學(xué)霸和學(xué)渣的大腦,有什么區(qū)別?
長(zhǎng)期以來(lái),神經(jīng)科學(xué)家們一直認(rèn)為,當(dāng)我們學(xué)習(xí)時(shí),大腦只會(huì)加強(qiáng)神經(jīng)元之間的突觸聯(lián)系。然而,近年來(lái)的一些新研究表明,神經(jīng)元間突觸連接的增強(qiáng)并不能完全解釋學(xué)習(xí)過(guò)程中大腦的變化。最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)之一是,當(dāng)我們學(xué)習(xí)和記憶時(shí),神經(jīng)元軸突上的"絕緣層"厚度會(huì)發(fā)生變化,而厚度的這種變化可以調(diào)節(jié)神經(jīng)信號(hào)的傳遞,并使大腦不同部位神經(jīng)元的電活動(dòng)同步--這在我們的學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。
人腦是如何完成學(xué)習(xí)任務(wù)的?"這一領(lǐng)域的研究可以追溯到伊萬(wàn)·帕夫洛夫(IvanPavlov)的經(jīng)典反射實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,他發(fā)現(xiàn)狗一聽(tīng)到鈴聲,就會(huì)流口水。1949年,加拿大心理學(xué)家唐納德·赫布(DonaldHebb)用帕夫洛夫的"聯(lián)想學(xué)習(xí)法則"(AssociativelearningRule)解釋了腦細(xì)胞獲得新知識(shí)的機(jī)制。赫伯認(rèn)為,當(dāng)兩個(gè)神經(jīng)元同時(shí)被激活并產(chǎn)生信號(hào)時(shí),它們之間的突觸聯(lián)系就會(huì)變得更強(qiáng)。如果發(fā)生這種情況,大腦正在學(xué)習(xí)。這一觀點(diǎn)導(dǎo)致了一種被廣泛接受的理論,即放電在一起的神經(jīng)元是由突觸連接起來(lái)的。
這一理論詳細(xì)描述了學(xué)習(xí)過(guò)程中分子水平上突觸的變化,并得到了大量證據(jù)的支持。然而,并不是所有的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰都被記住,事實(shí)上,大多數(shù)的經(jīng)歷都被遺忘了。有時(shí),即使突觸可以一起激活,它們也沒(méi)有連接在一起。我們的大腦是否能保留記憶取決于許多因素,比如我們對(duì)一種經(jīng)歷的情感反應(yīng);它是否是一種全新的體驗(yàn);這種經(jīng)歷何時(shí)何地發(fā)生。然后,當(dāng)我們睡覺(jué)的時(shí)候,我們的大腦會(huì)處理這些想法和感覺(jué)。到目前為止,我們一直關(guān)注的是突觸,我們對(duì)大腦學(xué)習(xí)和記憶的機(jī)制也有一些粗略的理解。
事實(shí)證明,僅僅加強(qiáng)突觸是不可能產(chǎn)生記憶的。為了形成連貫的記憶,整個(gè)大腦需要產(chǎn)生許多變化。無(wú)論是在昨晚的晚宴上記住與客人的對(duì)話,還是學(xué)習(xí)騎自行車等技能,大腦許多不同部位的數(shù)百萬(wàn)神經(jīng)元都需要產(chǎn)生神經(jīng)活動(dòng),形成對(duì)情緒、圖片、聲音、氣味、事件和其他經(jīng)歷的連貫記憶。
因?yàn)閷W(xué)習(xí)過(guò)程涉及到生活經(jīng)驗(yàn)的許多要素,在這個(gè)過(guò)程中,除了突觸的變化,還必須有許多其他細(xì)胞活動(dòng)的參與。這一認(rèn)識(shí)也促使科學(xué)家們找到新的方法來(lái)理解神經(jīng)信號(hào)是如何在大腦中傳遞、處理和存儲(chǔ)的,從而使大腦能夠完成學(xué)習(xí)過(guò)程。在過(guò)去的十年里,神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)意識(shí)到,人腦表面的灰質(zhì)并不是唯一涉及永久記憶形成的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)大腦皮層下方的區(qū)域在學(xué)習(xí)中也起著關(guān)鍵作用。近年來(lái),我的研究團(tuán)隊(duì)和其他研究人員通過(guò)一系列的研究來(lái)說(shuō)明這一過(guò)程。這些研究有助于尋找治療精神和發(fā)育障礙的新方法,這些障礙往往與學(xué)習(xí)障礙有關(guān)。
如果突觸的增強(qiáng)不足以解釋學(xué)習(xí)過(guò)程中大腦中發(fā)生的變化,那么當(dāng)學(xué)習(xí)新事物時(shí)大腦會(huì)發(fā)生什么變化?現(xiàn)在,研究人員可以使用磁共振成像(MRI)觀察大腦的結(jié)構(gòu)。當(dāng)仔細(xì)檢查MRI的結(jié)果時(shí),研究人員開(kāi)始注意到,某些高超技能的人在大腦結(jié)構(gòu)上存在差異,比如聽(tīng)覺(jué)皮質(zhì)比其他人更厚的音樂(lè)家。研究人員最初推測(cè)大腦結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差異使單簧管演奏者和鋼琴家更擅長(zhǎng)學(xué)習(xí)音樂(lè)技能,但隨后的研究證實(shí),學(xué)習(xí)過(guò)程改變了大腦的結(jié)構(gòu)。
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