關於嬰兒神經突觸數量的思考

2015年1月號的《國家地理雜誌》有一篇文章,題為《寶寶的第一年》。文章裡面有一幅圖,是關於人類由出生到二十歲的大腦神經突觸數目變化,其中頭一年的數據被放大顯示。

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圖片來源:《國家地理雜誌》2015年1月號

雖然讀到這篇文章至今已經三年,但這幅圖給我的印象仍然深刻。當中最大的震憾,是突觸的數目最遲在嬰兒滿週歲時就到達高峰並且開始回落。文章裡其中兩段這樣寫:

幼年期的飛速發展,正好和龐大的神經迴路的形成同時展開。新生兒的大腦擁有近1000億個神經元,跟成年人一樣多。寶寶成長過程中會接收到大量感官刺激,神經元也開始彼此連接,等到小孩三歲的時候,已經有了數百兆的神經連結。

像是聽搖籃曲,伸手拿玩具之類的種種刺激與活動,都會協助建立不同的神經網絡,而這些迴路會因為反覆活化的而增強。包裹著神經纖維的鞘是由名為髓磷脂的絕緣物質構成,會沿著經常被使用的迴路而增厚,加速電脈衝的傳送。閒置不用的迴路會因為連結斷開而死亡,這就是所謂的「突觸修剪」。在一到五歲之間、還有青春期初期,大腦會經過成長和精簡的循環,而哪些迴路能夠繼續存在,決定的關鍵就在於經驗。

神經突觸的數目,代表著腦中神經元的連接。連接越多,神經網絡越複雜。嬰兒出生後頭一年的神經突觸遠超成年人,代表著這個時段的大腦可塑性非常高,是學習的黃金時期。嬰兒的經驗幫助建立神經元之間的連結,重複的經驗則會強化這些連結。但是出生一年之後,突觸的數目開始回落,那些沒有得到強化的連結逐漸消失。

從演化的角度來說,把沒有得到強化的連結修剪掉,是十分正常的做法,否則腦部就要花大量的資源去維護一些不常用的功能,常用的功能亦可能受到拖累。不過,這個現象也讓我思考以下問題:

  1. 突觸的數目跟智力和學習能力是否有直接關係?嬰兒的神經突觸遠超成年人,是否可以理解為嬰兒遠比成年人聰明,或學習能力遠高於成年人?
  2. 嬰兒的腦部在一歲前就被定型,這對於兒童的心智發展意味著甚麼?
  3. 如果出生後頭一年的大腦的可塑性最高,那麼我們該如何利用這個黃金時間培育嬰幼童?
  4. 神經突觸的數目二十歲之前一直減少,這對基礎教育的理論有甚麼影響?

由於定位及篇幅所限,文章並沒有進一步探討這些問題。

目前關於智力發展的理論(如經典的 Piaget (1952))都是心理學理論,研究方法以觀察為主。雖然這些理論為兒童心智發展的研究作出了很大貢獻,但是沒有現代神經科學的支持,算不上真正的科學理論。我相信,未來的學習理論必須要基於神經科學。上述提出的問題,有哪些已經能夠用神經科學來回答,有哪些有待進一步探究呢?這是我心裡的疑問。

參考:

Piaget, J. (1952). The origins of intelligence in children. New York: International Universities Press, Inc.

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3 thoughts on “關於嬰兒神經突觸數量的思考

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      1. 嬰兒的神經突觸遠超成年人,是否可以理解為嬰兒遠比成年人聰明,或學習能力遠高於成年人?

      要討論前者,首先你要定義「聰明」是甚麼意思,嬰兒可以做到的反應沒多少種,你也很難判斷他聰不聰明。
      至於學習能力,恐怕是肯定的吧。他們的神經網絡就是有很大潛力去接駁成不同的模式。

      4. 神經突觸的數目二十歲之前一直減少,這對基礎教育的理論有甚麼影響?

      好像沒聽過﹖我想突觸減少影響的是學習新事物的生理能力,尤其是某些像語言之類有最佳學習期的東西。可是對一般科目來說,對學習影響最大的,恐怕不是突觸數目,而是學生基礎知識和觸類旁通的能力吧﹖就算神經突觸一樣,學生擁有的知識越多,越是有可能在它們之間、和新知識之間建立連結,令自己更易學習和吸收。如果早年把握了突觸學習能力高的時期先學會較多東西,到後來就算突觸減少,知識網的豐度應該也可以補足、令學習繼續下去。

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      這個範疇博大精深,看來我得認真讀讀文獻才行。

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      除了synapse, 還要看myelin sheath及其他結構的development, 儘管嬰兒的synapse 多又成長得快, 正常大人的能力一定比嬰兒高

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