大脑老化与神经可塑性
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我们会衰老，大脑也是。脑沟会变宽，脑室会变大。二者无疑都是脑萎缩的迹象，伴随着树突分支（神经元之间的连接）的部分脱落或者覆盖长轴突的髓鞘的减少。有理由认为在我们衰老的过程中，上述三个过程都会发生。但是，这些衰退不会对大脑的各个部位造成同等的影响。衰退的速率也是高度可变的。我之后会对这种变化的一些来源进行讨论。有两个明显的法则。首先，前额叶皮质很容易受到正常衰老导致的衰退的影响（不像阿尔茨海默病，最先受影响的是海马体）。其次，右半脑比左半脑更迅速地受到衰老的影响（研究表明，虽然右半脑更早受衰老的影响，但右半脑的发育比左半脑开始得更早）。
额叶容易受到衰老的影响已经是一个公认的事实了。由于额叶在处理新奇事物方面发挥着重要作用，它的脆弱性也符合老年人往往被日常生活和环境中的变化所恼这个一般认识，这些变化往往会揭露痴呆症的一些早期迹象，此时痴呆症的临床症状尚不明显，通常难以觉察。
并不是所有人都接受左右半脑衰老速度不同步的观点，但来自世界各地的越来越多的研究结果支持了这一观点。我回顾了《智慧大脑》一书中的若干证据，将再次进行对其简要介绍。
脑沟在衰老过程中变浅的不均衡性就是这样一个发现。由于皮质组织会随着衰老而萎缩，脑沟，也就是大脑核桃一样的表面上的凹陷会变得越来越浅。从脑沟变浅的程度可以看出皮质萎缩的程度。约翰·霍普金斯大学和美国国家老龄化研究所的科学家团队发现，右枕区和顶区的脑沟在衰老过程中变浅的程度要大于左半脑的脑沟。
脑岛也呈现出类似的明显不对称性，它是隐藏在颞叶、顶叶和额叶交汇处之下的神秘皮质部分，对多感觉整合有特别的作用。几个澳大利亚科学家发现，与衰老相关的脑萎缩在右脑岛中比左脑岛中更明显。
另外，与衰老相关的有趣变化还出现在对积极情绪和消极情绪的处理方面。脑岛和杏仁核中与获得金钱收益的预期有关的激活水平似乎不会随着衰老而降低，但脑岛和杏仁核中与遭受金钱损失的预期有关的激活水平却降低了。这或许表明，右半脑的脑岛和杏仁核结构在衰老过程中的退化程度比左半脑更严重。
不过，日本进行了另一项研究，该研究运用了基于体素的形态学分析（体素是一种三维像素，也是fMRI中最小的测量单位；可以通过计算各种神经结构包含的体素个数来估计其尺寸）。该研究表明，与衰老有关的衰退发生在多个大脑区域中，在右半脑中的发生时间远远早于左半脑。对右半脑而言，灰质体积的减少在40岁时就已经很明显了，到了50岁会变得愈发显著。相反，50岁时左半脑的尺寸才首次明显变小。
脑萎缩的非对称速率并不限于新皮质。fMRI研究显示，对年迈的抑郁症患者来说，额叶与右海马体（而不是左海马体）都呈现出尺寸上的减小。与衰老有关的脆弱性的这两个方面（一个影响额叶，另一个影响右半脑），是不是有着共同的机制？如果是这样，这是一种怎样的机制？为什么左半脑后部相对而言没有受影响呢？请记住，额叶和右半脑对于处理新信息来说都非常重要，一旦个体的新奇世界缩小，既有认知惯例扩张的时候（这正是年龄增长过程中通常发生的情况），二者的相对作用就会减弱。同时，左半脑（尤其是后部）是储存根深蒂固的认知惯例的仓库，因此，其在认知方面的相对作用会随着年龄的增长而扩张。新皮质和右半脑相对迅速的衰退与左半脑的相对完好，是否在某种程度上都与新奇性和熟悉性之间的平衡在衰老过程中的调整有关，进而与不同神经结构的“使用平衡”方面的调整有关？
即使在20年前，这种可能性听起来也是完全不靠谱的。若非我们对神经可塑性的能力和作用有了更深刻的认识，这个观点到现在也是难以理解的。多年来，科学家普遍认为，当我们从儿童走向成年时，大脑就失去了它的可塑性和改变的能力。该观点最初是由伟大的神经解剖学家雷蒙·卡哈尔在20世纪首次提出的，被认为是神经科学领域的公理，近100年来无人可以撼动它的地位。但是今天，越来越多的新证据表明，即便进入成年时期，大脑依然保持着可塑性，或许在整个生命周期内都是如此。原先的假设是，在成年有机体中，死亡的神经细胞是不能被更换的。虽然一直有证据表明鸟类（洛克菲勒大学科学家费尔南多·诺特博姆的研究）和大鼠（印第安纳大学科学家约瑟夫·阿特曼）体内可以长出新的细胞，但是这些证据一直被当作特例而非规则。
不过，后续证据表明，许多哺乳类动物身上都体现了持续的神经可塑性，而且与人类越来越相近。普林斯顿大学的伊丽莎白·古尔德和洛克菲勒大学的布鲁斯·麦克尤恩的研究表明，成年狨猴的神经元仍在继续分裂。神经细胞的分裂还表现在与记忆密切相关的大脑结构海马体上。伊丽莎白·古尔德及其同事所做的另一项研究表明，成年猕猴的大脑皮层不断产生新的神经元。新的神经元补充到了前额叶、颞下和顶叶后区异模态联合皮质中，上述区域参与的是信息处理过程最复杂的方面。虽然越来越多的证据表明神经发育存在于哺乳动物的整个生命周期，但很长时间以来，人类可能也是如此的观点不断遭到抵制。一个经常被援引的观点是，人类和其他哺乳类动物（包括其他灵长类动物）有着本质区别，因为人类拥有积累并储存大量知识的能力，而且这些知识能够终生为我们所用。有观点认为，要储存上述知识，就必须有能够储存知识的神经回路。但这个观点一点儿都经不起推敲。我们已经知道，大脑不是一个静态的实体，大脑随着年龄的增长而不断变化，脑室和脑沟变得越来越大，如果拿一个20岁的年轻人大脑的MRI与一个60岁的老年人大脑的MRI进行比较，谁都能发现二者的差异。因此，结构恒定的大脑是不存在的。知识也不是一成不变的，心理学家早在巴特利特时代就意识到了这一点。我们不断地重新配置和关联我们的知识，该过程无疑是由神经回路的变化调节的。既然存在持续的变化，那么知识究竟是如何在大脑中被储存的呢？这是一个让人着迷的深刻问题，神经科学还没有直接着手解决该问题。不管该能力的机制是什么样的，知识很明显不是被储存在某种固定的神经回路中的。人类大脑的神经发育是否持续一生抑或它只是一种进化上的特例，关于这一问题的辩论最终由瑞典神经科学家彼得·埃里克森的研究终结了。彼得·埃里克森证明，人类的海马体（更准确地讲是齿状回）在进入成年时期后仍然可以产生新的神经元。后续研究表明，成人的海马体的神经发育可能会受到药物的影响，抗抑郁药可能会对其产生影响。研究还表明，成人的神经发育发生在成人大脑所谓的室下区，新产生的神经元会从该区域迁移到嗅球。
在齿状回和嗅球之外是否还存在人类神经发育仍然是一个争论不休的问题。可能存在成年神经发育的其他大脑区域还包括新皮质、纹状体、杏仁核、下丘脑以及脑干的各种结构，包括黑质，但这些研究结果都是不确定的，肯定和否定的结论都有，有时候还有相互矛盾的证据。非常有意思的研究结果是，成年神经发育是在脑损伤的刺激下实现的，成年神经发育实际上是大脑自行修复的一种有力的补偿机制。
后续研究表明，成年人的神经可塑性一直到老年时期都存在，即便在患有阿尔茨海默病的情况下也是如此，在某种程度上和某段时间里，能够起到抵消该疾病负面影响的作用。这有助于解释一个看似不合理的发现，即受到阿尔茨海默病影响的大脑也可能保有良好的认知功能。据我所知，纽约阿尔伯特·爱因斯坦医学院和加州大学圣迭戈分校的罗伯特·卡兹曼及其同事最先发现了这一点。他们定期对一组受试者进行神经心理学测试，观察后者的大脑何时能够具备进行神经病理学研究的条件，直到这些人去世。在样本中，有一组受试者直到生命结束时，其认知功能都保持在良好状态，但是，他们的大脑呈现出明显的阿尔茨海默病的神经病理学特征。这些人的大脑的特点是其重量大得不同寻常，拥有数量众多的异常大的神经元。哥伦比亚大学的雅科夫·斯特恩及其同事也发现了类似的现象，大量阿尔茨海默病患者依然保持着完好无损的认知功能。圣母学校修女会患有阿尔茨海默病的修女中也不乏思维清晰的人，我们将在之后对此进行讨论。虽然其他可能的解释都有道理，但老年人仍然可以保有强大的神经可塑性是帮助其抵消阿尔茨海默病对他们产生影响的合理因素之一。
假设成年人的大脑不断地产生新的神经元，它们融入既有回路的具体方式尚不明确。有观点认为，成年人的神经发育对信息处理有害，因为将“幼稚”的神经元嵌入整合良好的回路会起到干扰作用而不是有帮助。最终通过神经网络模型而不是直接实验，或许可能更好更快地了解成年人神经可塑性的影响。