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我們的大腦可修復和自我更新?科學家建議你這樣做

2018-11-22 11:16八旗文化 文/摘自《大腦的悖論:一個神經心理學家眼中的老化大腦》

【文、圖/選自八旗文化《大腦的悖論》,作者埃爾克諾恩.高德伯】

心智行為真的可以改變大腦,而且已有越來越多來自科學界和生醫社群的人支持這個理論。...
心智行為真的可以改變大腦,而且已有越來越多來自科學界和生醫社群的人支持這個理論。 圖/ingimage

關於生成新神經元的新證據

為什麼右大腦半球比左大腦半球退化得更快?又是什麼保護了左大腦半球不受退化影響,能夠常保青春?左右大腦半球這個奇妙的差異,又有什麼生物學上的基礎呢?有沒有可能當大腦老化時,大腦也正在進行自我更新;而基於某種理由,左大腦半球自我更新的程度比右大腦半球更明顯?為了解答這些問題,先讓我回到年會大廳,繼續在海報堆中走動,蒐集一些資料驗證我直觀的想法。

「用進廢退」是句已用爛了的諺語,尤其在各種競技場上更是被發揚光大。但最近,這句話已在腦科學領域找到新的意義。過去十年間,發現許多奇妙的新證據,改變了我們對於大腦在一生當中如何運作,原有的基本假設—其中許多在神經科學界是絕不可侵犯的天條。二十年前,我們還認為,人類一生下來大腦中就內建了固定一組神經細胞(神經元),而它們會隨著我們老化逐漸死去,沒有機會重生。很多年前,我還在俄羅斯的莫斯科大學當研究生的時候,我總是開玩笑說,這個假設(是的,這個想法當時在鐵幕兩側都相當流行,但卻無法驗證)是NNN定律,也就是「沒有新的神經元」("No New Neuron")!

神經科學家認為,NNN定律讓大腦從身體其他部位中獨立出來,畢竟其他所有器官多少都有再生功能。神經科學家也認為,NNN定律並不通用,因為我們很早就知道許多鳥類和鼠類,都擁有神經再生的能力。

多年來,只有極少數反傳統的科學家,如費南多.諾特鮑姆(Fernando Nottebohm) 和約瑟.奧爾特曼(Joseph Altman),試著讓神經生物學界注意到這些動物研究,以及運用在人類身上的可能性。但他們的工作一般認為與人類大腦無關。一直以來,我們都認為人類具有某種獨特性。而無法再生新的神經元,是人類為了要和舊神經元一起活下去所付出的代價—因為這些舊神經元承載了我們過去獲得的知識、記憶和「我們本身」。

表面上,這看來是個似是而非的神經科學版本「目的論」(teleology),畢竟人類總認為,比起其他物種,我們更仰賴過去所積累的各種知識。但仔細想想這個論述就會發現漏洞,畢竟隨著時間過去,不管我們想不想要,我們不也一樣失去許多老舊的神經元嗎?神經科學家和神經心理學家非常瞭解,在電腦斷層掃描和核磁共振檢查下,即使是一個人完全健康,他的大腦在不同的年紀下,看起來也會有所不同。換言之,正常老化也有某種程度的神經損耗。我們現在已知,正常老化下的神經損耗,會同時發生在新皮質(即進行模式辨識和存放通用記憶的地方)、部分皮質下結構,以及周邊腦室(位於大腦深處,內含腦脊髓液的結構)。既然新皮質無法完全躲過退化造成的影響,唯一可以合理解釋人類即使不斷失去神經元,卻不會失去之前累積的記憶和關鍵知識的理由,就是假定我們的記憶(尤其是通用記憶),是以高度繁複的方式儲存。這種高度繁複的方式,不是別的,正是之前討論過的「模式擴張」。

多年來,NNN定律被視為是鐵律,一直到了伊莉莎白.古爾德(Elizabeth Gould)與其他人的研究之後,開始有些搖搖欲墜。他們在不同品種的猴子身上,發現了神經再生的現象。畢竟猴子距離人類相當接近,因此無法忽視這樣的研究結果。這研究尤其令人興奮的是,他們發現這種神經再生現象,在額葉、顳葉與頂葉的異型聯合皮質上都有發現。他們也同時發現,海馬迴終其一生都有神經元生成。這些都是參與複雜認知行為的重要結構,也是一般老化和各種失智(如阿茲海默症)發生時,較容易受到影響的脆弱部位。這個充滿潛力的研究發現,新皮質和大腦各部位(包括海馬迴,是人類形成新記憶的重要結構),一生當中都可能具有神經再生能力,而為治療人類打開了一道門。

人的一生中,新神經元會由幹細胞不斷生成,即便我們進入晚年也是一樣。 圖/ingi...
人的一生中,新神經元會由幹細胞不斷生成,即便我們進入晚年也是一樣。 圖/ingimage

現在我們已知,所謂「沒有新的神經元」的NNN定律並不正確。人的一生中,新神經元會由幹細胞不斷生成,即便我們進入晚年也是一樣。所以,我們的大腦具有某種程度的修復力與自我更新能力。相較於長久以來認為,神經元在我們出生後就不再新生的錯誤認知,現在的觀念相當不同。不但認為有新生的神經細胞,而且這樣的能力會延續到成年,甚至到晚年,如此持續一生。

另一個相當重要的事實是,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。這個結果已在沙克研究中心(Salk Institute)中終獲得證實,該中心是世界上最頂尖的生物醫學研究中心。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(百分之十五以上)。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,而且也往往在阿茲海默症早期就受到影響。毫不意外地,進行認知運動也會刺激大腦中新神經元生長的化學物質增加。這種物質也稱為腦源性神經營養因素(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)。

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。

最近有許多相當戲劇化的發現。研究顯示,即便成年之後,海馬迴也會不斷生成新的神經元。這最早是由瑞典科學家彼得.艾力克森(Peter Eriksson)發現,如今已被各種神經科學文獻所引用。新神經元的增生不只出現在一般健康成人的大腦中,即使是阿茲海默症患者的腦中,新神經元也不斷增生。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,而且已有越來越多來自科學界和生醫社群的人支持這個理論。關於這主題的近期研究,都已收錄在傑佛瑞.施瓦茨(Jeffrey Schwartz)和莎朗.貝格利(Sharon Begley)共同撰寫《重塑大腦》(The Mind and the Brain)一書中。然而,在歷經豐富的心智行為之後,人類大腦實際上會發生什麼事呢?如果你在十年前問我這個問題,我會說豐富的心智行為會讓神經元間的連結,變得更多更強。這意味著,樹突和軸突更旺盛地生長,更多的結合是為了讓更多神經傳導物質連接上去。我還會告訴你,甚至那些帶著氧氣到各個不同腦區的微血管,也會跟著增長。

.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...
.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
.譯者:黃馨弘
.出版社:八旗文化
.出版日期:2018/11/07
我現在還是會告訴你這些。但是過去十年間,關於大腦的可塑性已有更多更新、更多令人訝異的發現,也知道大腦一生會怎麼被環境影響。我們從動物實驗中得知這些,而讓我們對大腦一生的發展,有了完全不同的思考。我們已知動腦會讓神經元在許多大腦結構中新生,甚至包括前額葉皮質在內,而這是一個對於複雜的認知決策相當重要的腦區。還有海馬迴這個海馬形狀的大腦結構,對於形成記憶也相當重要。

大腦老化
阿茲海默症
失智症
認知功能

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