莉兹的第二个孩子日益长大，她正在体验怀孕的“暴政”。她的肚子在她看来大得不可思议。轻松的睡眠已经成为遥远的记忆，因为她必须应付数十磅额外的体重。每餐饭后都伴随着火辣辣的胃灼热，她感觉自己仿佛靠一堆小火山过活。
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，她也是本文的合著者。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，这项研究揭示了母亲大脑发生的显著且普遍积极的改变。
由于母性大脑是逐渐形成的，因此它在过渡期间变成的“工地”可能会给其主人带来一些问题。有些母亲抱怨头脑昏沉，甚至某些数据显示怀孕期间大脑会略微萎缩。但补偿是巨大的。研究表明，母性可以增强某些类型的认知，提高抗压能力，并增强某些类型的记忆。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，这实际上是非常令人印象深刻的。这一切只需要新神经元发芽，某些大脑结构扩大，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好的大脑——或者至少是一个能够兼顾日常生活挑战，同时又对婴儿保持激光般专注的大脑。
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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，只是无数感觉中的一小部分，这些感觉像阵雨般倾泻到她高度敏感的神经系统上。婴儿创造了一个丰富的环境，刺激着母亲，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，这种现象是指某些气味会诱发怀孕啮齿动物流产。如果雌性的配偶在受孕后消失，并且有一个闯入者开始徘徊，那么新雄性的气味会抑制关键激素的产生，导致雌性流产。否则，闯入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，雌性基本上是在做一个冷酷的计算——与其失去幼崽，不如失去胚胎。
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，我们已经看到的是，哺乳动物的大脑具有在生活需要时进行剧烈变形的惊人能力。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面表现得非常明显。处女雌鼠觉得婴儿的气味令人作呕，但一旦怀孕，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，母亲们更有可能将婴儿的气味评为令人愉悦的气味。
波士顿学院的神经生物学家迈克尔·努曼和他的同事认为，为了转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。嗅觉调整可能通过使婴儿的气味更具吸引力来帮助巩固母婴纽带。在生第一个孩子之前，莉兹一直避免闻到孩子的气味，即使是她亲戚的孩子。但随着儿子的出生，她发现自己可以毫无问题地将鼻子伸进儿子的尿布里，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。一只安全地待在巢穴里照顾幼崽的母鼠也会让它们因饥渴而死。这两个物种的母亲都必须找到解决时间竞争性需求的方法。换句话说，女性并不是唯一发现自己要兼顾“职场妈妈”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。2010 年，圣保罗大学的研究人员提出，PAG 通过评估来自大脑边缘系统的输入来权衡进食和母性行为之间的平衡，边缘系统是一组控制生存型行为的结构。尚未在人类身上发现与大鼠 PAG 切换功能完全相同的平行结构，但人们已经对母亲超人的多任务处理能力进行了大量研究，这可能反映了类似的适应性。
当母亲冒险进入世界时，她会将脆弱的婴儿置于危险之中。但巴西阿雷格里港联邦卫生科学大学的研究表明，她可能更敏锐地意识到潜在的威胁，甚至可能夸大威胁。那里的研究人员已经表明，杏仁核内侧核中树突的结构发生了显着改变，除了在嗅觉系统中发挥重要作用外，杏仁核内侧核还控制着防御性和回避行为。事实上，当莉兹购物时，她会扫描商店，寻找对她宝宝的风险，避开杂志旁边的令人毛骨悚然的家伙或自动售货机旁边的可疑青少年。
尽管总体而言，莉兹比以前更谨慎，但面对威胁时，她可能也比成为母亲之前大胆得多。弗吉尼亚联邦大学的心理学家詹妮弗·沃特拉发现，与处女鼠相比，暴露于压力大的开阔场地迷宫的母鼠不太可能僵在原地，更容易探索，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的被激活的神经元更少）。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的解读环境中线索的能力。最近，我们实验室的学生凯莉·拉弗蒂和她的同事一直在调查母亲提前计划的能力。他们允许母鼠和处女鼠在装有水的陌生迷宫中觅食。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，有些则没有。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，被分配到无水笼子中的母鼠在迷宫的水源附近花费了更多的时间，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，母鼠似乎擅长需要提高注意力的任务。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关于头脑敏锐的母亲的证据。在 2009 年，他们表明，在识别几种信号中哪种信号是食物时，母鼠的表现最佳。当时在我们实验室工作的艾米·欧和汤米·比林斯基的工作已经开始确定老鼠推断符号含义的增强能力。研究人员设计的实验中，一只老鼠在一个环境中学会将一个三角形或一组波浪线与食物奖励联系起来。在被转移到一个新环境后，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，这再次表明注意力细节的提高。
人类母亲的大脑也经历了惊人的结构性蜕变。2010 年，现在在美国国家心理健康研究所工作的神经科学家皮柳·金和她的同事使用磁共振成像研究发现，在母亲分娩后的几周和几个月内，她们大脑中的灰质显着增加。灰质因未髓鞘轴突的颜色而得名，是富含神经元的组织层。科学家们看到的生长在 midbrain、顶叶和前额叶皮层中尤其明显——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宝宝更积极的看法。
母性吗啡
随着分娩时间的临近，强大的激素开始发挥作用。尽管最明显的参与者是催产素（刺激子宫收缩和乳汁分泌）和催乳素（引发乳汁产生），但其他激素也会触发大脑内部的变化。法国维克多·塞加伦波尔多第二大学的神经解剖学家观察到下丘脑（大脑中充当与战斗和性行为等基本情绪行为相关的激素的主要调节器的大脑区域）发生了显着的结构重塑。下丘脑中称为内侧视前区或 mPOA 的一部分神经元变得更大，活动也更频繁。事实上，mPOA 的病变可以消除母性行为。
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，雌鼠体内的阿片类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参与其中。许多人类母亲报告说，她们在母乳喂养婴儿时会感到非常愉悦。幼崽依附在母鼠的乳头上后，母亲会获得“强化性阿片类药物的冲击”。但老鼠的身体施加了自然限制。随着幼崽继续吮吸，母亲的核心体温升高。很快，母亲开始感到不舒服并移开。稍后，为了再次获得阿片类药物的爆发，老鼠又回到巢穴，幼崽重新依附，循环再次开始。
作为额外的益处，母性激素很可能使大脑更具弹性。2010 年，墨西哥国立自治大学的神经生物学家特蕾莎·莫拉莱斯·古斯曼表明，哺乳期雌性的脑部更能抵抗神经毒素的影响。怀孕激素似乎构建了一个神经盾牌，保护母亲免受可能损害老鼠照顾幼崽能力的损害。
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。这些小疙瘩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，从而实现更多的突触接触，从而更好地进行信息处理。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。
我们的实验室建立在洛克菲勒大学之前的研究结果之上，该研究表明，海马体中的树突棘密度随着雌鼠发情周期的激素变化而增加，这类似于人类的月经周期。海马体以其在记忆中的作用而闻名，它也支持母性行为。即使在雌激素水平升高几个小时后，生长也是显着的。
但我们了解到，棘并非仅仅由雌激素的存在引起。我们测试了三组——妊娠晚期雌性、用模拟妊娠晚期激素的药物治疗的雌性和最近开始哺乳的雌性——并看到所有三组的树突棘浓度均显着增加。与其他两组不同，哺乳期雌性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。
在如此彻底的重塑过程中，难怪许多女性抱怨“怀孕脑”。这些变化的附带损害可能包括偶尔的记忆力下降。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研究表明，人类母亲也会经历产后记忆缺陷。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大约同龄的非孕妇。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，最终的产品将弥补母亲在她的脑部重组自身时可能遇到的问题。生育后代需要母亲危及自身的健康、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。在怀孕激素和母性压力的冲击下，她的大脑变得更加高效，更适合生存。
对于莉兹来说，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，她已经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那种幸福、难以言喻的纽带相提并论。科学可以解释母性大脑，但真正的奇迹——特别是当您轻轻地将毯子掖在您怀中熟睡的宝宝的下巴周围时——可能仅仅是一个新生儿存在的美丽。