学霸和学渣的大脑,有什么不同?

2021-10-19 17:19     互联网

 神经科学家一直认为,在学习时,大脑只会增强神经元之间的神经突触连接。但近年来,一些新的研究表明神经元之间突触连接的增强,并不能完全解释大脑在学习过程中的变化。而最让人惊讶的一个发现是,我们在学习和记忆时,神经元轴突上的“绝缘层”的厚度会发生变化,而这种厚度的变化,可以调节神经信号的传递,让大脑不同区域的神经元在电活动上实现同步——这一点,在我们的学习和记忆过程中起着关键作用。

人类的大脑是如何完成学习任务的?这方面的研究可以追溯到伊万·巴甫洛夫(Ivan Pavlov)的经典反射实验。在这个实验中,他发现狗一听到铃声,就会流出口水。1949年,加拿大心理学家唐纳德·赫布(Donald Hebb)利用巴甫洛夫的“联想学习法则”(associative learning rule),解释了大脑细胞获取新知识的机制。赫布提出,当两个神经元一起被激活,并且同时产生信号时,它们之间的突触连接会变得更强。如果发生这种情况,就说明大脑正在学习。这个观点引出了一个被广泛接受的理论:一起放电的神经元,是通过神经突触相连的。

这一理论比较详细地描述了学习过程中,神经突触在分子层面的变化,并且得到了很多证据的支持。但是,并不是所有奖赏或惩罚我们都会记得,实际上大多数经历都被遗忘了。有时候,即使神经突触能被一起激活,但它们并没有连接在一起。我们的大脑能否保留记忆,其实取决于很多因素,比如我们对某次经历的情感反应;这是不是一次全新的体验;这次经历是在什么时间和地点发生的……随后,在睡觉时,我们的大脑会对这些想法和感受进行加工处理。到目前为止,我们一直专注于研究神经突触,对于大脑学习及记忆的机制,我们也有了一些粗略的理解。

事实证明,仅仅增强神经突触,是没法产生记忆的。为了形成连贯的记忆,整个大脑需要产生大量的变化。无论是回忆昨天晚餐时与客人的对话,还是学会骑自行车等后天技能,大脑多个不同区域的数以百万计的神经元都需要产生神经活动,形成包括情感、画面、声音、气味、事情经过和其他体验在内的连贯记忆。

因为学习过程涉及到生活体验的很多要素,所以在这一过程中,除了突触变化外,必定也会有很多其他细胞活动参与进来。这种认识也让科学家开始寻找新的方式,来理解神经信号如何在大脑中传输、处理和存储,进而让大脑完成学习过程。在过去十年中,神经科学家已经意识到,人类大脑表层的灰质并不是唯一参与永久记忆形成的区域。研究发现,大脑皮层下方的区域在学习中也发挥着关键作用。最近几年中,我的研究团队和其他研究人员通过一系列的研究阐明了相关的过程。这些研究有益于发现治疗精神障碍和发育障碍的新方法,这两种健康问题往往和学习障碍有关。

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