大脑形成的历史
当精子和卵子相遇,父亲和母亲的DNA结合,引发新生命的开始。组成一个人的成千上万个基因编码中,很大一部分会组成中枢神经系统。
但是孩子的性格、情绪、思想并不是由这些代码决定的。相反,出生后,它们是随着大脑的发育及其与环境的相互作用而产生的。但是,细胞从受孕开始的爆炸式增长,是大脑形成的第一步,也是它所包含的所有梦想和希望。
指数分裂
在发育的第一阶段,受精卵(也称为“合子”)经历一系列快速分裂。1个细胞变成两个,两个变成四个,四个变成八个,以此类推,直到这种指数分裂带来了一个包含数百个细胞的小空心球,这些细胞的构型几乎完全相同。受孕两周后,细胞球仍在分裂。
首先,球体上有一个凹痕。细胞进入凹痕向下移动,产生三层细胞:外层称为外胚层,内层称为内胚层,中间层称为中胚层。
在接下来的几周内,这三层细胞长成人体重要系统的组织:内胚层形成消化道,中胚层形成肌肉、骨骼、心脏和生殖器,外胚层形成大脑、神经和皮肤表皮。
大脑在第三周开始发育。
新生的大脑在受孕后的第三周开始发育。这时,胚胎的头部出现了一层薄薄的、勺状的细胞层,称为神经板。未来大脑的主要特征在胚胎发育的1个月已经形成。大脑半球会在神经板中央沟的两侧发育,形成左右对称的人脑。
随着胎儿的成长,勺状细胞层的凹陷部分会变成大脑本身,手柄会变成脊髓。当神经板折叠成管状时,原来的勺状扩张部分会变成前脑、中脑和后脑。随着它们的发育,它们一起形成了大脑的主要部分。此外,它们还构成了背部和下部的丘脑、下丘脑、小脑和脊髓。
从出生地搬到永久居住地
最活跃的发育过程发生在大脑皮层,这是大脑最大和最外层。在胚胎发育的1月,每分钟有25万个新的神经细胞生成,神经元开始承担特定的任务。首先,它们从细胞分裂和形成的地方慢慢移动到大脑其他部分的永久家园。大多数神经元移动到皮层,但也有一些移动到小脑等其他部位。这个过程称为迁移。
这个过程相当神奇,因为神经元要移动一定的距离,也因为它们能在发育的大脑中沿着复杂的路径准确地找到自己的方向。百万个神经元迁移的距离,相当于一个人从洛杉矶走到波士顿,和乌鲁木齐到上海的距离差不多。令人惊讶的是,他们不看地图也能找到目标。
迁移的神经元一旦到达目的地,就会形成轴突和树突与其他神经元连接。就像道路连接成一个交通网络,神经元建立一个通讯系统,连接大脑的所有区域。一些通道接收大量的感官信号,成为信息高速公路。其他的因为缺乏使用而成为死胡同或者退化成破碎的柏油路。
对脑部疾病的新认识
大脑对任何影响神经元迁移的事情都极其敏感。就在十多年前,神经科学家认为,每个神经元在大脑中开始迁移时,都有自己特定的、预先设计好的位置。现在,研究人员发现,由于神经元的距离和去向不同,它们具有不同的特征。
例如,处理口头交流的神经元并不自然地被编程为语言神经元。相反,它们通过迁移到大脑中与语言相关的区域而成为语言神经元。
这一发现促使人们对各种脑部疾病有了新的认识。如果有什么东西干扰了神经元向预定目标的迁移,导致迁移过度或不足,就会产生很大的影响。自闭症、精神分裂症、阅读障碍和癫痫都与神经元的异常迁移有关。
胎儿酒精综合征也与迁移有关。大脑对有毒物质高度敏感,会影响迁移。这里我们要强调对孕妇的警告:避免让发育中的胎儿接触酒精、烟草、药物或其他可能干扰大脑健康发育的化学物质。
神经元的适者生存
神经胶质细胞帮助迁移的神经元。在迁移的途中,它们为神经元提供支持和营养,其中一些有助于调节神经元的代谢,另一些则用髓鞘覆盖神经元的轴突。髓鞘是一种脂肪物质,提供绝缘层,从而控制神经网络的通讯速度。
8个月胎儿的大脑虽然只有450g左右,约为成人的1/3,但它所含的神经元却是成人的两倍。被称为营养因子的生化信号会影响神经元之间的连接,但这些连接是否存活取决于突触之间是否存在重复通信。
大脑不可能维持所有神经连接的生化反应,所以最弱的连接会开始消失。这个过程称为修剪。在胎儿发育的最后阶段,大约一半的神经元死亡。这种失落很正常。它消除了大脑许多脆弱或不合适的连接,只留下最健康和最合适的神经元。
婴儿应该接触不同的环境。
大脑遵循的是用之弃之的原则。如果孩子出生时一只眼睛患有白内障,那么这只眼睛将失去正常的视力,大脑中处理这只眼睛视觉信号的部分也将缺乏刺激并逐渐萎缩,而婴儿的另一只正常眼睛将开始处理所有的视觉信号,并将继续发展和增强。
当婴儿从子宫出来时,大脑的发展延伸到对婴儿新体验的处理——图像、声音、气味、动作、感觉和情绪。神经网络已经准备好接受新的刺激,为生存而竞争。起初,这是一场随机的战斗,但很快,随着环境刺激加强了一些联系,而其他联系则减弱了,这场战斗变得更加有组织性。如果婴儿接触大量的单词和各种各样的音乐,语言和语音识别之间的联系就会增强。如果把宝宝放在没有玩具和视觉刺激的环境中,宝宝的分析能力可能会发展缓慢。
刺激大脑的玩具和环境有助于婴儿在大脑中形成复杂的神经连接。
本文摘自江苏凤凰科技出版社出版的《大脑百科全书——认知与自我完善的科学》(迈克尔·斯威尼著)。
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这本书是迈克尔·s·斯威尼教授写的,这是他为国家地理学会写的第八本书。这本书由神经学家理查德·雷斯塔克(Richard Restak)指导,他是一名神经病学临床教授,曾担任美国神经精神病学协会主席,也是一名曾登上《纽约时报》畅销书排行榜的知名作家。