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心灵事件
心灵事件 是Sciam.com关于心灵和大脑科学的“研讨会博客”。每周，顶尖研究人员都会描述他们学科中最重要的最新发现——以及他们作为研究人员，在推动他们领域的研究中最令人兴奋、恼火、重要、奇怪或其他值得注意的地方。博客访问者可以参与。我们希望你能加入我们。
本周，我们将关注两篇关于神经元丰富的论文
《美国国家科学院院刊》
2005年11月28日
作者：Yevgenia Kozorovitskiy、Charles G. Gross、
Catherine Kopil、Lisa Battaglia、Meghan McBreen、
Alexis M. Stranahan 和 Elizabeth Gould
普林斯顿大学
和
《自然神经科学》
2006年8月20日
作者：Yevgenia Kozorovitskiy、Maria Hughes、Kim Lee 和 Elizabeth Gould
普林斯顿大学
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引言
作者：大卫·多布斯，《心灵事件》编辑大脑通过身体上的改变来回应生活经历，这似乎既显而易见又令人惊讶。如果我们的大脑不改变，我们怎么可能适应不同的情况呢？然而，很容易发现对这些变化的实际描述是令人着迷的，甚至有些令人震惊。你可以计数或测量的物理变化——树突数量和长度的变化、新神经元的产生——似乎太有限，无法解释我们称之为学习的思维、行为和知识的微妙调整。因此，对这里讨论的两项研究的痴迷。这两项研究都来自普林斯顿大学的
Liz Gould实验室，正如一位研究人员最近所说，该实验室是研究经验或环境的积极变化（神经学术语中的“丰富”）如何影响大脑的“强力机构”。（有关Gould及其工作的详细介绍，请参阅
乔纳·莱勒的这篇文章。）一项研究表明，在啮齿动物中多次发现的丰富实验室环境对神经元的益处，在狨猴中也同样存在——鉴于啮齿动物的记录，这一发现并不令人惊讶，但将其推广到灵长类动物，因此更接近我们人类的家园，就显得意义重大。另一篇论文表明，父亲身份在狨猴中也产生了类似的大脑变化。这一发现是新的——而且对于那些累得无法思考的父母来说，有点令人惊讶。这两篇论文都具有有趣的含义。伊利诺伊大学的心理学家
朱莉·A·马卡姆和宾夕法尼亚大学的
玛莎·J·法拉将在这里探讨它们。加入他们和我们，进行一场丰富的讨论。
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父亲身份如何像一个更好的房间？
作者：朱莉·A·马卡姆
“父亲身份影响灵长类动物前额叶皮层中的树突棘和加压素 V1a 受体”，第一项描述父亲身份对灵长类动物大脑影响的研究，比较了积极参与育婴的狨猴父亲与未成为父亲的成年雄性狨猴的大脑。Kozorovitskiy 及其同事并没有研究已知直接参与育儿行为的大脑区域，例如
下丘脑（位于大脑底部，调节许多基本生存行为的区域），而是做了一些更有趣的事情：他们寻找
前额叶皮层的变化，该区域参与最高级的认知过程，例如
工作记忆和行为组织。他们发现，父亲身份会导致前额叶皮层中的神经元形成许多新的
树突棘。这些小的突起点缀在神经元的树突上，树突是接收其他细胞通过突触发送的信号的延伸。这是一个令人震惊的发现。前额叶皮层神经元是神经系统中最复杂的神经元之一。正如
Guy Elston 的研究表明，在灵长类动物中，前额叶神经元的复杂性与智力之间存在正相关关系。父亲身份增加前额叶神经元上的树突棘——这可能会增加它们之间的交流——非常耐人寻味。
不仅仅是激素 抚养幼崽对大脑有益的想法——或者至少是证据——在 1999 年之前几乎闻所未闻。当时，
克雷格·金斯利及其同事报告说，有抚养幼崽经验的雌性大鼠——无论她们是否怀孕过——在某些记忆测试中表现优于没有抚养过幼崽的雌性大鼠。随后的研究表明，
母亲身份增加了海马体中神经元上的树突棘，海马体是形成记忆的重要区域。母亲身份的认知益处和丰富效应都是相对永久的，会延伸到老年。然而，在本文发表之前，没有人研究过父亲身份如何在任何物种中重塑前额叶皮层，也没有人研究过父亲身份如何影响灵长类动物的大脑。虽然父亲身份会带来激素变化，但这些激素变化可能只能部分解释 Gould 小组观察到的大脑形态变化。虽然大脑的变化（包括激素引起的变化）无疑会改变行为，但这种关系是双向的——参与某些行为会对大脑结构产生显著影响。
马克·罗森茨威格及其同事在 20 世纪 60 年代首次报告，在复杂环境中饲养的大鼠——一个装满玩具和其他物品的大笼子——比在标准实验室条件下饲养的大鼠拥有更重、更厚的大脑皮层。人们已经知道，在更大、更复杂和更刺激的环境中，大鼠在啮齿动物认知测试中表现更好；罗森茨威格的研究有助于解释原因。随后的研究表明，大脑皮层增厚是由于神经元的生长造成的，并且伴随着这些神经元上的树突棘数量的增加。此后，
比尔·格里诺等人的研究表明，这种“丰富”经验的神经后果与积极参与促进学习的行为有关，而不是与身体活动或激素的总体增加有关。这些神经变化是相对永久的，在丰富经验之后会持续很长时间。后来的研究，包括此处考虑的 Gould 实验室 2005 年的论文
“经验诱导成年灵长类动物大脑的结构和生化变化”，表明更复杂的环境也刺激了灵长类动物的神经元生长。在该研究中，Kozorovitskiy 及其同事比较了生活在复杂栖息地的狨猴和生活在标准笼子里的狨猴。他们发现的效果与他们后来观察到的作为父亲身份的结果类似：前额叶皮层中的神经元上的树突棘增加，这些神经元的总体大小也增加了。那么，父亲身份是如何产生这些变化的呢？Gould 的研究小组发现，父亲身份增加了前额叶皮层中
精氨酸加压素受体的数量，精氨酸加压素是一种参与社会关系形成的肽类激素。他们认为，由此导致的加压素信号的增加可能导致了树突棘的增加。与此同时，他们之前的丰富研究表明，伴随父亲身份而来的行为变化也可能导致观察到的树突棘变化。有趣的是，他们提供的证据表明，随着婴儿年龄的增长，加压素受体的丰度会随着时间的推移而减少——这表明这种特殊的变化是暂时的，并且是由最近与婴儿的接触驱动的。如果对树突棘是否也倾向于随着时间的推移而减少进行类似的检查，与加压素受体的减少并行，将会提供有价值的信息。如果树突棘的增加显示出更强的持久性，那么父亲身份作为一种丰富形式的说法将会得到加强。
是什么触发了父亲开始表现出父亲的行为？在阅读这篇文章时，我想知道是什么首先向这些动物发出启动父亲行为的信号。女性可以简单地告诉伴侣，“亲爱的，我怀孕了！”但是，是什么告诉雄性狨猴它的伴侣怀孕了？（我们知道他们知道，因为正如人类一样，在即将成为父亲的狨猴身上也观察到了激素变化。）虽然这些灵长类动物没有语言交流的好处，但它们仍然设法为照顾婴儿做好准备，这表明其他因素也可能在我们自己的物种中发挥作用。这项研究并非旨在解决这个问题。然而，对科学文献进行一些深入研究后发现，在啮齿动物和狨猴中，父亲对婴儿的反应部分取决于幼崽出生前繁殖对关系的强度。这对人类父亲来说具有深远的意义：在组建家庭之前，在父亲和伴侣之间建立牢固的联系可能会培养出更好的父亲。而且，正如本文所暗示的那样，在育儿中发挥积极作用可以丰富父亲的大脑以及孩子的大脑。这项研究的下一个合乎逻辑的步骤是看看所有这些大脑变化是否真的让父亲变得更聪明。我们已经看到，抚养幼崽的雌性大鼠在记忆测试中表现更好。父亲身份引起灵长类动物前额叶皮层的变化是否会提高更高认知能力？这样的发现可能会激励一个人去推婴儿车。
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人类的丰富环境
你能研究这个吗？
作者：玛莎·J·法拉（Martha J. Farah）作为一名研究人类受试者的认知神经科学家，我羡慕那些能够进行实验来研究环境如何改变大脑功能的能力。请不要误解我——人类认知神经科学包含许多优秀的研究设计，我们能够提出可检验的假设，并进行关键的实验。但是，伦理上的考虑阻止我们把受试者限制在孤立且贫瘠的房间里，或者强迫他们为人父。然而，我们可以科学地利用人们环境中自然存在的差异。我们不能把一些人分配到贫困环境中，另一些人分配到丰富的环境中，但我们可以找到那些恰好已经生活在这些环境中的人。例如，与社会经济地位较高的人相比，社会经济地位较低的人往往居住在比大多数人小的房屋里，拥有较少的财产，更少的爱好、运动和其他娱乐机会，以及更缺乏刺激性的工作。我们可以测量他们的大脑功能方面，并观察这些环境差异是否与大脑差异相关。
混淆因素 明智的读者会认识到这种策略存在一个问题：社会经济地位不仅与一定程度的环境丰富度相关，而且与一些其他相关因素（例如，身体健康状况）相关，这些因素可能会造成观察到的大脑功能差异。然而，通过尽可能多地测量潜在的混淆因素并将其纳入统计分析中，可以最大限度地减少（但永远无法完全消除）这个问题。我的实验室已经采取了这种策略，正如我们
去年报道的那样，我们发现，至少对于儿童来说，贫困与海马体记忆功能和前额叶执行功能（以及语言能力，因为显而易见的原因，科佐罗维茨基和同事没有评估）的差异相关，这些差异与科佐罗维茨基关于丰富环境的研究结果惊人地一致。还有另一种方法可以测试环境丰富度对人脑功能的影响——这种方法相当于一种更温和的版本，即将人们分配到贫困和丰富的环境中。相反，我们从来自同样贫困环境的人们开始，随机地将一些人分配到改善的、更丰富的环境中。许多针对贫困家庭的早期儿童干预计划提供了这种实验操作，并显示出显著且持久的结果（例如，参见
阿贝西达里安项目）。到目前为止，用于证明这些项目心理影响的衡量标准很难映射到特定大脑系统的功能上。但是原则上可以进行更直接的神经测量。
科学与社会 这种研究将具有两种非常重要的意义。首先是对科学而言。人类大脑在与环境相互作用的方式的多样性方面是独一无二的：理解其物理环境，对其进行工程改造、装饰，并以口头和非口头的方式与其他个人和群体互动。因此，大脑与环境之间的关系是人类认知神经科学的一个中心问题。来自动物实验的证据为研究环境如何影响人脑功能提供了极好的基础，但仅仅是一个基础。第二个意义是对社会而言。如果所处的环境类型可以增强或削弱我们的大脑功能，并且如果社会经济因素将我们中的一些人限制在实际上损害我们大脑的环境中，那么贫困不仅仅是一个经济问题。这是一个公共健康问题，它直接影响我们是谁以及我们能成为什么样的生物学基础。也许通过从这些方面理解这个问题，我们可以找到政治意愿来改善我们社会中穷人所处的受限、压力大且普遍无望的境地。
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玛莎·J·法拉是宾夕法尼亚大学认知神经科学中心的主任。她拥有冶金和材料科学、哲学和实验心理学学位，为她关于认知、心理学和行为的研究带来了广泛的视角。她对记忆、视觉和执行功能的机制进行了广泛的研究和写作。最近，她一直在研究认知神经科学与“现实世界”之间的联系，特别是社会经济逆境对大脑发育的影响以及神经科学中新出现的社会和伦理问题。