去年，我第一次见到了我四个月大的侄子兰登。在圣地亚哥拜访他的那个周末，我内心的科学迷经常占上风。我会发现自己在探究侄子的足部反射，并主动解释为什么他的脚趾会这样或那样地弯曲，但得到的只是我妻子不赞成的目光和新手父母茫然的表情。很快我就放弃了行话，转而使用婴儿语。
在神经科学领域度过了我的博士后生涯，我看到了早期经历对幼年动物健康的重要性。在出生后的最初几天，婴儿的大脑就像海绵一样吸收着他们的感官环境。对我来说似乎无关紧要的视觉或气味，对易受影响的新生儿产生了明显不同的影响，塑造着他们的大脑，因为他们试图理解周围陌生的世界。但是，尽管婴儿的大脑令人惊讶，但在这次家庭拜访中，让我印象深刻的是我 26 岁的小舅子的重新发展。
在我眼里，杰克一直是我妻子的弟弟。当我第一次见到他时，杰克是一个高个子、瘦长的、乳臭未干的 19 岁少年，高中毕业后就加入了美国海军。作为一名参加过两次伊拉克战争的退伍军人，他在六年内看到的世面比我们大多数人一生中看到的都多，他经常给我们讲他那一大堆疯狂的水手故事。但在短短几个月的时间里，杰克已经成功地永久放下了他的海腿，成为了一位亲力亲为的新手父亲。
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即使曾在伊拉克服役，杰克无疑也会发现抚养兰登是他所面临的最大挑战。无论他是否知道——也无论他是否喜欢——事情都将发生巨大的变化。杰克不仅将在经济和法律上对兰登负责长达几十年，他还将与他的儿子建立并维持牢不可破的感情纽带。在出生后的早期，父亲和婴儿的大脑都会发生变化。我们现在可以看到，当父亲不在身边时，会在婴儿的大脑中留下印记。当父亲留在孩子身边时，他会因为照顾孩子而获得认知优势。尽管许多发现仍是初步的，但科学家们正开始勾勒出父子关系的神经肖像。
在周末旅行结束时，我看到杰克开始接受他的新身份的迹象。在挣扎了几个星期试图将兰登的汽车座椅固定在他改装过的马自达 RX-8 的后座后，杰克终于放弃了，换成了一辆稳重的轿车，这样他就可以更轻松地运送这个小家伙了。在他头部的细胞网络中，一场转变正在顺利进行。
理解父亲身份
为了揭示父亲般情感的根源，科学家们首先必须弄清楚在哪里寻找。从表面上看，父亲身份这种无形的联系似乎与母亲与孩子的联系截然不同。在怀孕的九个月里，催产素和其他激素会流经女性的身体，在她和她的宝宝之间建立起生化联系。甚至在孩子还在子宫里时，他们的心跳就可以同步。出生后，母亲的哺乳成为新生儿的天然食物来源。
父亲能提供什么不太明显。诚然，男性在受孕期间会提供帮助，但在那之后，我们对孩子的生存并非至关重要。然而，研究表明，父子关系做出了重大贡献。如果父亲离开孩子，让母亲独自抚养，那么他们以后更有可能遭受一系列问题，包括情绪问题、攻击性和成瘾。
这些数字实际上非常惊人。2008 年，大约四分之一的儿童只与母亲同住，而只有 4% 的儿童只与父亲同住。在美国大约 1200 万单亲家庭中，有三分之一生活在贫困线以下。也许是由于努力维持生计，单亲父母更有可能养育出学业成绩和自尊心较低的孩子，以及难以建立社交关系的孩子。直到最近，大型人口调查仍然是调查父亲对孩子抚养贡献的最有效工具。但新的线索正在从大脑深处浮现。神经科学家现在正在揭示谜题的关键部分——连接父亲和孩子的生物机制。
以婴儿的哭声为例。2003 年，瑞士巴塞尔大学的精神病学家埃里希·赛弗里茨及其团队使用功能性核磁共振成像表明，就像母亲一样，父亲大脑中的某些区域在听到同样的声音后会被激活，其特征模式与非父母不同。尽管该团队无法准确指出发生了什么变化，但父母双方的大脑似乎都已经适应了识别对婴儿舒适和生存至关重要的声音。
毕竟，大脑不是静态的。神经元不断地根据新的经验和周围环境的变化来重新连接自身。额外的神经元也可以显现出来，这个过程称为神经发生。神经发生的机制尚未完全理解，但科学家们已将额外的脑细胞生长与学习新事物联系起来。
脑力提升
基于这些观察，艾伯塔省卡尔加里大学的两位神经科学家格洛丽亚·K·马克和塞缪尔·韦斯设计了一系列实验，以弄清楚后代如何重塑父亲的大脑。在 2010 年发表的结果中，马克和韦斯表明，雄性小鼠父亲的大脑不仅会重新连接，还会长出额外的神经元。这些细胞在幼崽出生后的几天内形成全新的连接通路或回路。在嗅球中，发育出对幼崽气味有特异性反应的新神经元。另一组神经元在父亲的海马体中生长，海马体是大脑中至关重要的记忆中心，据推测，这有助于将幼崽的气味巩固到长期记忆中。
然而，只有当雄性小鼠父亲留在巢穴中时，才能获得额外的脑细胞。如果他在幼崽出生当天被带走，他的大脑将保持不变。韦斯认为，这项研究表明，这种经历“不仅仅是改变大脑中已有的东西，而是发展出全新的东西来服务于这种关系。”
在哺乳动物中，位于鼻子中的神经元使用特殊的嗅觉受体来检测气味，并将信息传递到嗅球，嗅球是我们嗅觉的整合中心。然而，仅仅嗅幼崽的气味还不足以导致新神经元的产生。当马克和韦斯在笼子上放置一个网状屏障，将父亲和他的幼崽隔开时，他们没有看到额外的脑细胞出现。韦斯说，这项测试和其他类似的测试表明，新生后代的出生或它们的气味本身都不能改变父亲的大脑。相反，亲身实践的父亲经历带来了额外的脑细胞。研究人员认为，与幼崽的身体接触，加上对它们气味的体验，才是神经元生长的原因。
但是幼崽和伙伴有什么不同呢？几周的分离通常足以让成年小鼠忘记所有关于它们以前的笼舍伙伴的事情。马克和韦斯证明，亲子关系确实与众不同。这些新神经元形成了它们自己的大脑回路，从而帮助形成长期记忆，并因此形成持久的纽带。由于形成了独特的记忆通路，即使在分离三周后，雄性小鼠父亲也能通过气味轻松识别出它们的后代。“我们仍然在努力理解为什么包括人类在内的所有哺乳动物的大脑中都会诞生新的神经元，”韦斯说。“看起来主要功能之一可能是适应变化，形成新的回路，并且在这种情况下，[创造]我们称之为父亲和他的后代之间的‘社会记忆’。”
像母亲一样，像父亲一样
为了巩固社会记忆，大脑依靠激素来控制那些新形成的神经元的连接。马克和韦斯发现，父亲形成新脑细胞的能力受一种名为催乳素的激素控制——这种激素与新母亲产生乳汁的激素相同。当他们破坏大脑产生催乳素的能力时，他们发现父亲没有形成任何幼崽特异性脑细胞。
同样与婴儿和母亲的结合方式相似，许多研究表明，在孩子出生的头几个月，催产素（“爱情激素”）水平较高的男性父亲表现出更强的父性本能和动力。在去年 12 月发表的发现中，东京大学的斋藤敦子和京都大学的中村克树通过研究狨猴父亲猴子的食物分享习惯，进一步推动了这一观察。狨猴父亲在幼崽出生的头四个月里，会非常乐意喂养它们。但在六个月后，父亲们开始忽视他们现在已经成年的后代，并将食物留给自己。为了测试是什么驱动了这种行为的改变，研究小组将催产素注入狨猴父亲的大脑。无论斋藤和中村给药剂量是多少——而且父亲的食欲没有任何变化——雄性狨猴都更有可能满足后代对食物的渴望。
由于催乳素和催产素都与社会互动密切相关，它们参与父子关系可能并不令人惊讶。然而，新数据正在提供更广阔的视角。正如普林斯顿大学的心理学家伊丽莎白·古尔德和她的同事在 2010 年 10 月的一篇综述文章中指出的那样，与性和压力相关的激素现在也与父亲行为有关。
古尔德发表了大量论文，详细描述了人类压力激素皮质醇（啮齿动物中的皮质酮）与大脑结构变化之间的联系。尽管压力通常带有负面含义，但古尔德和她的同事通过对啮齿动物进行的实验表明，压力对大脑来说既有好也有坏，这在很大程度上取决于环境。例如，糟糕的压力源，例如当动物短暂浸入冷水中或暴露于自然捕食者时，会对大脑产生负面影响，降低大脑产生新神经元和重新连接自身的能力。但正如古尔德和她的同事去年 7 月发表的那样，诸如运动和性行为之类的压力源，也会提高皮质酮水平，实际上会刺激新脑细胞生长。父亲身份的挑战很可能属于良性压力的范畴。
尽管雄性性激素似乎与后代的出生密切相关，但其他物种表明，这些激素具有不一致的影响。在某些啮齿动物和鱼类中，父亲会产生过量的睾酮。他们会很好地照顾幼崽，同时保持攻击性倾向，这有助于他们，例如，保护巢穴免受捕食者的侵害。然而，在热带鸟类和灵长类动物中，睾酮水平升高会妨碍良好的育儿。睾酮过量的人类父亲可能对哭闹的婴儿表现出较少的同情和回应欲望。
这些研究有力地证明了激素是某些父亲行为的媒介。正如韦斯指出的那样，这条研究路线“为激素可能对成年脑细胞产生的影响增加了一个新的维度。”
关键联系
虽然大量的激素在婴儿面前培养了父亲的大脑，但孩子实际上可能是天生就准备好建立联系的。为了验证这个想法，由德国马格德堡奥托·冯·格里克大学的神经生物学家卡塔琳娜·布劳恩领导的一个研究小组转向了一种巢穴结构非常熟悉的啮齿动物。智利豚鼠的母亲和父亲分担育儿职责。与人类父亲类似，智利豚鼠父亲在幼崽生命的早期会帮助进行基本护理，依偎在它们身上以保持温暖，并在需要时用温柔的舔舐来沐浴它们。随着幼崽长大，父亲们开始通过追逐、嬉戏和在笼子里打闹来与蹒跚学步的后代玩耍。
布劳恩和她的团队推断，缺少父亲的智利豚鼠巢穴会给后代造成社交和情感上的空虚，就像缺少父亲会影响人类家庭的动态一样。事实上，他们发现，如果啮齿动物父亲与幼崽一起留在巢穴中，那么他的幼崽的大脑就会正常发育。但如果父亲在幼崽出生后不久就从巢穴中移走，他们观察到，在新生儿大脑的两个区域，突触发育较少，突触是允许脑细胞相互交流的短化学连接。
在大多数大脑应该充满新连接的发育阶段，在没有父亲的环境中长大的幼崽在眶额皮层和躯体感觉皮层中存在缺陷。眶额皮层是前额叶皮层的一部分，它调节决策、奖励和情感。尽管很难从啮齿动物研究推断到对人类的影响，但值得注意的是，这个部位的突触缺陷和处理问题很可能解释了为什么我们看到一些没有父亲长大的孩子偶尔会与严重的行为问题作斗争。
综合来看，这些大鼠研究提出了一个关于父亲为何重要的模型。新生儿出生时，已经在羊水中漂浮了数周，他们的感官在某种程度上被剥夺，他们的躯体感觉皮层已准备好改变。但是，当智利豚鼠在没有父亲的环境中长大时，躯体感觉皮层的突触并没有在出生后的早期蓬勃发展，而是逐渐萎缩。因此，新生儿可能无法像他们应该的那样很好地处理触觉，这可能会导致许多其他发育问题，例如代谢问题和激素分泌不规律。
看来，父亲的大脑与他的后代有着重要且美好的交织。“有两个父母是一回事，”韦斯指出，“但父母和后代之间建立有效的关系又是另一回事。实际上，[重要的]是关系的有效性。”
也许我的侄子，在杰克触摸这一简单事实的刺激下，形成了一组健康的脑连接，已经收集了他长大后抵御行为和情感挑战所需的工具。虽然我无法准确探究杰克的大脑以查看他是否正在长出神经元，但我注意到，当他的新纽带建立时，他的注意力发生了不可否认的变化。兰登的微小动作和声音，大多数人都没有注意到，却神秘地吸引了杰克的注意力。想到杰克的大脑中可能藏着一小部分神经元，专门为他的儿子服务，这真是令人欣慰。