本文来自《环球科学》杂志,首发于公众号 “把科学带回家” (ID: bringsciencehome)
去年,我在圣迭戈呆了一个周末,第一次见到4个月大的侄子兰登。小家伙完全激发出了我“科技呆子”的本色。我一边观察他的足底反射,一边主动跟大家讲解为什么他的脚趾头会这样或那样动。不过没人爱听我唠叨这些,我太太不停地对我使眼色,孩子的爸妈则一脸茫然,所以很快我就知趣地不说这些术语了。
我的博士后研究方向是神经生物学,所以我知道早期经历对幼年动物的健康有多么重要。出生后几天内,婴儿的大脑像海绵一样吸收来自外界的感官信息。新生儿的大脑很容易受外界影响,那些对大人而言无足轻重的景象或是气味,对婴儿来说却意义非凡,这些信息塑造了婴儿的大脑,帮助婴儿理解这个还十分陌生的世界。虽然婴儿的大脑让人惊叹不已,不过这趟家庭之旅让我更感惊奇的,却是孩子出生对于我那26岁小舅子的影响。
在我眼里,杰克一直就是我妻子的小弟弟而已。初见时,他只是个19岁、高高瘦瘦、高中毕业立即加入美国海军的毛头小伙子。作为伊拉克战争的退伍军人,他曾在六年内两赴战场,见识到的世界也许比许多人一辈子都多,所以总爱给我们讲各种疯狂的水手故事。但就在短短几个月时间里,他居然能绝口不提他的海上生涯,摇身变成一个事事亲力亲为的新手奶爸。
情感纽带。新生命降临后的一段时间内,婴儿和父亲的大脑都会发生显著变化。现在已经有证据显示,如果这期间父亲不在身边,会对宝宝大脑造成永久影响。反之,那些一直照顾小孩的爸爸们,认知功能将有所提高。不过,尽管很多结论还有待证实,科学家已经开始寻找父子间那种联系的神经根源了。
比起在伊拉克服役,杰克发现照顾兰登才是人生最大的挑战。不管杰克是否意识到,也不管他喜不喜欢,一切都将变得不同。未来十几年,杰克对兰登不仅负有经济上和法律上的责任,而且父子间会逐渐形成割不断的那个周末聚会结束的时候,我隐约感到杰克已经开始着手准备接受新身份的挑战。杰克原本开的是大马力的马自达 RX-8,他花了好几周时间试图加固后座上的婴儿椅,可是最终他决定放弃,理智地换购了一辆汽车,以便携带宝宝出行。也许在他脑子里,神经网络正在悄悄发生变化。
父子关系
要研究“身为人父”这种感觉和认知的根源,科学家必须先找到一个切入点。一般看来,父亲远不像母亲那样,紧紧地和孩子联系在一起。母亲们在怀孕九个月期间,经过催产素等一系列激素的“洗礼”,会自然而然和孩子形成紧密的生化联系。怀孕期间,母子的心跳甚至都有可能同步;生产以后,母乳更是新生儿的天然食物。
这么看来,父亲的贡献实在不明显。当然,受精过程少不了我们,可在那之后,我们对孩子好像就没那么重要了。然而研究发现,父子关系其实非常重要。如果父亲把年幼的孩子丢给母亲独自抚养,孩子长大以后更容易产生类似情感障碍、好斗、吸毒等问题。
儿童由母亲独自抚养,另外有4%由父亲单独抚养。美国现在有1200万单亲家庭,其中约三分之一生活在贫困线下,可能生存的压力也使得单亲家庭的孩子更容易出现学习成绩差、自卑、社交障碍等问题。以前,要研究父亲在儿童成长过程中的作用,只能进行大规模问卷调查。现在,脑科学研究为此提供了新的思路,神经科学家开始从父子生物学联系的角度,解开这一谜团的关键一环。
现实情况更是刻不容缓。2008年,美国有25%的以婴儿的哭声为例。2003年,瑞士巴塞尔大学的精神病学家埃里奇·希弗里兹和研究小组用功能磁共振成像技术(functional MRI)进行实验,发现婴儿的哭声不仅可以激活妈妈大脑的特定区域,同样也能使爸爸的特定脑区产生具有明显特征的脑活动,而没有孩子的受试者则不会出现此类特征性脑活动。虽然这个研究小组还不能确定究竟这种变化是怎么产生的,但可以确定的是,父母双方大脑都会发生某些改变,从而能更好地识别关乎宝宝安危的声音。
神经元,这个过程一般被称为神经再生(neurogenesis),其机制还不清楚,但科学家认为新神经元和学习新东西密切相关。
毕竟,大脑是活的。面对新体验或周围环境的变化,大脑总能不断更新神经回路来适应,有时甚至长出新脑力迸发
记忆密切相关,新长出来的脑细胞很可能是用来帮助鼠爸爸加深对幼崽气味记忆的。
基于以上认识,加拿大卡尔加里大学的两名神经科学家,格洛利亚·K·马克和萨穆埃尔·韦斯设计了一系列实验,研究孩子如何改变父亲大脑。他们在2010年发表文章指出,幼崽出生后的几天内,小鼠父亲大脑内的神经回路就开始有所变化,而且还有新神经元长出,形成全新的神经通路或网络。嗅球(负责处理味觉信息的脑区)里长出的新神经元,会专门对自家幼崽的气味作出反应。另外,海马区内也会长出一些新神经元,鉴于这个脑区和不过,要长出新细胞,还有一个前提条件:鼠爸爸必须待在窝里。如果小鼠出生那天,鼠爸爸被转移到别处,其大脑就不会发生改变。韦斯认为,待在孩子身边的这个过程“不是简单地改变现有神经网络,更重要的是能催生全新的神经回路,为即将开始的父子关系铺路。”
哺乳动物鼻子里有特殊的气味受体神经,负责接收味觉信息并传给嗅球——大脑的味觉信息整合中心。不过,仅仅闻一闻自己的幼崽并不足以催生新神经元。马克和韦斯在笼子中间加一层网,把爸爸和孩子隔开,这时鼠爸爸仍能闻到自己的幼崽,但是碰不到。结果发现这种条件下不会催生新脑细胞。通过上述测试以及一些类似的实验,韦斯认为,幼崽的出生或是气味本身并不足以改变父亲的大脑,亲自照顾幼崽才是促使新神经元产生的关键。与幼崽有身体接触,辅以闻味加深记忆,才能最终长出新神经元。
有研究显示,几个星期的隔离,足以使老鼠忘记前“笼友”,对自家孩子,会不会也这么健忘呢?马克和韦斯的实验结果再次证实:血浓于水。小鼠父子即使被分开三星期,鼠爸爸仍能轻易“闻出”自己的孩子。这很可能是因为新神经元之间会形成独特的网络,帮助鼠爸爸巩固长时记忆,维系父子关系。韦斯说:“我们仍在试图弄清为什么所有哺乳动物——包括人类,脑内都有神经再生现象,当然一个主要的原因是为了适应外界变化,形成新神经网络,比如在这个实验中,新神经元有助于巩固父子间的‘社交记忆’。”
如父,如母
为了巩固社交记忆,大脑用激素来调控新生神经元之间的连接。马克和韦斯发现父亲大脑内的神经再生源于催乳素(prolactin)——这种激素在母亲体内是用来促进产乳的。如果我们抑制鼠爸爸大脑合成该激素,它就无法形成与幼崽相关的新神经元。