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人腦何時成熟?

二○○四年五月十日出刊的美國《時代》周刊,以「人腦何時成熟?」做為封面故事,引起了國內新聞媒體與學者的注意。
 
 
 
二○○四年五月十日出刊的美國《時代》周刊,以「人腦何時成熟?」做為封面故事,引起了國內新聞媒體與學者的注意,可惜新聞與介紹文字都有語焉不詳的地方。

《時代》這篇報導,主要是介紹一個人腦研究計畫的初步發現。那個計畫仍在進行,還沒有完成,但是研究人員已獲得一些初步結論,與過去的看法不同,或是過去完全不清楚,記者才會認為值得介紹給一般讀者。因此,我們還是從頭講起罷。

人腦的特徵

人屬於哺乳綱靈長目,哺乳綱動物的大腦,都有發達的皮質,又叫灰質,是高級中樞的所在地。即使實驗室小鼠,大腦皮質上都有明確的視覺、聽覺、觸覺等中樞。靈長類在哺乳綱中,是腦量較大、皮質較多的一群。而人類的腦子,無論尺寸、重量,都在靈長類中出類拔萃。請看下列數字:

人類(成人):1,300~1,400公克
人類(新生兒):350~400公克
成年黑猩猩:420公克
大猩猩:465~540公克
紅毛猩猩:370公克
恆河猴:90~97公克
狒狒:137公克

人腦的發育歷程,還有一個特色,就是:人腦主要是在出生以後才發育的。事實上,人與黑猩猩的新生兒,腦量差不多。可是人類的新生兒,腦量不過是成人的四分之一,而黑猩猩出生時,腦量已達成年的八成。換言之,人類的大腦主要是在人文環境中發育的,這個事實使我們對於人類的認知發展,難以利用「先天∕後天」之類的概念討論。

人腦的早期發育

科學家對於人腦的早期發育,在一九七○年代已有共識。原來脊椎動物神經系統的組織,是由兩個機制「雕塑」成形的:

  一、神經元增生,然後大量死亡;
  二、每個神經元都儘可能地與其他神經元建立聯繫,也就是形成「突觸」,然後大量突觸消失。

以人腦來說,在神經元大量滋生的階段,每一分鐘最多可達二十五萬個,胎兒發育滿五個月,這個階段才告一段落。接著就是神經元大量死亡。把這個機制比擬為雕刻家的創作過程,我們比較容易理解它的功能——米開蘭基羅將一塊大理石「不必要的部分」除去,雕成著名的「大衛」像。

神經元之間先任意建立聯繫,再消除「不必要的」突觸,也是形成最終神經網路的有效機制。

青春期的人腦

人類出生後,腦子迅速增大,主要是神經元不斷發育——每個神經元都努力滋生神經纖維,與其他神經元建立聯繫。滿六歲的孩子,腦子尺寸已長到成人的95%。同時,經驗、學習等因素,開始刪刈「沒有用的」突觸;這個過程叫做「修剪」(pruning),修剪的原則是「用進廢退」。

可是,由於過去的科學家觀察健康人腦標本的機會不多,對於人腦發育過程的細節一直不清楚。而且,每個人的大腦都不同,比較研究的結論也不可靠。

現在,各種組織造影技術使科學家可以觀察活人的大腦,好幾個研究團隊開始研究大腦發育的細節。例如美國國家衛生院心理健康研究所正在進行一項長程研究計畫,以磁共振造影技術(MRI)追蹤人腦的發育。結果,研究人員發現,人腦會一直發育到青春期。過了青春期之後,大腦皮質的組織還會繼續變化,直到20歲以後,甚至可能到25歲才會告一段落。過去大家都相信,大腦到了青春期,就定型了,因此這個發現引起了廣泛的矚目。

《時代》周刊記者訪問的季德(Jay Giedd)醫師,就是心理健康研究所這項研究計畫的主持人。他指出,人腦在青春期之前,大腦皮質還會經歷一波擴張,然後再修剪掉。而且大腦皮質各主要區域的變化時程不同,例如頂葉(觸覺中樞所在地)最早攀上擴張高峰,其次是額葉,顳葉(聽覺中樞)晚一些,枕葉(視覺中樞)最晚。最值得注意的是額葉皮質,男生在12歲,女生在11歲擴張到極至,變得很厚,然後就進入修剪期,逐漸變薄。許多精神分裂症患者在青春期之後發病,季德醫師推測那與前額葉皮質神經網絡正在進行精細的「雕琢」工程有關。因為前額葉皮質接收所有中樞處理過的內外訊息,進行綜合研判,因此有人稱它為大腦執行長(CEO)。

哈佛大學的研究人員也得到了青少年大腦還沒定型的結論。他們以功能性磁共振造影技術(fMRI)測驗青少年與成人,發現青少年大腦的認知活動,與成人有明顯的差異。

總之,我們現在有堅實的科學證據,顯示青少年的大腦,特別是額葉皮質,還沒有完成發育。

青春狂飆

另一方面,青春期的生物定義,是生殖系統開始成熟的時候。那時青少年的身體受到性荷爾蒙的洗禮,逐漸發育成成人。性荷爾蒙刺激的大腦部位,主要是與情緒有關的系統。於是青少年的大腦,一方面控制中心(大腦執行長)還沒有發育完成,另一方面,情緒中樞受到荷爾蒙風暴的衝激,難怪他們會有易衝動、走極端、強說愁的傾向,許多時候不但大人無法勸之以理,他們自己也說不出所以然。

這些科學發現可以解釋青少年的叛逆傾向,更重要的是,新發現還指出了重要的研究問題:人在年輕時的成長環境與成長經驗對於大腦的影響。季德醫師認為大腦會一直發育到20歲以後,因此他勸青少年千萬不要吸毒與酗酒,因為毒品與酒精對發育中的腦子,影響可不是一時的。

至於新發現的人文教訓,就茲事體大了。例如「成人」的概念,以及相關的政治權利、法律責任,就不容易討論。現在美國人年滿18歲就有投票權,我國是20歲。要是人腦要發育到20歲以上才告一段落,腦子還沒成熟的人憑什麼選賢與能呢?關鍵在如何定義「理性」,以及理性與大腦生物特徵的關連;這種問題沒有簡單的答案。

大人該做什麼?

科學從來沒有改變過人文世界的大是大非,愛與耐心這帖祖傳方子仍然有效。青少年的前額葉還沒成熟,大人必須積極介入他們的生活,才能有效地幫助他們。缺乏愛與耐心,就不可能成功地介入與引導。
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