生命科學

躍動的青春期大腦

大腦不同腦區的成熟速度不一致,導致青少年情緒易衝動,容易做出冒險行為,但也讓他們在思考和社交上更具有彈性。

撰文/吉德(Jay N. Giedd)
翻譯/謝伯讓

生命科學

躍動的青春期大腦

大腦不同腦區的成熟速度不一致,導致青少年情緒易衝動,容易做出冒險行為,但也讓他們在思考和社交上更具有彈性。

撰文/吉德(Jay N. Giedd)
翻譯/謝伯讓

重點提要
■磁共振造影(MRI)的研究發現,青春期的大腦並不是比較老的小孩大腦,也不是半熟的成年大腦,而是腦區之間的連結持續增強並充滿變動的獨特大腦。
■大腦的邊緣系統與情緒有關,在青春期時功能逐漸強化,但負責控制衝動的前額葉皮質要到20幾歲時才會成熟。這種不一致使得青少年比較喜歡冒險,但也讓他們比較容易適應環境。
■世界各地的兒童都出現青春期提早的現象,更拉長了這種「腦區發育不一致」的時間。
■更深入了解青春期大腦的特色,有助於家長和社會區別青春期行為和精神異常的不同,並幫助青少年成為他們理想中的自己。

「青春期大腦」常常被戲稱為一種矛盾、出錯的生物現象。

神經科學家曾把冒險、侵略、單純與令人困惑的青少年行為解釋為出錯大腦的產物。不過,過去10年的突破性研究發現,上述觀點並不正確。青春期大腦並非有缺陷,也不是半成熟的成年大腦,在功能上它受演化形塑成與兒童和成人的大腦都截然不同的獨特大腦。

青春期大腦的最重要功能之一,就是根據環境來修正大腦中的溝通網絡,以改變自己的行為反應。這種特殊的變動能力,又稱為發展彈性,其實是一把雙面刃;它幫助青少年在思考和社交上大步前進,但是不斷改變的本質也讓他們容易做出危險行為或發展出精神疾病。

最近的研究顯示,高度危險的行為起因於大腦邊緣系統和前額葉皮質的成熟時間不一致。邊緣系統和情緒有關,在青春期時成熟;負責理智判斷和控制衝動的前額葉皮質,則稍晚才會成熟,我們現在知道前額葉皮質一直到20多歲時還在不斷變化。而現在兒童的青春期似乎越來越早出現,導致這段「大腦發育不一致」的時期越來越長。

連接各腦區的網絡,其發展彈性(而不是原本大家認為的各腦區成熟度),才是大腦最終能否發育為成人大腦的關鍵。如果家長、老師、教育團體以及青少年本身都能知道這些知識,並且明白青春期大腦中情緒和理性判斷的神經網絡發展速度有越來越大的落差,就能夠了解青少年的衝動和勇於冒險、追求刺激、疏遠父母、親近同儕等行為,並不是認知或情緒出現問題,這些現象只是大腦發展中的自然結果,是青少年學習如何面對複雜世界的正常表現。

了解青春期大腦的特色,也可幫助大人決定何時該介入青少年的行為。一個15歲少女在衣著、音樂或政治的偏好上和父母唱反調,可能會讓家長感到驚恐,但這並不是精神疾病的象徵;一個16歲少年在玩滑板時不戴安全帽並勇於接受朋友的冒險挑戰,這其中也透露出一些玄機:此行為可能只是一種快速思考與回應同儕的表現,而不是他想要傷害自己。不過,其他探索性和侵略性的行為也可能是種警訊。無論如何,進一步了解青春期的獨特大腦,可以幫助我們區分「特殊但適切於某個年齡的行為」與「精神異常行為」的不同,因此能降低青少年成癮、性病、交通事故、意外懷孕、凶殺、憂鬱以及自殺的比率。


看見連結增強


當青少年的父母聽到8歲和16歲孩子的大腦有所不同時,應該很少人會覺得訝異。但是,科學家其實一直很難以科學的方法精確找出其中的差異。大腦被包覆在一層硬膜中,周遭都是護城河般的保護液環繞,而且外層還有密閉的頭骨,這些結構讓大腦可以抵抗碰撞與掠食者的攻擊,但是也讓科學家的好奇心不得其門而入。


磁共振造影(MRI)讓我們得以揭開大腦的神秘面紗,它提供了一種安全且精確的方法來研究人類各個年齡的大腦結構和功能。目前有許多研究正在追蹤數千對雙胞胎和一般人的大腦變化,研究結果逐漸顯示一個跡象,就是青少年大腦的成熟過程並不是透過體積逐漸變大,而是透過強化各個腦區的連結以及各腦區的逐漸特化來達成。


在大腦中,較多白質代表腦區之間結構性連結較強。白質的「白色」來自於一種叫做髓鞘質(myelin)的脂質,它包覆神經細胞本體所延伸出來的神經線路(軸突),使其絕緣,這個稱為「髓鞘化」的過程從孩童到成年的期間都在發生,可使神經脈衝在神經元之間的傳遞速度更快,並使軸突可在激發後較快回復到原本的狀態,以準備進行下一次的訊息傳遞。


回復時間較快,可讓神經元傳遞訊息的速度提升30倍。較快的傳遞速度和較短的回復時間,讓嬰兒成長到成人時的大腦計算效能提升3000倍,這也讓各腦區之間的網絡連結可以變得更全面且精緻。


最近的研究還發現髓鞘有另一種比較微妙的功能。神經元會整合來自其他神經元的訊息,但是只有在收到的訊號超過特定的電位門檻時,才會把訊號再傳出去。如果神經元發出訊號,它會同時啟動一連串的分子變化來強化自己和訊息來源的神經元之間的突觸連結。


這種強化彼此連結的型式,就是學習的大腦生理基礎。科學家發現,如果要讓附近的神經元和遠端的神經元同時傳入訊息,訊息傳遞的時間就需經過精確計算,而髓鞘就是這種時間微調所需的關鍵。當兒童進入青春期,快速擴張的髓鞘就會開始加入並協調腦區之間的各種認知訊息的運算和傳遞。


科學家現在可以透過「圖論」(graphy theory)分析法來測量大腦連結度的變化,這是一種可以量化「結點」和「邊線」關係的數學運算方法。「結點」可以是單一神經元或大腦腦區,例如海馬回或前額葉皮質那樣的大區域;「邊線」可以是結點之間的任何連結,包括結構性連結(例如神經元之間的白質連結)和功能性連結(例如兩個腦區在執行某項認知功能時同步活化)。......