丰富经历能改变大脑?探索心理学研究的40项历史

Roenzweig， M.R.， Bennett， E.L.， & Diamond， M.C. （1972）. Brain changes in response to experience. Scientific American， 226， 22 -29.

今天，如果你进入一个典型的美国中产阶级家庭的婴儿房间，你可能会看到一张婴儿床，在婴儿伸手可及的上方悬挂着许多小动物玩具和各种各样的彩色玩具。其中一些玩具会发光、会活动、会演奏音乐，或者兼有上述三种功能。设想一下，人们为什么给婴儿准备这么多可看可玩的东西呢？除了婴儿喜欢这些东西并作出积极反应外，绝大部分父母都相信——无论这个观点公认与否——孩子们需要一个令他们兴奋的环境，以促进智力和大脑最大限度地发展。

某种经历是否会引起大脑形态变化的问题，是几个世纪以来哲学家和科学家一直在猜测和研究的话题。1785年，意大利解剖学家玛拉卡尼（Malacame）研究了同一胎产下的几对小狗和同一窝蛋孵出的几只小鸟。他有目的地长期训练每一对中的一只，而另外一只会得到同样良好的照料，但并不接受训练。然后，通过对动物的尸体进行解剖，他发现受过训练的动物的大脑表现得更为复杂，带有更多的褶皱和沟回。然而，这一研究不知由于什么原因没能继续下去。在19世纪后期，人们试图把一个人的学习量和他头部的周长联系起来。虽然一些早期的研究成果支持这种联系，但后来的研究成果则认为这并不是一种测量大脑发展的有效尺度。

直到20世纪60年代，新技术的发展使科学家们具备更精确地检测大脑变化的能力，他们运用高倍技术，并对大脑内各种酶和神经递质水平进行评估。在加利福尼亚大学，马克·罗兹维格（Mark Rosenzweig）和他的同事爱德华·本奈特（Edward Bennett）以及玛丽安·戴蒙德（Marian Diamond）采用这些技术，历时十余年，进行了由16项实验组成的系列研究，力图揭示经验对大脑的影响。本章的这篇文章将介绍他们的研究发现。由于显而易见的原因，在他们的研究中并没有用人做被试，而是像很多经典心理学实验一样，用老鼠做被试。

理论假设

由于心理学家最终的兴趣在于人而不是老鼠，因而就必须指出这种不用人做被试的研究的合理性。在这些研究中，为什么选择老鼠做被试就成了研究理论基础的一部分。作者解释说，由于多种原因，使用啮齿类动物比使用高级的哺乳类动物（如食肉类或灵长类动物）更方便。这项研究的重点是脑部，老鼠的脑部是平滑的，并不像更高等的动物那样曲折而复杂。因此，对其大脑的检测和测量就更容易。此外，老鼠体型较小并且也不昂贵，在实验室的研究中，这是一个很重要的考虑因素（通常实验室的经费并不充足而且缺乏空间）。老鼠一胎多子，这就允许研究者将同一窝中的老鼠分配到不同的实验条件下。作者最后指出，研究者培养了多种种系的老鼠，以便需要的时候把遗传作用考虑在内。

在罗兹维格的研究中隐含着一种想法，即将饲养在单调或贫乏环境中的动物与饲养在丰富环境中的动物相比，两者在大脑发育和化学物质等方面将表现出明显的不同。在这篇实验报告所涉及的每次实验中，均采用了12组老鼠，每一组由取自同一胎的3只雄鼠组成。

方法

3只雄鼠都是从一胎所生的老鼠中选择的，它们被随机分配到3种不同的实验条件中。1只老鼠仍旧与其他同伴待在实验室的笼子里，另一只被分派到罗兹维格称为“丰富环境”的笼子里，第三只被分派到“贫乏环境”的笼子里。记住，在16次实验中，每次都有12只老鼠被安排在每一种实验条件中。

三种不同环境（如图1.3）描述如下：

1.在标准的实验室笼子中，有几只老鼠生活在足够大的空间里，笼子里总有适量的水和食物。

2.贫乏的环境是一个略微小一些的笼子，老鼠被放置在单独隔离的空间里，笼子里总有适量的水和食物。

3.丰富的环境几乎是一个老鼠的迪斯尼乐园（并没有冒犯米老鼠的意思），6～8只老鼠生活在一个“带有各种可供玩耍的物品的大笼子里，每天从25种新玩具中选取一种放在笼子里”（第22页）。(www.xing528.com)

实验人员让老鼠在这些不同环境里生活的时间从4周到10周不等。经过这样不同阶段的实验处理之后，实验人员将人道地使这些用于实验的老鼠失去生命，通过对它们进行解剖以确定脑部是否有不同的发展。为了避免实验者偏见的影响，解剖按照编号的随机顺序进行，这就可以避免尸检人员知道老鼠是在哪种环境下成长的。研究者关注的是生活在丰富环境下的与生活在贫乏环境下的老鼠的大脑所出现的不同。

解剖老鼠的大脑后，对各个部分进行测量、称重和分析，以确定细胞生长的总和与神经递质活动的水平。在对后者的测量中，有一种叫做“乙酰胆碱”的脑酶引起了研究者特别的兴趣。这种化学物质十分重要，因为它能使脑细胞中神经冲动传递得更快、更高效。

图1.3　三个笼子的环境

罗兹维格和他的同事是否发现了老鼠的大脑因为在丰富环境下或贫乏环境下而有所不同呢？以下就是他们的研究结果。

结果

结果证实，在丰富环境中生活的老鼠的大脑和在贫乏环境中生活的老鼠的大脑在很多方面都有区别，在丰富环境中生活的老鼠其大脑皮层更重、更厚，并且这种差别具有显著意义。皮层是大脑对经验作出反应的部分，它负责行动、记忆、学习和所有感觉的输入（如视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉）。前面提到神经系统中存在的“乙酰胆碱”酶，在身处丰富环境的老鼠的大脑组织中，这种酶更具活性。

两组老鼠的脑细胞（又称为神经元）在数量上并没有显著性差别，但丰富的环境使老鼠的大脑神经元更大。与此相关，研究还发现RNA和DNA——这两种对神经元生长起最重要作用的化学成分，其比率对于在丰富环境中长大的老鼠来说，也相对更高。这意味着在丰富环境里长大的老鼠，其大脑中有更高水平的化学活动。

罗兹维格和他的同事解释说：“虽然由环境引起的大脑变化并不很大，但我们确信这种变化是千真万确的。在重复实验的时候，上述结果仍能出现……我们发现，经验对大脑最一致的影响表现在大脑皮层与大脑的其余部分——皮层下部的重量之比上。具体表现为，经验使大脑皮层迅速地增重，但大脑其他部分变化很小”（第25页）。这种对大脑皮层与大脑其余部分比率的测量是对大脑变化最精确的测量，这是因为每只动物的脑重量会随着动物体重的变化而变化。运用这个比率，可以消除个体的差异。图1.4用图表的形式说明了16次实验的结果。正如你看到的，只有一次实验结果的差异在统计上不显著。

最后，是有关两组老鼠大脑的神经突触的发现。神经突触是指两个神经元相遇之处。大部分大脑活动发生在神经突触上，在这里，神经冲动有可能通过一个又一个神经元继续传递下去，也有可能被抑制或终止。在高倍电子显微镜下，能发现在丰富环境中长大的老鼠大脑中的神经突触比在贫乏环境中长大的老鼠的神经突触大50%。

讨论及批评

经过近10年的研究，罗兹维格、本奈特和戴蒙德很有信心地指出：“毫无疑问，大脑构造及其化学成分的很多方面可以被经验改变”（第27页）。然而，他们也很快承认，当他们第一次公布研究结果时，许多科学家对此产生怀疑，因为像这样的结果在过去的研究中从未被清楚地证实过。有些批评意见认为，也许并不是丰富的生活环境使大脑产生了变化，而是由于老鼠接受了不同的实验处理，如纯粹的触摸或压力情境。