改變心理學(xué)的40項研究 ·研究2 豐富的經(jīng)歷是否等于更大的大腦
Rosenzweig, M.R., Bennett, E.L., & Diamond, M.C.(1972).Brain changes in response to experience.Scientific American, 226 (2), 22-29.
如今，如果你進(jìn)入一個典型美國中產(chǎn)階級家庭的嬰兒房間，你可能會看到一張嬰兒床，在嬰兒伸手可及的上方懸掛著許多小動物玩具和各種各樣的彩色玩具。其中一些玩具會發(fā)光、會活動、會演奏音樂，或者兼有上述三種功能。設(shè)想一下，人們?yōu)槭裁唇o嬰兒準(zhǔn)備這么多可看可玩的東西呢？除了嬰兒喜歡這些東西并作出積極反應(yīng)外，絕大部分父母都相信，無論這個觀點得到公認(rèn)與否，孩子們需要一個令他們興奮的環(huán)境，以促進(jìn)智力和大腦最大程度的發(fā)展。
關(guān)于某種特定的經(jīng)歷是否會引起大腦形態(tài)變化的問題，幾個世紀(jì)以來一直是哲學(xué)家和科學(xué)家在猜測和研究的話題。1785年，意大利解剖學(xué)家瑪拉卡尼（Malacarne）研究了同一胎產(chǎn)下的幾對小狗和同一窩蛋孵出的幾只小鳥。他有目的地長期訓(xùn)練每一對中的一只，而另外一只會得到同樣良好的照料，但并不接受訓(xùn)練。然后，通過對動物的尸體進(jìn)行解剖，他發(fā)現(xiàn)受過訓(xùn)練的動物的大腦表現(xiàn)得更為復(fù)雜，帶有更多的褶皺和溝回。然而，這一研究不知因為什么原因沒能繼續(xù)下去。在19世紀(jì)后期，人們試圖把一個人的學(xué)習(xí)量和他腦袋的周長聯(lián)系起來。雖然一些早期的研究成果支持這種相關(guān)，但后來的研究成果認(rèn)為這并不是一種測量大腦發(fā)展的有效尺度。
直到20世紀(jì)60年代，新技術(shù)的發(fā)展使科學(xué)家們具備更精確地檢測大腦變化的能力，他們運(yùn)用高倍顯微技術(shù)，并對大腦內(nèi)各種酶和神經(jīng)遞質(zhì)水平進(jìn)行評估。在加利福尼亞大學(xué)伯克利分校，馬克·羅茲維格（Mark Rosenzweig）及其同事愛德華·本奈特（Edward Bennett）以及瑪麗安·戴蒙德（Marian Diamond）采用這些技術(shù)，歷時10余年，進(jìn)行了由16次實驗組成的系列研究，力圖揭示經(jīng)驗對大腦的影響。本章的這篇文章將介紹他們的研究發(fā)現(xiàn)。由于顯而易見的原因，在他們的研究中并沒有用人作被試，而是像很多經(jīng)典心理學(xué)實驗一樣，用老鼠作被試。
理論假設(shè)
由于心理學(xué)家最終的興趣在于人而不是老鼠，因而就必須指出這種不用人作被試的研究的合理性。在這些研究中，為什么選擇老鼠作被試就成了研究理論基礎(chǔ)的一部分。作者解釋說，由于多種原因，使用嚙齒類動物比使用高級的哺乳類動物（如食肉類或靈長類動物）更方便。這項研究的重點是腦部，老鼠的腦部是平滑的，并不像更高等的動物那樣曲折而復(fù)雜。因此，對其大腦的檢測和測量就更容易。此外，老鼠體型較小并且也不昂貴，在實驗室的研究中，這是一個很重要的考慮因素（通常實驗室經(jīng)費(fèi)并不充足而且缺乏空間）。老鼠一胎多子，這就允許研究者將同一窩中的老鼠分配到不同的實驗條件下。作者最后指出，研究者培養(yǎng)了多種種系的老鼠，以便在需要的時候把遺傳因素考慮在內(nèi)。
在羅茲維格的研究中，隱含著一種想法，即把飼養(yǎng)在單調(diào)或貧乏環(huán)境中的動物與飼養(yǎng)在豐富環(huán)境中的動物進(jìn)行對比，二者在大腦發(fā)育和化學(xué)物質(zhì)等方面將表現(xiàn)出明顯的不同。在這篇實驗報告所涉及的每次實驗中，均采用了12組老鼠，每一組均由取自同一胎的三只雄鼠組成。
方法
三只雄鼠都是從一胎所生的老鼠中選擇的，它們被隨機(jī)分配到三種不同的實驗條件中。一只老鼠仍舊與其他同伴待在實驗室籠子里，另一只被分派到羅茲維格稱為“豐富環(huán)境”的籠子里，第三只被分派到“貧乏環(huán)境”的籠子里。記住，在16次實驗中，每次都有12只老鼠被安排在每一種實驗條件中。
三種不同環(huán)境（如圖1—4）描述如下。
圖1—4 羅茲維格等人實驗中三個籠子的環(huán)境
1.標(biāo)準(zhǔn)的實驗室籠子中，有幾只老鼠生活在足夠大的空間里，籠子里總有適量的水和食物。
2.貧乏的環(huán)境是一個略微小一些的籠子，老鼠被放置在單獨隔離的空間里，籠子里總有適量的水和食物。
3.豐富的環(huán)境幾乎是一個老鼠的迪士尼樂園（并沒有冒犯米老鼠的意思），6~8只老鼠生活在一個“帶有各種可供玩耍的物品的大籠子里。每天從25種玩具中選取一種新的組合放在籠子里”（第22頁）。
實驗人員讓老鼠在這些不同環(huán)境里生活4周到10周不等。經(jīng)過這樣不同階段的實驗處理之后，實驗人員將人道地剝奪這些實驗老鼠的生命，對它們進(jìn)行解剖以確定腦部發(fā)育是否不同。為了避免實驗者偏見的影響，解剖按照編號的隨機(jī)順序進(jìn)行，這就可以避免尸檢人員知道老鼠是在哪種環(huán)境下成長的。研究者關(guān)注的是生活在豐富環(huán)境下與生活在貧乏環(huán)境下的老鼠的大腦所出現(xiàn)的不同。
解剖老鼠的大腦后，對各個部分進(jìn)行測量、稱重和分析，以確定細(xì)胞生長量與神經(jīng)遞質(zhì)活動的水平。在對后者的測量中，有一種叫作“乙酰膽堿”的腦酶引起了研究者們特別的興趣。這種化學(xué)物質(zhì)十分重要，因為它能使腦細(xì)胞中神經(jīng)沖動傳遞得更快、更高效。
羅茲維格和他的同事是否發(fā)現(xiàn)了老鼠的大腦因其生活環(huán)境的豐富或貧乏而有所不同呢？以下就是他們的研究結(jié)果。
結(jié)果
結(jié)果證實，生活在豐富環(huán)境中的老鼠，其大腦在很多方面都有別于貧乏環(huán)境中的老鼠。在豐富環(huán)境中生活的老鼠的大腦皮層（即大腦對經(jīng)驗作出反應(yīng)的部分，它負(fù)責(zé)行動、記憶、學(xué)習(xí)和所有感覺的輸入，如視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺）更重且更厚，并且這種差別很顯著。前面提到神經(jīng)系統(tǒng)中存在的“乙酰膽堿”酶，在身處豐富環(huán)境的老鼠的大腦組織中更具活性。
兩組老鼠的腦細(xì)胞（又稱為神經(jīng)元）在數(shù)量上并沒有顯著差別，但豐富的環(huán)境使老鼠的大腦神經(jīng)元變得更大。與此相關(guān)，研究還發(fā)現(xiàn)，豐富環(huán)境中的老鼠的RNA和DNA（兩種對神經(jīng)元生長起最重要作用的化學(xué)成分）的比率也相對更高。這意味著在豐富環(huán)境里長大的老鼠其大腦中有更高水平的化學(xué)活動。
羅茲維格和他的同事解釋說：“雖然由環(huán)境引起的大腦變化并不很大，但我們確信這種變化是千真萬確的。在重復(fù)實驗的時候，上述結(jié)果仍能出現(xiàn)……我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗對大腦最一致的影響表現(xiàn)在大腦皮層與大腦的其余部分（即皮層下部）的重量之比上。具體表現(xiàn)為，經(jīng)驗使大腦皮層迅速地增重，但大腦其他部分變化很小”（P.25）。這種對大腦皮層與大腦其余部分比率的測量是對大腦變化最精確的測量。這是因為每只動物的腦重量會隨動物體重的變化而變化，運(yùn)用這個比率，可以消除個體差異。圖1—5用圖表說明了16次實驗的結(jié)果。正如你看到的，只有一次實驗結(jié)果的差異在統(tǒng)計上不顯著。
最后，是有關(guān)兩組老鼠大腦的神經(jīng)突觸的發(fā)現(xiàn)。神經(jīng)突觸是指兩個神經(jīng)元相匯之處。大部分大腦活動發(fā)生在神經(jīng)突觸上，在這里，神經(jīng)沖動有可能通過一個又一個神經(jīng)元繼續(xù)傳遞下去，也有可能被抑制或終止。在高倍電子顯微鏡下，能發(fā)現(xiàn)在豐富環(huán)境中長大的老鼠其大腦中的神經(jīng)突觸比在貧乏環(huán)境下長大的老鼠的神經(jīng)突觸大50%。
圖1—5 豐富環(huán)境與貧乏環(huán)境相比老鼠大腦皮層增加的比率
注：實驗2至16有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異。
資料來源：引自Rosenzweig, Bennett, & Diamond, P.26。
討論及批評
經(jīng)過近10年的研究，羅茲維格、貝奈特和戴蒙德滿懷信心地指出：“毫無疑問，大腦構(gòu)造及其化學(xué)成分的很多方面可以被經(jīng)驗改變?！保≒.27）。然而，他們也坦承，當(dāng)他們第一次公布研究結(jié)果時，許多科學(xué)家對此表示懷疑，因為像這樣的結(jié)果在過去的研究中從未被清楚地證實過。有些批評意見認(rèn)為，也許并不是豐富的生活環(huán)境使大腦產(chǎn)生了變化，而是由于老鼠接受了不同的實驗處理，如純粹的觸摸或壓力情境。
這種批評是有根據(jù)的，在豐富環(huán)境的實驗條件下，老鼠每天被觸摸兩次，即在換玩具時得將它們移開。而在貧乏環(huán)境的實驗條件下，老鼠沒有被觸摸。因此，可能是觸摸導(dǎo)致了這一結(jié)果，而不是豐富環(huán)境的實驗條件所致。為了消除這一潛在的混淆因素，研究者每天撫摸一組老鼠，而不撫摸與它們同胎的另一組老鼠（這些老鼠都處在同一環(huán)境中）。羅茲維格和他的同事并沒有發(fā)現(xiàn)這兩組老鼠的大腦有什么不同。此外，在他們后來的研究中發(fā)現(xiàn)，同樣撫摸在豐富環(huán)境與貧乏環(huán)境條件下的老鼠，得到的結(jié)果也是一樣的。
至于壓力情境，批評者認(rèn)為，在貧乏環(huán)境中生活的老鼠因被隔離而產(chǎn)生壓力，這是導(dǎo)致它們大腦欠發(fā)達(dá)的原因。羅茲維格等人引證了另一項研究，此項研究讓老鼠暴露于日常的壓力情境之中（旋轉(zhuǎn)籠子或給予輕微電擊），并沒有發(fā)現(xiàn)僅因壓力而使大腦改變的證據(jù)。
在實驗室中進(jìn)行的任何研究都存在人為性問題。羅茲維格和他的同事很想知道在自然的生長環(huán)境中，各種水平的刺激是如何影響動物的大腦發(fā)育的。他們指出，實驗室中的老鼠常在人工環(huán)境中繁殖，且已經(jīng)繁衍了100代，它們和野生鼠幾乎是沒有相似的遺傳基因。為了探索這種有趣的可能性，他們開始研究野生老鼠。他們把抓到的這種野生鼠隨機(jī)地放在戶外自然環(huán)境中或是實驗室的豐富環(huán)境籠子里。4周后，發(fā)現(xiàn)戶外老鼠的大腦比實驗室老鼠的大腦發(fā)展得更好?！斑@就表明，實驗室中的豐富環(huán)境與自然環(huán)境相比，仍是相當(dāng)貧乏的”（第27頁）。
最后，涉及動物被試最主要的批評意見是它與人的關(guān)系問題。毫無疑問，這類研究永遠(yuǎn)不能用人來做被試，但是研究者仍有責(zé)任探討此問題，并且這些科學(xué)家也這樣做了。
作者解釋說，很難把在一組老鼠身上的研究結(jié)果泛化到另一組老鼠身上，而要把用老鼠做研究的結(jié)果泛化到猴子或人的身上則更難。雖然他們宣布在幾類嚙齒類動物身上取得了相似的結(jié)果，但他們也承認(rèn)，在得出經(jīng)驗對人腦產(chǎn)生影響的假設(shè)前，仍需要更多研究。然而，他們提出以動物為被試的這類研究的價值在于“允許我們對概念和技術(shù)進(jìn)行檢驗，其中一部分可能對今后以人為被試的研究有所幫助”（第27頁）。
作者在這篇文章中還提到這項研究的幾個潛在好處。它可以用在對記憶的研究中。由于經(jīng)驗而使大腦產(chǎn)生的改變，可以使人更好地理解記憶是怎樣被保存在大腦中的，從而導(dǎo)致一些新技術(shù)的產(chǎn)生以提高記憶并阻止因年齡增長而導(dǎo)致記憶的衰退。另一方面，這些研究也有助于解釋營養(yǎng)不良與智力發(fā)展之間的關(guān)系。作者的觀點是，營養(yǎng)不良可以使一個人對環(huán)境刺激的反應(yīng)遲鈍，長期持續(xù)的營養(yǎng)不良可能限制大腦的發(fā)育。作者強(qiáng)調(diào)，一些同時進(jìn)行的研究證明，營養(yǎng)不良對大腦發(fā)育的影響也會因環(huán)境的豐富而減輕，或因環(huán)境的惡劣而加重。
相關(guān)研究和近期應(yīng)用
這項由羅茲維格、本奈特和戴蒙德所做的工作，對這一領(lǐng)域研究的持續(xù)發(fā)展起到了催化劑般的作用。自他們論文發(fā)表的25年以來，這幾位科學(xué)家和其他科學(xué)家一道繼續(xù)致力于鞏固、改進(jìn)、擴(kuò)充他們的研究成果。
例如，他們發(fā)現(xiàn)豐富環(huán)境的生活經(jīng)歷有助于提高學(xué)習(xí)本身，即使是在貧乏環(huán)境中長大的成年動物，當(dāng)它被放在一個豐富環(huán)境中的時候，其大腦發(fā)育也能獲得提高（見本奈特，1976，一個完整的回顧）。
現(xiàn)有的一些證據(jù)表明，經(jīng)驗確實改變了人類大腦的發(fā)育。通過對自然死亡者的尸體解剖，研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個人具有更多的技術(shù)和能力時，他的大腦確實變得更復(fù)雜也更重。在對那些沒有某種特定經(jīng)歷的人的大腦進(jìn)行解剖時，他們發(fā)現(xiàn)了另外一些結(jié)果。例如，與視覺正常的人相比，盲人大腦的視覺皮層部分明顯發(fā)育不良，溝回較少，皮層較薄。
瑪麗安·戴蒙德（Marian Diamond）是原稿的作者之一，她在人類智力的畢生發(fā)展進(jìn)程方面運(yùn)用了這一研究成果。她說：“在生活中，我想我們應(yīng)該對大腦老化持一個更樂觀的態(tài)度……主要因素是刺激，神經(jīng)細(xì)胞因刺激而存在，所以我認(rèn)為好奇心是一個關(guān)鍵因素。如果一個人在一生中始終充滿好奇心，那這將刺激他的神經(jīng)組織和大腦皮層……我尋訪在88歲以后還極有活力的人。我發(fā)現(xiàn)那些經(jīng)常用腦的人，大腦不易老化。事情就是這樣簡單。”（Hopson，1984，P.70）
兩項新近研究從不同的實際應(yīng)用角度闡述了羅茲維格、戴蒙德和本奈特關(guān)于環(huán)境影響大腦發(fā)育的觀點。懷斯和貝林格（Weiss & Bellinger，2006）將研究擴(kuò)展到探討有害環(huán)境對人類大腦早期發(fā)展的影響，他們認(rèn)為有害環(huán)境不僅應(yīng)包括各種有害的化學(xué)物質(zhì)，還應(yīng)考慮個體生活情境中的所有因素，如遺傳傾向和生活環(huán)境的豐富或貧乏。研究者提出，對人類而言，接觸有害物質(zhì)造成的影響與個體成長環(huán)境的豐富或貧乏直接相關(guān)。換言之，在貧困中長大的兒童，不僅其發(fā)展環(huán)境相對貧乏，而且其暴露于有害物質(zhì)中的風(fēng)險更高。環(huán)境因素甚至?xí)饔糜谟泻ξ镔|(zhì)，從而對大腦發(fā)展造成影響。懷斯和貝林格稱，對環(huán)境中的有害物質(zhì)的研究已呈現(xiàn)出一種趨勢，即集中于研究有害物質(zhì)本身，而淡化相關(guān)的情境變量。作者寫道：
我們認(rèn)為，生命早期暴露于具有神經(jīng)毒性化學(xué)物質(zhì)中所造成的后果，取決于兒童的社會環(huán)境，包括其出生前的主導(dǎo)環(huán)境……我們認(rèn)為，要對有害物質(zhì)在神經(jīng)行為層面的潛在后果作真正評估，離不開個體活動、導(dǎo)致其獨特性和持續(xù)造成個體缺陷的生態(tài)環(huán)境（如環(huán)境豐富）（P.1497）。
另一篇文章也引用了羅茲維格在1972年的研究，對近來一些試圖用過分簡單化的豐富環(huán)境策略來促進(jìn)兒童大腦發(fā)育的做法提出了批評（Jones & Zigler，2002）。正如你料想的那樣，當(dāng)公眾了解到羅茲維格等人的研究后，就有可能掀起一些看似極有吸引力的熱潮，但它們卻極少建立在科學(xué)事實之上。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的“莫扎特效應(yīng)”（Mozart Effect）就屬其中一例。這一股狂熱開始于一些初步研究所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果：兒童聽莫扎特（而不是其他古典作曲家）的音樂，學(xué)習(xí)將變得更好。這一思想在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)展到了極致，“莫扎特效應(yīng)”可使兒童和成人從中獲益，并宣稱特定的音樂能夠促進(jìn)全身健康、提高記憶力、治療注意缺陷、減少抑郁和加速身體創(chuàng)傷的愈合。
結(jié)論
瓊斯和奇格勒（Jones & Ziger，2002）認(rèn)為這些流行的應(yīng)用對研究的推廣不僅無效而且危險。他們指出：“將腦研究的結(jié)果作為一種‘權(quán)宜之計’，用來解決復(fù)雜系統(tǒng)的問題，這是不恰當(dāng)?shù)??！保≒.355）他們進(jìn)一步提出，當(dāng)科學(xué)的腦與學(xué)習(xí)的研究得到謹(jǐn)慎的、正確的應(yīng)用時，它才能夠“對早期認(rèn)知和社會性發(fā)展起到深入的、高質(zhì)量的、多領(lǐng)域的干預(yù)作用”（P.355）。
Bennett, E.L.(1976).Cerebral effects of differential experience and training.In M.R .Rosenzweig & E.L.Bennett (Eds.), Neural mechanisms of learning and memory.Cambridge, MA: MIT Press.
Hopson, J.(1984).A love affair with the brain: A PT conversation with Marian Diamond.Psychology Today，11, 62-75.
Jones, S.& Zigler, E.(2002).The Mozart Effect: Not learning from history.Journal of Applied Developmental Psychology, 23, 355-373.
Weiss, B., & Bellinger, D.C.(2006).Social ecology of children’s vulnerability to environmental pollutants (Commentary).Environmental Health Perspectives，114，1479-1485
