去年，我第一次見到了我四個月大的侄子蘭登。在聖地亞哥拜訪他的那個週末，我內心的科學迷經常佔上風。我會發現自己在探究侄子的足部反射，並主動解釋為什麼他的腳趾會這樣或那樣地彎曲，但得到的只是我妻子不贊成的目光和新手父母茫然的表情。很快我就放棄了行話，轉而使用嬰兒語。
在神經科學領域度過了我的博士後生涯，我看到了早期經歷對幼年動物健康的重要性。在出生後的最初幾天，嬰兒的大腦就像海綿一樣吸收著他們的感官環境。對我來說似乎無關緊要的視覺或氣味，對易受影響的新生兒產生了明顯不同的影響，塑造著他們的大腦，因為他們試圖理解周圍陌生的世界。但是，儘管嬰兒的大腦令人驚訝，但在這次家庭拜訪中，讓我印象深刻的是我 26 歲的小舅子的重新發展。
在我眼裡，傑克一直是我妻子的弟弟。當我第一次見到他時，傑克是一個高個子、瘦長的、乳臭未乾的 19 歲少年，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，他在六年內看到的世面比我們大多數人一生中看到的都多，他經常給我們講他那一大堆瘋狂的水手故事。但在短短幾個月的時間裡，傑克已經成功地永久放下了他的海腿，成為了一位親力親為的新手父親。
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即使曾在伊拉克服役，傑克無疑也會發現撫養蘭登是他所面臨的最大挑戰。無論他是否知道——也無論他是否喜歡——事情都將發生巨大的變化。傑克不僅將在經濟和法律上對蘭登負責長達幾十年，他還將與他的兒子建立並維持牢不可破的感情紐帶。在出生後的早期，父親和嬰兒的大腦都會發生變化。我們現在可以看到，當父親不在身邊時，會在嬰兒的大腦中留下印記。當父親留在孩子身邊時，他會因為照顧孩子而獲得認知優勢。儘管許多發現仍是初步的，但科學家們正開始勾勒出父子關係的神經肖像。
在週末旅行結束時，我看到傑克開始接受他的新身份的跡象。在掙扎了幾個星期試圖將蘭登的汽車座椅固定在他改裝過的馬自達 RX-8 的後座後，傑克終於放棄了，換成了一輛穩重的轎車，這樣他就可以更輕鬆地運送這個小傢伙了。在他頭部的細胞網路中，一場轉變正在順利進行。
理解父親身份
為了揭示父親般情感的根源，科學家們首先必須弄清楚在哪裡尋找。從表面上看，父親身份這種無形的聯絡似乎與母親與孩子的聯絡截然不同。在懷孕的九個月裡，催產素和其他激素會流經女性的身體，在她和她的寶寶之間建立起生化聯絡。甚至在孩子還在子宮裡時，他們的心跳就可以同步。出生後，母親的哺乳成為新生兒的天然食物來源。
父親能提供什麼不太明顯。誠然，男性在受孕期間會提供幫助，但在那之後，我們對孩子的生存並非至關重要。然而，研究表明，父子關係做出了重大貢獻。如果父親離開孩子，讓母親獨自撫養，那麼他們以後更有可能遭受一系列問題，包括情緒問題、攻擊性和成癮。
這些數字實際上非常驚人。2008 年，大約四分之一的兒童只與母親同住，而只有 4% 的兒童只與父親同住。在美國大約 1200 萬單親家庭中，有三分之一生活在貧困線以下。也許是由於努力維持生計，單親父母更有可能養育出學業成績和自尊心較低的孩子，以及難以建立社交關係的孩子。直到最近，大型人口調查仍然是調查父親對孩子撫養貢獻的最有效工具。但新的線索正在從大腦深處浮現。神經科學家現在正在揭示謎題的關鍵部分——連線父親和孩子的生物機制。
以嬰兒的哭聲為例。2003 年，瑞士巴塞爾大學的精神病學家埃裡希·賽弗裡茨及其團隊使用功能性核磁共振成像表明，就像母親一樣，父親大腦中的某些區域在聽到同樣的聲音後會被啟用，其特徵模式與非父母不同。儘管該團隊無法準確指出發生了什麼變化，但父母雙方的大腦似乎都已經適應了識別對嬰兒舒適和生存至關重要的聲音。
畢竟，大腦不是靜態的。神經元不斷地根據新的經驗和周圍環境的變化來重新連線自身。額外的神經元也可以顯現出來，這個過程稱為神經發生。神經發生的機制尚未完全理解，但科學家們已將額外的腦細胞生長與學習新事物聯絡起來。
腦力提升
基於這些觀察，艾伯塔省卡爾加里大學的兩位神經科學家格洛麗亞·K·馬克和塞繆爾·韋斯設計了一系列實驗，以弄清楚後代如何重塑父親的大腦。在 2010 年發表的結果中，馬克和韋斯表明，雄性小鼠父親的大腦不僅會重新連線，還會長出額外的神經元。這些細胞在幼崽出生後的幾天內形成全新的連線通路或迴路。在嗅球中，發育出對幼崽氣味有特異性反應的新神經元。另一組神經元在父親的海馬體中生長，海馬體是大腦中至關重要的記憶中心，據推測，這有助於將幼崽的氣味鞏固到長期記憶中。
然而，只有當雄性小鼠父親留在巢穴中時，才能獲得額外的腦細胞。如果他在幼崽出生當天被帶走，他的大腦將保持不變。韋斯認為，這項研究表明，這種經歷“不僅僅是改變大腦中已有的東西，而是發展出全新的東西來服務於這種關係。”
在哺乳動物中，位於鼻子中的神經元使用特殊的嗅覺受體來檢測氣味，並將資訊傳遞到嗅球，嗅球是我們嗅覺的整合中心。然而，僅僅嗅幼崽的氣味還不足以導致新神經元的產生。當馬克和韋斯在籠子上放置一個網狀屏障，將父親和他的幼崽隔開時，他們沒有看到額外的腦細胞出現。韋斯說，這項測試和其他類似的測試表明，新生後代的出生或它們的氣味本身都不能改變父親的大腦。相反，親身實踐的父親經歷帶來了額外的腦細胞。研究人員認為，與幼崽的身體接觸，加上對它們氣味的體驗，才是神經元生長的原因。
但是幼崽和夥伴有什麼不同呢？幾周的分離通常足以讓成年小鼠忘記所有關於它們以前的籠舍夥伴的事情。馬克和韋斯證明，親子關係確實與眾不同。這些新神經元形成了它們自己的大腦回路，從而幫助形成長期記憶，並因此形成持久的紐帶。由於形成了獨特的記憶通路，即使在分離三週後，雄性小鼠父親也能透過氣味輕鬆識別出它們的後代。“我們仍然在努力理解為什麼包括人類在內的所有哺乳動物的大腦中都會誕生新的神經元，”韋斯說。“看起來主要功能之一可能是適應變化，形成新的迴路，並且在這種情況下，[創造]我們稱之為父親和他的後代之間的‘社會記憶’。”
像母親一樣，像父親一樣
為了鞏固社會記憶，大腦依靠激素來控制那些新形成的神經元的連線。馬克和韋斯發現，父親形成新腦細胞的能力受一種名為催乳素的激素控制——這種激素與新母親產生乳汁的激素相同。當他們破壞大腦產生催乳素的能力時，他們發現父親沒有形成任何幼崽特異性腦細胞。
同樣與嬰兒和母親的結合方式相似，許多研究表明，在孩子出生的頭幾個月，催產素（“愛情激素”）水平較高的男性父親表現出更強的父性本能和動力。在去年 12 月發表的發現中，東京大學的齋藤敦子和京都大學的中村克樹透過研究狨猴父親猴子的食物分享習慣，進一步推動了這一觀察。狨猴父親在幼崽出生的頭四個月裡，會非常樂意餵養它們。但在六個月後，父親們開始忽視他們現在已經成年的後代，並將食物留給自己。為了測試是什麼驅動了這種行為的改變，研究小組將催產素注入狨猴父親的大腦。無論齋藤和中村給藥劑量是多少——而且父親的食慾沒有任何變化——雄性狨猴都更有可能滿足後代對食物的渴望。
由於催乳素和催產素都與社會互動密切相關，它們參與父子關係可能並不令人驚訝。然而，新資料正在提供更廣闊的視角。正如普林斯頓大學的心理學家伊麗莎白·古爾德和她的同事在 2010 年 10 月的一篇綜述文章中指出的那樣，與性和壓力相關的激素現在也與父親行為有關。
古爾德發表了大量論文，詳細描述了人類壓力激素皮質醇（齧齒動物中的皮質酮）與大腦結構變化之間的聯絡。儘管壓力通常帶有負面含義，但古爾德和她的同事透過對齧齒動物進行的實驗表明，壓力對大腦來說既有好也有壞，這在很大程度上取決於環境。例如，糟糕的壓力源，例如當動物短暫浸入冷水中或暴露於自然捕食者時，會對大腦產生負面影響，降低大腦產生新神經元和重新連線自身的能力。但正如古爾德和她的同事去年 7 月發表的那樣，諸如運動和性行為之類的壓力源，也會提高皮質酮水平，實際上會刺激新腦細胞生長。父親身份的挑戰很可能屬於良性壓力的範疇。
儘管雄性性激素似乎與後代的出生密切相關，但其他物種表明，這些激素具有不一致的影響。在某些齧齒動物和魚類中，父親會產生過量的睪酮。他們會很好地照顧幼崽，同時保持攻擊性傾向，這有助於他們，例如，保護巢穴免受捕食者的侵害。然而，在熱帶鳥類和靈長類動物中，睪酮水平升高會妨礙良好的育兒。睪酮過量的人類父親可能對哭鬧的嬰兒表現出較少的同情和回應慾望。
這些研究有力地證明了激素是某些父親行為的媒介。正如韋斯指出的那樣，這條研究路線“為激素可能對成年腦細胞產生的影響增加了一個新的維度。”
關鍵聯絡
雖然大量的激素在嬰兒面前培養了父親的大腦，但孩子實際上可能是天生就準備好建立聯絡的。為了驗證這個想法，由德國馬格德堡奧托·馮·格里克大學的神經生物學家卡塔琳娜·布勞恩領導的一個研究小組轉向了一種巢穴結構非常熟悉的齧齒動物。智利豚鼠的母親和父親分擔育兒職責。與人類父親類似，智利豚鼠父親在幼崽生命的早期會幫助進行基本護理，依偎在它們身上以保持溫暖，並在需要時用溫柔的舔舐來沐浴它們。隨著幼崽長大，父親們開始透過追逐、嬉戲和在籠子裡打鬧來與蹣跚學步的後代玩耍。
布勞恩和她的團隊推斷，缺少父親的智利豚鼠巢穴會給後代造成社交和情感上的空虛，就像缺少父親會影響人類家庭的動態一樣。事實上，他們發現，如果齧齒動物父親與幼崽一起留在巢穴中，那麼他的幼崽的大腦就會正常發育。但如果父親在幼崽出生後不久就從巢穴中移走，他們觀察到，在新生兒大腦的兩個區域，突觸發育較少，突觸是允許腦細胞相互交流的短化學連線。
在大多數大腦應該充滿新連線的發育階段，在沒有父親的環境中長大的幼崽在眶額皮層和軀體感覺皮層中存在缺陷。眶額皮層是前額葉皮層的一部分，它調節決策、獎勵和情感。儘管很難從齧齒動物研究推斷到對人類的影響，但值得注意的是，這個部位的突觸缺陷和處理問題很可能解釋了為什麼我們看到一些沒有父親長大的孩子偶爾會與嚴重的行為問題作鬥爭。
綜合來看，這些大鼠研究提出了一個關於父親為何重要的模型。新生兒出生時，已經在羊水中漂浮了數週，他們的感官在某種程度上被剝奪，他們的軀體感覺皮層已準備好改變。但是，當智利豚鼠在沒有父親的環境中長大時，軀體感覺皮層的突觸並沒有在出生後的早期蓬勃發展，而是逐漸萎縮。因此，新生兒可能無法像他們應該的那樣很好地處理觸覺，這可能會導致許多其他發育問題，例如代謝問題和激素分泌不規律。
看來，父親的大腦與他的後代有著重要且美好的交織。“有兩個父母是一回事，”韋斯指出，“但父母和後代之間建立有效的關係又是另一回事。實際上，[重要的]是關係的有效性。”
也許我的侄子，在傑克觸控這一簡單事實的刺激下，形成了一組健康的腦連線，已經收集了他長大後抵禦行為和情感挑戰所需的工具。雖然我無法準確探究傑克的大腦以檢視他是否正在長出神經元，但我注意到，當他的新紐帶建立時，他的注意力發生了不可否認的變化。蘭登的微小動作和聲音，大多數人都沒有注意到，卻神秘地吸引了傑克的注意力。想到傑克的大腦中可能藏著一小部分神經元，專門為他的兒子服務，這真是令人欣慰。