“青少年大脑” 经常被嘲笑为矛盾修饰法——生物学出错的例子。
神经科学家们将青少年冒险、 агрессивный 或仅仅是令人困惑的行为解释为大脑某种程度上受到损害的产物。然而，过去10年的突破性研究表明，这种观点是错误的。青少年大脑并非缺陷品。它也不是半成品成人大脑。它是经过进化形成的，功能与儿童或成人大脑不同。
青少年大脑最突出的特点是它能够通过修改连接大脑区域的通信网络来响应环境变化。这种特殊的可变性或可塑性是一把双刃剑。它使青少年在思维和社交方面取得巨大进步。但不断变化的格局也使他们容易出现危险行为和严重的精神障碍。
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最新的研究表明，最冒险的行为源于边缘系统中网络成熟度不匹配，边缘系统驱动情绪并在青春期被涡轮增压，而前额叶皮层中网络的成熟度则较晚发生，并促进健全的判断和冲动控制。事实上，我们现在知道，前额叶皮层会持续显著变化，直到 20 多岁。然而，青春期似乎开始得更早，延长了“不匹配的岁月”。
连接大脑区域的网络的可塑性——而不是先前认为的这些区域的生长——是最终表现得像成人的关键。理解这一点，并了解情绪和判断网络发展之间的差距正在当今的年轻人中扩大，可以帮助父母、教师、辅导员和青少年自己。人们会更好地认识到，冒险、寻求刺激以及远离父母转向同伴等行为并不是认知或情感问题的迹象。它们是大脑发育的自然结果，是青少年学习如何驾驭复杂世界的正常组成部分。
同样的理解也可以帮助成年人决定何时进行干预。一个15岁女孩在服装、音乐或政治方面与父母的品味背道而驰，这可能会让父母感到不安，但并不表明她患有精神疾病。一个16岁男孩不戴头盔玩滑板或接受朋友的冒险挑战并非小事，但更可能是短视思维和同伴压力的体现，而不是想要伤害自己。然而，其他探索性和攻击性行为可能是危险信号。更多地了解独特的青少年大脑将有助于我们所有人学会区分年龄相符的异常行为和可能表明疾病的行为。这种意识可以帮助社会降低青少年成瘾、性传播疾病、机动车事故、意外怀孕、凶杀、抑郁症和自杀的发生率。
更大的连通性
很少有青少年的父母会惊讶地听到 16 岁的大脑与 8 岁的大脑不同。然而，研究人员很难以科学的方式确定这些差异。大脑包裹在坚韧的皮革状膜中，周围环绕着保护性的液体护城河，并完全包裹在骨骼中，可以很好地防止跌落、掠食者的攻击以及科学家的好奇心。
计算机断层扫描和正电子发射断层扫描等成像技术的发明提供了一些进展，但由于这些技术会发射电离辐射，因此将它们用于对青少年进行详尽的研究是不道德的。磁共振成像 (MRI) 的出现最终提供了一种揭开面纱的方法，提供了一种安全准确的方式来研究所有年龄段人群的大脑解剖学和生理学。正在进行的研究正在跟踪数千名双胞胎和单身人士的一生。正在出现的一致主题是，青少年大脑的成熟不是通过变大来实现的；它的成熟是通过使其不同的组成部分变得更加互连和更加专业化来实现的。
在 MRI 扫描中，大脑区域之间连通性的增加表现为更多的白质体积。“白质”中的“白色”来自一种称为髓磷脂的脂肪物质，它包裹并绝缘了从神经元细胞体延伸出来的长线或轴突。髓鞘形成——这种脂肪鞘的形成——从童年时期持续到成年时期，并显着加快了神经元之间神经冲动的传导速度。有髓轴突传输信号的速度比无髓轴突快 100 倍。
髓鞘形成还可以通过帮助轴突在放电后快速恢复来加速大脑的信息处理，从而使它们准备好发送另一条消息。更快的恢复时间使给定神经元传输信息的频率最多可提高 30 倍。更快的传输速度和更短的恢复时间的结合使大脑在婴儿期和成年期之间的计算带宽增加了 3,000 倍，从而允许大脑区域之间进行广泛而精细的网络连接。
最近的调查揭示了髓磷脂的另一个更细致的作用。神经元整合来自其他神经元的信息，但只有当传入输入超过一定的电阈值时才会放电以传递信息。如果神经元放电，该动作会启动一系列分子变化，从而加强该神经元与输入神经元之间的突触或连接。
连接的加强构成了学习的基础。研究人员现在了解到的是，为了使来自附近和远处神经元的输入同时到达给定的神经元，传输必须经过精细的时间控制，而髓磷脂与这种时间控制密切相关。随着儿童成长为青少年，髓磷脂的快速扩张越来越多地结合和协调大脑不同部位在各种认知任务中的活动。
科学家现在可以通过应用图论来测量这种不断变化的网络互连性，图论是一种量化网络中“节点”和“边”之间关系的数学类型。节点可以是任何对象或可检测实体，例如神经元或大脑结构，如海马体或更大的区域，如前额叶皮层。边可以是节点之间的任何连接，从神经元之间突触等物理连接到统计相关性，例如当大脑的两个部分在认知任务期间以类似方式激活时。
图论帮助我和其他人测量不同大脑区域如何发育并相互连接，并将这些特征与行为和认知的变化联系起来。大脑变化不仅仅局限于青春期。大多数大脑回路在子宫内发育，许多回路在整个生命周期中持续变化，远远超出青少年时期。然而，事实证明，在此期间，参与判断、与他人相处和长期计划的大脑区域之间的连通性显着增加——这些能力深刻地影响了一个人余生。
专业化的时候到了
随着青少年神经元上的白质随着年龄的增长而发育，另一个变化正在发生。大脑发育与自然界中的其他复杂过程一样，通过先过度生产，然后选择性消除的一二拳法进行。就像米开朗基罗的大卫 从一块大理石中浮现出来一样，许多认知进步都发生在雕刻过程中，其中未使用或不适应的大脑细胞连接被修剪掉。与此同时，经常使用的连接得到加强。虽然修剪和加强发生在我们的一生中，但在青春期，平衡转向消除，因为大脑根据环境的需求来调整自身。
专业化随着神经元之间未使用的连接被消除而产生，从而减少了大脑的灰质。灰质主要由无髓结构组成，例如神经元细胞体、树突（细胞中接收来自其他神经元信息的触角状突起）和某些轴突。总体而言，灰质在儿童时期增加，在 10 岁左右达到最大值，并在青春期下降。它在成年期趋于稳定，并在衰老期进一步下降。该模式也适用于神经元上对神经递质（如多巴胺、血清素和谷氨酸等调节大脑细胞之间通信的分子）做出反应的受体细胞的密度。
虽然灰质的原始量在青春期左右达到顶峰，但不同大脑区域的充分发育发生在不同时间。事实证明，灰质在所谓的初级感觉运动区域中达到峰值最早，这些区域专门用于感知和响应视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。它在前额叶皮层中达到峰值最晚，前额叶皮层对于执行功能至关重要，执行功能是一个涵盖广泛能力的术语，包括组织、决策和计划，以及情绪调节。
前额叶皮层的一个重要特征是能够通过心理时间旅行创造假设性的假设——通过在我们的大脑中运行模拟，而不是让自己遭受潜在的危险现实，来考虑过去、现在和可能的未来结果。正如哲学家卡尔·波普尔所说，与其让自己身处险境，“不如让我们的理论代替我们死去。”随着我们在认知上成熟，我们的执行功能也使我们更有可能选择更大、更长期的奖励，而不是更小、更短期的奖励。
前额叶皮层也是参与社会认知（我们驾驭复杂社会关系、区分朋友和敌人、在群体中寻求保护以及执行青春期首要指令的能力：吸引配偶）的关键回路组成部分。
因此，青春期的特点是灰质和白质的变化，这些变化共同改变了大脑区域之间的网络连接，因为成人大脑正在形成。前额叶皮层功能在青少年中并非不存在；它们只是没有达到最佳状态。由于它们要到 20 多岁才能完全成熟，青少年可能难以控制冲动或判断风险和回报。
成熟度不匹配
与前额叶皮层不同，激素驱动的边缘系统在青春期（传统上在 10 岁至 12 岁之间开始）经历剧烈变化。该系统调节情绪和奖励感。它还在青春期与前额叶皮层相互作用，以促进寻求新奇、冒险以及转向与同龄人互动。这些行为深深植根于生物学，并在所有社会哺乳动物中发现，鼓励青少年和年轻青少年脱离家庭的舒适和安全，探索新环境并寻求外部关系。这些行为降低了近亲繁殖的可能性，创造了更健康的遗传种群，但它们也可能构成重大危险，尤其是在与现代诱惑（如容易获得的毒品、枪支和高速机动车辆）混合在一起时，而健全的判断力却无法控制。
因此，最能决定青少年行为的不是执行功能的后期发展或情绪行为的早期发作，而是两者发展时间的不匹配。如果年轻青少年受到边缘系统的情绪驱动，但前额叶控制直到 25 岁左右才达到最佳状态，那么就会留下十年的时间，在此期间，情绪思维和沉思思维之间的不平衡可能会占据主导地位。此外，青春期在全球范围内开始得更早，延长了风险承担和寻求刺激的开始与强大而稳定的前额叶皮层的兴起之间的时间差距。
时间差距的延长支持了青少年时期不再等同于青春期的日益增长的观点。青春期，社会将其定义为从童年到成年的过渡期，在生物学上始于青春期的开始，但在社会结构中结束于一个人获得独立并承担成人角色时。在美国，成人角色的获得——通常以结婚、生孩子和拥有住房等事件为特征——比 20 世纪 70 年代晚了大约五年。
社会因素在决定什么是成人方面具有很大的影响，这导致一些心理学家认为，青春期与其说是一种生物学现实，不如说是工业革命以来育儿方式变化的产物。然而，双胞胎研究（通过跟踪经历不同的双胞胎来检查基因和环境的相对影响）反驳了社会因素可以大大凌驾于生物学之上的观点。他们表明，白质和灰质生物成熟的步伐可以在一定程度上受到环境的影响，但基本时间受生物控制。社会学家也看到了这一点；风险承担、寻求刺激和转向同龄人在所有文化中都会发生，尽管程度可能有所不同。
脆弱性和机遇
MRI 检测到的灰质、白质和网络发展强调了青少年大脑发育中最引人注目的特征是发生的广泛变化。一般来说，这种可塑性在整个成年期都会降低，然而，我们人类仍然比任何其他物种都保持了更长时间的可塑性水平。
漫长的成熟期和延长的可塑性使我们能够在自身发展以及整个物种的进化过程中“保持选择的开放性”。我们可以从寒冷的北极到炎热的赤道岛屿在任何地方蓬勃发展。凭借我们大脑开发的技术，我们甚至可以生活在绕地球运行的飞行器中。早在 10,000 年前——从进化的角度来看只是眨眼之间——我们的大部分时间都花在了获取食物和住所上。今天，我们中的许多人将大部分清醒的时间都花在了处理文字和符号上——考虑到阅读只有 5,000 年的历史，这一点尤其值得注意。
延长的可塑性为我们的物种带来了好处，但也带来了脆弱性和机遇。青春期是几种类型精神疾病（包括焦虑症、双相情感障碍、抑郁症、饮食失调症、精神病和药物滥用）出现的 peak 时期。令人惊讶的是，人们经历的精神疾病中有 50% 在 14 岁之前出现，75% 在 24 岁之前开始。
典型的青少年大脑变化与精神病理学发作之间的关系很复杂，但一个潜在的主题可能是“运动部件会被损坏”。其思想是，白质、灰质和网络连接的广泛变化增加了出现问题的机会。例如，成人精神分裂症中几乎所有异常的大脑发现都类似于青少年大脑发育过度时的典型变化。
在许多其他方面，青春期是一生中最健康的时期。免疫系统、癌症抵抗力、对冷热的耐受性以及其他特征都处于最佳状态。然而，尽管身体强壮，但青少年的重病和死亡率仍比儿童高 200% 到 300%。机动车事故是首要原因，约占青少年死亡人数的一半。凶杀和自杀分别位居第二和第三。青少年意外怀孕、性传播疾病和导致监禁的行为也很普遍，会造成终生的严重后果。
那么，医生、父母、教师和青少年自己如何应对这些陷阱呢？对于临床医生来说，精神病学中新型药物的匮乏以及青少年大脑对环境挑战的反应倾向表明，非药物干预可能是最有效的——尤其是在青少年发育早期，当白质、灰质和网络连接快速变化时。强迫症的治疗就是一个例子；引发强迫冲动但逐渐改变一个人反应的行为干预可能非常有效，并可以预防终生残疾。认识到大脑在整个青少年时期都是可变的，消除了“年轻人是无可救药的”的观念。它为干预可以改变青少年的人生轨迹提供了乐观态度。
更多的研究也将有所帮助。青少年研究的基础设施不完善，这项工作的资金匮乏，很少有神经科学家专门研究这个年龄段。好消息是，随着研究人员阐明青少年大脑发育的机制和影响，越来越多的资源和科学家被吸引到该领域，渴望最大限度地减少青少年的风险并利用青少年大脑的惊人可塑性。
了解青少年大脑是独特且快速变化的，可以帮助父母、社会和青少年自己更好地管理青少年时期的风险并抓住机遇。例如，了解前额叶执行功能仍在构建中，可能有助于父母在女儿突然将头发染成橙色时不会反应过度，而是欣慰地认为未来有更好的判断力。可塑性还表明，父母和青少年之间关于自由和责任等问题的建设性对话可以影响发展。
青少年固有的适应能力引发了关于历史上最大的环境变化之一：数字革命的影响的问题。在过去的 20 年里，计算机、视频游戏、手机和应用程序深刻地影响了青少年学习、玩耍和互动的方式。大量信息可用，但质量差异很大。未来的技能将不是记住事实，而是批判性地评估大量数据，区分信号与噪声，综合内容，并将这种综合应用于现实世界的问题解决。教育工作者应该用这些任务挑战青少年大脑，以训练其可塑性以适应数字时代的需求。
更大的社会也有一些引人注目的机会。一方面，它可以更加关注利用独特的青少年发展时期的热情、创造力和技能。社会还应该认识到，青少年时期是和平公民、 агрессивный 或在极少数情况下，激进化人生的转折点。在所有文化中，青少年最容易被招募为士兵和恐怖分子，也最有可能受到影响而成为教师和工程师。更多地了解青少年大脑还可以帮助法官和陪审团在刑事审判中做出决定。
对于青少年自己来说，青少年神经科学的新见解应该鼓励他们用他们希望在余生中擅长的各种技能来挑战他们的大脑。他们有一个绝佳的机会来塑造自己的身份，并根据自己的选择优化他们的大脑，以适应与他们父母现在的生活截然不同的数据丰富的未来。