人类大脑适应和改变的能力，即神经可塑性，长期以来一直吸引着科学界和公众的想象力。这是一个带来希望和魅力的概念，特别是当我们听到一些非凡的故事时，例如，失明人士发展出增强的感官，使他们能够仅凭回声定位在杂乱的房间中穿梭，或者中风幸存者奇迹般地重新获得曾经认为丧失的运动能力。
多年来，诸如失明、耳聋、截肢或中风等神经系统挑战导致大脑功能发生剧烈而显著变化的观点已被广泛接受。这些叙事描绘了一个高度可塑的大脑，它能够进行戏剧性的重组，以补偿丧失的功能。这是一个吸引人的概念：大脑为了应对损伤或缺陷，会释放未开发的潜力，重新布线以实现新的能力，并重新利用其区域以实现新的功能。这种想法也可能与广泛流传的、但本质上是错误的迷思有关，即我们只使用了大脑的 10%，这表明我们有大量的神经储备可以在需要时依靠。
但是，这种对大脑适应性重组能力的描述有多准确呢？我们真的能够在受伤后利用未使用的脑力储备吗？或者，这些引人入胜的故事是否导致了对大脑真正可塑性的误解？在我们为 eLife 期刊撰写的论文中，我们深入探讨了这些问题的核心，分析了经典研究，并重新评估了关于皮质重组和神经可塑性的长期以来的信念。我们的发现为大脑如何适应变化提供了引人注目的新视角，并挑战了一些关于其灵活恢复能力的流行观念。
支持科学新闻事业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
这种迷恋的根源可以追溯到神经科学家 迈克尔·默岑尼奇 (Michael Merzenich) 的开创性工作，并通过诺曼·多伊奇 (Norman Doidge) 的《改变自身的大脑》等书籍而广为人知。默岑尼奇的见解建立在诺贝尔奖得主神经科学家大卫·休伯尔 (David Hubel) 和托斯滕·维厄塞尔 (Torsten Wiesel) 的有影响力的研究基础上，他们探索了小猫的眼优势。他们的实验包括缝合小猫的一只眼睑，然后观察视觉皮层由此产生的变化。他们发现，视觉皮层中通常会对闭上的眼睛的输入做出反应的神经元，开始更多地对睁开的眼睛做出反应。眼优势的这种转变被认为是大脑能够重组其感觉处理通路以响应早期生活中感觉体验改变的明确迹象。然而，当休伯尔和维厄塞尔测试成年猫时，他们无法复制这些眼偏好的深刻转变，这表明成年大脑的可塑性要差得多。
默岑尼奇的工作表明，即使是成年大脑也不是曾经认为的那样不可改变的结构。在他的实验中，他细致地观察到，当猴子的手指被截肢后，最初代表这些手指的皮质感觉图谱如何变得对相邻的手指产生反应。在他的描述中，默岑尼奇描述了皮质中的区域如何扩张以占据或“接管”先前代表被截肢手指的皮质空间。这些发现被解释为证据，表明成年大脑确实可以重新布线其结构以响应感觉输入的改变，这个概念既令人兴奋，又充满了增强大脑恢复过程的潜力。
这些开创性的研究，以及许多其他关注感觉剥夺和脑损伤的研究，强调了一个称为大脑重绘的过程，即大脑可以重新分配一个大脑区域（例如，属于某个手指或眼睛的区域）以支持不同的手指或眼睛。在失明的情况下，人们认为视觉皮层被重新用于支持失明人士经常表现出的增强的听觉、触觉和嗅觉能力。这种想法超越了分配给特定功能的现有大脑区域中的简单适应或可塑性；它暗示了大脑区域的全面重新利用。然而，我们的研究揭示了一个不同的故事。
在好奇心和怀疑主义的共同驱动下，我们选择了神经科学领域中最典型的 10 个重组示例，并从全新的角度重新评估了已发表的证据。我们认为，在成功的康复案例中经常观察到的，不是大脑在以前不相关的区域创造新功能。相反，更多的是利用自出生以来就存在的潜在能力。这种区分至关重要。这表明，大脑适应损伤的能力通常不涉及征用新的神经领地用于完全不同的目的。例如，在默岑尼奇的猴子研究和休伯尔与维厄塞尔的小猫研究案例中，更仔细的检查揭示了大脑适应性的更细致入微的图景。在前一种情况下，皮质区域并没有开始处理全新的信息类型。相反，即使在截肢之前，被检查的大脑区域中也已经准备好利用其他手指的处理能力。科学家们只是没有过多地注意到它们，因为它们比即将被截肢的手指中的处理能力弱。
同样，在休伯尔和维厄塞尔的实验中，小猫眼优势的转变并不代表创造了新的视觉能力。相反，在现有的视觉皮层中，对另一只眼睛的偏好进行了调整。最初适应闭上眼睛的神经元并没有获得新的视觉能力，而是增强了对睁开眼睛输入的反应。我们也没有发现令人信服的证据表明，天生失明者的视觉皮层或中风幸存者未受伤的皮层发展出原本自出生以来就不存在的新颖功能能力。
这表明，通常被解释为大脑通过重新布线进行戏剧性重组的能力，实际上可能是其完善现有输入能力的一个例子。在我们的研究中，我们发现，大脑更有可能增强或修改其预先存在的结构，而不是完全重新利用区域来执行新任务。对神经可塑性的这种重新定义意味着，大脑的适应性并非以无限的改变潜力为标志，而是以战略性和高效地利用其现有资源和能力为标志。虽然神经可塑性确实是我们大脑真实而强大的属性，但其真实性质和程度比流行叙事中经常描绘的广泛而全面的变化更受约束和具体。
那么，失明人士如何仅凭听觉导航，或者中风幸存者如何重新获得运动功能呢？我们的研究表明，答案不在于大脑进行戏剧性重组的能力，而在于训练和学习的力量。这些才是神经可塑性的真正机制。对于失明人士发展敏锐的回声定位技能或中风幸存者重新学习运动功能，需要进行强化、重复的训练。这种学习过程证明了大脑非凡但受约束的可塑性能力。这是一个缓慢的、渐进的旅程，需要坚持不懈的努力和练习。
我们对先前被描述为“重组”的许多案例进行了广泛分析，表明在这个大脑适应的旅程中没有捷径或快速通道。快速释放隐藏的大脑潜力或利用大量未使用的储备的想法更多的是一厢情愿，而非现实。了解大脑可塑性的真实性质和局限性至关重要，这既是为了为患者设定切合实际的期望，也是为了指导临床医生进行康复治疗。大脑的适应能力虽然令人惊叹，但受到内在约束的限制。认识到这一点有助于我们理解每个康复故事背后的艰苦工作，并相应地调整我们的策略。通往神经可塑性的道路绝非神奇转化的领域，而是一条奉献、坚韧和循序渐进的道路。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。