莉兹的第二个孩子日益长大，她正经历着孕期的煎熬。她的肚子在她看来大得不可思议。轻松睡眠已成为遥远的记忆，因为她必须承受数十磅的额外重量。每餐饭后都打嗝和胃灼热，她感觉自己仿佛靠着一堆小火山过活。
但莉兹不仅仅是一位临近产期的准妈妈。她还是一位研究母亲大脑变化的神经科学家——事实上，她是本文的合著者。尽管这无法缓解她的消化不良，但她从一项新兴且不断增长的研究中获得了一些安慰，该研究揭示了母亲大脑中发生的显著且普遍积极的改变。
由于母亲的大脑是逐渐形成的，因此其间这个“建筑工地”可能会给其主人带来一些问题。一些母亲抱怨头脑昏沉，某些数据甚至显示怀孕期间大脑略微萎缩。但补偿是巨大的。研究表明，母性增强了某些类型的认知能力，提高了抗压能力，并增强了某些类型的记忆力。从表面上看，神经系统设法将一位新母亲从一个以自我为中心的生物转变为一个以他人为中心的照顾者，这实际上非常令人印象深刻。这一切只需要新神经元萌芽，某些大脑结构体积增大，以及强大的激素浪潮冲击孕妇的生理机能。结果是一个不同且在某些方面更出色的大脑——或者至少是一个能够兼顾日常生活挑战，同时保持对婴儿激光般关注的大脑。
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感官触发
婴儿会尽其所能地吸引和保持母亲的注意力。幼子的独特哭声、他独特的气味以及他用手指缠绕母亲的方式，只是无数 sensations 冲击她高度敏感的神经系统中的一小部分。婴儿创造了一个丰富的环境来刺激母亲，推动她的大脑进入更高的档位。
在所有感官中，嗅觉在生殖中起着最大的作用。雌性从一开始就依赖她们的嗅觉来帮助她们选择配偶，一直到幼崽断奶，在此期间气味充当母子之间的一种交流形式。气味力量的一个极端例子被称为布鲁斯效应，这是一种某些气味会诱发怀孕啮齿动物流产的现象。如果雌性的配偶在受孕后消失，并且有一个入侵者开始徘徊，新雄性的气味会抑制关键激素的产生，导致雌性怀孕流产。否则，入侵者很可能会杀死并吃掉幼崽，从而获得高蛋白食物并消除竞争对手的基因。在啮齿动物的一种“索菲的选择”中，雌性基本上是在进行冷酷的计算——宁愿失去胚胎状态的幼崽，也不愿失去幼崽状态的幼崽。
由于我们窥探人类大脑的能力有限，啮齿动物帮助我们近似了解莉兹等母亲体内正在发生的变化。到目前为止，我们所看到的是，哺乳动物的大脑在生活需要时具有显著的变形能力。例如，在老鼠怀孕期间，我们知道嗅觉系统开始大量产生新的神经元。理论是，额外的神经元使母亲们更擅长处理隐藏在婴儿气味中的线索。事实上，母亲们在对气味的反应方式上表现得非常明显。处女雌鼠发现婴儿的气味令人厌恶，但一旦她们怀孕，这些气味就会吸引她们。多伦多大学密西沙加分校的心理学家艾莉森·弗莱明和她的同事报告说，人类母亲也表现出这些效应。他们发现，与非母亲相比，母亲更有可能将婴儿的气味评为令人愉悦的。
波士顿学院的神经生物学家迈克尔·努曼和他的同事认为，为了改变女性对气味的感知，嗅觉系统可能依赖于一个称为内侧杏仁核的区域。这个大脑区域可能充当嗅觉系统的枢纽，信息到达这里进行情感内容的处理。嗅觉的调整可能通过使婴儿的气味更具吸引力来帮助巩固母婴联系。在生下第一个孩子之前，莉兹一直避免闻到孩子的气味，甚至是她亲戚的孩子的气味。但随着儿子的出生，她发现自己毫不费力地将鼻子塞进儿子的尿布里，以确定他是否需要换尿布。
谨慎与勇气
然而，如果莉兹将她所有的注意力都放在婴儿身上，母亲和孩子都会丧命。一只一直安全地呆在巢穴里和幼崽在一起的母鼠也会让它们死于饥饿和口渴。这两个物种的母亲都必须找到解决时间竞争需求的方法。换句话说，女性并不是唯一发现自己要兼顾职业母亲职责的动物王国成员。
为了让母鼠能够在照顾幼崽和外出觅食之间切换，中脑中称为导水管周围灰质 (PAG) 的区域充当断路器。圣保罗大学的研究人员在 2010 年提出，PAG 通过评估来自大脑边缘系统（一组控制生存型行为的结构）的输入来权衡进食和母性行为之间的平衡。尚未在人类中发现与大鼠 PAG 的切换功能完全相似的结构，但人们对母亲超人的多任务处理能力赞赏有加，这可能反映了类似的适应性。
当母亲冒险进入世界时，她将她脆弱的婴儿置于危险之中。但巴西阿雷格里港联邦健康科学大学的研究表明，她可能更敏锐地意识到潜在的威胁，甚至可能夸大它们。那里的研究人员已经显示，杏仁核内侧核中树突的结构发生了显著改变，除了在嗅觉系统中发挥重要作用外，该核还控制防御和回避行为。事实上，当莉兹购物时，她会扫描商店，寻找对她宝宝的风险，避开杂志旁令人毛骨悚然的家伙或自动售货机旁鬼鬼祟祟的青少年。
虽然总体而言，莉兹更加谨慎，但在面对威胁时，她可能也比成为母亲之前更加大胆。里士满大学我们实验室的心理学家詹妮弗·沃特拉发现，与处女鼠相比，暴露在有压力的开放场地迷宫中的母鼠不太可能僵在原地，更愿意探索，并且似乎体验到更少的恐惧（也就是说，沃特拉在杏仁核中看到了更少的开启神经元）。由于恐惧反应受到控制，母鼠可能能够更有效地觅食，并更快地返回巢穴和脆弱的幼崽身边。
帮助母亲在世界中航行的是她提高了解释环境中线索的能力。最近，本科生凯莉·拉弗蒂和她在我们实验室的同事一直在调查母亲的提前计划能力。他们允许母鼠和处女鼠在装有水的不熟悉的迷宫中觅食。然后将这些老鼠放回它们的笼子里，其中一些笼子里装有水瓶，而另一些则没有。随后，它们被移回装有水的迷宫中。与充分获得水的母鼠和处女雌鼠相比，分配到无水笼子的母鼠在迷宫的水源附近花费了更多时间，并且喝了更多的水。在考虑了老鼠口渴程度的潜在差异后，神经科学家得出结论，母亲似乎可以预测未来的环境并为此做好计划。
正如之前的实验所证明的那样，母鼠似乎擅长需要增强注意力的任务。兰道夫-麦肯学院的行为神经科学家凯莉·兰伯特和她的同事收集了其他证据，证明母亲们思维敏捷。他们在 2009 年表明，在识别几种信号食物的线索中，母鼠表现最佳。我们实验室艾米·欧和汤米·比林斯基最近的工作开始确定老鼠增强的推断符号含义的能力。研究人员设计了实验，在实验中，环境中的老鼠学会将三角形或一组波浪线与食物奖励联系起来。在被转移到新环境后，哺乳期的雌性比处女雌性更好地将它们从旧环境中获得的知识转移到新环境中，再次表明她们对细节的注意力更高。
人类母亲的大脑也经历了显著的结构性蜕变。去年，神经科学家金必扬（现就职于美国国家心理健康研究所）和她的同事使用磁共振成像研究发现，母亲们在分娩后的数周和数月内，大脑中的灰质显著增加。灰质因细胞体的颜色而得名，是富含神经元的组织层。科学家们看到的增长在 midbrain、顶叶和前额叶皮层中尤为明显——所有这些区域都与婴儿护理有关。灰质体积增加最多的母亲也报告了对她们的婴儿更积极的看法。
母体吗啡
随着分娩时间的临近，强大的激素开始发挥作用。虽然最明显的参与者是催产素（刺激子宫收缩和喷乳）和催乳素（启动乳汁分泌），但其他激素也会触发大脑内部的变化。法国波尔多维克多·西加伦第二大学的神经解剖学家观察到下丘脑（大脑中作为与战斗和性等基本情绪行为相关的激素的主要调节器的区域）发生了显著的结构重塑。下丘脑中称为视前内侧区 (mPOA) 的一部分的神经元变得更大且更活跃。事实上，mPOA 的损伤可能会消除母性行为。
与此同时，下丘脑增强了母亲获得的愉悦感。塔夫茨康明斯兽医学院的罗伯特·S·布里奇斯和他的同事发现，雌鼠体内的阿片受体浓度因啮齿动物是处女、怀孕还是哺乳期而异。但这种现象会随着经验而消退。经历过多次怀孕的雌性对自身阿片类药物的敏感性会下降，就像吸毒成瘾者需要越来越大的剂量才能获得快感一样。
顺便说一句，药物类比并非牵强附会。动物实际上可能仅仅因为母性行为感觉良好而从事母性行为。许多人类母亲报告说，在母乳喂养婴儿时会感到非常愉悦。在幼崽依偎在雌鼠的乳头后，母亲会获得“快感”的增强阿片类物质。但老鼠的身体会施加自然的限制。随着幼崽继续吮吸，母亲的体核温度会升高。很快，母亲开始感到不舒服并移开。稍后，渴望再次获得阿片类物质的爆发，老鼠回到巢穴，幼崽重新依偎，循环再次开始。
作为额外的益处，母体激素很可能使大脑更具弹性。墨西哥国立自治大学的神经生物学家特蕾莎·莫拉莱斯·古兹曼去年表明，哺乳期雌性的脑部更耐受神经毒素的影响。怀孕的激素似乎构建了一层神经屏障，保护母亲免受损害，否则可能会损害老鼠照顾幼崽的能力。
更好的连接
类固醇激素的持续潮起潮落促使脑细胞生长出许多微小的突起。这些突起在外观上有点类似于玫瑰茎上的刺，被称为树突棘。它们增加了现有神经元的表面积，从而允许更多的突触接触，从而实现更好的信息处理。这些棘可以在激素刺激后以及来自附近连接神经元的重复刺激后在神经元上生长。
我们实验室最近在洛克菲勒大学之前的发现基础上进行了研究，该发现表明，海马体中的树突棘密度与雌鼠发情周期的激素变化同步增加，这类似于人类的月经周期。海马体最出名的是其在记忆中的作用，它也支持母性行为。即使仅仅在雌激素升高几个小时后，生长也是惊人的。
但我们了解到，棘并不是仅仅由雌激素的存在引起的。我们测试了三组——妊娠晚期雌鼠、用模拟妊娠晚期激素的药物治疗的雌鼠以及最近开始哺乳的雌鼠——并发现所有三组的树突棘浓度都显着增加。与其他两组不同，哺乳期雌鼠的雌激素水平非常低。我们认为，尽管母亲的激素启动了棘的生长，但这一过程是由孩子产生的许多刺激维持的。
随着如此彻底的重塑正在进行中，难怪许多女性抱怨“孕傻”。这些变化的附带损害可能包括偶尔的记忆力减退。南加州大学临床心理学家 J. 加伦·巴克沃尔特和他的同事的工作表明，人类母亲也会经历产后记忆力缺陷。他们发现，在单词和数字记忆的认知测试中，孕妇和新妈妈的表现不如年龄相仿的非孕妇。她们在与儿童保育无关的任务中的表现似乎受到了影响。
但在大多数情况下，最终的成品将弥补母亲在重塑大脑时可能遇到的挫折。生育后代需要母亲危害自己的健康、安全和生存，因此她的行为系统会启动以保护和捍卫这项投资。随着她的大脑景观受到怀孕激素和母性压力的冲击，她变得更加高效，并为生存做好准备。
对于莉兹来说，对母性缺点的补偿不仅来自科学，也来自内心。当我们完成这篇文章时，她生下了一个健康的女儿。世界上所有的神经生物学都无法与母亲和她的宝宝之间存在的幸福、难以言喻的纽带相提并论。科学可以解释母亲的大脑，但真正的奇迹——尤其是当你轻轻地将毯子掖在睡在你怀里的宝宝下巴周围时——可能仅仅是一个新生儿存在的美好。