【腦專輯】適當訓練可強化大腦功能

腦子越用越靈光，不用就生鏽。
撰文╱霍洛韋（Marguerite Holloway）
翻譯／王道還，中研院史語所助理研究員，專長為生物人類學。

從突觸談起

美國加州大學舊金山分校的尼柯爾（Roger Nicoll）認為：「『可塑性』是神經科學中最受濫用的字眼。」他的實驗室正在同校備受爭議的神經科學家莫山尼奇（Michael M. Merzenich）的對面。現在，大腦的任何變化，都說是「可塑性」，不管是化學上的變化，還是新神經元的形成（這叫「神經新生」），或者是較大區域的「功能重劃」（remapping）。然而，可塑性最基本的層次，是尼柯爾正在研究的「突觸」。突觸是神經元以化學物質為訊號互相溝通的地方。學習可強化神經元之間的連結，一方面創造更多的連結，另一方面也加強它們的化學溝通能力。這些變化把涉及某個動作、感受或者念頭的神經元串接在一起，有句俏皮話"Neurons that fire together, wire together."（可以譯做「神經元一齊開火，一齊串連）就是指這個現象。神經可塑性必須從突觸的層次開始，否則一切免談。

直到1960年代中，大家還認為成年人無法形成新的突觸，一旦大腦停止發育，神經元的連結就凍結了。後來，科學家才發現事實並非如此。舉例來說，當年英國牛津大學的雷斯曼（Geoffrey Raisman）與費爾德（Pauline M. Field）證明了：成年人的突觸具有可塑性。其他人發現環境與經驗都能影響大腦，令人矚目，例如美國加州大學柏克萊分校的羅森茲威（Mark R. Rosenzweig）、伊利諾大學的葛里諾（William T. Greenough）領導的研究團隊。葛里諾證明了，要是訓練大鼠從事具挑戰性的任務，或將牠們放入「複雜的環境」中（他說，不過是在籠裡放些好玩的玩具罷了，「當然比不上牠們在自然環境中所面對的智力挑戰。」），大腦裡都會形成新的突觸，不管成年了沒有。這些新的突觸或者強化記憶，或者強化運動協調能力。

這些針對演練效果所做的研究，以及後來叫做「豐富型環境刺激」（透過玩具與作業提供刺激）的研究繼續開花結果，許多人正在尋找臨床應用的竅門。刺激與演練使大腦受傷的大鼠復原得較快；最近的研究結果也顯示，帶有杭丁頓氏症基因的小鼠，要是生活在複雜的環境中，發病時間就會延後。葛里諾與其他研究人員認為，這些效果不只是新突觸導致的，還有新生的血管以及新生的星狀細胞（astrocyte，負責清理大腦中的過剩物質，例如鉀離子，使神經元處於最佳環境中）。這些情境下，包裹在神經軸突表面的髓磷脂（myelin）也強化了，而這種脂質的神經鞘是神經纖維的生存與傳訊所不可或缺的（譯按：多發性硬化症就是神經鞘剝落的結果）。

發現突觸具有可塑性之後，科學家開始評估大腦在更大的尺度上是否具有可塑性，例如整個神經網絡或大腦某個區域。不過，這個想法並不新鮮。19世紀末、20世紀初，有幾位科學家就主張大腦會因經驗而重新形塑。例如詹姆斯（William James, 1842~1910）就假定大腦會不斷地受經驗改變。1920年代時，拉胥里（Karl Lashley, 1890~1958）發現，猴子的運動皮質似乎每個星期都會變化。直到1970年代，仍有人從事同樣的研究；但是主張成年大腦是固定而不變的科學家居主流地位，他們發現，大腦只在嬰兒期與兒童期早期，亦即所謂的「關鍵期」，才會發生大規模變化。莫山尼奇評論道：「宗教是從主流發展出來的。而主流認為：大腦像個計算機，重要功能在關鍵期已經建立了。」

1980年代，莫山尼奇與合作者進行了一系列實驗，包括美國田納西州范德比爾特大學的卡斯（Jon Kaas），他們揭露了：成年猴子的運動皮質會發生變化。大腦皮質位於大腦外層，上面有負責處理觸覺、運動、聽覺、視覺等感官資訊的區域；人類的大腦皮質還有負責語言與推理能力的區域。有一個實驗，是將猴子的手指切下一根，結果牠大腦皮質運動區由那根手指驅動的區域，不久之後就對傳遞鄰近手指資訊的神經元有反應了。可見皮質上原先負責那根失去的手指的區域，正在監控與處理鄰近手指的資訊；就像一塊棄置的土地，很快就會遭鄰居佔用。莫山尼奇回憶道：「那個實驗結果把我給喚醒了。」

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