不平等对大脑的影响

在贫困中长大不仅仅剥夺了全球十亿儿童和青少年的基本物质需求。贫困使幼儿的大脑面临更大的风险，无法经历正常的发育过程，最终成为能够完成智力壮举的三磅重的奇迹，无论是创作交响乐还是解决微分方程。

生活在贫困中的儿童在智商、阅读和其他测试中的表现往往比他们更有优势的同龄人差。他们不太可能高中毕业，更不可能继续上大学并获得学位，并且成年后更可能贫困和就业不足。这些相关性并不新鲜，大脑发育只是众多促成因素之一。然而，直到过去十年，我们才对贫困实际上对发育中的大脑有什么影响有了模糊的概念。

我的实验室以及其他一些实验室已经开始探索家庭社会经济地位（SES）——一种衡量收入、教育程度和职业声望的指标——与儿童大脑健康之间的关系。我们发现，社会经济劣势与儿童大脑的大小、形状和实际功能的巨大差异有关。

认识到贫困可能劫持正常的大脑发育，促使我们提出一个简单的补救措施来减轻贫困的困苦。我们正在计划一项研究，以衡量给家庭发放现金补贴以帮助缓解其经济困境对幼儿健康的影响。这项研究是首次探索适度提高收入是否可以帮助构建更好的大脑。如果成功，它可能会提供一条清晰的路径，直接从基础脑科学走向新公共政策的制定。

寻找答案

15年前，当我开始这项研究时，我还是宾夕法尼亚大学的研究生。当时，我的导师玛莎·法拉想要更多地了解贫困如何影响早期大脑发育。我很幸运，她要求我成为她第一个应对这一挑战的学生。

该项目需要仔细考虑我们将使用哪些研究方法。最引人注目的技术涉及脑成像，强大的机器拍摄图片，经过分析以揭示结构（大脑的外观）和功能（大脑的运作方式）。尽管脑成像非常诱人，但它也很昂贵：一次扫描通常花费数百美元，这还不包括支付给研究参与者或分析数据的研究助理的报酬。

因为我们正在处理一个以前没有解决过的研究问题，所以我们决定寻找简单且廉价的技术，这将使我们能够招募尽可能多的研究参与者。这项搜索使我们找到了一个直接的解决方案：使用标准方法来测量认知。与之前研究贫困影响的研究不同，我们决定不依赖广泛的成就指标，例如高中毕业率。这是因为大脑的任何一个部分都不负责高中毕业。相反，不同的大脑回路参与处理不同的认知技能，其中许多技能对于学业和生活成就都很重要。例如，我们知道，当人们中风或左脑区域（称为韦尼克区）出现病变时，他们难以理解语言。我们还从神经影像学研究中发现，健康人在听语音时也会使用同一区域。从这项工作中，科学家们推断，健康人会在参与任何涉及听和理解语音的任务时调用该区域。我们不需要每次都拍照来知道是这样。

通过这种方式，我们决定使用完善的心理测试方法来评估儿童的语言能力，而无需扫描他们的大脑。我们提出的问题是：社会经济差距如何与大脑功能相关？

在进行我们的研究时，我们招募了来自不同社会经济背景的几个家庭，他们的孩子年龄从幼儿园到青春期不等。然后，我们对孩子们进行了认知测试，这些测试可以衡量不同大脑回路的完整性。我们的结果在多项研究中都非常一致。总的来说，来自较贫困家庭的儿童在测试其语言和记忆能力以及施展自我控制和避免分心的任务中表现往往更差。

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在某些情况下，我们和其他进行类似研究的团队确实需要使用更先进的成像工具，以确定家庭 SES 是否与参与高级认知过程的关键大脑区域的大小和形状的差异有关。四个独立的研究小组现在报告说，父母收入较高的儿童往往拥有更大的海马体，海马体是位于大脑深处的一个结构，对于记忆形成至关重要。其他工作则侧重于大脑皮层的大小和形状，大脑皮层是大脑细胞的皱褶外层，负责大部分认知“重体力劳动”。一些早期研究已经检验了 SES 是否与皮层体积相关。

为了理解体积的含义，请将皮层想象成大致像一罐汤的形状。我们可以通过将罐的高度（在脑科学术语中称为皮层厚度）乘以罐顶圆的面积（类似于皮层表面积）来计算罐可以容纳的汤量或体积。

皮层体积的测量必须谨慎进行。很容易被误导，因为相同的皮层体积可能存在于具有大表面积和小皮层厚度或具有较大厚度和微小表面的情况下。皮层厚度往往会随着年龄的增长而减小——我们假设的汤罐可能会缩小到金枪鱼罐头的大小——但我们的皮层表面积往往会随着年龄的增长而增加。这就像我们从一小罐番茄酱开始，随着时间的推移，它会变宽到一罐成熟汤的宽度。

借助我们的一套软件测量工具，我们最近研究了社会经济差距是否会影响皮层表面积和厚度。在我们迄今为止规模最大的同类研究中，该研究于2015年发表在《自然神经科学》杂志上，我们分析了来自美国10个地点的社会经济背景各异的1099名儿童和青少年的大脑结构。我们发现，父母的教育程度和家庭收入都与大脑皮层表面积的差异有关。来自年收入低于25,000美元的家庭的儿童的皮层表面积比来自年收入超过150,000美元的家庭的儿童少6%。这些关联在大脑的大部分区域都存在，但在处理语言和控制冲动以及其他形式的自我调节的区域尤其明显——这些能力已反复显示出跨社会经济界线的巨大差异。

对于这项研究，我们考虑了几个关键变量。首先，作为种族的替代指标，我们控制了每个人来自六个主要人群（非洲、中亚、东亚、欧洲、美洲原住民和大洋洲）的遗传背景比例。我们从数据中确定，我们在大脑结构中观察到的社会经济差距与基因定义的种族无关。

我们看到了人与人之间巨大的差异。例如，一些来自贫困家庭的儿童和青少年拥有更大的皮层表面积，而一些有优势的儿童的表面积较小。我们可以考虑性别和身高的类似情况：在童年时期，男孩往往比女孩高，但我们知道，在每个小学的教室里，一些女孩比一些男孩高。同样，尽管来自较高收入家庭的儿童往往拥有更大的大脑表面，但我们的研究团队不能仅仅通过知道一个人的家庭收入来预测其大脑大小。

家庭收入与表面积之间的关系在收入谱的最低端最强，并且在较高收入阶层趋于平缓。也就是说，对于最贫困的家庭而言，家庭收入的差异与大脑结构的差异成比例地更大。

在另一项最近的研究中，我们报告了皮层厚度的社会经济差距。总的来说，皮层厚度往往会随着年龄的增长而减小。但我们的工作表明，家庭的社会经济状况可能会影响这一轨迹。在较低的家庭 SES 水平下，皮层厚度往往在儿童早期急剧下降，在青春期趋于平缓。在较高的 SES 水平下，皮层厚度随着年龄的增长而逐渐下降，直至青春期后期。

这一发现与其他实验室的工作相一致，这些工作表明，在某些情况下，逆境可以加速大脑成熟——本质上是导致幼儿的大脑“更快地长大”。皮层厚度的快速减少表明，许多贫困儿童的大脑可能缺乏“可塑性”——一种改变结构以适应童年和青春期发生的必要学习的能力。

当然，我们需要回答的最重要的问题之一是，大脑结构的差异是否会影响儿童的认知能力。我们发现的大脑表面积的差异似乎部分证实了之前的发现，即较高的家庭收入可以预测儿童的注意力集中能力和抑制不适当反应的能力。威斯康星大学麦迪逊分校的塞思·波拉克的工作以及麻省理工学院的约翰·加布里埃利的独立研究表明，大脑结构（皮层体积或厚度）的差异可能占低收入家庭青少年教育成就差距的 15% 至 44%。

这一研究方向引人入胜，但仍处于起步阶段。我们仍然需要了解是什么原因导致了 SES 与大脑发育之间的关联。是营养、社区、学校质量、育儿方式或家庭压力的差异，还是这些因素的组合？我们甚至确定所有这些差异都是由经验解释的吗——还是遗传因素也很可能发挥作用？

迄今为止，很少有研究直接检验这些问题。圣路易斯华盛顿大学的琼·卢比及其同事最近的一项发现提供了一些证据，表明儿童大脑结构中的收入差距可能是由压力性生活事件和育儿方式的差异造成的。支持性较少和更具敌意的育儿方式似乎会导致更糟的结果——在这种情况下，海马体更小。在我的实验室里，我们正在研究父母和孩子之间的慢性压力和较少的语言互动如何在一定程度上解释这些发现。

另一个长期存在的问题是，贫困儿童早期经历的困难更多地源于他们在子宫里的时间，而不是他们出生后的家庭收入。我们小组最近报告说，出生后头四天的大脑功能与父母的收入水平或教育程度无关，这为社会经济差距导致的大脑发育差异源于出生后经历的差异这一观点提供了支持。鉴于该研究中使用的样本相对较小：仅 66 个家庭，因此这项工作仍需要重复。但是，其他几个研究小组的工作表明，一些结构性或功能性大脑差异可能仅在出生后的第一年晚些时候才会显现出来。

我们尚未掌握证据来解释家庭、社会和经济环境与儿童成长中的大脑之间的联系。理清 SES、幼儿经历和大脑发育之间的联系仍将是未来研究的明确优先事项。

相关性不是因果关系

尽管数十项研究提供了家庭收入与健康大脑发育之间关系的证据，但这类研究需要建立在更可靠的基础上。“相关性不是因果关系”这句经常被引用的格言有助于解释挥之不去的不确定性：在弱势家庭中长大是否会导致大脑差异，还是独特的发育过程导致孩子在学校或工作中失败？

神经科学领域一直对因果关系问题保持沉默。为了检验因果关系，我们需要科学测试的黄金标准：一项随机对照试验，其中一个“治疗”组被随机分配接受干预，另一个组被随机分配接受“对照”体验，使我们能够评估一种或另一种干预对大脑发育的影响。

对于这种类型的研究，研究团队需要评估，例如，应该采取什么正确的干预措施来减少社会经济差距。相当多的学校和家庭干预措施，例如“启智计划”，已经旨在减少儿童成就的差异。事实上，这些努力中的许多都是有效的，即使这些干预措施面临的挑战通常令人望而生畏：高质量的干预措施昂贵、难以扩大规模，并且经常遭受“衰退”，一旦儿童不再接受服务，积极影响就会随着时间推移而减少。

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鉴于这些困难，我们决定考虑一种更简单的干预措施——一种易于管理并且原则上在社区中具有近乎完美接受度的措施。我们设计的这项研究将考虑直接用货币补贴补充家庭收入对大脑发育的影响。与咨询、儿童保育和其他服务不同，现金转移有可能使家庭能够做出他们认为最适合自己和孩子的财务决策。来自美国和发展中国家研究的证据表明，直接收入补贴可能很有希望。提供全民基本收入的想法正在获得关注，并且正在被一些慈善组织和世界各国政府试行。

但迄今为止，这些研究都没有衡量家庭收入补贴对儿童大脑发育的影响。最近，我们组建了一个由社会科学和神经科学专家组成的团队来研究这个问题。我正在与加州大学尔湾分校的经济学家格雷格·邓肯、威斯康星大学麦迪逊分校的发育心理学家凯瑟琳·马格努森和纽约大学的吉川浩一以及纽约大学的经济学家丽莎·杰内蒂安合作。我们正在筹集资金，以启动有史以来第一个随机实验，以测试减贫与大脑发育之间的因果关系。这项研究的目标是雄心勃勃的，尽管前提很简单。我们将从招募 1000 名美国低收入母亲开始，在孩子出生时进行，母亲将被随机分配接受每月 333 美元的收入补贴或每月 20 美元的收入补贴。

资金将通过预付借记卡发放给在孩子出生的医院注册参加研究的母亲。借记卡将在研究期间每月自动重新充值。对资金的使用方式没有限制。将在孩子们生命的头三年跟踪这些家庭，以衡量无条件现金转移对认知和大脑发育的影响。

我们还将仔细衡量家庭生活的许多方面，包括压力、家庭关系质量以及接受者如何使用提供的资金。最近一项针对 30 名低收入母亲为期一年的试点研究表明，我们的方法非常可行，借记卡可以作为向母亲分发收入的可靠手段。尽管大量参与者以前从未使用过借记卡，但他们报告说在卡激活、提取现金或将其用于销售点交易方面几乎没有问题。这让我们相信我们的方法可以扩展到全面研究的水平。

我们的假设是，家庭收入的增加将为这些家庭引发一系列积极影响。随着他们的孩子度过幼儿期，我们假设他们将能够以与较高收入家庭儿童相同的速度更好地发展视觉、听觉和其他关键认知技能。

如果我们的假设是正确的，我们的试验有可能为影响数百万弱势幼儿家庭生活的社会政策提供信息。我们怀疑，可以通过简单的政府基础设施来实施此类政策。尽管收入可能不是决定儿童发育轨迹的唯一因素，但从实施政策的角度来看，它可能是最容易改变的因素——某种形式的首付，以促进成长中的儿童大脑的健康。