科學界在很大程度上忽視了懷孕對大腦的影響，儘管懷孕涉及到類固醇激素的急劇增加，而類固醇激素已知會改變器官。十年前，神經科學家埃爾瑟琳·霍克澤瑪（Elseline Hoekzema）當時是一位年輕的博士後研究員，正在考慮生她的第一個孩子，她和她的兩位女性同事開始彌合這一知識差距。“這個巨大的事件涉及到如此強烈的激素變化，”霍克澤瑪說，她現在在阿姆斯特丹大學醫學中心。“關於這一點知之甚少，這真的很奇怪。”
她們的初步研究，發表於2016年，首次揭示懷孕會在女性大腦中產生顯著的結構性變化，這種變化在分娩後至少持續兩年。現在，在一項新的為期七年的研究中，霍克澤瑪和她的同事在不同的女性身上看到了相同的結構性變化，並表明懷孕也會改變參與自我反思的關鍵大腦網路的功能。根據這項於11月22日發表在《自然通訊》上的研究，大腦的變化與母親與寶寶之間增強的親密關係有關。這些發現是透過檢查女性參與者的生理機能，並使用問卷評估她們的行為和精神狀態得出的。研究人員首次在人類身上發現了強有力的證據，表明女性激素是這一切背後的原因。
最大的變化發生在大腦在空閒時活躍的大腦網路中——也就是說，當大腦沒有從事任何特定任務時——這表明懷孕會改變器官的基線狀態。“[研究人員] 甚至在休息時也看到了這些功能連線性變化，”法國雷恩第一大學的神經科學家喬迪·帕夫斯基（Jodi Pawluski）說，她研究孕產婦大腦和圍產期精神疾病，但沒有參與這項研究。“這說明了分娩者生命中這個階段的重要性，以及它如何真正地在大腦中發生轉變。”
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2015年，霍克澤瑪和她的同事招募了89名從未生育過的年輕荷蘭女性。五年後，其中40人有了孩子，9人退出，40人作為對照組。這些女性在懷孕前、分娩後不久以及對於28位母親來說，在分娩一年多後進行了腦部掃描，以確定她們大腦的結構及其網路的功能。她們在這些時間以及妊娠晚期還接受了一系列其他測試。此外，孕婦每兩到四周進行一次尿液激素檢測。
密歇根州立大學的神經科學家約瑟夫·隆斯坦（Joseph Lonstein）說，這項調查的範圍“非常廣泛”，他研究齧齒動物的母性行為，但沒有參與這項研究。“它包括大腦結構。它包括大腦功能。它包括類固醇激素。它包括女性對嬰兒的依戀，”他說。“當我開始閱讀它時，我就想，‘我簡直不敢相信他們完成了所有這些工作，並將它們全部呈現出來。’ 這件事讓我震驚。”
與霍克澤瑪和她的同事在2016年較小的研究中檢查的孕婦一樣，懷孕的荷蘭女性也顯示出相同的結構性大腦變化。兩項研究中的女性都顯示出灰質減少，灰質是靠近大腦表面的組織，主要由神經元的細胞體和相關的細胞結構組成。專家說，組織損失可能不是壞事。它可能反映了類似於青春期發生的大腦重塑。隆斯坦說，新研究對2016年結果的重複“非常重要”。“這只是向你表明，一些發現足夠可靠，它們將會一次又一次地被發現。” 相比之下，研究人員在孕婦的潛在白質中沒有發現差異，白質由在整個大腦中傳遞訊號的神經纖維組成。
此外，研究人員使用功能性磁共振成像分析了大腦所有神經網路之間和內部的活動。他們研究了“連線性”，即這些網路內的大腦區域同步啟用的程度，這是衡量其強度的一個指標。與懷孕相關的差異僅出現在一個網路中，即預設模式網路，該網路被認為控制自我反思以及社交過程，例如思考他人。
孕婦的這個網路內的連線性更強。女性的連線性越強，她就越把胎兒視為有自己需求的個體。“預設模式網路的這些變化可能意味著在整個懷孕期間，自我的神經表徵發生了一些變化，”霍克澤瑪說。
幫助母親將發育中的胎兒視為個體的腦部變化可能在最終的母嬰親密關係中發揮作用，霍克澤瑪說。預設模式網路的連線性也與母胎親密關係的生理指標相關：看到微笑的嬰兒照片時心率減慢，這對母親來說通常是令人愉悅的。連線性越強，女性的心率減慢得越多，這反映了這些照片對她的吸引力和趣味性。
研究人員還發現，預設模式網路的細微變化可以預測女性是否可能表現出針對嬰兒的憤怒或拒絕跡象。“就像在動物身上一樣，[大腦的變化] 可能與抑制對幼崽的負面反應以及促進以某種方式幫助母親的積極行為有關，”霍克澤瑪說。
懷孕期間灰質的變化再次在預設模式網路中最為突出。霍克澤瑪說，它們與“築巢”跡象或準備行為（例如打掃房屋）相平行，女性通常在懷孕後期表現出這些行為，霍克澤瑪現在是兩個孩子的母親。
霍克澤瑪的團隊還研究了可能導致大腦重塑的因素。他們沒有看到與睡眠、壓力或分娩方式相關的聯絡，但確實看到了與雌激素水平升高密切相關的聯絡。這一發現是有道理的，因為已知性類固醇激素會重建雌性齧齒動物大腦的區域，並導致齧齒動物的母性行為，例如築巢和照顧幼崽。帕夫斯基說，儘管如此，證明在動物身上成立的也在人類身上成立“是新的且重要的”。
研究人員發現，與懷孕相關的灰質流失通常在分娩一年後仍然存在。一個例外是海馬體，這是一個記憶結構，在此期間其灰質體積往往會增加，這與研究表明在兩年內發生的認知恢復相平行。因此，霍克澤瑪說，真正的“媽媽腦”可能在很大程度上是為了養育子女而增壓，但會付出暫時的認知代價，這是她計劃在未來的研究中更充分地調查的內容。
帕夫斯基既是一位治療師，也是一位科學家，她說，成為母親的女性可能會從她們的大腦已經發生改變的知識中獲得安慰，從而使她們能夠接受她們可能正在經歷的一系列情緒或其他心理變化。這些結果最終可能會為母親因抑鬱症或精神病而出現問題的狀況提供資訊，並可能導致新的診斷方法。“如果你能從腦部影像或血液中的生物標誌物中判斷出誰容易患上圍產期精神疾病，那將非常有價值，”帕夫斯基說。