撰文：约翰.克拉考尔，塔玛.美津            2023年11月25日

关于大脑“戏剧性重组”的说法并不准确。相反，神经可塑性实际上是关于“训练和学习的力量” （图片：OsakaWayne工作室通过盖蒂图片社）

人类大脑的适应和变化能力，即所谓的神经可塑性，长期以来一直吸引着科学界和公众的想象力。这是一个带来希望和魅力的概念，尤其是当我们听到一些非同寻常的故事时，例如，盲人的感官增强，使他们能够完全根据回声定位，在杂乱的房间里导航。或者中风幸存者，奇迹般地恢复了一度失去的运动能力。

多年来，失明、耳聋、截肢或中风等神经系统挑战，会导致大脑功能发生显著变化的观点已被广泛接受。这些叙述描绘了一幅可塑性很强的大脑的画面，它能够戏剧性地重组以弥补失去的功能。这是一个很有吸引力的概念：大脑在应对损伤或缺陷时，释放未开发的潜力，重新布线以获得新的能力，并自我调整其区域以实现新的功能。这一想法也可能与一个普遍存在的神话有关，尽管这一神话本质上是错误的，即我们只使用大脑的10%，这表明我们在需要的时候有大量的神经储备可以依靠。

但是，这种对大脑重组适应能力的描述有多准确？我们真的能够在受伤后，挖掘出未使用的大脑潜力储备吗？还是这些迷人的故事，导致了对大脑真正可塑性的误解？在我们为《eLife》杂志撰写的一篇论文中，我们深入研究了这些问题的核心，分析了经典研究，并重新评估了长期以来，关于皮层重组和神经可塑性的信念。我们的发现为大脑如何适应变化，提供了一个令人信服的新视角，并挑战了一些关于其灵活恢复能力的流行观念。

这种魅力的根源可以追溯到神经科学家迈克尔·默泽尼奇的开创性工作，并通过诺曼·多里奇的《改变自己的大脑》等书得到推广。默泽尼奇的见解建立在诺贝尔奖获得者、神经科学家大卫.修波尔和托斯坦.韦泽尔的有影响力的研究之上。他们探索了小猫的眼睛优势，他们的实验包括缝合小猫的一个眼睑，然后观察由此产生的视觉皮层的变化。他们发现，视觉皮层中的神经元通常会对闭眼的输入做出反应，但开始对睁开的眼睛做出更多反应。这种眼睛优势的转变，被认为是大脑重组其感官处理途径的能力的明确指示，以应对早期生活中感官体验的改变。然而，当修波尔和韦泽尔对成年猫进行测试时，他们无法复制眼睛偏好的这些深刻变化，这表明成年猫的大脑可塑性要小得多。

默泽尼奇的研究表明，即使是成年大脑，也不是人们曾经认为的一成不变的结构。在他的实验中，他仔细观察了当猴子的手指被截肢时，最初代表这些手指的皮层感觉图，是如何对相邻手指做出反应的。在他的叙述中，默泽尼奇描述了皮层中的区域是如何扩展，以占据或“接管”以前代表截肢手指的皮层空间的。这些发现被解释为证据，证明成年大脑确实可以根据感觉输入的变化，重新连接其结构。这一概念既令人兴奋，又充满了增强大脑恢复过程的潜力。

这些开创性的研究，以及其他许多关注感觉剥夺和脑损伤的研究，强调了一个称为大脑重映射的过程，即大脑可以重新分配一个大脑区域，例如属于某个手指或眼睛，以支持不同的手指或眼睛。在失明的背景下，人们认为视觉皮层被重新调整用途，以支持失明者经常表现出的增强的听觉、触觉和嗅觉能力。这个想法超越了简单的适应或可塑性，在分配给特定功能的现有大脑区域；这意味着大脑区域的大规模重新调整。然而，我们的研究揭示了一个不同的故事。

在好奇心和怀疑主义的混合驱动下，我们选择了神经科学领域最典型的重组例子中的10个，并从新的角度重新评估了已发表的证据。我们认为，在成功的康复案例中，经常观察到的并不是大脑在以前不相关的区域创造新的功能。相反，它更多的是利用从出生起就存在的潜在能力。这种区别至关重要，这表明，大脑适应损伤的能力通常不涉及，为完全不同的目的征用新的神经区域。例如，在默泽尼奇的猴子研究，以及修波尔和韦泽尔对小猫的研究中，更仔细的检查揭示了大脑适应性的更微妙的画面。在前一种情况下，皮层区域并没有开始处理全新类型的信息。相反，其他手指的处理能力，甚至在截肢之前就已经准备好，被拨入检查的大脑区域。科学家们只是没有太多注意到它们，因为它们比即将截肢的手指更弱。

同样，在修波尔和韦泽尔的实验中，小猫眼睛优势的转变，并不代表新视觉能力的产生。相反，在现有的视觉皮层中，对另一只眼睛的偏好进行了调整。最初适应闭着眼睛的神经元，并没有获得新的视觉能力，而是增强了它们对睁开眼睛输入的反应。我们也没有发现令人信服的证据表明，天生失明的人的视觉皮层，或中风幸存者的未受伤皮层发展出了一种，自出生以来就不存在的新的功能能力。

这表明，通常被解释为大脑通过重新布线进行戏剧性重组的能力，实际上可能是其完善现有输入的能力的一个例子。在我们的研究中，我们发现大脑更有可能增强或修改其原有的结构，而不是完全重新调整区域的用途来执行新任务。这种对神经可塑性的重新定义意味着，大脑的适应性不是以无限的变化潜力为标志的，而是以战略性，和有效利用其现有资源和能力为标志的。虽然神经可塑性确实是我们大脑的一个真实而强大的属性，但它的真实性质和范围，比流行叙事中经常描述的广泛而全面的变化更受约束和具体。

那么，盲人如何纯粹基于听力导航，或者经历过中风的人如何恢复运动功能呢？我们的研究表明，答案不在于大脑进行戏剧性重组的能力，而在于训练和学习的力量。这些才是真正的神经可塑性机制。盲人要发展急性回声定位技能，中风幸存者要重新学习运动功能，就需要进行密集的重复训练。这个学习过程证明了大脑非凡但可塑性有限的能力。这是一个缓慢而渐进的旅程，需要坚持不懈的努力和实践。

我们对许多先前被描述为“重组”的案例进行了广泛的分析，表明在大脑适应的过程中没有捷径或快车道。快速释放隐藏的大脑潜力，或利用大量未使用的储备的想法，更多的是一厢情愿，而不是现实。了解大脑可塑性的真实性质和极限至关重要，这对于为患者设定现实的期望，和指导临床从业者的康复方法都至关重要。大脑的适应能力虽然令人惊叹，但却受到固有的制约。认识到这一点有助于我们理解，每一个复苏故事背后的辛勤工作，并相应地调整我们的战略。神经可塑性的道路，远非一个神奇的转变领域，而是一条奉献、坚韧和渐进的道路。

这篇文章最初发表在《科学美国人》杂志上。©ScientificAmerican.com。保留所有权利。在TikTok、Instagram、X和Facebook上关注。