神奇的青少年大脑

“青少年大脑”经常被嘲笑为矛盾修辞法——生物学出错的例子。

神经科学家将青少年冒险、 агрессивный 或 просто 令人费解的行为解释为大脑受损的产物。然而，过去 10 年的突破性研究表明，这种观点是错误的。青少年大脑并非有缺陷。它也不是半成品成人大脑。它是由进化形成的，功能与儿童或成人的大脑不同。

青少年大脑最重要的特征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会化方面取得巨大进步。但不断变化的格局也使他们容易受到危险行为和严重精神疾病的影响。

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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的不匹配，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，并促进健全的判断力和冲动控制。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“不匹配年”。

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日益扩大的差距正在当今的年轻人身上发生，可以帮助父母、教师、辅导员和青少年自己。人们将更好地看到，诸如冒险、寻求刺激以及远离父母而转向同龄人等行为并非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介入。一个 15 岁女孩在服装、音乐或政治方面与父母品味的不同可能引起父母的不安，但这并不表明患有精神疾病。一个 16 岁男孩不戴头盔玩滑板或接受朋友的危险挑战并非小事，但更有可能是短视思维和同伴压力的表现，而不是想要伤害自己。然而，其他探索性和 агрессивный 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习如何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、抑郁和自杀的发生率。

更大的连通性

很少有青少年的父母会对听到 16 岁的大脑与 8 岁的大脑不同而感到惊讶。然而，研究人员一直难以用科学的方式确定这些差异。大脑包裹在坚韧的皮革状薄膜中，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，因此不道德地将它们用于对青少年进行详尽的研究。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。正在进行的研究跟踪了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相互连接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体积的白质。“白质”中的“白色”来自一种称为髓磷脂的脂肪物质，髓磷脂包裹并绝缘从神经元体延伸出来的长导线或轴突。髓鞘形成——这种脂肪鞘的形成——发生在儿童期到成年期，并显着加快神经冲动在神经元之间的传导。髓鞘轴突传输信号的速度比无髓鞘轴突快 100 倍。

髓鞘形成还通过帮助轴突在发射后快速恢复来加速大脑的信息处理，以便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增加 30 倍。更快的传输速度和更短的恢复时间的结合使大脑的计算带宽在婴儿期到成年期之间增加了 3000 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电阈值时才会发射以传递信息。如果神经元发射，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。研究人员现在正在学习的是，为了使来自附近和远处神经元的输入同时到达给定神经元，传输必须经过精细的定时，而髓磷脂与这种定时的微调密切相关。随着儿童成长为青少年，髓磷脂的快速扩张越来越多地连接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。节点可以是任何物体或可检测实体——神经元或大脑结构，例如海马体或更大的区域，例如前额叶皮层。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的方式激活时。

图论帮助我和其他人测量不同的大脑区域如何发展并相互连接，并将这些特征与行为和认知的变化联系起来。大脑的变化不仅限于青春期。大多数大脑回路在子宫内发育，许多回路在整个生命中持续变化，远远超过青少年时期。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急剧增加——这些能力深刻地影响了一个人余生。

专业化的时候到了

随着青少年神经元沿线的白质随着年龄的增长而发育，另一种变化正在发生。大脑发育，就像自然界中的其他复杂过程一样，通过过度生产、然后选择性消除的一二拳法进行。就像米开朗基罗的《大卫》从一块大理石中脱颖而出一样，许多认知进步出现在雕刻过程中，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。虽然修剪和加强贯穿我们的一生，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。灰质主要由未髓鞘结构组成，例如神经元细胞体、树突（来自细胞的天线状突起，接收来自其他神经元的信息）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。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也符合这种模式。

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的时间。事实证明，灰质最早在所谓的初级感觉运动区域达到峰值，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来创建假设的“如果”——通过在我们的大脑中运行模拟而不是让自己遭受潜在危险的现实来考虑过去、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、在群体中找到保护以及执行青春期的首要指令：吸引配偶的能力）的电路的关键组成部分。

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，成人大脑逐渐形成。前额叶皮层功能在青少年中并非不存在；它们只是不如它们将要达到的水平那么好。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（传统上开始于 10 岁至 12 岁之间）经历剧烈的变化。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。这些行为深深扎根于生物学，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，去探索新环境并寻求外部关系。这些行为减少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（如容易获得毒品、枪支和高速机动车辆）混合时，且缺乏健全的判断力来控制。

那么，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，而是两者发展时机的不匹配。如果年轻青少年受到边缘系统的情绪驱动，但前额叶控制不如 25 岁时那么好，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失衡可能会占据主导地位。此外，青春期开始得更早（正如世界各地的情况一样），延长了寻求刺激和冒险行为增强的发作与强大而稳定的前额叶皮层出现之间的时间间隔。

延长的错配支持了青少年时期不再等同于青春期的日益增长的观点。社会将青春期定义为从童年到成年的过渡期，它在生物学上始于青春期的开始，但在社会结构上结束于一个人获得独立并承担成人角色时。在美国，获得成人角色（通常以结婚、生孩子和拥有房屋等事件为特征）的时间比 20 世纪 70 年代晚大约五年。

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（通过追踪具有不同经历的双胞胎来检查基因和环境的相对影响）驳斥了社会因素可以大大凌驾于生物学之上的观点。它们表明，白质和灰质的生物学成熟速度可以在一定程度上受到环境的影响，但基本时机受到生物学控制。社会学家也看到了这一点：冒险、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。总的来说，这种可塑性在整个成年期都在下降，但我们人类仍然保留了远高于任何其他物种的可塑性水平。

延长的成熟期和延长的可塑性使我们能够在自身的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茁壮成长。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船中。早在 10,000 年前——在进化意义上只是一眨眼的功夫——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用于处理文字和符号——考虑到阅读只有 5000 年的历史，这一点尤其值得注意。

延长的可塑性对我们的物种大有裨益，但除了机遇之外，也创造了脆弱性。青春期是几种精神疾病（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 时间。令人惊讶的是，人们经历的精神疾病有 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的发作之间的关系很复杂，但一个潜在的主题可能是“移动部件会被损坏”。其想法是，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的典型变化，但走得太远了。

在许多其他方面，青春期是一生中最健康的时期。免疫系统、抗癌能力、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。凶杀和自杀分别排名第二和第三。青少年意外怀孕、性传播疾病和导致监禁的行为也很常见，会造成终生的严重后果。

那么，医生、父母、教师和青少年自己可以做些什么来应对这些陷阱呢？对于临床医生来说，精神病学中缺乏新的药物以及青少年大脑容易对环境挑战做出反应表明，非药物干预可能最有效——尤其是在青少年发育早期，即白质、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，并可能防止终生残疾。认识到大脑在整个青少年时期都是可变的，这消除了青少年是“无可救药”的观念。它提供了干预可以改变青少年人生轨迹的乐观态度。

更多的研究也会有所帮助。青少年研究的基础设施尚不完善，这项工作的资金也很少，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令人难以置信的可塑性。

了解青少年大脑是独特的且快速变化的，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，知道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要反应过度，而是安慰自己，未来会有更好的判断力。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、手机和社交媒体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，从噪声中辨别信号，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来挑战青少年大脑，以训练其可塑性以适应数字时代的 demands。

更大的社会也有一些引人注目的机会。一方面，它可以更加专注于利用独特的青少年发展时期的热情、创造力和技能。社会还应该意识到，青少年时期是和平公民、 агрессивный 或在极少数情况下，激进化的人生转折点。在所有文化中，青少年最容易被招募为恐怖分子，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也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想要在余生中擅长的技能来挑战他们的大脑。他们有一个极好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，以适应与父母现在的生活截然不同的数据丰富的未来。