Michael Merzenich谈重塑大脑

我们每个人脑袋中的这台机器， 让我想起 Woody Allen的一句名言， 就是问你脑袋里最好的东西是什么。 答案就是这台机器。 它是为改变而构建的。一切均与改变有关。 它可以让我们明天做今天无法做到之事， 今天做昨天无法做到之事。 当然，它刚出生的时候是愚蠢的。

上次你见到婴儿的时候—— 刚好这是我的孙女Mitra。 她很棒吧？ （笑声） 不管怎样，当她出生的时候， 尽管事实上她的大脑已经 在子宫内 发育了好几个月。 但是跟任何一个 自然出生的婴儿一样， 她的能力非常有限。 如果我们测试她的感知能力，我们会发现这些能力是非常原始的。 而且没有确切的迹象表明她有真正的思考能力。 实际上，几乎没有证据表明 一个刚出生的婴儿有任何认知能力。 婴儿没有什么反应。 没有什么迹象表明大脑里有个人在掌控。 （笑声） 而且他们只能以一种非常原始的，非常有限的方式 来控制他们的动作。

几个月后，这个婴儿 才能在随意控制下做一些简单的动作 比如伸手抓握东西并拿回来， 通常送到嘴巴里。 还得再过几个月， 经过漫长稳定的发展， 才能一步步从晃动身体， 到翻身，到坐起，到爬行， 站立，走路， 然后我们才能到达到这个神奇的时刻， 可以在世界上自由行动。 然而，当我们研究大脑时， 我们发现非常显著的进化。 到这个年龄时大脑实际上能够储存东西了。 它已经可以储存，记录， 并且很快的检索出 成千上万个物体，行为， 以及它们在这个世界上 的各种关系的意义。 而且这些关系其实能够以成千上万 甚至上百万种方式来组建。 到这个年龄时，大脑拥有非常精细的知觉能力。 并且其认知技巧也在不断发展。 大脑基本上已经是一个思考的机器。 到这个年龄时，毫无疑问的是， 大脑里已经有一个“人”来掌控了。 事实上，在这个年龄，大脑在很大程度上控制着自身的发展。 在这个年龄，我们可以发现 它在控制动作的能力上有显著的进化。

现在，其控制动作的能力进化到 它可以以复杂的方式同步控制 一些复杂组合的动作， 比如像踢足球， 这类复杂的运动 所需的复杂组合动作。 这个男孩可以用头顶颠球。 他来自巴西的圣保罗， 当地这么大的男孩有大约百分之40的拥有这个能力。 但你若去蒙特雷的社区， 找到一个拥有这种能力的男孩是困难的。 如果你找到一个，说不定还是从圣保罗来的。 （笑声）

这说明了 我们个人的技巧和能力 基本是由环境塑造的。 这个环境可扩大至我们的当代文化， 其为我们的大脑提供挑战。 因为我们每个人在个人进化中所做的， 是建立一套巨大的特定的 受我们个人经历影响的技能与能力。 实际上，人类奇妙的差异性 就是这样造成的。 也就是说，我们每个人都是 独一无二的。 我们每个人都拥有一套与众不同的技巧和能力， 而这些技巧和能力全部都是由 大脑这个具有非凡适应性机器的可塑性和适应性发展而来。 对于一个成人的大脑，当然我们已经掌握了 一套数量巨大的技能和能力， 我们或多或少地能够根据记忆自动行动， 这也让我们成为行动的，移动的，思考的生物。

我们作为大学实验室的科学家， 书呆子，正研究这方面的问题， 我们研究动物的大脑， 如老鼠，猴子的， 还有这个奇妙的生物的， 这个地球上很奇怪的生物形态， 我们研究这些大脑是如何学习新技能和能力的。 并且我们试图记录在获得新技能或能力的同时， 大脑发生了怎样的变化。 实际上我们在这些不同物种 的所有年龄阶段都做研究。 也就是说，从婴儿期， 幼儿期，一直到成年期和老年期。 举例来说，我们可能研究一只 老鼠是如何获得新技能或能力的， 这技能可能是用它的爪子 掌握一个特定的抓握行动， 与此类同的是，我们可能会研究一个孩子 研究他们如何获得 像掌握阅读的整体技能 或其中的次级技能。 或者我们可能研究一个更年长的个体 其所掌握的一套复杂的能力 跟其阅读音乐符号的能力之间的关联， 或其执行机械行为的能力 如何应用到演奏乐器方面。

通过这些研究，我们确定了大脑塑造期 的两个重要时期。 第一个重要时期是通常所谓的“关键时期”。 在这个时期，大脑形成其最初的形态， 其基本的运行设置。 这个时期大脑会发生巨大的变化， 但本质上而言，它并不需要通过学习 来启动大脑最初的不同设置。 举例来说，在声音方面， 只需要周围有声音即可。 而大脑其实完全受制于 其生长环境的声音。 举例来说，我可以在一个 充满无意义声音的环境里饲养一只动物。 这些声音是我制造出来的。 我通过将它置于该环境下，这些声音人为的 对这个动物及其幼小的大脑产生重要影响。 我所发现的是，这个动物的大脑 设置了针对这个声音的初始运行， 在其运行能力限制之下，大脑将声音 加工成一种有组织有秩序的理想形态。 这个声音不必对这个动物有价值。 我可以让这个动物生长在一个假设有价值的声音环境里， 比如把声音背景设置成模仿 一个小孩母语的声音。 我可以观察到大脑实际上也会发展出一个专门的处理器。 专门针对这一套复杂的序列的声音的。 它实际上在多维神经表征项上， 夸大了它们表征的差异性。

或者我可以将这个动物置于一个完全无意义且具有破坏性的声音环境之下。 我可以把动物放在一个 发出持续噪音的环境里饲养， 这样等同于把一个婴儿放在 有中等强度声音的吊扇的环境里养育。 当这么做的时候，我实际上是让大脑 成为一个专门针对这些无意义的声音的主处理器。 结果是，我破坏了 大脑表征任何有意义的声音的能力。 这种情况发生在真实的婴儿身上， 在他们的早期阶段。 这些可以说明，举例来说， 在每一个正常发育的婴儿身上， 语言特定处理器的精彩进化。 这些也可以解释 有相当数量的儿童 发展出有问题的运行能力， 结果在他们更年长的时候， 在语言能力上会有缺陷。

在大脑塑造的早期， 大脑的改变与学习无关。 我不必专注于我听到了什么。 输入的信息不一定非得有意义。 我不需要在一个行为环境中。 而大脑需要如此来设置运行， 以便于作出不同的行动， 以便于作出有选择的行动， 以便于这个特定的动物 可以用一种有选择的方式来运行大脑。 在下一个生命的重要时期，也就是生命的大部分时间， 大脑实际上在学习掌握广泛的技能和能力的同时， 使它的运行设置更加完善。 在这个阶段， 从生命第一年的晚些时候一直到死亡。 实际上大脑在这个过程中是处于行为控制的。 也就是说， 大脑有策略地定义 输入大脑信号的重要性。 它专注于一个又一个技能， 一个接一个的能力， 这些都需要特定的注意力控制才行。 这个功能在于行为是否完成， 或个体在这个行为中是否得到奖励。 这功能其实是非常强大的。 这个持续终生的大脑塑造能力，改变能力 非常强烈的表现出来。 这也是我们每个人 真正与众不同的基础。 我们可以检测一个学习特定技巧 的动物的大脑， 我们可以在不同的水平上观测或记录这个改变。

这是一个非常简单的实验。 这个实验其实是五年前 在马赛与普罗旺斯大学的科学家 合作完成的。 这是一个非常简单的实验，就是训练一只猴子 让它学习操作一个工具， 其难度等同于 让一个小孩学习使用一只勺子。 这个猴子实际上大约尝试了700次之后 完成了这个任务。 而起初的时候，这只猴子完全不能执行这个任务。 它的成功率大约在八分之一。 猴子的这些尝试是精心的。 每一次次尝试都与其他尝试有重要的不同。 但这个猴子渐渐地发展出一个策略。 大约经过700次尝试之后， 这只猴子可以把它执行地完美无缺。 他每次都可以成功地用这个工具取回食物。 到这一步的时候，这个任务 是以一种完美的模式化方式执行。 非常完美的控制，重复与尝试。

我们可以研究这只猴子的大脑内部。 我们可以观察到它的变形。 我们可以记录这些改变，并且随着时间变化，可以记录 许多的因类似行为变换引起的变化。 我们可以看到这个变形， 这个脑图映射的是猴子手掌的皮肤。 这是一个脑成像图，在大脑的表层上， 我们用一个很精巧的实验，在每个区域 都重建了大脑的反应， 这是对神经元反应所做的非常详细的测绘。 我们在这里看到的是， 大脑如何表征手掌的重建。 我们实际上通过这个实验使脑图变形。 就在这个粉红色表示的区域。我们可以看到其中两个指尖的表皮增大。 这些表皮是猴子用来控制工具的。 如果我们研究猴子大脑皮层 反应的选择性， 我们可以发现其实这只猴子已经改变了 对来自所使用的手指头皮肤 输入表征的过滤特征。 也就是说，在这个最具组织性的，对应身体皮肤表层的 大脑皮层区域，仍然有一个 单一的，简单的对手指头的表征。 猴子和我们一样都有。 然而现在其表征区域呈现为更细腻的质地。 这只猴子从这些表面获得更详细的信息。 而这些伴随获得技能或能力产生的改变， 你可能对此一无所知或无所察觉。

实际上，在研究猴子学习任务的过程中， 我们研究了其大脑皮层几个不同的区域。 每个区域都根据所学技能或能力 作出特定的改变。 举例来说，我们研究猴子大脑皮层中 表征输入控制姿势信号的区域。 我们研究了大脑皮层区域中 控制特定动作及动作序列 等部位，猴子的行为需要这些部位参与。 它们全部被重建了。它们全部特化于当前的任务。 当你学一个像这样的简单技巧时，有15或20个 皮层区域进行了特定的改变。 那代表在你大脑里会发生巨大的改变。 它代表着你大脑中上千万或上亿 的神经元反应 以一种稳定的方式发生了改变。 它代表你大脑中 上亿或上十亿的突触 发生改变。 这是以物理方式构建的。 构建发生的数量是巨大的。 想一下在儿童获得普通行为能力的过程中， 其大脑中所发生的变化吧。 或者是在习得其母语能力的过程中。 这些改变是巨量的。

决定对大脑而言什么是重要事物的 选择性表征决定了这一切的发生。 因为在大脑生命的绝大部分时间里， 其处于行为环境的控制下。 也就是你所注意的东西。 是对你而言有奖励的东西。 是大脑认为 对你有积极意义或很重要的东西。 这一切取决于大脑皮层运行 和前脑特化。 而这些造成了你个人的特化。 这也是为什么你是一个拥有 众多技能和能力的独一无二的特别之人。 一个大脑在物理细节上 与100年前的人相比 发生了很大变化的特别之人。 与1000年前的普通个体的大脑相比， 这些细节的变化更是巨大的。 那么，这改变过程中的一个特点是， 信息总是与其他 同步发生的，时间上前后紧密相连的 输入或信息相关。 这是因为大脑构建表征的各个事物， 是同时互相联系的 并且在极短的连续时间里也是相互关联的。 大脑记录下所有的信息 并在时间维度上 驱动所有改变。 那么，在你的大脑中产生的 最强大的压倒性的环境，就是你自己。 在你个人历史上发生了数十亿件事情， 它们都在时间上与你相关， 你作为一个接受者， 或执行者，或思考者， 或行动者。 作为一个接收者，你无时无刻不 从你的身体表面 接收数十亿的感觉的小片段信息， 而其结果是让你 感觉到身体的具体存在。 你自身是通过这数十亿次事件 而构建起来的。 你是被构建的，在大脑中构建的。 这是在大脑中通过物理变化而创建的。 这个宏大的被构建的东西 导致了个体形态的存在， 因为我们每个人都有非常不同的历史, 及非常不同的经历， 而这将推动我们自我，人格 上的巨大差异。

我们使用这个研究 不止为了尝试理解一个正常人是如何发展的， 如何发展他们的技能与能力， 同时也是为了尝试理解 缺陷发生的起点， 变化或变异的起点， 这些可能会限制孩子或成人的能力。 我会谈一下利用这些策略 来实际设计以大脑重塑为基础的方式， 来矫正孩子的大脑设置， 来增加孩子 在语言接收，使用，阅读 上的能力。 并且我会谈一些实验， 它们确实应用了脑科学。 首先，要理解在衰老过程中它是如何促使我们失去一些功能的。 然后，通过一种有目的的方式， 我们会使用它来区分一些大脑设置 以便恢复因年老造成的功能损失。

我要谈的第一个例子是与 孩子的学习障碍有关。 我们有许多资料展示， 在大多数早期有语言缺陷的孩子， 他们以后会在学习阅读上 出现问题， 这其中的根本问题在于， 他们的语言处理器 是以一种有缺陷的形态创建出来的。 它之所以是以有缺陷的形式发展的， 是因为在婴儿大脑的早期， 大脑机器的运行是嘈杂的。 就是这么简单。 它是一个噪音信号的问题。好吧？ 而造成这个问题的原因很多。 有许多遗传上的缺陷 可能导致大脑运行的噪音更多。 但噪音问题的产生 也可能基于周围环境的信息， 来自于耳朵。

在座各位年长的朋友知道 当我们还小的时候，我们认为一个天生腭裂的孩子 是天生白痴。 我们知道他们的认知发展会很慢。 我们知道他们学习发展正常语言能力会有困难。 我们知道他们学习阅读会有困难。 他们当中绝大多数在智商与学业上不及格。 但现在这种看法消失了，不适用了。 那些有关遗传的缺点，遗传的状况 的观点消失了。 我们不再听到这样的观点了。这是如何发生的呢？ 嗯，在35年前，一个荷兰 外科医师发现， 如果你能够足够早的解决问题， 也就是当大脑还在最初塑造时， 那么它就可以在关键时期的起始设置期间， 把大脑设置的足够好， 那么那些问题就都不会发生。 那么我们如何通过手术矫正腭裂呢？ 基本上，我们打开 自中耳排出液体的管子， 它们充满了液体。 孩子听到的每一个未经矫正的声音都是模糊的， 削弱的。 在这种情况下，孩子的母语不是英语， 不是日语， 是杂乱的英语，模糊的日语。 就是垃圾。 而大脑却针对这些进行特化。 对语言垃圾建立表征。 然后孩子就无法摆脱它。

这些垃圾不只会发生在耳朵里， 也会发生在大脑里。 大脑本身可以是嘈杂的。正常的嘈杂。 但有些遗传的缺陷可以使它更加嘈杂。 而在这样的大脑里，这个孩子的母语 就会被削弱。 就会变成不是英语，而是杂乱的英语。 这个大脑机器因有异常的空间常数设置， 就会发展出不正常的，不同的策略， 导致产生对语音表征的缺陷。 我们可以检查孩子的大脑并记录那些时间常数。 它们的大小比普通孩子高一个等级， 大约平均而言比正常孩子 高11倍。 空间常数大约是正常孩子的3倍。 这样的孩子在这方面会有 记忆与认知的缺陷。 他们当然会有问题。因为作为语言的接受者， 他们会接受并表征语言。 而其表征的信息却是垃圾。 所以他们将会有贫乏的阅读技巧。 因为阅读依赖于将词语的声音转换成 这种拼写或视觉 表征形态。 如果你的大脑不能正确表征语音， 那么这种转换就毫无意义。 你就会有与此对应不正常的神经问题。

我们对这些孩子 在语言能力，阅读能力上逐步 进行了一次又一次的评测， 我们记录了这个不正常的神经问题。 关键是我们可以通过训练来摆脱这个问题。 你可以把它想象成，你其实可以通过改变 来重新完善 大脑的运行能力。 从细节来改变。平均要花30个小时。 今天，我们已经在大约43万个孩子身上成功了。 实际上，大约有1万5千个孩子现在正在接受训练。 实际上，当你查看其影响时，这是有重大意义的。

我们看一下正态分布。 我们最感兴趣的是这些在分布左侧的孩子。 这大约是从3000个孩子中出来的。 你可以发现大多数在分布左侧的孩子 正在移向中间或右边。 这是一个广泛测量他们语言能力的测试。 有点像对语言的IQ测试。 如果你训练每个美国小孩，那么对这个分布的影响将是， 整个分布向右移， 并且分布变窄。 这会产生非常重大的作用。

想象一下上语言技能班的孩子。 想象一下班上较迟钝的孩子。 我们有可能把大多数那样的孩子 移到中间或右边。 除了精确的语言训练， 它也会改善记忆与认知， 语言流利性与丰富性。 而该训练也能为学生提供一项重要的语言依赖技巧 ——即阅读。 在很大程度上，可以说该训练是修复大脑的。 在由斯坦福大学，麻省理工学院，旧金山加利福尼亚大学， 加利福尼亚大学洛杉矶分校及其他机构进行的不同训练中， 我们可以看到在孩子的大脑中产生的变化。 孩子们在进行不同的语言行为 或不同的阅读行为时， 在很大程度上， 对绝大多数孩子而言，他们的神经元反应 在训练前复杂异常， 但经过训练达到正常化。

那么，我们也可以用同样的方式 来解决衰老的问题。 在此，大脑机器设置也在恶化， 本来是有能力的大脑，随着年龄一路下滑。 大脑中的噪音增多。 学习和控制的调节装置在恶化。 其实我们可以看到在这样的个体的大脑里， 其时间常数与空间常数都在改变， 举例来说，我们以对语言的表征为例。 正如同大脑产生时一片混乱一样， 在快结束时大脑也会返回混乱状态。 造成记忆，认知， 控制身体与灵活性都会下滑。 而结果是，我们能够训练这样的个体的大脑， 这是其中一小部分人， 用同样的强度训练大约30小时。 他们是80到90岁的老年人。

我们发现得到改善的包括短时记忆， 延迟一段时间后记住事物的能力， 控制注意力的能力， 语言能力及视觉，空间能力。 这些受训个体的总体 神经心理指数 大约是比平均低两个标准差。 这意味着，如果你处于分布的左侧， 我检查你的神经心理能力的话， 正常的人已移动到中间 或分布的右边。 这意味着，大多数或迟或早 面临衰老威胁的人， 现在已得到保护。

我的观点是要更加完全的 在更大的数量上救助年老的平民。 因为我认为这是可行的，对在座各位大部分都可行。 对孩子也是一样。 我的主要兴趣在于如何使用这项科学解决其他疾病。 我特别感兴趣于自闭症 和脑瘫，这些疾病对于儿童来说是灾难。 还有老年问题如帕金森症， 还有其他后天缺陷如精神分裂症。

这个科学中与你相关的是， 如何保持你自己高效的学习机器。 当然，还有有秩序的生活， 而学习是其中持续的，关键的一环。 在你们的未来会有大脑体操。 准备好吧。它将成为日常生活的一部分， 在不太远的未来。 正如体育锻炼在当今已成为 每一个正常有条理的生命的一部分一样。 我们认为该文献和科学 对诸位产生重要影响的终极方式是， 考虑如何培养自己。 因为现在你知道，科学告诉我们 你是可以掌控自己的， 你是在自己的控制之下， 你的幸福，福利， 能力，潜力 是可以得到持续的改变， 持续的改善， 你是对自己负责的一方。 当然，许多人会忽视这个建议。 要他们真正理解时日尚远。 （笑声） 这就是另外一个问题了，不关我的事。 好吧。谢谢各位。 （掌声）