神奇的青少年大腦

“青少年大腦”經常被嘲笑為矛盾修辭法——生物學出錯的例子。

神經科學家將青少年冒險、 агрессивный 或 просто 令人費解的行為解釋為大腦受損的產物。然而，過去 10 年的突破性研究表明，這種觀點是錯誤的。青少年大腦並非有缺陷。它也不是半成品成人大腦。它是由進化形成的，功能與兒童或成人的大腦不同。

青少年大腦最重要的特徵是它能夠透過修改連線大腦區域的通訊網路來響應環境變化。這種特殊的可變性或可塑性是一把雙刃劍。它使青少年在思維和社會化方面取得巨大進步。但不斷變化的格局也使他們容易受到危險行為和嚴重精神疾病的影響。

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最新的研究表明，最冒險的行為源於邊緣系統中網路成熟度的不匹配，邊緣系統驅動情緒並在青春期被渦輪增壓，而前額葉皮層中網路的成熟度則較晚發生，並促進健全的判斷力和衝動控制。事實上，我們現在知道，前額葉皮層會持續顯著變化，直到 20 多歲。然而，青春期似乎開始得更早，延長了“不匹配年”。

連線大腦區域的網路的可塑性——而不是先前認為的這些區域的生長——是最終表現得像成人的關鍵。理解這一點，並瞭解情緒和判斷網路發展之間日益擴大的差距正在當今的年輕人身上發生，可以幫助父母、教師、輔導員和青少年自己。人們將更好地看到，諸如冒險、尋求刺激以及遠離父母而轉向同齡人等行為並非認知或情感問題的跡象。它們是大腦發育的自然結果，是青少年學習如何駕馭複雜世界的正常組成部分。

同樣的理解也可以幫助成年人決定何時介入。一個 15 歲女孩在服裝、音樂或政治方面與父母品味的不同可能引起父母的不安，但這並不表明患有精神疾病。一個 16 歲男孩不戴頭盔玩滑板或接受朋友的危險挑戰並非小事，但更有可能是短視思維和同伴壓力的表現，而不是想要傷害自己。然而，其他探索性和 агрессивный 行為可能是危險訊號。更多地瞭解獨特的青少年大腦將有助於我們所有人學習如何區分年齡相符的異常行為和可能表明疾病的行為。這種意識可以幫助社會降低青少年成癮、性傳播疾病、機動車事故、意外懷孕、兇殺、抑鬱和自殺的發生率。

更大的連通性

很少有青少年的父母會對聽到 16 歲的大腦與 8 歲的大腦不同而感到驚訝。然而，研究人員一直難以用科學的方式確定這些差異。大腦包裹在堅韌的皮革狀薄膜中，周圍環繞著保護性的液體護城河，並完全包裹在骨骼中，可以很好地防止跌落、掠食者的攻擊以及科學家的好奇心。

計算機斷層掃描和正電子發射斷層掃描等成像技術的發明提供了一些進展，但由於這些技術會發射電離輻射，因此不道德地將它們用於對青少年進行詳盡的研究。磁共振成像 (MRI) 的出現最終提供了一種揭開面紗的方法，提供了一種安全準確的方式來研究所有年齡段人群的大腦解剖學和生理學。正在進行的研究跟蹤了數千名雙胞胎和單身人士的一生。正在出現的一致主題是，青少年大腦的成熟不是透過變大來實現的；它的成熟是透過使其不同的組成部分變得更加相互連線和更加專業化來實現的。

在 MRI 掃描中，大腦區域之間連通性的增加表現為更多體積的白質。“白質”中的“白色”來自一種稱為髓磷脂的脂肪物質，髓磷脂包裹並絕緣從神經元體延伸出來的長導線或軸突。髓鞘形成——這種脂肪鞘的形成——發生在兒童期到成年期，並顯著加快神經衝動在神經元之間的傳導。髓鞘軸突傳輸訊號的速度比無髓鞘軸突快 100 倍。

髓鞘形成還透過幫助軸突在發射後快速恢復來加速大腦的資訊處理，以便它們準備好傳送另一條訊息。更快的恢復時間使給定神經元傳輸資訊的頻率最多增加 30 倍。更快的傳輸速度和更短的恢復時間的結合使大腦的計算頻寬在嬰兒期到成年期之間增加了 3000 倍，從而允許大腦區域之間進行廣泛而精細的網路連線。

最近的調查揭示了髓磷脂的另一個更細緻的作用。神經元整合來自其他神經元的資訊，但只有當傳入輸入超過一定電閾值時才會發射以傳遞資訊。如果神經元發射，該動作會啟動一系列分子變化，從而加強該神經元與輸入神經元之間的突觸或連線。

連線的加強構成了學習的基礎。研究人員現在正在學習的是，為了使來自附近和遠處神經元的輸入同時到達給定神經元，傳輸必須經過精細的定時，而髓磷脂與這種定時的微調密切相關。隨著兒童成長為青少年，髓磷脂的快速擴張越來越多地連線和協調大腦不同部位在各種認知任務中的活動。

科學家現在可以透過應用圖論來測量這種不斷變化的互連性，圖論是一種量化網路中“節點”和“邊”之間關係的數學型別。節點可以是任何物體或可檢測實體——神經元或大腦結構，例如海馬體或更大的區域，例如前額葉皮層。邊可以是節點之間的任何連線，從神經元之間突觸等物理連線到統計相關性，例如當大腦的兩個部分在認知任務期間以類似的方式啟用時。

圖論幫助我和其他人測量不同的大腦區域如何發展並相互連線，並將這些特徵與行為和認知的變化聯絡起來。大腦的變化不僅限於青春期。大多數大腦回路在子宮內發育，許多回路在整個生命中持續變化，遠遠超過青少年時期。然而，事實證明，在此期間，參與判斷、與他人相處和長期計劃的大腦區域之間的連通性急劇增加——這些能力深刻地影響了一個人餘生。

專業化的時候到了

隨著青少年神經元沿線的白質隨著年齡的增長而發育，另一種變化正在發生。大腦發育，就像自然界中的其他複雜過程一樣，透過過度生產、然後選擇性消除的一二拳法進行。就像米開朗基羅的《大衛》從一塊大理石中脫穎而出一樣，許多認知進步出現在雕刻過程中，其中未使用或不適應的大腦細胞連線被修剪掉。與此同時，經常使用的連線得到加強。雖然修剪和加強貫穿我們的一生，但在青春期，平衡轉向消除，因為大腦根據環境的需求來調整自身。

專業化隨著神經元之間未使用的連線被消除而產生，從而減少了大腦的灰質。灰質主要由未髓鞘結構組成，例如神經元細胞體、樹突（來自細胞的天線狀突起，接收來自其他神經元的資訊）和某些軸突。總體而言，灰質在兒童時期增加，在 10 歲左右達到最大值，並在青春期下降。它在成年期趨於穩定，並在衰老期進一步下降。神經元上對神經遞質（如多巴胺、血清素和穀氨酸等調節大腦細胞之間通訊的分子）做出反應的受體細胞的密度也符合這種模式。

雖然灰質的原始量在青春期左右達到頂峰，但不同大腦區域的充分發育發生在不同的時間。事實證明，灰質最早在所謂的初級感覺運動區域達到峰值，這些區域專門用於感知和響應視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。它在前額葉皮層達到峰值最晚，前額葉皮層對於執行功能至關重要，執行功能是一個涵蓋廣泛能力的術語，包括組織、決策和計劃，以及情緒調節。

前額葉皮層的一個重要特徵是能夠透過心理時間旅行來建立假設的“如果”——透過在我們的大腦中執行模擬而不是讓自己遭受潛在危險的現實來考慮過去、現在和可能的未來結果。正如哲學家卡爾·波普爾所說，與其讓自己身處險境，“不如讓我們的理論代替我們死去。” 隨著我們在認知上成熟，我們的執行功能也使我們更有可能選擇更大、更長期的獎勵，而不是更小、更短期的獎勵。

前額葉皮層也是參與社會認知（我們駕馭複雜社會關係、區分朋友和敵人、在群體中找到保護以及執行青春期的首要指令：吸引配偶的能力）的電路的關鍵組成部分。

因此，青春期的特點是灰質和白質的變化，這些變化共同改變了大腦區域之間的網路連線，成人大腦逐漸形成。前額葉皮層功能在青少年中並非不存在；它們只是不如它們將要達到的水平那麼好。由於它們要到 20 多歲才能完全成熟，青少年可能難以控制衝動或判斷風險和回報。

成熟度不匹配

與前額葉皮層不同，激素驅動的邊緣系統在青春期（傳統上開始於 10 歲至 12 歲之間）經歷劇烈的變化。該系統調節情緒和獎勵感。它還在青春期與前額葉皮層相互作用，以促進尋求新奇、冒險以及轉向與同齡人互動。這些行為深深紮根於生物學，並在所有社會哺乳動物中發現，鼓勵青少年和年輕青少年脫離家庭的舒適和安全，去探索新環境並尋求外部關係。這些行為減少了近親繁殖的可能性，創造了更健康的遺傳種群，但它們也可能構成重大危險，尤其是在與現代誘惑（如容易獲得毒品、槍支和高速機動車輛）混合時，且缺乏健全的判斷力來控制。

那麼，最能決定青少年行為的不是執行功能的後期發展或情緒行為的早期發作，而是兩者發展時機的不匹配。如果年輕青少年受到邊緣系統的情緒驅動，但前額葉控制不如 25 歲時那麼好，那麼就會留下十年的時間，在此期間，情緒思維和沉思思維之間的失衡可能會佔據主導地位。此外，青春期開始得更早（正如世界各地的情況一樣），延長了尋求刺激和冒險行為增強的發作與強大而穩定的前額葉皮層出現之間的時間間隔。

延長的錯配支援了青少年時期不再等同於青春期的日益增長的觀點。社會將青春期定義為從童年到成年的過渡期，它在生物學上始於青春期的開始，但在社會結構上結束於一個人獲得獨立並承擔成人角色時。在美國，獲得成人角色（通常以結婚、生孩子和擁有房屋等事件為特徵）的時間比 20 世紀 70 年代晚大約五年。

社會因素在決定什麼是成人方面具有很大的影響，這導致一些心理學家認為，青春期與其說是生物學現實，不如說是工業革命以來育兒方式變化的產物。然而，雙胞胎研究（透過追蹤具有不同經歷的雙胞胎來檢查基因和環境的相對影響）駁斥了社會因素可以大大凌駕於生物學之上的觀點。它們表明，白質和灰質的生物學成熟速度可以在一定程度上受到環境的影響，但基本時機受到生物學控制。社會學家也看到了這一點：冒險、尋求刺激和轉向同齡人在所有文化中都會發生，儘管程度可能有所不同。

脆弱性和機遇

MRI 檢測到的灰質、白質和網路發展強調了青少年大腦發育中最引人注目的特徵是發生的廣泛變化。總的來說，這種可塑性在整個成年期都在下降，但我們人類仍然保留了遠高於任何其他物種的可塑性水平。

延長的成熟期和延長的可塑性使我們能夠在自身的發展以及整個物種的進化過程中“保持選擇的開放性”。我們可以從寒冷的北極到炎熱的赤道島嶼在任何地方茁壯成長。憑藉我們大腦開發的技術，我們甚至可以生活在繞地球執行的飛船中。早在 10,000 年前——在進化意義上只是一眨眼的功夫——我們的大部分時間都花在了獲取食物和住所上。今天，我們中的許多人將大部分清醒的時間用於處理文字和符號——考慮到閱讀只有 5000 年的歷史，這一點尤其值得注意。

延長的可塑性對我們的物種大有裨益，但除了機遇之外，也創造了脆弱性。青春期是幾種精神疾病（包括焦慮症、雙相情感障礙、抑鬱症、飲食失調症、精神病和藥物濫用）出現的 peak 時間。令人驚訝的是，人們經歷的精神疾病有 50% 在 14 歲之前出現，75% 在 24 歲之前開始。

典型的青少年大腦變化與精神病理學的發作之間的關係很複雜，但一個潛在的主題可能是“移動部件會被損壞”。其想法是，白質、灰質和網路連線的廣泛變化增加了出現問題的機會。例如，成人精神分裂症中幾乎所有異常的大腦發現都類似於青少年大腦發育的典型變化，但走得太遠了。

在許多其他方面，青春期是一生中最健康的時期。免疫系統、抗癌能力、對冷熱的耐受性以及其他特徵都處於最佳狀態。然而，儘管身體強壯，但青少年的重病和死亡率仍比兒童高 200% 到 300%。機動車事故是首要原因，約佔青少年死亡人數的一半。兇殺和自殺分別排名第二和第三。青少年意外懷孕、性傳播疾病和導致監禁的行為也很常見，會造成終生的嚴重後果。

那麼，醫生、父母、教師和青少年自己可以做些什麼來應對這些陷阱呢？對於臨床醫生來說，精神病學中缺乏新的藥物以及青少年大腦容易對環境挑戰做出反應表明，非藥物干預可能最有效——尤其是在青少年發育早期，即白質、灰質和網路連線快速變化時。強迫症的治療就是一個例子；引發強迫衝動但逐漸改變一個人反應的行為干預可能非常有效，並可能防止終生殘疾。認識到大腦在整個青少年時期都是可變的，這消除了青少年是“無可救藥”的觀念。它提供了干預可以改變青少年人生軌跡的樂觀態度。

更多的研究也會有所幫助。青少年研究的基礎設施尚不完善，這項工作的資金也很少，很少有神經科學家專門研究這個年齡段。好訊息是，隨著研究人員闡明青少年大腦發育的機制和影響，越來越多的資源和科學家被吸引到該領域，渴望最大限度地減少青少年的風險並利用青少年大腦令人難以置信的可塑性。

瞭解青少年大腦是獨特的且快速變化的，可以幫助父母、社會和青少年自己更好地管理青少年時期的風險並抓住機遇。例如，知道前額葉執行功能仍在構建中，可能有助於父母在女兒突然將頭髮染成橙色時不要反應過度，而是安慰自己，未來會有更好的判斷力。可塑性還表明，父母和青少年之間關於自由和責任等問題的建設性對話可以影響發展。

青少年固有的適應能力引發了關於歷史上最大的環境變化之一：數字革命的影響的問題。在過去的 20 年裡，計算機、影片遊戲、手機和社交媒體深刻地影響了青少年學習、玩耍和互動的方式。大量資訊可用，但質量差異很大。未來的技能將不是記住事實，而是批判性地評估大量資料，從噪聲中辨別訊號，綜合內容，並將這種綜合應用於現實世界的問題解決。教育工作者應該用這些任務來挑戰青少年大腦，以訓練其可塑性以適應數字時代的 demands。

更大的社會也有一些引人注目的機會。一方面，它可以更加專注於利用獨特的青少年發展時期的熱情、創造力和技能。社會還應該意識到，青少年時期是和平公民、 агрессивный 或在極少數情況下，激進化的人生轉折點。在所有文化中，青少年最容易被招募為恐怖分子，也最有可能受到影響而成為教師和工程師。更多地瞭解青少年大腦也可以幫助法官和陪審團在刑事審判中做出決定。

對於青少年自己來說，青少年神經科學的新見解應該鼓勵他們用他們想要在餘生中擅長的技能來挑戰他們的大腦。他們有一個極好的機會來塑造自己的身份，並根據自己的選擇最佳化他們的大腦，以適應與父母現在的生活截然不同的資料豐富的未來。