一些盲人会学会回声定位，可能不是因为大脑超凡的适应性

撰文 | JOHN KRAKAUER & TAMAR MAKIN

翻译 | 杨安琪

审校 | 冬鸢

人类大脑适应和改变的能力被称为神经可塑性，长期以来一直吸引着科学界和公众的注意力。这一概念给人带来希望和想象空间，尤其是当我们听到一些异乎寻常的故事时，比如盲人感知能力提升，从而能够完全基于回声定位在杂乱的房间里行动自如；或者中风幸存者奇迹般地恢复了曾经被认为失去的运动能力等。

多年来，人们普遍认为，那些会给神经系统带来挑战的事件，比如失明、失聪、截肢或中风等，会导致大脑功能发生巨大而显著的变化。这一观点认为，大脑具有高度的可塑性，在面对损伤或缺陷时，会重塑自己，调整神经活动，从而获得新的能力，并表现出未开发的潜能，以弥补失去的功能。这个想法容易让我们联想到一个广为流传但本质上是错误的传言，即我们的大脑只被开发了10%，且我们神经系统还有很广阔的应用潜力，可以在需要的时候被开发。

大脑重映射

但是，这种对大脑适应能力的描述有多准确呢?我们真的能够在受伤后开发未被使用的大脑神经区域吗？还是这些迷人的故事让我们对大脑神经可塑性的真实性和本质产生了误解？在为eLife杂志撰写的一篇论文中，我们深入研究了这些问题的核心，分析了经典研究案例，重新评估了长期以来人们对皮层重组和神经可塑性的看法。我们的发现为大脑如何适应变化提供了一个令人信服的新视角，并对一些关于大脑灵活恢复能力的流行观念提出了质疑。

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这件事令人着迷，其根源可以追溯到神经科学家迈克尔·梅策尼奇（Michael Merzenich）的开创性工作，诺曼·道伊奇（Norman Doidge）的《改变自己的大脑》（The Brain That Changes Itself）等书让这项研究得到了普及。梅策尼奇的观点建立在诺贝尔奖得主神经科学家大卫·胡贝尔（David Hubel）和托尔斯滕·威塞尔（Torsten Wiesel）有影响力的研究基础之上，他们研究了幼猫的眼优势（ocular dominance），即通过缝合幼猫的一只眼睑，观察其视觉皮层的变化。他们发现，通常会对从被缝合的那只眼睛输入的信息做出反应的视觉皮层神经元开始更多地对未被缝合的眼睛做出反应。眼优势的转变被解读为大脑能重组其感觉处理通路，以应对生命早期感官体验变化的明确证据。然而，当胡贝尔和威塞尔对成年猫进行测试时，并没有出现相同的眼优势变化，这表明成年猫的大脑可塑性要小得多。

梅策尼奇的研究则表明，即使是成年动物的大脑也不像以前认为的那样是一成不变的结构。在他的实验中，他仔细地观察了当猴子的手指被截肢后，最初控制这些手指的皮层感官系统如何对邻近的手指做出反应。他详细描述了大脑皮层的区域是如何扩大到占据或“接管”原先代表被截肢手指的大脑皮层空间的。这些结果被解读为成年动物大脑在响应感觉输入的变化时，会重新调整其结构——这意味着增强大脑恢复过程具有很大潜力。

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这些开创性的研究，以及其他许多专注于感觉剥夺和脑损伤的研究，强调了大脑重映射（brain remapping）的过程，在这个过程中，大脑可以重新分配一个大脑区域——例如属于某个手指或眼睛的区域——来控制另一个手指或眼睛。这个过程会假设盲人的视觉皮层被重新利用，使其听觉、触觉和嗅觉能力增强。该想法超越了简单的对已有脑区分配特定功能的适应性或可塑性的理解；它意味着对脑区用途进行全面的重新分配。然而，我们的研究揭示了一个不同的情况。

一厢情愿的想法

在好奇心和怀疑态度的双重驱动下，我们选择了神经科学领域10个最典型的大脑重塑神经活动的案例，并从一个新的角度重新评估了已发表的证据。我们认为，上述的这类现象不是大脑在不相关的区域创造新的功能，而是在利用其自出生以来就拥有的潜在能力。这一区别至关重要。这表明，大脑不会为了完全不同的目的而征用新的神经区域以提高适应损伤的能力。例如，对于梅策尼奇对猴子的研究以及胡贝尔和威塞尔对小猫的研究，更细致的研究揭示了大脑适应性中更微妙的过程。在梅策尼奇的研究中，大脑皮层区域并没有开始处理全新类型的信息。实际上，在截肢之前，被研究的脑区就已经准备好处理其他手指的信息了。但因为它们比即将被截肢的手指发射出的信号更弱，所以常被科学家们忽略。

同样，在胡贝尔和威塞尔的实验中，小猫眼优势的变化并不代表产生了新的视觉能力。相反，这只是现有的视觉皮层对眼睛的偏好发生了改变。最初适应闭着眼睛的神经元并没有获得新的能力，而只是增强了它们对睁开眼睛输入的反应。目前的证据并不能说明天生失明的人的视觉皮层或中风幸存者的未受伤皮层，能够发展出自出生以来不存在的新功能。

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这表明，通常认为大脑所具有的强大重塑皮层活动的能力，实际上可能只是大脑皮层对现有输入的偏好发生了改变。我们的研究发现，大脑更有可能增强或修改其先前存在的功能，而不是完全为新任务重新调整皮层区域的功能。这种对神经可塑性的重新定义意味着，大脑的适应性不是无限开发潜在区域，而是对现有资源和能力的更有效地利用。虽然神经可塑性确实是我们大脑的一个真实而强大的属性，但它并不像流传的那么广泛而彻底，而是比我们想象中更受限制也更具体。

那么，盲人如何依靠听觉辨别方位，以及中风患者如何恢复运动功能呢？我们的研究表明，答案不在于大脑强大的重塑皮层活动的能力，而在于训练和学习的能力。这些是神经可塑性的真正机制。盲人要习得灵敏的回声定位技能，中风幸存者要重新学习运动技能，都需要高强度、重复性的训练。这一学习过程证明了大脑可塑性是非凡但有限的。这是一个缓慢、渐进的过程，需要坚持不懈的努力和练习。

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我们对许多先前被描述为大脑重映射的案例进行了全面的分析，发现大脑在适应的过程中没有捷径或快车道。快速释放隐藏的大脑潜力或开发大量未使用区域的想法更像是一厢情愿的想法，而不是现实。了解大脑可塑性的本质和局限性是至关重要的，这既可以为患者提供更现实的康复可能，也可以指导临床医生采取康复方法。大脑的适应能力虽然令人惊叹，但却受到内在限制。认识到这一点有助于我们看到每个成功故事背后的医护人员的辛勤工作，并合理地调整康复手段。神经可塑性不是一种神奇的转变，而是一条充满奉献精神、坚持不懈和进展缓慢的道路。

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/the-brain-isnt-as-adaptable-as-some-neuroscientists-claim/

封面图来源：unsplash

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