去年五月，我去了聖地亞哥參加我姐夫的大學畢業典禮，並第一次見到了他4個月大的兒子蘭登。整個週末，我無法抑制我內心的科學怪人，經常發現自己在探究我侄子的足底反射。在我解釋為什麼他的腳趾會那樣捲曲時，我的妻子投來不贊同的目光，而她家人則一臉茫然地盯著我，在他們的壓力下，我放棄了專業術語，轉而用嬰兒語交談。
我在神經科學領域從事博士後研究，因此，大腦發育對我來說特別有吸引力。但這次家庭拜訪中，比嬰兒的神經發育更引人注目的是我26歲的姐夫的重新發育。
在短短幾個月的時間裡，傑克從我妻子的小弟弟變成了一個親力親為的新手父親。當我第一次見到傑克時，他是一個高挑、瘦弱、乳臭未乾的19歲男孩，高中畢業後就加入了美國海軍。作為一名參加過兩次伊拉克戰爭的退伍軍人，傑克在六年裡看到的世面比我們大多數人一生都多，而且他還有一大堆瘋狂的水手故事可以講。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。購買訂閱有助於確保關於塑造我們當今世界的發現和思想的重大故事的未來。
不過，養育蘭登無疑是傑克面臨的最大挑戰。無論他是否知道，無論他是否喜歡，他的生活都將發生鉅變。在週末旅行結束時，我看到了一些跡象，表明傑克已經接受（好吧，算是接受了）他的生活將永遠不會再一樣的事實：在為蘭登的汽車安全座椅安裝在改裝過的馬自達RX-8後座上掙扎了幾個星期之後，傑克最終妥協了，換了一輛更實用的汽車，這樣可以更容易地運送小傢伙。
孩子的出生可以說是父母一生中最重要的事情。我們很容易理解母子關係的概念。在懷孕的九個月裡，母子緊密相連。催產素等激素在母親體內流動，從生物學上將她們與嬰兒聯絡在一起。她們的心跳甚至可以同步。分娩後，母親為新生兒提供天然食物來源。相比之下，我們對父子關係的生物學知之甚少。
受孕後，男性並不一定需要維持孩子的生命。他們不會懷孕或哺乳。然而，研究表明，父子關係對孩子未來的成功至關重要。如果父親讓孩子由母親單獨撫養，孩子更有可能遭受情緒困擾，變得好鬥，出現成癮問題，或與法律發生衝突。
由於父親和孩子之間沒有明確的生理聯絡——至少不像母親和嬰兒那樣——研究人員開始深入大腦尋找更好的線索，以理解這種關係的力量。最近的一系列研究開始取得成果：我們現在瞭解到，在分娩後的最初幾天裡，父親和嬰兒的大腦都會發生變化，這取決於父親是否在場。也許神經科學家終於找到了難以捉摸的父子關係，並找到了確保父親在分娩後留下的生物學鉤子。
大腦不是靜止的，神經元在整個生命中不斷地自我重塑。腦細胞不僅改變它們的連線，而且還可以自發地形成額外的神經元，這個過程稱為神經發生。雖然神經發生的機制尚未完全瞭解，但額外的腦細胞生長與學習新事物密切相關。
最近的一項研究表明，在幼崽出生後的幾天裡，雄性小鼠體內發生了神經發生。但是，只有當小鼠父親留在巢穴中時，額外的腦細胞才會出現。換句話說，如果他在幼崽出生的當天被移走，什麼都不會發生。一組新的腦細胞在嗅球中形成，專門用於調節幼崽的氣味。另一組神經元在海馬體中生長，海馬體是大腦中一個關鍵的記憶中心，有助於將幼崽的氣味鞏固為長期記憶。
在哺乳動物中，位於鼻子中的神經元使用特殊的嗅覺受體檢測氣味，並將資訊傳遞到嗅球，嗅球是氣味的整合中心。然而，僅僅聞到幼崽的氣味並不足以導致新的神經元形成。當研究人員將父親與幼崽隔開，在籠子裡放置一個網格屏障時，沒有出現額外的腦細胞。父親必須在產後早期在巢穴中實際存在，才能獲得另一組神經元。他在巢穴中與幼崽的身體接觸以及幼崽的氣味是導致神經元生長的原因。
當父親與後代互動時形成的腦細胞也受到一種稱為催乳素的激素的調節。這意味著，這種負責新母親乳房產生乳汁的相同激素似乎也參與了促進父親和後代之間的產後聯絡。關閉催乳素基因的小鼠父親沒有形成任何特定於後代的腦細胞。
通常，分離幾周的時間就足以讓成年小鼠忘記它們的籠伴夥伴。但這些新的神經元有助於形成長期記憶和聯絡，因為即使在分離很長一段時間後，小鼠父親也能透過氣味輕鬆識別出它們的後代。
雖然看起來父子關係的種子是由新父親體內補充的神經元所種下的，但另一方面，孩子似乎天生就擁有一個期望這種關係首先形成的大腦。
為了證明這一點，最近的一些研究轉向了一種採用非常熟悉的巢穴結構的齧齒動物。智利八齒鼠大鼠是雙親動物，這意味著父母雙方共同承擔養育責任。智利八齒鼠父親的行為就像人類父親一樣。在幼崽生命的早期，他們會幫助進行基本護理，如保暖和梳理。隨著幼崽長大，智利八齒鼠父親開始積極地與他們的幼兒後代玩耍。
研究人員認為，智利八齒鼠巢穴中父親的缺失會給後代造成真正的社會和情感空虛，就像一個父親的缺失會影響人類家庭的動態一樣。他們發現，如果齧齒動物父親與幼崽一起留在巢穴中——大概是因為他與後代之間建立了新的聯絡——他的幼崽的大腦發育正常。但如果父親在幼崽出生後不久就被移出巢穴，他的新生兒的大腦就會開始在突觸水平上分解，突觸是大腦中允許腦細胞相互交流的短化學連線。
具體而言，在沒有父親的情況下長大的智利八齒鼠幼崽在眶額皮層和體感皮層中的突觸都較少。突觸較少會改變年輕動物處理資訊的方式，並使這些大腦區域出現異常功能。
眶額皮層是前額皮層的一部分，負責調節決策、獎勵和情緒。從智利八齒鼠大鼠的實驗中推斷，這個區域的錯誤突觸和處理問題可能最終解釋了為什麼我們看到一些沒有父親長大的孩子會與（有時非常嚴重的）行為問題作鬥爭。
這些大鼠研究與我們已經瞭解的觸控在神經發育中的作用相符。在羊水中漂浮度過之前的幾周，感覺被剝奪之後，新生動物的體感皮層為改變做好了充分準備。但當智利八齒鼠在沒有父親的情況下長大時，體感皮層的突觸並沒有在產後早期蓬勃發展，而是逐漸萎縮。因此，新生兒可能無法像他們應該的那樣處理觸控，這可能導致許多其他發育問題，如代謝問題或不規則的激素產生。
這些動物研究表明，父親的大腦與他後代的大腦顯著且精美地交織在一起。無論出於何種原因，無論是生物學的、進化論的還是社會的原因，人類養育子女的責任傳統上都落在母親身上。但證據表明，父親對孩子的神經發育有直接影響，而且實際上，他自己的大腦也會從中受益。
也許我的侄子，在傑克的觸控等簡單行為的刺激下，建立了一套健康的大腦連線，可能已經擁有了在長大後應對行為和情緒挑戰所需的工具。雖然我不能確切地探測傑克的大腦以確定他是否正在萌發神經元，但我注意到他的注意力發生了不可否認的變化，因為他的新聯絡已經建立。蘭登的細微動作和聲音，大多人都沒有注意到，卻神秘地引起了傑克的注意。想到在傑克的頭腦中，有一些小小的神經元專門為他的兒子而存在，這讓人感到安慰。
您是科學家嗎？您最近是否閱讀過一篇您想撰寫的同行評議論文？那麼請聯絡《心智問題》聯合編輯加雷斯·庫克，他是普利策獎得主，《波士頓環球報》的記者，他在那裡編輯週日觀點版塊。您可以透過garethideas AT gmail.com聯絡他