不平等對大腦的影響

在貧困中長大不僅僅剝奪了全球十億兒童和青少年的基本物質需求。貧困使幼兒的大腦面臨更大的風險，無法經歷正常的發育過程，最終成為能夠完成智力壯舉的三磅重的奇蹟，無論是創作交響樂還是解決微分方程。

生活在貧困中的兒童在智商、閱讀和其他測試中的表現往往比他們更有優勢的同齡人差。他們不太可能高中畢業，更不可能繼續上大學並獲得學位，並且成年後更可能貧困和就業不足。這些相關性並不新鮮，大腦發育只是眾多促成因素之一。然而，直到過去十年，我們才對貧困實際上對發育中的大腦有什麼影響有了模糊的概念。

我的實驗室以及其他一些實驗室已經開始探索家庭社會經濟地位（SES）——一種衡量收入、教育程度和職業聲望的指標——與兒童大腦健康之間的關係。我們發現，社會經濟劣勢與兒童大腦的大小、形狀和實際功能的巨大差異有關。

認識到貧困可能劫持正常的大腦發育，促使我們提出一個簡單的補救措施來減輕貧困的困苦。我們正在計劃一項研究，以衡量給家庭發放現金補貼以幫助緩解其經濟困境對幼兒健康的影響。這項研究是首次探索適度提高收入是否可以幫助構建更好的大腦。如果成功，它可能會提供一條清晰的路徑，直接從基礎腦科學走向新公共政策的制定。

尋找答案

15年前，當我開始這項研究時，我還是賓夕法尼亞大學的研究生。當時，我的導師瑪莎·法拉想要更多地瞭解貧困如何影響早期大腦發育。我很幸運，她要求我成為她第一個應對這一挑戰的學生。

該專案需要仔細考慮我們將使用哪些研究方法。最引人注目的技術涉及腦成像，強大的機器拍攝圖片，經過分析以揭示結構（大腦的外觀）和功能（大腦的運作方式）。儘管腦成像非常誘人，但它也很昂貴：一次掃描通常花費數百美元，這還不包括支付給研究參與者或分析資料的研究助理的報酬。

因為我們正在處理一個以前沒有解決過的研究問題，所以我們決定尋找簡單且廉價的技術，這將使我們能夠招募儘可能多的研究參與者。這項搜尋使我們找到了一個直接的解決方案：使用標準方法來測量認知。與之前研究貧困影響的研究不同，我們決定不依賴廣泛的成就指標，例如高中畢業率。這是因為大腦的任何一個部分都不負責高中畢業。相反，不同的大腦回路參與處理不同的認知技能，其中許多技能對於學業和生活成就都很重要。例如，我們知道，當人們中風或左腦區域（稱為韋尼克區）出現病變時，他們難以理解語言。我們還從神經影像學研究中發現，健康人在聽語音時也會使用同一區域。從這項工作中，科學家們推斷，健康人會在參與任何涉及聽和理解語音的任務時呼叫該區域。我們不需要每次都拍照來知道是這樣。

透過這種方式，我們決定使用完善的心理測試方法來評估兒童的語言能力，而無需掃描他們的大腦。我們提出的問題是：社會經濟差距如何與大腦功能相關？

在進行我們的研究時，我們招募了來自不同社會經濟背景的幾個家庭，他們的孩子年齡從幼兒園到青春期不等。然後，我們對孩子們進行了認知測試，這些測試可以衡量不同大腦回路的完整性。我們的結果在多項研究中都非常一致。總的來說，來自較貧困家庭的兒童在測試其語言和記憶能力以及施展自我控制和避免分心的任務中表現往往更差。

點選或輕觸放大

在某些情況下，我們和其他進行類似研究的團隊確實需要使用更先進的成像工具，以確定家庭 SES 是否與參與高階認知過程的關鍵大腦區域的大小和形狀的差異有關。四個獨立的研究小組現在報告說，父母收入較高的兒童往往擁有更大的海馬體，海馬體是位於大腦深處的一個結構，對於記憶形成至關重要。其他工作則側重於大腦皮層的大小和形狀，大腦皮層是大腦細胞的皺褶外層，負責大部分認知“重體力勞動”。一些早期研究已經檢驗了 SES 是否與皮層體積相關。

為了理解體積的含義，請將皮層想象成大致像一罐湯的形狀。我們可以透過將罐的高度（在腦科學術語中稱為皮層厚度）乘以罐頂圓的面積（類似於皮層表面積）來計算罐可以容納的湯量或體積。

皮層體積的測量必須謹慎進行。很容易被誤導，因為相同的皮層體積可能存在於具有大表面積和小皮層厚度或具有較大厚度和微小表面的情況下。皮層厚度往往會隨著年齡的增長而減小——我們假設的湯罐可能會縮小到金槍魚罐頭的大小——但我們的皮層表面積往往會隨著年齡的增長而增加。這就像我們從一小罐番茄醬開始，隨著時間的推移，它會變寬到一罐成熟湯的寬度。

藉助我們的一套軟體測量工具，我們最近研究了社會經濟差距是否會影響皮層表面積和厚度。在我們迄今為止規模最大的同類研究中，該研究於2015年發表在《自然神經科學》雜誌上，我們分析了來自美國10個地點的社會經濟背景各異的1099名兒童和青少年的大腦結構。我們發現，父母的教育程度和家庭收入都與大腦皮層表面積的差異有關。來自年收入低於25,000美元的家庭的兒童的皮層表面積比來自年收入超過150,000美元的家庭的兒童少6%。這些關聯在大腦的大部分割槽域都存在，但在處理語言和控制衝動以及其他形式的自我調節的區域尤其明顯——這些能力已反覆顯示出跨社會經濟界線的巨大差異。

對於這項研究，我們考慮了幾個關鍵變數。首先，作為種族的替代指標，我們控制了每個人來自六個主要人群（非洲、中亞、東亞、歐洲、美洲原住民和大洋洲）的遺傳背景比例。我們從資料中確定，我們在大腦結構中觀察到的社會經濟差距與基因定義的種族無關。

我們看到了人與人之間巨大的差異。例如，一些來自貧困家庭的兒童和青少年擁有更大的皮層表面積，而一些有優勢的兒童的表面積較小。我們可以考慮性別和身高的類似情況：在童年時期，男孩往往比女孩高，但我們知道，在每個小學的教室裡，一些女孩比一些男孩高。同樣，儘管來自較高收入家庭的兒童往往擁有更大的大腦表面，但我們的研究團隊不能僅僅透過知道一個人的家庭收入來預測其大腦大小。

家庭收入與表面積之間的關係在收入譜的最低端最強，並且在較高收入階層趨於平緩。也就是說，對於最貧困的家庭而言，家庭收入的差異與大腦結構的差異成比例地更大。

在另一項最近的研究中，我們報告了皮層厚度的社會經濟差距。總的來說，皮層厚度往往會隨著年齡的增長而減小。但我們的工作表明，家庭的社會經濟狀況可能會影響這一軌跡。在較低的家庭 SES 水平下，皮層厚度往往在兒童早期急劇下降，在青春期趨於平緩。在較高的 SES 水平下，皮層厚度隨著年齡的增長而逐漸下降，直至青春期後期。

這一發現與其他實驗室的工作相一致，這些工作表明，在某些情況下，逆境可以加速大腦成熟——本質上是導致幼兒的大腦“更快地長大”。皮層厚度的快速減少表明，許多貧困兒童的大腦可能缺乏“可塑性”——一種改變結構以適應童年和青春期發生的必要學習的能力。

當然，我們需要回答的最重要的問題之一是，大腦結構的差異是否會影響兒童的認知能力。我們發現的大腦表面積的差異似乎部分證實了之前的發現，即較高的家庭收入可以預測兒童的注意力集中能力和抑制不適當反應的能力。威斯康星大學麥迪遜分校的塞思·波拉克的工作以及麻省理工學院的約翰·加布裡埃利的獨立研究表明，大腦結構（皮層體積或厚度）的差異可能佔低收入家庭青少年教育成就差距的 15% 至 44%。

這一研究方向引人入勝，但仍處於起步階段。我們仍然需要了解是什麼原因導致了 SES 與大腦發育之間的關聯。是營養、社群、學校質量、育兒方式或家庭壓力的差異，還是這些因素的組合？我們甚至確定所有這些差異都是由經驗解釋的嗎——還是遺傳因素也很可能發揮作用？

迄今為止，很少有研究直接檢驗這些問題。聖路易斯華盛頓大學的瓊·盧比及其同事最近的一項發現提供了一些證據，表明兒童大腦結構中的收入差距可能是由壓力性生活事件和育兒方式的差異造成的。支援性較少和更具敵意的育兒方式似乎會導致更糟的結果——在這種情況下，海馬體更小。在我的實驗室裡，我們正在研究父母和孩子之間的慢性壓力和較少的語言互動如何在一定程度上解釋這些發現。

另一個長期存在的問題是，貧困兒童早期經歷的困難更多地源於他們在子宮裡的時間，而不是他們出生後的家庭收入。我們小組最近報告說，出生後頭四天的大腦功能與父母的收入水平或教育程度無關，這為社會經濟差距導致的大腦發育差異源於出生後經歷的差異這一觀點提供了支援。鑑於該研究中使用的樣本相對較小：僅 66 個家庭，因此這項工作仍需要重複。但是，其他幾個研究小組的工作表明，一些結構性或功能性大腦差異可能僅在出生後的第一年晚些時候才會顯現出來。

我們尚未掌握證據來解釋家庭、社會和經濟環境與兒童成長中的大腦之間的聯絡。理清 SES、幼兒經歷和大腦發育之間的聯絡仍將是未來研究的明確優先事項。

相關性不是因果關係

儘管數十項研究提供了家庭收入與健康大腦發育之間關係的證據，但這類研究需要建立在更可靠的基礎上。“相關性不是因果關係”這句經常被引用的格言有助於解釋揮之不去的不確定性：在弱勢家庭中長大是否會導致大腦差異，還是獨特的發育過程導致孩子在學校或工作中失敗？

神經科學領域一直對因果關係問題保持沉默。為了檢驗因果關係，我們需要科學測試的黃金標準：一項隨機對照試驗，其中一個“治療”組被隨機分配接受干預，另一個組被隨機分配接受“對照”體驗，使我們能夠評估一種或另一種干預對大腦發育的影響。

對於這種型別的研究，研究團隊需要評估，例如，應該採取什麼正確的干預措施來減少社會經濟差距。相當多的學校和家庭干預措施，例如“啟智計劃”，已經旨在減少兒童成就的差異。事實上，這些努力中的許多都是有效的，即使這些干預措施面臨的挑戰通常令人望而生畏：高質量的干預措施昂貴、難以擴大規模，並且經常遭受“衰退”，一旦兒童不再接受服務，積極影響就會隨著時間推移而減少。

點選或輕觸放大

鑑於這些困難，我們決定考慮一種更簡單的干預措施——一種易於管理並且原則上在社群中具有近乎完美接受度的措施。我們設計的這項研究將考慮直接用貨幣補貼補充家庭收入對大腦發育的影響。與諮詢、兒童保育和其他服務不同，現金轉移有可能使家庭能夠做出他們認為最適合自己和孩子的財務決策。來自美國和發展中國家研究的證據表明，直接收入補貼可能很有希望。提供全民基本收入的想法正在獲得關注，並且正在被一些慈善組織和世界各國政府試行。

但迄今為止，這些研究都沒有衡量家庭收入補貼對兒童大腦發育的影響。最近，我們組建了一個由社會科學和神經科學專家組成的團隊來研究這個問題。我正在與加州大學爾灣分校的經濟學家格雷格·鄧肯、威斯康星大學麥迪遜分校的發育心理學家凱瑟琳·馬格努森和紐約大學的吉川浩一以及紐約大學的經濟學家麗莎·傑內蒂安合作。我們正在籌集資金，以啟動有史以來第一個隨機實驗，以測試減貧與大腦發育之間的因果關係。這項研究的目標是雄心勃勃的，儘管前提很簡單。我們將從招募 1000 名美國低收入母親開始，在孩子出生時進行，母親將被隨機分配接受每月 333 美元的收入補貼或每月 20 美元的收入補貼。

資金將透過預付簽帳金融卡發放給在孩子出生的醫院註冊參加研究的母親。簽帳金融卡將在研究期間每月自動重新充值。對資金的使用方式沒有限制。將在孩子們生命的頭三年跟蹤這些家庭，以衡量無條件現金轉移對認知和大腦發育的影響。

我們還將仔細衡量家庭生活的許多方面，包括壓力、家庭關係質量以及接受者如何使用提供的資金。最近一項針對 30 名低收入母親為期一年的試點研究表明，我們的方法非常可行，簽帳金融卡可以作為向母親分發收入的可靠手段。儘管大量參與者以前從未使用過簽帳金融卡，但他們報告說在卡啟用、提取現金或將其用於銷售點交易方面幾乎沒有問題。這讓我們相信我們的方法可以擴充套件到全面研究的水平。

我們的假設是，家庭收入的增加將為這些家庭引發一系列積極影響。隨著他們的孩子度過幼兒期，我們假設他們將能夠以與較高收入家庭兒童相同的速度更好地發展視覺、聽覺和其他關鍵認知技能。

如果我們的假設是正確的，我們的試驗有可能為影響數百萬弱勢幼兒家庭生活的社會政策提供資訊。我們懷疑，可以透過簡單的政府基礎設施來實施此類政策。儘管收入可能不是決定兒童發育軌跡的唯一因素，但從實施政策的角度來看，它可能是最容易改變的因素——某種形式的首付，以促進成長中的兒童大腦的健康。