神奇的青少年大脑

“青少年的大脑”经常被嘲笑为一个矛盾的说法——一个生物学出错的例子。

神经科学家解释说，青少年冒险、好斗或只是莫名其妙的行为是大脑某种程度上受损的产物。然而，过去10年的突破性研究表明，这种观点是错误的。青少年的大脑并没有缺陷。这也不是不成熟的成年人的大脑。它在进化过程中形成了不同于儿童或成人的功能。

青少年大脑最重要的特征是它能够通过改变连接大脑区域的通信网络来对环境做出反应。这种特殊的可变性或可塑性是一把双刃剑。它让青少年在思考和社交方面取得了巨大的进步。但不断变化的环境也使他们容易受到危险行为和严重精神障碍的伤害。

最近的研究表明，最危险的行为源于边缘系统网络的成熟与前额叶皮层网络的成熟之间的不匹配。边缘系统网络的成熟驱动着情绪，并在青春期变得涡轮增压，而前额叶皮层网络的成熟发生得更晚，促进了正确的判断和对冲动的控制。事实上，我们现在知道，一个人的前额叶皮层在20多岁之前一直在显著变化。然而，青春期似乎开始得更早，延长了“不匹配的年份”。

连接大脑区域的网络的可塑性——而不是像以前认为的那样，这些区域的生长——是最终表现得像成年人的关键。了解这一点，并了解如今年轻人在情感网络和判断网络的发展之间的差距正在扩大，可以帮助父母、教师、咨询师和青少年自己。人们会更好地看到，冒险、寻求刺激、远离父母和同伴等行为并不是认知或情绪问题的迹象。它们是大脑发育的自然结果，是青少年学习如何应对复杂世界的正常部分。

同样的理解也可以帮助成年人决定何时进行干预。一个15岁的女孩在服装、音乐或政治上与父母的品味不同，可能会让父母感到惊愕，但这并不意味着患有精神疾病。一个16岁的男孩喜欢不戴头盔玩滑板，或者接受朋友的冒险挑战，这不是小事，但更有可能是短视思维和同伴压力的表现，而不是想要伤害自己。然而，其他探索性和激进的行动可能是危险信号。更多地了解青少年独特的大脑将有助于我们所有人了解如何将与年龄相符的不寻常行为与可能表明疾病的行为区分开来。这种意识可以帮助社会降低青少年成瘾、性传播疾病、机动车事故、意外怀孕、他杀、抑郁和自杀的发生率。

更大的连接

有十几岁孩子的父母听到16岁孩子的大脑和8岁孩子的大脑不同时，很少有人会感到惊讶。然而，研究人员很难用科学的方法来确定这些差异。大脑被一层坚韧的皮质膜包裹着，被一层液体的护城河保护着，完全被骨骼包裹着，很好地保护了它免受摔倒、捕食者的攻击和科学家的好奇心。

成像技术的发明，如计算机断层摄影术和正电子发射断层摄影术，提供了一些进展，但由于这些技术发射电离辐射，用它们对年轻人进行详尽的研究是不道德的。磁共振成像(MRI)的出现终于揭开了面纱，提供了一种安全准确的方法来研究所有年龄的人的大脑解剖和生理。正在进行的研究跟踪了数千对双胞胎和单身人士的一生。不断出现的一致主题是，青少年的大脑并不是通过变大而成熟的;它通过使其不同的组件变得更加相互关联和变得更加专业化而成熟。

在核磁共振扫描中，大脑区域之间连通性的增加表现为白质体积的增加。白质中的“白色”来自一种叫做髓磷脂的脂肪物质，它包裹并隔离了从神经元体延伸出来的长线或轴突。髓鞘——这种脂肪鞘的形成——发生于童年到成年，并显著加速神经元之间神经冲动的传导。有髓轴突传递信号的速度比无髓轴突快100倍。

髓鞘化还通过帮助轴突在发射后迅速恢复来加速大脑的信息处理，以便它们准备好发送另一条信息。更快的恢复时间可以使给定神经元传输信息的频率增加30倍。更快的传输和更短的恢复时间相结合，使婴儿和成年之间的大脑计算带宽增加了3000倍，允许大脑区域之间广泛而精细的网络连接。

最近的研究揭示了髓磷脂的另一种更微妙的作用。神经元整合来自其他神经元的信息，但只有当输入超过一定的电阈值时，才会触发信息传递。如果神经元被激活，这一行为就会引发一系列分子变化，从而加强神经元和输入神经元之间的突触或连接。

这种联系的加强形成了学习的基础。研究人员自己现在了解到的是，要让来自近端和远端神经元的输入同时到达一个给定的神经元，传输必须有精确的时间，而髓鞘密切参与了这个时间的微调。随着儿童成长为青少年，髓磷脂的快速扩张越来越多地连接和协调大脑不同部分的活动，以完成各种认知任务。

科学家们现在可以通过应用图论来衡量这种不断变化的互联性，图论是一种量化网络中“节点”和“边”之间关系的数学类型。节点可以是任何物体或可检测到的实体——一个神经元或一个大脑结构，如海马体，或一个更大的区域，如前额叶皮层。边可以是节点之间的任何连接，从物理连接(如神经元之间的突触)到统计相关性(如在认知任务中大脑的两个部分被相似地激活)。

图论帮助我和其他人测量了不同的大脑区域是如何发展和相互联系的，并将这些特征与行为和认知的变化联系起来。大脑的变化并不局限于青春期。大多数大脑回路在子宫中发育，许多在一生中继续变化，远远超过青少年时期。然而，事实证明，在这段时间里，大脑中涉及判断、与他人相处和长远规划的区域之间的连通性显著增加——这些能力深刻地影响了一个人的余生。

专业化的时间

随着青少年神经元上的白质随着年龄的增长而发育，另一个变化正在发生。大脑的发育，就像自然界中其他复杂的过程一样，是在过度生产的双重打击下进行的，随后是选择性消除。像米开朗基罗的大卫从一块大理石中，许多认知的进步在雕刻过程中产生，在这个过程中，未使用或不适应的脑细胞连接被修剪掉。与此同时，常用的连接也得到了加强。尽管修剪和强化在我们的一生中都会发生，但在青春期，这种平衡会转向消除，因为大脑会根据环境的需求调整自己。

当神经元之间未使用的连接被消除，大脑灰质减少时，专门化就产生了。灰质主要由无髓鞘结构组成，如神经元细胞体、树突(细胞接收来自其他神经元的信息的天线状突起)和某些轴突。总的来说，灰质在儿童时期增加，在10岁左右达到最大值，并在青春期下降。它在成年期趋于平稳，在衰老时进一步下降。这种模式同样适用于神经元上对神经递质(如多巴胺、血清素和谷氨酸等调节脑细胞之间交流的分子)作出反应的受体细胞的密度。

虽然大脑灰质的原始数量在青春期左右达到顶峰，但大脑不同区域的完全发育发生在不同的时间。事实证明，灰质在所谓的初级感觉运动区(primary sensory motor area)最早达到峰值，这些区域致力于感知和响应视觉、声音、嗅觉、味觉和触觉。它在前额叶皮层最晚达到顶峰，对执行功能至关重要，执行功能包括一系列广泛的能力，包括组织、决策和计划，以及情绪调节。

前额叶皮层的一个重要特征是能够通过心理时间旅行来创造假设的“如果”——通过在我们的脑海中运行模拟来考虑过去、现在和可能的未来结果，而不是让我们自己面对潜在的危险现实。正如哲学家卡尔·波普尔(Karl Popper)所言，“我们的理论代替我们死去，而不是把我们自己置于危险之中。”随着我们认知的成熟，我们的执行功能也让我们更有可能选择更大、更长期的回报，而不是更小、更短期的回报。

前额叶皮层也是参与社会认知的电路的关键组成部分——我们驾驭复杂社会关系的能力，辨别朋友和敌人，在群体中找到保护，并执行青春期的首要指令:吸引配偶。

因此，青春期的标志是灰质和白质的变化，随着成年大脑的形成，它们共同改变了大脑区域之间的网络。青少年的前额叶皮层功能并非不存在;他们只是不像他们将要得到的那样好。因为他们直到20多岁才会完全成熟，青少年可能在控制冲动或判断风险和回报方面有困难。

不匹配的成熟

与前额叶皮层不同的是，由激素驱动的边缘系统在青春期时经历了巨大的变化，青春期通常开始于10到12岁之间。该系统调节情绪和奖励的感觉。在青少年时期，它还与前额叶皮层相互作用，促进求新、冒险和转向与同龄人互动。这些行为深深植根于生物学，在所有社会性哺乳动物中都有，鼓励青少年离开舒适和安全的家庭，去探索新的环境，寻求外部关系。这些行为减少了近亲繁殖的可能性，创造了一个更健康的遗传群体，但它们也可能造成巨大的危险，特别是当它们与现代诱惑混合在一起时，例如容易18新利官网多久了获得毒品、枪支和高速机动车，而不受合理判断的制约。

因此，决定青少年行为的最主要因素，与其说是执行功能的晚期发展，不如说是情绪行为的早期出现，而是这两种发展的时间不匹配。如果青少年的情绪受到边缘系统的推动，但前额叶的控制还没有达到25岁之前的水平，那么在这10年里，情感思维和沉思思维之间的失衡可能会占主导地位。此外，与世界各地的情况一样，青春期开始得更早，延长了开始增加冒险和寻求刺激与强壮、稳定的前额叶皮层发育之间的时间差距。

这种延长的不匹配支持了一种日益增长的观点，即青少年不再是青春期的代名词。青春期被社会定义为从童年到成年的过渡，从生物学上讲，它始于青春期的开始，但在一个人获得独立并承担成人角色的社会建构中结束。在美国，成人角色的实现——通常以结婚、生子和买房为特征——比20世纪70年代晚了大约五年。

社会因素对成年人的影响很大，这使得一些心理学家认为，青春期与其说是一个生理现实，不如说是工业革命以来育儿方式变化的产物。然而，双胞胎研究驳斥了社会因素可以在很大程度上压倒生物学因素的观点，这些研究通过跟踪拥有不同经历的双胞胎，来考察基因和环境的相对影响。他们表明，白质和灰质的生物成熟速度在一定程度上受到环境的影响，但基本时间是在生物控制之下的。社会学家也看到了这一点:冒险、寻求刺激和向同伴靠拢在所有文化中都存在，尽管程度各不相同。

脆弱性与机遇

MRI检测到的灰质、白质和网络发育强调了青少年大脑发育中最显著的特征是发生的广泛变化。一般来说，这种可塑性会在整个成年期逐渐减弱，但我们人类保持这种可塑性的时间仍然比其他物种长得多。

延长成熟和延长可塑性使我们在自身发展以及整个物种进化过程中“保持选择的开放性”。从寒冷的北极到赤道上的热岛，我们可以在任何地方茁壮成长。随着我们大脑开发的技术，我们甚至可以生活在环绕地球运行的容器中。回溯到一万年前——从进化的角度来说，这不过是一眨眼的时间——我们花了大量的时间来获取食物和住所。今天，我们许多人醒着的大部分时间都在处理文字和符号——考虑到阅读只有5000年的历史，这一点尤其值得注意。

长期的可塑性对我们的物种很有好处，但除了机会之外，也带来了脆弱性。青春期是几种精神疾病的高发期，包括焦虑症、躁郁症、抑郁症、饮食失调、精神病和药物滥用。令人惊讶的是，50%的人在14岁之前就出现了精神疾病，75%的人在24岁之前就开始了。

典型的青少年大脑变化和精神病理发病之间的关系是复杂的，但一个潜在的主题可能是“活动的部分坏了”。这个想法是，白质、灰质和网络的广泛变化增加了出现问题的机会。例如，几乎所有成年精神分裂症患者的异常大脑发现都与青少年大脑发育的典型变化相似。

从其他很多方面来看，青春期是人生中最健康的时期。18新利官网多久了免疫系统、对癌症的抵抗力、对冷热的耐受性和其他特征都处于最佳状态。然而，尽管身体健壮，青少年的严重疾病和死亡率比儿童高200%至300%。机动车事故是导致青少年死亡的头号原因，约占青少年死亡的一半。凶杀和自杀排在第二和第三位。意外怀孕、性传播疾病和导致监禁的行为也很高，造成了严重的终身后果。

那么医生、家长、老师和青少年自己该如何应对这些陷阱呢?对于临床医生来说，精神病学新药物的缺乏和青少年大脑对环境挑战做出反应的倾向表明，非药物干预可能是最有成效的——尤其是在青少年发育早期，白质、灰质和网络变化很快。强迫症的治疗就是一个例子;触发强迫冲动，但逐渐改变一个人的反应的行为干预可能非常有效，可以防止终身残疾。意识到大脑在整个青少年时期都是多变的，就消除了那种认为青少年时期是“注定失败的事业”的观念。它乐观地认为干预可以改变青少年的人生历程。

更多的研究也会有所帮助。青少年研究的基础设施还不完善，这项工作的资金不足，很少有神经科学家专门研究这个年龄组。好消息是，随着研究人员阐明青少年大脑发育的机制和影响，越来越多的资源和科学家正被吸引到这一领域，他们渴望将青少年的风险降至最低，并利用青少年大脑不可思议的可塑性。

了解青少年大脑的独特性和快速变化有助于父母、社会和青少年自身更好地管理风险，把握青少年时期的机遇。例如，知道前额叶执行功能仍在构建中，可能会帮助父母在女儿突然把头发染成橙色时不会反应过度，而是在未来有希望做出更好判断的概念中获得安慰。可塑性还表明，父母和青少年之间关于自由和责任等问题的建设性对话可以影响发展。

青少年与生俱来的适应能力引发了人们对历史上最大的环境变化之一——数字革命——的影响的质疑。在过去的20年里，电脑、视频游戏、手机和社交媒体深刻地影响了青少年的学习、玩耍和互动方式。大量的信息是可用的，但质量参差不齐。未来的技能将不是记住事实，而是批判性地评估大量数据，从噪声中辨别信号，综合内容，并将这种综合应用于解决现实世界的问题。教育工作者应该用这些任务来挑战青少年的大脑，以训练其适应数字时代需求的可塑性。

更大的社会也有一些令人信服的机会。一方面，它可以更专注于利用独特的青少年发展期的激情、创造力和技能。社会还应该认识到，青少年时期是一个转折点，是一个和平的公民生活、侵略或在极少数情况下激进化的生活。在所有文化中，青少年最容易被招募为恐怖分子，也最容易受影响成为教师和工程师。对青少年大脑的深入了解也有助于法官和陪审员在刑事审判中做出决定。

对于青少年自己来说，青少年神经科学的新见解应该鼓励他们用他们想要在余生中擅长的各种技能来挑战他们的大脑。他们有一个绝佳的机会来塑造自己的身份，并根据自己的选择来优化自己的大脑，以迎接一个数据丰富的未来，这个未来将与他们父母现在的生活截然不同。