關(guān)注視頻號：丘腦大叔

早上好，我是腦叔，一個(gè)愛聊腦的家伙。

年過30的你，有沒有經(jīng)常這樣遇到新事物就心生畏懼：“我都三十了，大腦早定型了吧？”從小到大，我們被灌輸?shù)挠^念是：成年大腦已經(jīng)定型了，就像已經(jīng)建好，裝修好的房子，已經(jīng)是固定了。但一項(xiàng)剛發(fā)表在《Nature》上的重磅研究，可能會顛覆你這個(gè)認(rèn)知。

MIT和Broad研究所的科學(xué)家用超分辨蛋白質(zhì)成像和電生理技術(shù)，在成年小鼠的視覺皮層里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)神奇的秘密：

那些真正能持續(xù)學(xué)習(xí)的大腦，成年了還是可以進(jìn)行的，它不是一個(gè)已經(jīng)固定好的房子，還是改裝調(diào)整的。

傳統(tǒng)觀念錯(cuò)在哪？

過去科學(xué)家普遍認(rèn)為，成年大腦的突觸可塑性主要是“死板”的——就像調(diào)音量旋鈕，現(xiàn)有連接的強(qiáng)度可以增減，但連接本身的數(shù)量基本固定。成年人能學(xué)新東西，靠的是已有突觸的“微調(diào)”。

按照這個(gè)邏輯，成年人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是個(gè)“精裝小區(qū)”，每套房（突觸）都功能齊全，只是有些豪華（強(qiáng)連接），有些簡陋（弱連接）。

但這篇研究提出了一個(gè)關(guān)鍵質(zhì)疑：

萬一成年大腦里還藏著大量“毛坯房”，平時(shí)不用，關(guān)鍵時(shí)刻可以拎包入住呢？

核心發(fā)現(xiàn)一：成年大腦里，30%的“接口”是毛坯房

科學(xué)家用了一種叫eMAP（表位保留的蛋白質(zhì)放大分析）的技術(shù)，相當(dāng)于給大腦突觸拍了一張4K超清證件照。他們檢查了成年小鼠初級視覺皮層（V1）第5層錐體神經(jīng)元的2,234個(gè)樹突突起，結(jié)果出乎意料：

大約30%的突起不是正常的“樹突棘”，而是“絲狀偽足”（filopodia）——一種又細(xì)又長、沒有明顯膨大頭部的突起。

這什么概念？以前大家以為成年大腦里的絲狀偽足很少見，最多也就占個(gè)3%。結(jié)果發(fā)現(xiàn)比例高達(dá)30%，比之前認(rèn)為的多了一個(gè)數(shù)量級。而且在第2/3層神經(jīng)元里也一樣。

這意味著什么？

成年大腦的樹突上，每三個(gè)“接口”里就有一個(gè)是“毛坯房”。它們不是殘次品，而是一種全新的、未被激活的潛在連接點(diǎn)。

核心發(fā)現(xiàn)二：這些毛坯房真的在“沉默”，不是沒裝門鈴

光有形態(tài)還不夠，科學(xué)家檢查了這些絲狀偽足的“硬件配置”：

• 突觸前伙伴：85.75%的絲狀偽足旁邊都有 bassoon 蛋白標(biāo)記的突觸前結(jié)構(gòu)，說明“網(wǎng)線已經(jīng)插好”。

• 受體配置：超分辨成像顯示，絲狀偽足富含NMDA受體（GluN1陽性），但幾乎完全缺乏AMPA受體（GluA1陰性）。

• 正常樹突棘：99%都有突觸前伙伴，且AMPA和NMDA受體兼?zhèn)洹?/p>

這就像是：毛坯房通了水電（NMDAR），但還沒裝燈開關(guān)（AMPAR）。

為了驗(yàn)證這不僅僅是“拍不到”，科學(xué)家做了更直接的電生理實(shí)驗(yàn)——雙光子谷氨酸解籠。他們像用激光筆精準(zhǔn)照射一樣，把谷氨酸“扔”到單個(gè)絲狀偽足上：

• 照射正常樹突棘：21個(gè)全都有反應(yīng)，產(chǎn)生明顯的興奮性突觸后電位（EPSP）。

• 照射絲狀偽足：22個(gè)里22個(gè)，完全沒有反應(yīng)。

是真的沉默。

但科學(xué)家沒停手。他們把腦片放到無鎂離子的人工腦脊液里（解除NMDA受體的電壓門控阻斷），再加AMPA受體阻斷劑（DNQX）。在這種條件下，絲狀偽足突然“開口說話”了——出現(xiàn)了NMDA受體介導(dǎo)的響應(yīng)。

更厲害的是，用微電極刺激附近軸突，同時(shí)在絲狀偽足里灌入鈣指示劑（Fluo-4），科學(xué)家看到了強(qiáng)烈的局部鈣信號。這說明突觸前結(jié)構(gòu)不僅會釋放囊泡，而且釋放得相當(dāng)利索。

綜合起來就一句話：絲狀偽足是成年大腦里貨真價(jià)實(shí)的“沉默突觸”——硬件全齊，只是還沒開通服務(wù)。

核心發(fā)現(xiàn)三：毛坯房可以被“精裝修”，而且只有毛坯房能這么干

發(fā)育期的大腦里，沉默突觸很常見，它們通過“去沉默”（unsilencing）——裝上AMPA受體——變成功能突觸。但成年大腦能不能這么干？以前大家打個(gè)大問號。

科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)經(jīng)典的Hebbian可塑性協(xié)議：用激光在絲狀偽足上“解籠”谷氨酸（模擬突觸前活動），10毫秒后再在胞體注入電流誘發(fā)一個(gè)動作電位（模擬突觸后活動）。這樣配對40次，頻率2赫茲。

結(jié)果堪稱魔法：

• 功能上：之前對谷氨酸毫無反應(yīng)的絲狀偽足，現(xiàn)在開始產(chǎn)生AMPA受體介導(dǎo)的突觸響應(yīng)。

• 結(jié)構(gòu)上：15個(gè)絲狀偽足里，9個(gè)變短了（平均縮短36%），6個(gè)變長了（平均增長18%），形態(tài)發(fā)生了重塑。

關(guān)鍵是，這種變化嚴(yán)格需要“前后配對”：

• 只放電不照光（post alone）：沒用。

• 只照光不放電（pre alone）：也沒用。

更有意思的是，科學(xué)家用同樣的協(xié)議去刺激正常的成熟樹突棘，結(jié)果——紋絲不動。即使把配對次數(shù)翻倍到90次，成年動物的樹突棘依然不買賬。

這說明什么？

成年大腦里存在一種“可塑性等級”：成熟突觸（樹突棘）像精裝房，閾值極高，基本不動；而絲狀偽足這種毛坯房，閾值極低，一刺激就裝修完畢、拎包入住。

核心發(fā)現(xiàn)四：這解釋了成年人為什么還能“彎道超車”

這項(xiàng)研究最大的理論沖擊，是它挑戰(zhàn)了“成年皮層功能連接基本固定”的模型。

過去我們認(rèn)為，成年人的學(xué)習(xí)主要是“調(diào)音量”。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，成年人還可以“插新接口”。

科學(xué)家在討論里提了一個(gè)特別漂亮的模型：

• 樹突棘（Spines）：負(fù)責(zé)穩(wěn)定存儲已經(jīng)獲得的信息，像精裝房里的保險(xiǎn)柜，不動如山。

• 絲狀偽足（Filopodia）：負(fù)責(zé)快速獲取新的連接，像預(yù)留的毛坯房，隨時(shí)可以根據(jù)需求裝修成任何風(fēng)格。

這完美解釋了記憶系統(tǒng)里一個(gè)古老的矛盾：既要穩(wěn)定（記住舊東西），又要靈活（學(xué)新東西）。如果所有突觸都容易變，你的記憶就一團(tuán)漿糊；如果所有突觸都固定死，你就沒法學(xué)新語言、新技能。成年大腦用“雙軌制”解決了這個(gè)問題——大部分連接穩(wěn)住基本盤，一小部分毛坯房負(fù)責(zé)開疆拓土。

而且這還順便給了人工智能一記響亮的耳光：現(xiàn)在的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大多只有調(diào)音，沒有這種“結(jié)構(gòu)可塑性”。所以它們永遠(yuǎn)達(dá)不到生物大腦那種靈活學(xué)習(xí)的高度。

寫在最后——給成年人的實(shí)用腦科學(xué)

基于這項(xiàng)研究，別再哀嘆“我年紀(jì)大了，腦子定型了”。你的大腦可能藏著30%的“毛坯突觸”，等著你去激活。

下次學(xué)新東西時(shí)，不妨記住這三件事：

第一，把新知識和已有經(jīng)驗(yàn)“配對”

可塑性的精髓是“一起放電，一起連接”。學(xué)語言時(shí)，不要只背單詞，也不要只聽不說，要在聽到詞的瞬間嘗試說出來，讓輸入和輸出精準(zhǔn)配對。

第二，別怕從零開始

絲狀偽足的存在告訴我們，成年大腦預(yù)留了大量“零基礎(chǔ)接口”。學(xué)吉他、學(xué)編程、學(xué)畫畫，你不是在跟舊習(xí)慣死磕，而是在裝修一套新房。毛坯房的好處就是：想裝成什么樣都行。

第三，給大腦一點(diǎn)時(shí)間

實(shí)驗(yàn)里的“去沉默”發(fā)生在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)。現(xiàn)實(shí)中的學(xué)習(xí)當(dāng)然更長，但原理一致：重復(fù)、配對、等待AMPA受體“上門安裝”。別指望一次學(xué)會，但也別懷疑自己的大腦在物理層面真的在新建連接。

參考文獻(xiàn)：Vardalaki, D., Chung, K., & Harnett, M. T. Filopodia are a structural substrate for silent synapses in adult neocortex. Nature.612, 323–327 (2022).

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