21 十月

爸妈们想不到,烦人的青春期竟会持续到大学毕业以后


本文转载自公众号“环球科学ScientificAmerican”(ID:huanqiukexue)


作者 Jay N. Giedd 是加州大学圣迭戈分校附属儿童医院儿童精神卫生中心主任

翻译 冯泽君


青少年的行为具有冒险性、攻击性,有时还很无厘头,科学家一度认为这是人类大脑存在缺陷所致。

但近10年来,一些突破性的研究提出了不同观点,认为这些行为并不是由大脑缺陷所致,也不是因为大脑尚未成熟,而是进化使然——青少年大脑同儿童或成人的大脑在功能上有所不同。 


青少年大脑的最显著特征,是通过调整脑区间的网络连接来适应环境变化的能力。这种特殊的可变性(或称可塑性),是一把双刃剑,既有利于青少年在认知思维和适应社会化方面取得巨大进步,但同时也容易催生危险行为和严重精神疾病。 


最近的研究表明,高风险行为源于大脑边缘系统(limbic system)与前额叶皮层(prefrontal cortex)神经网络发育上的不匹配,前者驱动情绪产生,在青春期期间快速发育,而后者发育相对较晚,主要负责提供合理判断和冲动控制。现在已经确知,前额叶皮层到20岁左右才能完全发育成熟,而如今青春期却在不断提前,所以这种不匹配的时间跨度正在延长。 

青春期大脑带宽升级


要说16岁孩子的大脑和8岁的孩子不同,大概没有家长会有异议,但科学家还是很难给这种区别下一个很科学的定义。大脑浸在保护性的脑脊液中,包裹在坚韧的硬脑膜下,完全封闭在头骨之内,隔绝了撞击的伤害和掠食者的攻击,也把科学家的好奇心挡在了“门外”。 


磁共振成像(MRI)的出现,终于提供了一种安全和准确的方法,来揭示全年龄段人群大脑的解剖和生理特性。目前出现的一致结论是,青少年大脑的成熟不在于脑区变大,而在于不同区域联系越来越紧密,以及脑区功能的特化。

神经元(黄色)和由髓鞘质构成的髓鞘(紫红色柱状)

 

在磁共振成像扫描中,白质体积的增加代表着脑区间联系的增强。白质的“白”,来自于一种称为髓鞘质(myelin)的脂质,神经元胞体伸出的长长轴突由于髓鞘的包裹而与外界隔离。脂质髓鞘的形成贯穿整个大脑发育期,作用是大大加快神经元间信息的传导速度。有髓鞘轴突的神经信号传导速度,可百倍于无髓鞘轴突。 



青少年大脑最显著的变化不是脑区的成长,而是神经元集群之间交流的增多。同时,某些特定区域内的联系会增多(绿圈变大)。这些变化最终将帮助大脑成熟,并胜任复杂思考和社会交际。


轴突髓鞘化可以加速大脑信息处理的另一个原因是,髓鞘可以帮助轴突在放电后迅速复原待用。恢复期变短,可以使特定神经元信息传递速度提高30倍。传输加快加上恢复期短,两者结合的结果最终可使成人期的脑数据带宽较婴儿期提高3000倍,从而可以在脑区间建立起广泛而精密的网络。 


最近的研究又发现了髓鞘的另一个微妙作用。神经元接收其他神经元传来的信号,但只有当输入的信号超过一定阈值,才会放电将信息传递出去。而一旦神经元放电,就会启动一系列分子反应,加强该神经元与输入神经元之间的突触连接。 


这种突触加强是大脑学习的基础机制。科学家现在发现,要让远处和近处神经元的信号同时到达,必须精确控制信息传递时间,而髓鞘在其中起到重要作用。儿童进入青春期以后,髓鞘的快速扩张,能加速参与协调处于不同认知任务中的各个脑区。 


但是一些神经元被干掉了

青春期期间,除了白质加速产生,还有一个重要的变化。大脑发育和其他复杂的自然过程一样,都会经历一个先过量生产,然后再进行选择性消除的连环过程。

就像米开朗基罗的大卫像从一整块大理石中慢慢凸显出来一样,认知的发展也是在弃除无用和适应性不好的脑细胞连接后,才逐渐成型。与此同时,常用的连接会被强化。尽管消除和强化的过程会伴随人的一生,但青春期期间,重心偏向消除过程,大脑会按照环境需要自行重塑。

大脑中的灰质(灰色)和白质(白色)

 

随着神经元间无用连接的消除,特化逐渐形成,大脑灰质开始减少。灰质包括大量无髓鞘结构,如神经元胞体、树突(从胞体伸出的触角状突起,用于接收其他神经元传来的信息)和特定轴突。

总的来说,儿童期灰质大量增加,10岁左右达到峰值,进入青春期后又逐渐减少,成年期间基本稳定,到老年期还会进一步下降

与此模式类似的,还有神经元上受体元件的密度变化情况,此处的受体主要是指神经递质(如多巴胺、5-羟色胺和谷氨酸等)受体,这些递质能够调节脑细胞间的交流。 


虽然灰质在青春期期间总量达到最大,但在各脑区达到峰值的步调并不一致。灰质最早达到峰值的脑区是初级感觉皮层,该区负责知觉,以及处理光、声、嗅、味、触觉刺激。

而最晚达到峰值的脑区则是负责执行功能的前额叶皮层,所谓执行,涵盖了很多能力,包括组织、决策、计划以及情感调节等。 


前额叶皮层的一项重要功能,是根据过往的经验对未来进行假设性预判的能力。前额叶皮层也是参与社会认知的重要区域,其中包括学会驾驭复杂社交关系、辨别敌友、在群体内寻求保护,以及实现青春期的基本目标——吸引配偶。 


因此,青春期的显著特点是灰质和白质的变化。随着大脑逐渐成熟,这些变化改变了脑区之间的网络连接。前额叶皮层也参与了青春期的各种行为调控,只是功能尚未到达最佳状态。因为这个脑区要到20岁左右才会完全成熟,所以青少年容易冲动,也不能很好权衡风险和报酬。  

冲动和理性的10年时差

在激素的作用下,边缘系统从青春期开始(一般是10到12岁)发生显著变化。边缘系统负责调节情绪以及对回报的反应,并和前额叶皮层协同作用,使得青春期少年更爱追求刺激、爱冒险、爱和朋友相处。

这些行为都有着深深的生物学基础,在所有社会性哺乳动物身上都能看到。“初生牛犊不怕虎”,青少年向往脱离安全舒适的家庭、探索新环境、寻求外界关系。这些行为能减少近亲繁殖的可能性,创造遗传上更健康的群体,但也会带来相当大的危险。尤其是在现代社会,人们面临众多诱惑。如果没有理智判断的约束,更是容易出危险。 


最终决定青少年行为的,既不单是调控功能的晚发育,也不单是冲动行为的早发生,而关键在于两者之间的不匹配。青少年的情绪化是边缘系统造成的,而前额叶皮层的控制功能要到25岁左右才完全成熟,这中间有近十年的时间,情绪冲动和深思熟虑之间处于失衡状态。



与儿童或成人相比,青少年从事危险行为的可能性更大,部分是由于大脑两大区域之间发育的不匹配。负责驱动情绪的边缘系统(紫色)充满激素,从青春期(通常始于9到12岁)开始加速发育,并在接下来的数年内逐渐成熟。而负责抑制冲动的前额叶皮层(绿色),要到十多年后才能完全发育成熟,因此,出现了一个过渡性的不平衡期。


此外,如今全球范围内儿童青春期全面提早,因此,从青少年开始变得爱刺激、爱冒险,直到他们的前额叶皮层变得强大和稳定,青春期经历的时间正在延长。 

身体健康的顶峰,精神健康的低谷

大脑保持可塑性时间的延长在给人类带来诸多益处的同时,也带来一些弊病。青春期是精神疾病的高发期,其中包括焦虑症、双相情感障碍、抑郁症、进食障碍、精神错乱和药物滥用。50%的精神病症从14岁开始出现苗头,75%在24岁首次发病。 


青少年大脑的典型变化与精神病症之间的关系很复杂,其中潜在的根本关联可能是“移物易损”(moving parts get broken)。也就是说,白质、灰质和神经网络的广泛变化增加了大脑出错的可能性。比如,几乎所有成年精神分裂症病人的脑部病理改变,都类似于青春期大脑发育过程中的典型变化,只是程度更甚。 


在其他很多方面,青少年时期是人一生中最健康的时期,比如免疫系统、对癌症的抵抗能力、对冷热的耐受度等,都处于人生的最佳水平。

然而尽管身体健康,但发生重大疾病和死亡的比率却比儿童高2到3倍。机动车事故是青少年的头号死因,占死亡总数的一半。他杀和自杀分列第二、三位。此外,青少年意外怀孕、患上性传播疾病和违法入狱的比率也很高,这些都会带来严重的终身后果。 

另外,关注青少年大脑的独特性还牵涉到一些重要的社会问题。青少年正处在人生的转折点,可能成长为一个和平公民,也可能变成好斗分子,甚至还可能变成激进派。在各种文化中,青少年都是最易被征召入伍或招募成为恐怖分子的一群人,但同时也是最想成为教师和工程师的一群人。


对年轻人自身而言,了解与青春期相关的神经科学新知,应该能激励他们更愿意去磨砺大脑,培养出希望在未来人生中擅长的能力。与家长们所处时代不同,未来社会信息量巨大,现在的青少年有绝佳的机会来塑造自己的特性,根据自己的选择来优化大脑。