在道路纵横交错的城市中，出租车司机能够轻松地选择出最合适的路线，他们的 记忆力着实令人敬佩，他们与我们的脑究竟有什么不同呢？ 科学家通过研究发现，由于不断地锻炼头脑，出租车司机脑神经细胞的数据增加了 20%，脑的体积膨大了 3%。那么，在什么样的环境中，记忆力才能够得到提高？怎样来保护我们的神经细胞，才能避免宝贵的记忆力受到伤害呢? 海马的神经细胞 1 出租车司机的记忆力 我非常喜欢东京商业区池袋夜晚的街景。行色匆匆、赶路回家的公司职员，毫无顾忌地穿越十字路口、嬉笑打闹、充满活力的年轻学生，店门口悬挂着红色灯笼的酒馆，装潢考究的咖啡馆，灯火通明的快餐店，这些各种各样的事物巧妙、均衡地共存着。 那天，我与朋友在池袋举杯畅饮，畅谈着各种有趣的话题，尽情享受着休闲时光，我们似乎已经将白日的喧嚣统统抛在了脑后。但快乐的时光很快就过去了，等我们回过神的时候，已经错过了末班车。 从池袋步行回家的话，路程比较远，这个时候只能坐出租车了。今天运气也不错，很快就叫到了一辆出租车。车停在了我的面前，我一头钻了进去。出租车司机很礼貌地对着略带醉意的我问道： “您要去哪里?”他对待客人的态度非常老练，给人一种经验丰富的感觉。出租车平稳地行驶着，将我所钟爱的池袋大街的灯火甩在了身后。 坐车回家大概需要 20分钟，我像往常一样透过车窗出神地望着外面的景色。但是每次坐车，东京那一成不变、四处延伸的复杂的道路网就会不由自主地扰乱我的脑子。现在，车究竟是在哪个地带 哪条道路上行驶着呢?哪边是北，哪边是南呢?下一个十字路口应该往右拐还是往左拐呢 ?这时的我就像一只被汽车带到了.个陌生地带的狗，虽然目不转睛地盯着眼前流动的景色，但始终不清楚出租车所行驶的路线。于是我又陷入了一种自怨自艾的情绪之中，为自己的记忆力而哀叹。 但是，出租车司机为什么能够准确地推断出自己应该行驶的路线呢 ?我刚坐上车，出租车就朝着目的地出发了。大概就在那一瞬间，司机的脑中就已经勾画出了一个路线图，决定要走哪条道路，从什么地方拐弯，等等。纵横交错的东京路线图中的每一个细小的地点一定都尽在他的脑中了。 除了地图，经验也是非常重要的。比如，周末的时候，回5个交叉路口会施工，必须在前一个路 El转弯；在什么时候穿过这条路，就不会遇到红灯等，这些长年累积下来的知识和经验成了非常宝贵的线索。当然，这些知识和经验是作为记忆存储在脑中的，出租车司机就是凭借着自己所存储的记忆进行思考，并作出相应的判断。． 也就是说，司机可以在瞬间运用自己头脑中的地图和经验，进行最先进的电脑也做不到的复杂思考，从而正确、灵活地推断出到达目的地的路线。这让我不由地想：“脑真的是不可思议啊。”与此同时，也进一步激发了我的想象：“脑的机能究竟是怎样巧妙地运作的呢?出租车司机是如何掌握普通人无论如何也无法记忆的、复杂的路线图的呢?” 2 神经细胞进行想象的脑 人体是由无数细胞构成的。脑也不例外，它是一个细胞的集合体。现在看来这是理所当然的事情，但这一事实却是大约 100年前才被人们承认的。很早以前，人们头脑中就有这样的概念——生物是细胞的集合体，但是脑例外，它具有一种神秘性。当时很多的研究人员都认为，脑不可思议的能力是无法用科学理论阐明的。此外，也有不少人站在宗教的立场上，认为将科学的手术刀伸进人们敬畏的脑这一神圣领域是一种禁忌。在这样的潮流之下，意大利的解剖学者卡米洛 .戈尔季以及西班牙的生物组织学者桑地牙哥.拉蒙.卡哈尔开始对脑的结构进行研究，发现在人脑中神经细胞具有复杂、精巧的结构。这两位学者奠定了近代神经学的基础，他们的光辉业绩也得到了世人认可，于 1906年同时被授予了诺贝尔医学.生理学奖。 图 1人脑的外观 戈尔季和卡哈尔对神经细胞进行了详细的记述，在此之后，神经科学的技术取得了突飞猛进的发展，现在人们对脑神经细胞进行了更为详细的研究。研究的结果表明，人脑之中大约有 l000亿个神经细胞，每个神经细胞的直径为 l0～50微米，仅相当于头发粗细的 l／2～1／10，这 l000亿个细胞鳞次栉比地排列着。细胞的排列并非杂乱无章、毫无规律，而是按照一定的规则整齐排列。这种排列方式非常明确，不会因人而异。在任何人的脑中，神经细胞几乎都是以相同的数量，按照相同的秩序存在着的。每个人的脑都是由大脑、小脑、延髓以及更细微的部分构成的，用显微镜等仪器对这些部位进行进一步的详细观察，我们就会发现每个人脑中的细胞的排列方式以及形状都完全相同。 在图 1中，我们可以看到人的脑沟壑纵横，有很多的褶皱。我在和孩子们交谈的时候，了解到一些家长经常会训斥他们： “你脑袋笨就是因为脑袋的褶皱太少了。”实际上，脑的褶皱数目都是相同的，不会因人而异。 3 神经细胞增殖的原因 每个人的脑结构和神经细胞的排列方式都是相同的。但是，单就个人而言，神经细胞的数量在人的一生中会发生变化。实际上，人神经细胞的数量在刚出生的时候最多，随着年龄的增长而逐渐减少。也就是说，年轻人的神经细胞相对多一些，而上年纪的人的神经细胞就相对少一些。此外，神经细胞的减少速度比大家想象的要快得多，每天都会以数万个的速度剧减。我们可以大致计算出平均每秒都会有一个神经细胞死亡。这样，每天都会有大量的神经细胞死亡。人从出生到 70岁的时候，脑的重量会减轻 50％左右。 神经细胞的数量只减不增是有原因的。实际上，神经细胞没有增殖的能力，除了神经细胞，大多数的人体细胞都具备增殖能力。比如大家所熟知的肝脏细胞。假如肝脏因手术等原因被切除了 90％，之后的几个月，剩下的肝脏细胞就会增殖，最终恢复为机能良好的肝脏。此外，皮肤、肠以及血液的细胞等也都具备旺盛的增殖能力，可以不断产生新的细胞。与之相对，神经细胞缺乏增殖能力，会不断衰老死亡。就在大家读这本书的期间，你的神经细胞就正在迅速死去。而且，死去的神经细胞是不会再度复活的。 那么，为什么神经细胞没有增殖能力呢?这大概是为了保持“脑的个性”吧。大家可以思考一下，如果脑能够不断创造出新的神经细胞，来取代旧的神经细胞，将会怎样呢 ?神经细胞进行思考、感知和想象，从而控制着人的性格和行动。如果将其全部替换掉的话，这个人就不再是他本身了。也就是说，“今天的我”和“明天的我”成了两个不同的人。这样，人就无法很好地适应社会，对生物自身的生存也是不利的。 一般来说，生物是通过吸收、适应外界信息而生存的，并不断积累经验，适应周围的环境。记忆可以说是人在生存过程中不可或缺的因素。但是，假如神经细胞逐个被更新替换的话，好不容易存储的记忆就会消失不见了，无疑，这对生存是不利的。大概就是因为这个原因，人脑在长期的自然进化的过程中，选择了神经细胞不会增殖，终生使用相同细胞的方式。 实际上，这里还隐含着揭开记忆之迷的钥匙，关于这一点，我会在后面谈到。我们就暂时先记住这一点——为了保持自我、为了将过去的记忆持续不断地带到将来，神经细胞不会更新，而是终生发挥着自身的机能。神经细胞正是为了保持“脑的个性”，而选择了这种命运。 4 保护神经细胞 神经细胞是不会增殖的，已经死亡的神经细胞也不会再度复活。无论怎样，每天都会有数万个神经细胞死亡。珍贵的神经细胞如此迅速地死亡，不仅仅是我们这些脑科学研究者，我想每个人都会感到非常可惜吧。神经细胞的死亡速度是不是太快了呢? 实际上，那些自然死亡的神经细胞大多是没有必要的部分，没有使用的神经细胞会有选择地死亡，这对脑来说是一件合理的事情。为了节约资源，就应该削减不必要的神经细胞。脑就是这样淘汰着神经细胞的。 那么反过来说，如果我们有意识地充分利用脑，就应该可以抑制神经细胞的死亡。但实际上，在大约 1000亿个神经细胞之中，人们真正能够有意识地活用的细胞数量还不满 10％，所以无论怎样运用头脑去抑制神经细胞的死亡速度，几乎都是不可能的，我们不要太在意神经细胞接连死亡的事实。 然而，有的时候，对脑有用的神经细胞也会死亡。这种情况下，脑机能就会发生重大的问题。比如，与记忆关系密切的脑细胞的大量死亡的话，就会导致痴呆症。控制人体运动的神经细胞死亡的话，就会引起运动障碍。前者为阿尔兹海默氏症，后者为帕金森氏症，这两者都是有名的代表性神经疾病。 神经细胞的自然死亡是自然生理现象，但是我们有必要对此予以充分重视，防止神经细胞不必要地过早死亡。 比方说，当头部遭到重创的时候，就会造成大量神经细胞的死亡。大家都知道，经常会受到打击的拳击运动员，会更容易痴呆。但并不仅仅这样。将手握成拳状“砰”地轻击一下头部，也会造成数千个神经细胞死亡。所以，无谓地敲击头部绝不是一个明智的举动。父母在训斥不好好学习的孩子的时候，如果用拍打孩子头部的方法来进行惩罚的话，我想也是一件非常不好的事情。 再举一个例子。酒精可以加速神经细胞的死亡。饮酒过度会对大脑产生非常不好的影响。此外，某些药物也会引发神经细胞的死亡。比如安眠药、麻醉剂、兴奋剂等。虽然它们不会直接作用于脑，但是容易阻塞血管，所以也应该注意。脑对氧以及营养不良是非常敏感的。脑血管一旦阻塞，几分钟之内，氧气以及营养的供给就会断绝，神经细胞就会随之死亡。实际上，老年人常见的痴呆症中，大多数都是由于血管阻塞造成的。如果在日常饮食中经常摄取高脂肪食品的话，血管就比较容易被破坏和阻塞。所以，大家平时一定要多注意日常饮食的均衡性。 药物、酒精、撞击都会使神经细胞受到伤害 诸如此类的注意事项还有很多，假如平时过分在意这些事情的话，大概就无法保持愉快的心情了，所以过分的神经质也没有必要。但是，要想保护我们宝贵的记忆力的话，就要将这些注意事项放在心灵的一个角落里，在日常生活中多少注意一下。我们每个人都能充分理解神经细胞的性质，保护好自己的神经细胞，这就是提高记忆力的第一步。 5 出租车司机的脑膨大了 在英国伦敦市内，大约纵横交错地分布着 2．4万条道路。要将所有路线都牢记心中，即使是每天行驶于市内的出租车司机也要花数年的时间，各个直行大道、环岛以及数千个标志物的确可以称得上是庞大的信息库。英国的认知神经学者埃莉诺.马圭尔和我一样对出租车司机高超的记忆力非常敬佩。他将每天行驶于伦敦市内的 16名出租车司机作为研究对象，使用一种被称做 sMRI(结拇 f生核磁共振成像)的方法对他们的脑结构进行检查。sMRl是一种将人脑的截面在电脑上进行投影的技术，通过这种方法，研究人员可以在不造成损伤的情况下，对处于自然状态下的脑进行缜密的检查。 世界上总是存在一些具有奇特想法的人。前面我们已经提到，脑的结构不会因为个体的不同而有所差异，对脑专家而言，这是常识。所以通常来说，他们不会产生将出租车司机的脑结构与一般人进行比较的奇怪想法，而且，将出租车司机作为研究对象就更新鲜了。虽然记忆研究人员的实验对象多是人、猴子或老鼠，但是，即使以人作为研究对象，特意将多位出租车司机作为对象进行实验的方法绝不是一般人所能想象出来的。现在，我要介绍一下马圭尔在这次打破常规的独创性研究中的意外发现，这种摆脱既有理论的自由想法常与惊人的发现联系在一起，2000年的《美国科学院院刊》中就刊载了这一重大发现。 马圭尔在这项崭新的研究中发现了一个康人的事实——出租车司机脑的某个部分要比一般人大。也就是说，这个部位的神经细胞数量要比一般人多。这一事实彻底否定了脑的大小以及形状不会因人而异的常识。 惊人的结果并不仅限于此，仅凭这一实验结果还无法阐明出租车司机与其脑的某个部位大于常人这一事实之间的因果关系。也就是说，目前还没有明确到底是因为出租车司机的职业使得其脑的某个部位膨大，还是与之相反——因为此人脑的某个部位比较发达而从事了出租车司机职业?马圭尔又进行了进一步的详细研究，从而解释了这一疑问。研究结果表明，出租车司机长期从事这一职业，经验比较丰富，其脑的某个部位比较发达，并且从业时间较长的人神经细胞的数目较多。操作方向盘 30年之久的人，其脑中某个部位会膨大 3％。这一发现对脑研究者产生了两个方面的冲击。其一就是原本认为只会不断减少的脑神经细胞实际上是可以增殖的。脑体积增加 3％，如果换算成神经细胞数量的话，就是增殖 20％。由此，脑研究者必须从根本上重新考虑以往有关神经细胞生老病死的概念。 其二就是越勤于用脑，神经细胞就会越多。通过脑部锻炼，可以增加控制记忆力的神经细胞。出租车司机高超的记忆力的确是长期锻炼脑部的结果， 而神经细胞多于一般人的现象正好说明了他们拥有优秀的记忆力的原因。那天晚上，我在池袋所碰到的那位资深的出租车司机大概就拥有非常丰富的神经细胞吧。 6 加强脑部锻炼，提高记忆力 我想那些像出租车司机一样从事着经常锻炼头脑的工作的人群中一定也会有类似的现象。这样想来，马圭尔的这一研究结果就能给我们这些普通人以非凡的勇气。 基本上来说，脑的结构不会因人而异。但是如果经常运用头脑的话，神经细胞就会随之增殖，记忆力自然也就会增强了。这并不是那些被选择参加实验的人所独具的功能，任何人只要努力都有可能。这样说是因为无论哪一名出租车司机，随着长年工作经验的积累，神经细胞都会增多。他们在从事出租车司机这一行业之前，拥有的也不过是极其普通的头脑，而之后的超强记忆力则是通过一番磨炼而形成的。 更令人惊讶的是，马圭尔的研究对象——出租车司机大多都是成年之后才开始从事出租车行业的，也就是说，即使是成年人，他的神经细胞也是可以充分增殖的。大家很可能会有些犹豫，认为“我已经不再年轻了，现在这个时候才锻炼的话..”其实大家不必有这样的顾虑，实际上，即使是超过 70岁的人，只要充分运用头脑的话，也同样可以提高记忆力。 出租车司机比一般人发达的地方其实只是脑中的一个特定部位。马圭尔的研究表明，这个部位就是位于大脑皮层内侧，被称做海马的领域。从大脑皮层无法直接看到海马，因此图 1(第 5页)中没有海马的图像。海马位于被称为颞叶的大脑皮层的最深处(左右半球各有一个 )，位置大约在耳部内侧附近，直径约 l厘米，长约 10厘米，大致呈弯曲状，形状就像一根细长的小黄瓜。关于海马，我们在后面还会作更为详细的说明。马圭尔已经发现，出租车司机就是利用海马来确定空间位置的。也就是说，人们依靠记忆力来进行各种思考的时候，使用的是海马这一部位。并且，在使用的过程中，海马会得到锻炼，并呈现出膨大状态，记忆力也会随之不断提高。 根据这一发现，一个有关神经细胞的事实浮出了水面——只要锻炼头脑，记忆力就会提高，反之则无法增强。 7 多样的环境与丰富的记忆 还有研究人员进行了一项与马圭尔的实验相似的研究，研究对象是老鼠。这就是刊载于 1997年《自然》杂志上美国生物学家盖奇的研究。首先要准备两个图 2所描绘的饲养箱，其中一个饲养箱里放着很多梯子、跑轮等小玩具，另一个饲养箱里没有任何玩具，是一个非常空旷的环境。将两只老鼠分别放在这两个箱子里面进行饲养，一只老鼠处在时常受到外界刺激的环境之中，而另一只老鼠则生活在毫无刺激的环境里。 图 2不同饲养环境下的老鼠 然后，对这两只在不同环境下成长的老鼠的脑进行详细研究，结果表明，在有玩具的环境中生活的老鼠，脑中的海马非常发达。也就是说，在常受到刺激的环境下饲养的老鼠，其海马神经细胞数目增加了 l5％。盖奇又作了进一步的详细调查，发现这只老鼠的神经细胞的增殖能力提高到原来的两倍以上，这是因为神经细胞得到了锻炼，并被激活。在丰富环境下所饲养的老鼠可以玩各种玩具，比起那只没有玩具的老鼠来说，脑受到了更多的刺激。 更令人惊异的是，研究显示，海马的活性化同老鼠的年龄没有关系。相当于人类百岁高龄的老鼠，它的神经细胞的增殖能力也会提高。而且，如果将老鼠转移到外界刺激较多的多样化环境里面，这种效果在数日之内就会充分表现出来。老鼠所处环境的不同，确实会在潜移默化之中促使其脑细胞发生变化。在这项实验里，有一个非常值得关注的事实，这两只在不同环境下成长的老鼠，其学习能力显示出明显的不同。当然，说到学习能力的话，老鼠当然不会拥有像解析微积分方程式或在股票市场进行交易那样高的智能，这里所说的只是指一些解决简单问题的能力。比方说一些简单的小测试：选择哪条道路来获取食物，蜂鸣器一响是否能够迅速通过控制拉杆来躲避电流等。对于老鼠来说，这些已经可以称得上是非常了不起的记忆了。现在我们就从这几个小测验中选出英国实验心理学家莫里斯发明的水迷宫实验介绍给大家。 8 莫里斯的水迷宫实验 水迷宫实验是检验老鼠记忆力的一个非常有名的测试。如图 3所示，将一个直径 2-3米大小的水池注满水，让老鼠在里面游泳。老鼠是一种在陆地上生活的动物，但是它们不用进行专门的训练就能轻松自如地游泳。尽管如此，游泳可绝不是老鼠所喜爱的运动。刚被放入水池里，它们就想方设法寻找躲避的地方。 水池中布置了一处可以避难的浅滩，但是这个浅滩只能供一只老鼠容身。生来厌恶游泳的老鼠会尽可能以最快的速度发现这个避难场所，并躲避到那里。这里有一个关键问题，避难场所——浅滩位于水面以下，正在水中挣扎的老鼠绝对看不到它。也就是说，第一次被丢进水中的老鼠会在水池里四 处团团转，并到处寻找有无浅滩。一周之内，每天反复进行数次这样的训练，训练期间，莫里斯还故意将每次开始游泳的位置进行变换，但是浅滩的位置一直都在原来的地方。 图 3莫里斯的水迷宫实验 一开始还四处搜寻避难场所的老鼠经过这些反复的训练之后，逐渐能够很快到达这个避难场所。也就是说，浅滩的空间位置已经储存在老鼠的记忆之中了。由于每次训练时，开始游泳的地点都各不相同，所以对老鼠而言，发现浅滩的唯一线索就是水池外的环境，即放置水池的研究室的样子。老鼠一边参考周围的“景色”，一边借助于自身的记忆力来寻找可以避难的浅滩，这正是这个实验被称为“水迷宫”的原因。 最初老鼠发现浅滩要花几分钟，经过几天的训练之后，大约 5秒钟就能够找到浅滩了。通过测定老鼠到达浅滩所花时间的推移状况，就能正确评价老鼠的学习能力。水迷宫实验可以说是一种操作简便、实验结果明确的高明方法，我也曾经多次进行过老鼠的水迷宫实验。对于研究人员来说，这是一项很有趣的实验。特别是看到自己亲手饲养的老鼠们每天勤奋学习的样子，心里真是说不出的高兴。 下面，再来看看在外界刺激较多的环境中成长的老鼠。研究发现，与出租车司机一样，神经细胞增殖能力较强的老鼠在水迷宫实验中显示出了较强的学习能力。在刺激较少的环境中培育的老鼠要花 5天时间才能够记住浅滩的位置，而在刺激较多 环境中培育的老鼠仅用 2天就能记住，也就是表明这只老鼠的记忆力增强了。这个实验证实了记忆力可以通过锻炼得到增强这一事实，以往认为不断减少的神经细胞是可以通过训练被激活并增殖的。记忆力会根据个人的训练程度而变化。因为老鼠生长环境的差异造成神经细胞活性化的程度不同，这一事实给我们以重要的启发。我们在培育孩子的过程中，应该尽量注意到这一点。当然，我们自身也应该尽可能置身于外界刺激较多的环境之下，经常灵活运用头脑。如果这一点很难做到的话，那么就保持一种积极的心态，培养对周围事物的兴趣，丰富自身的感觉。这样，自然而然地就会提高海马的活力，从而提高自身的记忆力。 9 常识与科学 “神经细胞没有增殖能力”曾经是神经科学界的常识。但是研究表明，在海马等特定的部位，神经细胞会增殖，数目也会不断增加，当然也会有减少的可能。 这种摆脱常识的束缚所进行的研究带动了科学的巨大进步。曾经颠覆传统，倡导“地动说”的伽利略对他的朋友说过这样的话： “为什么你只是相信别人的说法，而不亲自去验证一下呢?”这番话让我深有感触，对研究而言，最重要的就是不受他人意识所左右的个人的感觉。 现在刚刚进入了 21世纪，神经细胞的增殖现象已经成为世界普遍公认的学说了。有一些科学家正在研究如何将具有增殖能力、充满活力的神经细胞移植到患有脑疾病的患者身上，从而使疾病得到有效治疗。一个新的发现确实能大大地促进现代科学的进程，在这个快速发展的时代下进行脑研究，每天都有新的发现。作为一名脑科学研究者，我会从科研现场向大家介绍一下有关记忆的更为详细的研究。 在第二章里，我们将讨论掌握记忆力钥匙的海马。
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