爸媽們想不到，煩人的青春期竟會持續到大學畢業以後

知識 10-23

本文由公眾號「把科學帶回家」提供

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本文轉載自公眾號「環球科學ScientificAmerican」（ID：huanqiukexue）

爸媽們想不到，煩人的青春期竟會持續到大學畢業以後

作者 Jay N. Giedd 是加州大學聖迭戈分校附屬兒童醫院兒童精神衛生中心主任

翻譯馮澤君

青少年的行為具有冒險性、攻擊性，有時還很無厘頭，科學家一度認為這是人類大腦存在缺陷所致。

但近10年來，一些突破性的研究提出了不同觀點，認為這些行為並不是由大腦缺陷所致，也不是因為大腦尚未成熟，而是進化使然——青少年大腦同兒童或成人的大腦在功能上有所不同。

青少年大腦的最顯著特徵，是通過調整腦區間的網路連接來適應環境變化的能力。這種特殊的可變性（或稱可塑性），是一把雙刃劍，既有利於青少年在認知思維和適應社會化方面取得巨大進步，但同時也容易催生危險行為和嚴重精神疾病。

最近的研究表明，高風險行為源於大腦邊緣系統（limbic system）與前額葉皮層（prefrontal cortex）神經網路發育上的不匹配，前者驅動情緒產生，在青春期期間快速發育，而後者發育相對較晚，主要負責提供合理判斷和衝動控制。現在已經確知，前額葉皮層到20歲左右才能完全發育成熟，而如今青春期卻在不斷提前，所以這種不匹配的時間跨度正在延長。

青春期大腦帶寬升級

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要說16歲孩子的大腦和8歲的孩子不同，大概沒有家長會有異議，但科學家還是很難給這種區別下一個很科學的定義。大腦浸在保護性的腦脊液中，包裹在堅韌的硬腦膜下，完全封閉在頭骨之內，隔絕了撞擊的傷害和掠食者的攻擊，也把科學家的好奇心擋在了「門外」。

磁共振成像（MRI）的出現，終於提供了一種安全和準確的方法，來揭示全年齡段人群大腦的解剖和生理特性。目前出現的一致結論是，青少年大腦的成熟不在於腦區變大，而在於不同區域聯繫越來越緊密，以及腦區功能的特化。

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神經元（黃色）和由髓鞘質構成的髓鞘（紫紅色柱狀）

在磁共振成像掃描中，白質體積的增加代表著腦區間聯繫的增強。白質的「白」，來自於一種稱為髓鞘質（myelin）的脂質，神經元胞體伸出的長長軸突由於髓鞘的包裹而與外界隔離。脂質髓鞘的形成貫穿整個大腦發育期，作用是大大加快神經元間信息的傳導速度。有髓鞘軸突的神經信號傳導速度，可百倍於無髓鞘軸突。

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青少年大腦最顯著的變化不是腦區的成長，而是神經元集群之間交流的增多。同時，某些特定區域內的聯繫會增多（綠圈變大）。這些變化最終將幫助大腦成熟，並勝任複雜思考和社會交際。

軸突髓鞘化可以加速大腦信息處理的另一個原因是，髓鞘可以幫助軸突在放電後迅速復原待用。恢復期變短，可以使特定神經元信息傳遞速度提高30倍。傳輸加快加上恢復期短，兩者結合的結果最終可使成人期的腦數據帶寬較嬰兒期提高3000倍，從而可以在腦區間建立起廣泛而精密的網路。

最近的研究又發現了髓鞘的另一個微妙作用。神經元接收其他神經元傳來的信號，但只有當輸入的信號超過一定閾值，才會放電將信息傳遞出去。而一旦神經元放電，就會啟動一系列分子反應，加強該神經元與輸入神經元之間的突觸連接。

這種突觸加強是大腦學習的基礎機制。科學家現在發現，要讓遠處和近處神經元的信號同時到達，必須精確控制信息傳遞時間，而髓鞘在其中起到重要作用。兒童進入青春期以後，髓鞘的快速擴張，能加速參與協調處於不同認知任務中的各個腦區。

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但是一些神經元被幹掉了

青春期期間，除了白質加速產生，還有一個重要的變化。大腦發育和其他複雜的自然過程一樣，都會經歷一個先過量生產，然後再進行選擇性消除的連環過程。

就像米開朗基羅的大衛像從一整塊大理石中慢慢凸顯出來一樣，認知的發展也是在棄除無用和適應性不好的腦細胞連接後，才逐漸成型。與此同時，常用的連接會被強化。儘管消除和強化的過程會伴隨人的一生，但青春期期間，重心偏向消除過程，大腦會按照環境需要自行重塑。

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大腦中的灰質（灰色）和白質（白色）

隨著神經元間無用連接的消除，特化逐漸形成，大腦灰質開始減少。灰質包括大量無髓鞘結構，如神經元胞體、樹突（從胞體伸出的觸角狀突起，用於接收其他神經元傳來的信息）和特定軸突。

總的來說，兒童期灰質大量增加，10歲左右達到峰值，進入青春期後又逐漸減少，成年期間基本穩定，到老年期還會進一步下降。

與此模式類似的，還有神經元上受體元件的密度變化情況，此處的受體主要是指神經遞質（如多巴胺、5-羥色胺和谷氨酸等）受體，這些遞質能夠調節腦細胞間的交流。

雖然灰質在青春期期間總量達到最大，但在各腦區達到峰值的步調並不一致。灰質最早達到峰值的腦區是初級感覺皮層，該區負責知覺，以及處理光、聲、嗅、味、觸覺刺激。

而最晚達到峰值的腦區則是負責執行功能的前額葉皮層，所謂執行，涵蓋了很多能力，包括組織、決策、計劃以及情感調節等。

前額葉皮層的一項重要功能，是根據過往的經驗對未來進行假設性預判的能力。前額葉皮層也是參與社會認知的重要區域，其中包括學會駕馭複雜社交關係、辨別敵友、在群體內尋求保護，以及實現青春期的基本目標——吸引配偶。

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因此，青春期的顯著特點是灰質和白質的變化。隨著大腦逐漸成熟，這些變化改變了腦區之間的網路連接。前額葉皮層也參與了青春期的各種行為調控，只是功能尚未到達最佳狀態。因為這個腦區要到20歲左右才會完全成熟，所以青少年容易衝動，也不能很好權衡風險和報酬。

衝動和理性的10年時差

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在激素的作用下，邊緣系統從青春期開始（一般是10到12歲）發生顯著變化。邊緣系統負責調節情緒以及對回報的反應，並和前額葉皮層協同作用，使得青春期少年更愛追求刺激、愛冒險、愛和朋友相處。

這些行為都有著深深的生物學基礎，在所有社會性哺乳動物身上都能看到。「初生牛犢不怕虎」，青少年嚮往脫離安全舒適的家庭、探索新環境、尋求外界關係。這些行為能減少近親繁殖的可能性，創造遺傳上更健康的群體，但也會帶來相當大的危險。尤其是在現代社會，人們面臨眾多誘惑。如果沒有理智判斷的約束，更是容易出危險。

最終決定青少年行為的，既不單是調控功能的晚發育，也不單是衝動行為的早發生，而關鍵在於兩者之間的不匹配。青少年的情緒化是邊緣系統造成的，而前額葉皮層的控制功能要到25歲左右才完全成熟，這中間有近十年的時間，情緒衝動和深思熟慮之間處於失衡狀態。

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與兒童或成人相比，青少年從事危險行為的可能性更大，部分是由於大腦兩大區域之間發育的不匹配。負責驅動情緒的邊緣系統（紫色）充滿激素，從青春期（通常始於9到12歲）開始加速發育，並在接下來的數年內逐漸成熟。而負責抑制衝動的前額葉皮層（綠色），要到十多年後才能完全發育成熟，因此，出現了一個過渡性的不平衡期。

此外，如今全球範圍內兒童青春期全面提早，因此，從青少年開始變得愛刺激、愛冒險，直到他們的前額葉皮層變得強大和穩定，青春期經歷的時間正在延長。

身體健康的頂峰，精神健康的低谷

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大腦保持可塑性時間的延長在給人類帶來諸多益處的同時，也帶來一些弊病。青春期是精神疾病的高發期，其中包括焦慮症、雙相情感障礙、抑鬱症、進食障礙、精神錯亂和藥物濫用。50%的精神病症從14歲開始出現苗頭，75%在24歲首次發病。

青少年大腦的典型變化與精神病症之間的關係很複雜，其中潛在的根本關聯可能是「移物易損」（moving parts get broken）。也就是說，白質、灰質和神經網路的廣泛變化增加了大腦出錯的可能性。比如，幾乎所有成年精神分裂症病人的腦部病理改變，都類似於青春期大腦發育過程中的典型變化，只是程度更甚。

在其他很多方面，青少年時期是人一生中最健康的時期，比如免疫系統、對癌症的抵抗能力、對冷熱的耐受度等，都處於人生的最佳水平。

然而儘管身體健康，但發生重大疾病和死亡的比率卻比兒童高2到3倍。機動車事故是青少年的頭號死因，占死亡總數的一半。他殺和自殺分列第二、三位。此外，青少年意外懷孕、患上性傳播疾病和違法入獄的比率也很高，這些都會帶來嚴重的終身後果。

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