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神经网络的秘密

发布时间:2017-12-06 16:45:00 文章来源:未来智库    
    人的智商与性格都是由大脑结构决定的,这是不争的事实。早年间科学家们主要关心脑细胞的数量和质量,后来发现人的脑细胞数量是基本固定的,质量也不容易评估,从这方面入手很难做研究。相比之下,脑细胞之间的神经联接却是不断在变化的,而且很可能更重要。
    这一点不难理解。两台不同的电脑,一台非常高档但没有联网,另一台价格低廉但却联了网,哪台更好用?答案是不言而喻的。问题在于,大脑神经细胞的数量本身就是一个天文数字,它们之间的神经联接网络更是复杂异常,科学家们一直缺乏有效的研究手段,这方面的进展相当缓慢。
    磁共振弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging)技术的出现解决了这个问题,这种技术可以实时测量大脑中水分子的流动情况,从而间接地衡量神经细胞之间信号通讯的强度和方向。有了这项技术,科学家们就可以研究活人的脑神经联接情况了,神经网络的秘密正在逐渐被揭开。
    比如,曾经有研究显示,人在发育过程中大脑的神经联接会经历数次自我修整的过程,即把不必要的联接断掉,仿佛在剪枝一样。农民给果树剪枝是为了集中力量结果子,大脑的自我修整可以帮助主人更好地集中精力,不因周围的无效刺激而分散脑力。
    这个自我修整过程是大脑发育当中极为重要的步骤,为了更准确地搞清这一过程的细节,来自英国纽卡斯尔大学(Newcastle University)的科学家马科斯·凯瑟(Marcus Kaiser)博士及其同事们招募了121位年龄在4-40岁之间的志愿者,用磁共振弥散张量成像技术扫描了他们的大脑,发现这个自我修整过程是有选择性的,同一区域(比如负责听觉的单元)内部的神经联接被清理的几率很高,而联接不同区域(比如负责听觉的单元和负责视觉的单元),尤其是距离较远的两个区域的神经联接则大部分被保留了下来。
    仔细想想大脑这么做是有道理的。首先,距离越远的神经联接在建立的时候肯定越困难,因此也就越宝贵,不能轻易地被清理掉。其次,不同的区域之间的信息交流肯定比同一区域之内的信息交流更重要,比如你从闺蜜那里得来的信息很可能是重复的,而一个生活在异国他乡的朋友传递给你的信息往往就很宝贵了,这样的神经联接价值更大,理应保留。事实上,已知很多神经性疾病的患者都是在远距离神经联接上出了差错,比如癫痫、自闭症和精神分裂症等都是如此。
    凯瑟博士将研究结果写成论文,发表在2013年12月15日出版的《大脑皮层》(Cerebral Cortex)杂志上。该文还提到了一个细节,女孩的大脑自我修整过程发生得比男孩早,也许这就是为什么女孩的智力发育开始得比男孩早的原因。
    说到男女有别,这个话题可是相当敏感。如果只说体力上的差别没有问题,一旦涉及到男女之间的智商和情商就必须格外小心,否则很容易被人抓住把柄,指责你歧视。话虽如此,坊间关于男女性格差别的段子层出不穷,西方人甚至把男人安排到了火星,女人送到了金星。两者真的有那么大的差别吗?这可不能乱说,必须有科学根据。
    2013年12月2日出版的《美国国家科学院院报》(PNAS)刊登了由美国宾夕法尼亚大学放射学系副教授拉吉尼·维尔马(Ragini Verma)博士及其同事们撰写的一篇论文,首次提出了看起来很有说服力的证据。同前文一样,研究者们使用磁共振弥散张量成像技术研究了男人和女人的脑神经联接,绘制出了大约1000名志愿者的神经联接分布图,从中发现男人和女人的大脑结构虽然没有火星和金星的差别那样大,但确实存在明显的差异。
    具体来说,研究人员用这项技术扫描了428名男性和521名女性志愿者的大脑,结果显示女性大脑的左右联接比例较高,男性则正相反,前后的联接更多一些,只有一个部分例外,那就是小脑,男性在这个部位的左右联接也是比较多的。已知大脑的前半部分主要负责指挥四肢的运动,后半部分负责控制知觉系统,比如视觉和听觉等等,前后大脑联接紧密这个现象很好地解释了男人的运动能力为什么比女人高。另外,已知小脑也和运动能力密切相关,也许这就是为什么男人在这个部位的左右联接比女人发达。
    大脑的左右两半球也是有分工的,左脑一般负责逻辑思维,右脑则更擅长直觉思维。女性在左右半球之间的神经联接比男性多,这个事实很好地解释了为什么女人比男人更擅长社交,记忆力也比男人好,而且善于一心多用。
    从进化论的角度看,这个结果是有道理的。我们的祖先在很长一段时间内都是有分工的,男人负责出去打猎,自然需要灵巧的身体和专注的精神,女人负责在家采集野果并照顾孩子,或许在这一过程中完善了“多任务模式”和社交才能。
    男女大脑之间的这种结构差异和年龄有着密切的关系。研究显示,两者在13岁之间大体相似,看不出明显差别。14-17岁这个年龄段开始分化,最终形成了两类不同结构的大脑。这个结果说明男女性格的差异是在青春期这段时间里形成的,很可能与激素的变化有关。
    这篇论文发表后引起了诸多争议,维尔马教授坚持认为该项研究的主要目的是为了帮助医生们找到男女精神疾病的治疗方法,因为不少疾病存在性别差异,比如自闭症在男性中的发病率远比女性要高。但是媒体记者们显然不这么认为,大家一致把话题引到了男女性格的差异上,似乎该研究为“男人来自火星,女人来自金星”这个著名论断找到了科学根据。
    不过,也有一些人提出了反对意见,比如英国《卫报》的科学编辑罗宾·麦基(Robin McKie)就专门为此事撰文指出,该研究只是说明男女大脑结构存在差异,没有说明这种差异到底是因还是果。麦基认为男女性格的差异只有很少部分来自遗传,大部分来自后天的教育,以及社会对男孩和女孩的不同期待。
    这篇论文的作者维尔马教授在接受采访时表示过类似的看法,她认为这个结果只具有统计学上的意义,可以帮助科学家更好地了解男女这两个群体的行为模式,但无法帮助人们了解具体哪个人到底属于何种情况。比如,维尔马教授本人就是一名女性,却从事着在大多数人眼中相当“男性化”的职业。
    也许,如果有人用这项技术扫描一下维尔马教授的大脑,也许就能明白她为什么能够当上教授了。
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