究发现，伦敦出租车司机的海马体特别大，比大多数人都大，而他们的工作需要记住很多复杂路线和地点。既然海马体对记忆很重要，而像伦敦这样的大城市里的优秀出租车司机必须记住特别多的空间路线和地点，那么可以说，他们的海马体要比大多数人绷得更紧，就像举重运动员的肌肉要比大多数人绷得更紧一样。此外，出租车司机入行的时间越长，他们的海马体越大：海马体的大小和出租车司机的工作年限成正比。这表明某种认知活动的数量和与其相关的神经组织大小之间，存在一种直接关系。 [1]
虽然认知训练能促进新海马体神经元的增生，但其他因素可能会阻碍它们的发育。事实证明，成年人海马体的神经元增生是一个脆弱而又能迅速恢复的过程。它可能会被大脑炎症打断，这种症状常见于各种疾病，比如阿尔茨海默病、路易体痴呆、艾滋病痴呆综合征等。（这可能是由于炎症对脑干细胞造成了破坏性影响，干细胞是一种之后会分化成各种特定神经元的“预制”细胞。）但当炎症减轻时，成年人的海马体神经元增生就会恢复。
证实了认知训练能促进新神经元的生长，我们接着提出下一个问题：这些影响是怎样产生的？大脑是一个由多个部位构成的复杂器官。不同的大脑部位负责不同的心智活动，不同的心智活动调用不同的大脑部位。如果心智锻炼，也就是使用大脑能促使新神经元的生长，那么不同形式的心智活动会促使不同大脑部位的神经元生长自然是一个非常合理的假设。
例如，海马体的增大是否只针对那些必须依赖空间记忆的活动，还是说某些脑组织对心智刺激的影响比较敏感，而另外一些脑组织对此不敏感？其他那些依赖不同认知功能的心智活动会对大脑造成什么影响？为了扩展思维，假如出租车司机的海马体增大的话，我们是否可以认为作家的左颞叶（负责语言认知功能）会增大，建筑师的顶叶（负责空间记忆认知功能）会增大，以及成功企业家的额叶（负责执行功能）会增大？还是说存在这样的情况，即凡是需要脑力劳动的职业都能促进某些脑组织尤其是海马体增大，而对除此之外的其他脑组织不起作用？
既然不同的认知活动调用不同的大脑部位，那么合理的假定是它们也会促使大脑不同部位的神经元增生。因此，“认知活动对大脑的促进效应至少在某种程度上具备特定性”这一观点并非全然不切实际。事实上，你越是思考，越会觉得它听起来合理。但无论是否合理，我们掌握了证明这种效应的直接证据吗？
[1] 作为无车一族的曼哈顿人，我出门常坐出租车，最后把出租车司机指挥到差点迷路。对于在纽约能否取得和伦敦出租车司机一样的实验结果，我并不太乐观。不过，欧洲与美国不同。在那里，开出租车或者在餐厅当招待是一种正式职业，而不是在演艺事业失意后暂且过渡，等中了彩票后就不干了的临时工作。
双语者的大脑以及音乐家的大脑
对于伦敦出租车司机的科学研究结论非常惊人，但在一段时间里并没有其他佐证。正是因为这项发现令人吃惊，所以，仅此一项研究远远不够。越是设想长远和影响深远的科学观点，科学界为其设置的认可标准越高，越是需要更加严谨的验证，这是最不可玷污的科学规则之一，因此，科学界对于在出租车司机身上的这一发现仍持保留态度。
所以你可以想象，我在脑电图会场的几个小时里无意中看到两个类似发现时是多么激动，它们都应用了MRI技术。正如大会的风格一样，它们来自世界上两个截然不同的地方。
第一项是由伦敦大学学院认知神经科学与威康信托神经影像学中心开展的使用MRI测量角回大小的研究。角回是颞叶、顶叶和枕叶交汇的皮质区，它是多模态联合皮质的一部分，负责整合经多种感官渠道输入的信息：视觉、听觉和触觉。左脑的角回在语言功能中起着极为特殊的重要作用，尤其擅于处理各种关系结构：前/后、上/下、左/右、被动式、所有格，等等。我们通过广泛观察脑损伤对左角回的影响及其后果了解到这些，比如中风或枪伤患者。大脑的这一部位受损会引起严重的语言障碍，也就是一种特殊形式的失语症。角回是被研究得最多的大脑组织之一，很多科学论文和书籍都描述过它的功能，其中包括我的导师亚历山大·罗曼诺维奇·卢里亚的经典著作《创伤性失语症》（Traumatic Aphasia ）。
威康研究海报的作者是一个年轻人，他有点儿紧张地在海报前一边踱步一边进行解释，不到几秒，我们就沉浸在热烈的讨论中。事实证明，双语者（精通两种语言的人）和单语者（只精通一门语言的人）相比，左角回含有更多的灰质，而且白质的密度更大。明白点儿说，这表示双语者比起单语者左脑存在更多的神经元和神经元连接。
作为一名双语者（事实上我会三种语言，但本书不必提及），我很高兴自己拥有一个更大的左角回，然后开始思考这项研究的意义。灰质由神经元及它们之间的局部短连接组成。研究表明，额外的认知活动会引起相关皮质区神经元数量的增加以及神经元之间局部短连接的增长。
神经元并非生来就具备各种功能。它们起初是侧脑室壁附近的未分化干细胞，之后干细胞才分化成特定类型的神经细胞并移往它们位于大脑不同部位的最终目的地，包括远离（就大脑空间而言）各自出生地的新皮质。如此看来，认知活动至少在某种程度上起到了调节神经元迁移的作用，不但决定了新神经元产生的数量，而且决定了它们的去向。
但这还不是全部。比起单语者，双语者的左角回不仅含有更多灰质，而且左脑的白质密度更大。白质由负责连接遥远皮质区的覆有髓鞘的长神经束组成。额外的认知活动似乎也能促进长距离神经通路的增长。神经通路和神经元一样重要，因为大脑的复杂功能依赖海量神经元之间的多元互动，无论是距离近的还是距离远的，而这种互动受控于神经元之间的通路。神经通路的矩阵越密，神经网络的功能性越强。此外，除了左脑，双语者右脑的白质密度似乎也比单语者大。该发现表明，右脑对第二语言的学习发挥作用，这符合我们之前探讨过的双语者功能性神经成像研究的结果。
这项研究确实引人关注，尤其是它既涉及早期双语者（年纪很轻时就学会第二语言），也涉及晚期双语者（年纪很大时才学会第二语言）。两组双语者和单语者相比，左脑的灰质增加非常明显。这表明认知活动的大脑增强效应并不局限于年轻阶段，它们也会一直持续到老年阶段。
下一项研究比较了职业音乐家和非音乐家（我们大多数人都是后者）大脑里一个叫作“颞横回”的皮质区的大小。这个皮质区对处理声音至关重要。你猜怎么着？音乐家和非音乐家相比，颞横回要大上一倍。而且，过去10年里练习音乐的强度越大，颞横回的体积越大。再一次，认知活动和特定大脑区域之间显著相关，这同样令人震惊。
几个月后，世界上最受推崇的科学期刊之一《自然》（Nature ）杂志刊登了一项关于杂耍演员大脑变化的MRI研究。先前完全没有杂耍经验的健康志愿者接受了为期三个月的三球杂耍训练。训练结束后，志愿者至少能让球在空中停留60秒。对比他们训练前后的脑部MRI扫描图，结果发现左右半脑的颞叶和左脑的顶叶灰质数量都有增加。随着训练的中断，增加效应逐渐消失，顶叶和颞叶的灰质数量减少了。杂耍训练停止三个月后的MRI扫描显著地反映了这一点。因此，即使在一段相对较短的时间内，技能训练促进大脑特定部位神经元增生的效应也能得到证明。
爱唱反调的人可能会说，音乐家之所以成为音乐家是因为他们生来颞横回就比较大，这让他们拥有了一种特殊的音乐天赋。莫非出租车司机也是自然选择的结果，那些天生海马体较大的人因为能记住复杂的路线而更适合当司机？那些生来左角回较大的人语言天赋更强，所以学起语言也更快？虽然生理基础是影响我们命运的主要方面，但“命中注定”并不能解释一切。例如，它不能解释为什么海马体、颞横回以及其他大脑部位的大小与花在练习某种认知技能上的时间量成正比。它肯定也不能解释杂耍训练为何能对大脑造成快速可逆的影响。这些相关分析表明，影响生理的因素有很多，生理构造给每一种能力都设置了发挥空间（并不是一个固定的常数），我们最终能在这个空间范围内走多远，取决于我们自己——如何对待大脑，如何对待自己。
老化的大脑半球与痴呆症
因此，通过开展积极的心智活动，我们可以深刻地改变大脑，以至于某些大脑区域实际上可能会变大。那么下一个要解决的问题就是：哪些区域可能会变大？根据这些研究的描述，心智活动和受它们影响的大脑组织之间似乎是一对一的关系——出租车司机、双语使用者、音乐家和杂耍演员的活动性质各不相同。为了消除大家对认知-大脑激励效应专一性的疑虑，神经影像研究还需要更多更严格的控制。我的意思是，也要对其他一些很少参与或没有参与激励大脑认知活动的脑组织进行测量。你需要丝毫不差地验证，只有直接参与认知活动的脑组织会增大，其他脑组织则不会。不过本章之前提及的发现是个好的开端。 [1]
现在让我们思考一下这些研究的现实意义。我们中的大多数人，事实上是全部，出于工作和个人爱好，使用某些心智能力的频率会比其他人高。这是一个普遍事实。音乐、语言以及复杂的街道路线或杂耍技巧的学习，只是大脑激励效应的相关案例，是一种普遍存在的个案。在某种程度上，心智活动的大脑激励效应甚至带点儿特定性——似乎是这样，它们可能会让不同人群的不同大脑组织受益。但这些不同之中是否也存在共同点呢？是否有哪些通用原则在控制心智活动的大脑激励效应，超越了教育、职业和经验等个人差异的通用原则？
让我们再次回到大脑的两个半球。我们知道，大多数认知技能在学习的早期阶段由右脑控制，但当达到一定的熟练程度后就转为左脑控制。这意味着随着经验的积累，我们在各种各样的心智活动和技能中越来越依赖左脑，无论这些活动和技能是否为某一特定个体所独有。随着年龄的增长，比起右脑，左脑似乎变得越来越忙碌，因此，左脑成了心智活动激励效应的主要受益者，无论这种效应是否特定。（当然，该结论成立的前提是心智活动的大脑激励效应多少带点儿特定性，我们有充分的理由相信这一点。）出于这种考虑，语言和杂耍这两种不同活动的实践对左脑的激励效应特别突出就不足为奇了。
因此，当脑电图会议接近尾声的时候，我感觉自己窥见了科学领域里未来的一个重要方向（有点儿扬扬得意，但也许还算有得意的资本）。事实上，会议给了我几个关系紧密的启示：
随着衰老，右脑比左脑退化得更快。
随着衰老，左脑比右脑更能从心智训练中获益。
虽然不是一个正规的亚里士多德三段论，但我们确实能得出下面的结论：
随着衰老，左脑更能抵挡老化的影响，因为认知活动在不断对它进行激励和强化。
早些时候，我们在书里讨论了教育对痴呆起到的抵抗作用。根据当前的认知，我们可以比较自信地得出结论：这可能是因为比起体力劳动，受过教育的人更可能依靠脑力劳动谋生，因而终其一生更能从各种心智活动的大脑激励效应中获益。在本章即将完结之际，我们可以总结说，比起右脑，这种保护作用在左脑体现得更加明显。 [2]
研究痴呆症的神经学家长期以来一直困惑于早期痴呆症的全面性。痴呆症的早期表现多样，阿尔茨海默病尤其如此。大多数阿尔茨海默病患者的最初症状是记忆障碍，但也有很多患者大脑的其他功能首先受损：语言、空间定位、执行功能。数名神经学家，其中包括一位世界顶尖的痴呆症专家，判断认知减退的最初症状与记忆有关的患者之中，高达70%的人最后被确诊为阿尔茨海默型痴呆。而至少30%的患者在记忆下降前就已经出现其他功能衰退，比如语言、空间定位或执行功能，同时伴有预示额叶受损症状的“人格转型”。
当研究人员首次发现阿尔茨海默病早期症状的多样性时，“阿尔茨海默病不是一种疾病而是多种不同的疾病”这样的假说开始传播。这种流行于20世纪80年代的观点已经过时了。更有可能的是，痴呆症早期的多种症状正是某些心智活动为人终生提供的多种神经保护的对立面。这些保护显然因人而异，取决于他们一生中活动的性质。一些认知功能得到的锻炼较多（从而对某些大脑部位形成神经保护），另一些认知功能得到的锻炼较少（从而不能对大脑其他部位形成神经保护）。后一类大脑组织相当于神经保护“盔甲上的小裂缝”，因人而异。人的一生中，某些认知活动会较多地使用大脑的一些特定部位，从而使得这些特定部位免受早期痴呆症的破坏（尽管是局部的、临时的）。这虽然只是一个假设，但却是一个有趣的假设。
按照这一逻辑，早期痴呆症可能会对不同人群产生不同影响：作家的语言能力比空间感受到的影响要小；建筑师恰好相反，语言能力首先受损，空间感更迟一些；负责战略规划的高管，额叶将会对大脑衰退的影响做出最长时间的抵抗；至于广受赞誉的伦敦出租车司机，记忆力会最后离他们而去，远远落后于语言功能或执行功能。
从锻炼赋予的神经保护中受益的大脑组织，能更长时间地抵抗神经衰退的攻击，也许能抵抗非常长的时间。现在有大量证据表明（还在增加），即使出现了阿尔茨海默病和其他痴呆症的神经病理学迹象，衰老的个体可能仍保有健全的功能和认知。纽约阿尔伯特·爱因斯坦医学院和加州大学圣地亚哥分校的罗伯特·卡兹曼（Robert Katzman）和他的同事研究了这类人群样本，发现他们的脑重量和神经元强度都高于对照组。可能大脑的重量通常与大型神经元和神经通路相关，而后者受益于人在一生中活跃的认知使用。这种假设在10年前还会被认为是异想天开，现如今已得到许多观察结果的支持，比如对伦敦出租车司机、双语使用者和职业音乐家的观察。
我之前引用过相似的研究——那些明尼苏达州曼卡多圣母修道院的修女。在她们的生活中有着丰富的心智活动，且给人以精神激励。修女也以长寿和保持到老的心智活力著称。阿尔茨海默病似乎放过了她们。但在一些修女死后，通过对她们的大脑进行检查，研究人员发现了阿尔茨海默病特有的斑块和神经元缠结。尽管出现了阿尔茨海默病的神经病理学临床特征，修女的智力却并未受到影响。这怎么可能？最合理的解释就是，终生心智活动提供的神经保护，足以抵消给人造成痴呆的大脑疾病的影响，使修女即使出现了病理学征兆，仍能保持清晰的思路。
[1] 有时候负面发现和正面发现同样重要，尤其是在前者有助于澄清后者的时候。人们很早就注意到，神经干细胞排列于大脑侧脑室周围的区域。就啮齿类动物而言，这些预制细胞从这里向额叶（不论它们的额叶有多小）底部的嗅球迁移，而且这个过程会贯穿动物的一生。但人类则不同。一群来自美国和西班牙的科学家已经证明，和啮齿类动物的情况一样，即使在成年期，人类的这种预制细胞也会在脑侧室壁附近持续生成。但和啮齿类动物不同的是，人类的这种预制细胞未能迁移至嗅球。耶鲁大学的帕斯科·拉基克（Pasko Rakic）将之总结为“迁移否认”，他是世界一流的神经学家，对成人大脑的神经可塑性持怀疑态度。但这一负面发现是否意味着人脑里的干细胞不会迁往任何地方呢？当谈及人类与其他哺乳动物成体神经发生的不同点时，怀疑论者援引的论点是，人类大脑是从保护神经回路而不是修改神经回路中获益，因为我们比任何其他物种都依赖先前积累的知识。不可否认，后者是正确的，但正确的还有，我们不断获得新信息，不断更新知识，而不同的大脑部位对这些过程发挥着不同程度的作用。假设干细胞从脑侧室附近向目的地的迁移取决于目标区域的神经活动水平，那么干细胞就会被吸引到最活跃的地方去。果真这样的话，支配成年大脑神经细胞迁移的一般原则就会因物种而异，因为它们依靠不同的大脑组织生存。我们几乎没有理由认为，人类的这些细胞会迁往嗅球，因为人类相对来说最少依赖嗅觉，除非我们是厨师或香水调配师。我们可以更合理地认为，成人大脑里的视觉皮质、听觉皮质或者复杂的联合皮质可能会吸引干细胞源源不断地迁移而来。哺乳动物之间的差异也许不在于干细胞迁移的程度，而在于它们迁移的目标区域。“迁移受劳动力需求控制”可能是理解哺乳动物大脑，包括成人大脑里干细胞迁移过程的更为准确的方式。
[2] 记住，这只适用于我们这些右利手的人以及大多数左利手，对于少数左利手的人来说，也许使用左手才是正确的（请参阅第10章）。