莉茲的第二個孩子日益長大，她正在體驗懷孕的“暴政”。她的肚子在她看來大得不可思議。輕鬆的睡眠已經成為遙遠的記憶，因為她必須應付數十磅額外的體重。每餐飯後都伴隨著火辣辣的胃灼熱，她感覺自己彷彿靠一堆小火山過活。
但莉茲不僅僅是一位臨近產期的準媽媽。她還是一位研究母親大腦變化的神經科學家——事實上，她也是本文的合著者。儘管這無法緩解她的消化不良，但她從一項新興且不斷增長的研究中獲得了一些安慰，這項研究揭示了母親大腦發生的顯著且普遍積極的改變。
由於母性大腦是逐漸形成的，因此它在過渡期間變成的“工地”可能會給其主人帶來一些問題。有些母親抱怨頭腦昏沉，甚至某些資料顯示懷孕期間大腦會略微萎縮。但補償是巨大的。研究表明，母性可以增強某些型別的認知，提高抗壓能力，並增強某些型別的記憶。從表面上看，神經系統設法將一位新母親從一個以自我為中心的生物轉變為一個以他人為中心的照顧者，這實際上是非常令人印象深刻的。這一切只需要新神經元發芽，某些大腦結構擴大，以及強大的激素浪潮衝擊孕婦的生理機能。結果是一個不同且在某些方面更好的大腦——或者至少是一個能夠兼顧日常生活挑戰，同時又對嬰兒保持雷射般專注的大腦。
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感官觸發
嬰兒會盡其所能地吸引和保持母親的注意力。幼子的獨特哭聲、他獨特的氣味以及他用手指纏繞母親的方式，只是無數感覺中的一小部分，這些感覺像陣雨般傾瀉到她高度敏感的神經系統上。嬰兒創造了一個豐富的環境，刺激著母親，推動她的大腦進入更高的檔位。
在所有感官中，嗅覺在生殖中起著最大的作用。雌性從一開始就依賴嗅覺來幫助她們選擇配偶，一直到幼崽斷奶，在此期間，氣味充當母子之間的一種交流形式。氣味力量的一個極端例子被稱為布魯斯效應，這種現象是指某些氣味會誘發懷孕齧齒動物流產。如果雌性的配偶在受孕後消失，並且有一個闖入者開始徘徊，那麼新雄性的氣味會抑制關鍵激素的產生，導致雌性流產。否則，闖入者很可能會殺死並吃掉幼崽，從而獲得高蛋白食物並消除競爭對手的基因。在齧齒動物的一種“索菲的選擇”中，雌性基本上是在做一個冷酷的計算——與其失去幼崽，不如失去胚胎。
由於我們窺探人類大腦的能力有限，齧齒動物幫助我們近似瞭解莉茲等母親體內正在發生的變化。到目前為止，我們已經看到的是，哺乳動物的大腦具有在生活需要時進行劇烈變形的驚人能力。例如，在老鼠懷孕期間，我們知道嗅覺系統開始大量產生新的神經元。理論是，額外的神經元使母親們更擅長處理隱藏在嬰兒氣味中的線索。事實上，母親們在對氣味的反應方面表現得非常明顯。處女雌鼠覺得嬰兒的氣味令人作嘔，但一旦懷孕，這些氣味就會吸引她們。多倫多大學密西沙加分校的心理學家艾莉森·弗萊明和她的同事報告說，人類母親也表現出這些效應。他們發現，與非母親相比，母親們更有可能將嬰兒的氣味評為令人愉悅的氣味。
波士頓學院的神經生物學家邁克爾·努曼和他的同事認為，為了轉變女性對氣味的感知，嗅覺系統可能依賴於一個稱為內側杏仁核的區域。這個大腦區域可能充當嗅覺系統的樞紐，資訊到達這裡進行情感內容的處理。嗅覺調整可能透過使嬰兒的氣味更具吸引力來幫助鞏固母嬰紐帶。在生第一個孩子之前，莉茲一直避免聞到孩子的氣味，即使是她親戚的孩子。但隨著兒子的出生，她發現自己可以毫無問題地將鼻子伸進兒子的尿布裡，以確定他是否需要換尿布。
謹慎與勇氣
然而，如果莉茲將她所有的注意力都放在嬰兒身上，母親和孩子都會喪命。一隻安全地待在巢穴裡照顧幼崽的母鼠也會讓它們因飢渴而死。這兩個物種的母親都必須找到解決時間競爭性需求的方法。換句話說，女性並不是唯一發現自己要兼顧“職場媽媽”職責的動物王國成員。
為了讓母鼠能夠在照顧幼崽和外出覓食之間切換，中腦中稱為導水管周圍灰質 (PAG) 的區域充當斷路器。2010 年，聖保羅大學的研究人員提出，PAG 透過評估來自大腦邊緣系統的輸入來權衡進食和母性行為之間的平衡，邊緣系統是一組控制生存型行為的結構。尚未在人類身上發現與大鼠 PAG 切換功能完全相同的平行結構，但人們已經對母親超人的多工處理能力進行了大量研究，這可能反映了類似的適應性。
當母親冒險進入世界時，她會將脆弱的嬰兒置於危險之中。但巴西阿雷格里港聯邦衛生科學大學的研究表明，她可能更敏銳地意識到潛在的威脅，甚至可能誇大威脅。那裡的研究人員已經表明，杏仁核內側核中樹突的結構發生了顯著改變，除了在嗅覺系統中發揮重要作用外，杏仁核內側核還控制著防禦性和迴避行為。事實上，當莉茲購物時，她會掃描商店，尋找對她寶寶的風險，避開雜誌旁邊的令人毛骨悚然的傢伙或自動售貨機旁邊的可疑青少年。
儘管總體而言，莉茲比以前更謹慎，但面對威脅時，她可能也比成為母親之前大膽得多。弗吉尼亞聯邦大學的心理學家詹妮弗·沃特拉發現，與處女鼠相比，暴露於壓力大的開闊場地迷宮的母鼠不太可能僵在原地，更容易探索，並且似乎體驗到更少的恐懼（也就是說，沃特拉在杏仁核中看到的被啟用的神經元更少）。由於恐懼反應受到控制，母鼠可能能夠更有效地覓食，並更快地返回巢穴和脆弱的幼崽身邊。
幫助母親在世界中航行的是她提高的解讀環境中線索的能力。最近，我們實驗室的學生凱莉·拉弗蒂和她的同事一直在調查母親提前計劃的能力。他們允許母鼠和處女鼠在裝有水的陌生迷宮中覓食。然後將這些老鼠放回它們的籠子裡，其中一些籠子裡裝有水瓶，有些則沒有。隨後，它們被移回裝有水的迷宮中。與充分獲得水的母鼠和處女雌鼠相比，被分配到無水籠子中的母鼠在迷宮的水源附近花費了更多的時間，並且喝了更多的水。在考慮了老鼠口渴程度的潛在差異後，神經科學家得出結論，母親似乎可以預測未來的環境併為此做好計劃。
正如之前的實驗所證明的那樣，母鼠似乎擅長需要提高注意力的任務。蘭道夫-麥肯學院的行為神經科學家凱莉·蘭伯特和她的同事收集了其他關於頭腦敏銳的母親的證據。在 2009 年，他們表明，在識別幾種訊號中哪種訊號是食物時，母鼠的表現最佳。當時在我們實驗室工作的艾米·歐和湯米·比林斯基的工作已經開始確定老鼠推斷符號含義的增強能力。研究人員設計的實驗中，一隻老鼠在一個環境中學會將一個三角形或一組波浪線與食物獎勵聯絡起來。在被轉移到一個新環境後，哺乳期的雌性比處女雌性更好地將它們從舊環境中獲得的知識轉移到新環境中，這再次表明注意力細節的提高。
人類母親的大腦也經歷了驚人的結構性蛻變。2010 年，現在在美國國家心理健康研究所工作的神經科學家皮柳·金和她的同事使用磁共振成像研究發現，在母親分娩後的幾周和幾個月內，她們大腦中的灰質顯著增加。灰質因未髓鞘軸突的顏色而得名，是富含神經元的組織層。科學家們看到的生長在 midbrain、頂葉和前額葉皮層中尤其明顯——所有這些區域都與嬰兒護理有關。灰質體積增加最多的母親也報告了對她們的寶寶更積極的看法。
母性嗎啡
隨著分娩時間的臨近，強大的激素開始發揮作用。儘管最明顯的參與者是催產素（刺激子宮收縮和乳汁分泌）和催乳素（引發乳汁產生），但其他激素也會觸發大腦內部的變化。法國維克多·塞加倫波爾多第二大學的神經解剖學家觀察到下丘腦（大腦中充當與戰鬥和性行為等基本情緒行為相關的激素的主要調節器的大腦區域）發生了顯著的結構重塑。下丘腦中稱為內側視前區或 mPOA 的一部分神經元變得更大，活動也更頻繁。事實上，mPOA 的病變可以消除母性行為。
與此同時，下丘腦增強了母親獲得的愉悅感。塔夫茨康明斯獸醫學院的羅伯特·S·布里奇斯和他的同事發現，雌鼠體內的阿片類受體濃度因齧齒動物是處女、懷孕還是哺乳期而異。但這種現象會隨著經驗而消退。經歷過多次懷孕的雌性對自身阿片類藥物的敏感性會下降，就像吸毒成癮者需要越來越大的劑量才能獲得快感一樣。
順便說一句，藥物類比並非牽強附會。動物實際上可能僅僅因為母性行為感覺良好而參與其中。許多人類母親報告說，她們在母乳餵養嬰兒時會感到非常愉悅。幼崽依附在母鼠的乳頭上後，母親會獲得“強化性阿片類藥物的衝擊”。但老鼠的身體施加了自然限制。隨著幼崽繼續吮吸，母親的核心體溫升高。很快，母親開始感到不舒服並移開。稍後，為了再次獲得阿片類藥物的爆發，老鼠又回到巢穴，幼崽重新依附，迴圈再次開始。
作為額外的益處，母性激素很可能使大腦更具彈性。2010 年，墨西哥國立自治大學的神經生物學家特蕾莎·莫拉萊斯·古斯曼表明，哺乳期雌性的腦部更能抵抗神經毒素的影響。懷孕激素似乎構建了一個神經盾牌，保護母親免受可能損害老鼠照顧幼崽能力的損害。
更好的連線
類固醇激素的持續潮起潮落促使腦細胞生長出許多微小的突起。這些小疙瘩在外觀上有點類似於玫瑰莖上的刺，被稱為樹突棘。它們增加了現有神經元的表面積，從而實現更多的突觸接觸，從而更好地進行資訊處理。這些棘可以在激素刺激後以及來自附近連線神經元的重複刺激後在神經元上生長。
我們的實驗室建立在洛克菲勒大學之前的研究結果之上，該研究表明，海馬體中的樹突棘密度隨著雌鼠發情週期的激素變化而增加，這類似於人類的月經週期。海馬體以其在記憶中的作用而聞名，它也支援母性行為。即使在雌激素水平升高幾個小時後，生長也是顯著的。
但我們瞭解到，棘並非僅僅由雌激素的存在引起。我們測試了三組——妊娠晚期雌性、用模擬妊娠晚期激素的藥物治療的雌性和最近開始哺乳的雌性——並看到所有三組的樹突棘濃度均顯著增加。與其他兩組不同，哺乳期雌性的雌激素水平非常低。我們認為，儘管母親的激素啟動了棘的生長，但這一過程是由孩子產生的許多刺激維持的。
在如此徹底的重塑過程中，難怪許多女性抱怨“懷孕腦”。這些變化的附帶損害可能包括偶爾的記憶力下降。南加州大學臨床心理學家 J. 加倫·巴克沃爾特和他的同事的研究表明，人類母親也會經歷產後記憶缺陷。他們發現在單詞和數字記憶的認知測試中，孕婦和新媽媽的表現不如大約同齡的非孕婦。她們在與兒童保育無關的任務中的表現似乎受到了影響。
但在大多數情況下，最終的產品將彌補母親在她的腦部重組自身時可能遇到的問題。生育後代需要母親危及自身的健康、安全和生存，因此她的行為系統會啟動以保護和捍衛這項投資。在懷孕激素和母性壓力的衝擊下，她的大腦變得更加高效，更適合生存。
對於莉茲來說，母性缺點的補償不僅來自科學，也來自內心。當我們完成這篇文章時，她已經生下了一個健康的女兒。世界上所有的神經生物學都無法與母親和她的寶寶之間存在的那種幸福、難以言喻的紐帶相提並論。科學可以解釋母性大腦，但真正的奇蹟——特別是當您輕輕地將毯子掖在您懷中熟睡的寶寶的下巴周圍時——可能僅僅是一個新生兒存在的美麗。