第五章 跑出好記性
珍惜你所有的回憶。
因為你無法再重溫一遍。
-------巴布.狄倫
1990年代中期,一群科學家決定觀察大腦的哪一部分受運動的影響最大。研究開始前,他們猜測大腦皮質和小腦(位於脊髓與大腦相交的位置),對於協調身體運動都很重要。因此,運動對這些區域的影響自然也是最大的,就像跑步對心血管健康的影響,要大於對肌肉力量的作用一樣。
這個研究以觀察老鼠在籠子中奔跑時,大腦的哪一部分產生最多腦源性神經營養因子(BDNF)為起點。奇怪的是,檢查小鼠的大腦時,科學家發現產出最多BDNF的地方,居然既不是大腦皮質也不是小腦,而是大腦的記憶中心海馬迴。這個發現,成為運動能強烈影響記憶的最重要線索之一。過去十年裡的動物實驗和人類研究都顯示,我們的記憶力可以透過運動得到加強。而且實際上,運動身體對記憶的影響力,似乎是最重要的。
讓大腦停止萎縮
在整個生命過程中,大腦會持續萎縮。不幸的是,它開始得比多數人想得要早得多。
大腦約在二十五歲時長到最大,之後每年都會略微萎縮。當然,我們一生中都在持續產生新的腦細胞,只是細胞死亡的速度比新生速度更快。我們每天每秒會持續損失大約十萬個腦細胞,而且這是常年不停歇的。但是即便大腦中含有大約一千億個細胞,有這樣基數龐大的腦細胞可以彌補,這種損失也會因時間的推移而變得十分明顯。每過一年,大腦的體積將減少0.5%至1%。
大腦的記憶中心海馬迴,是會隨年紀增長萎縮的一個部分。我們有兩個海馬迴,兩個大腦半球一邊一個,位於兩邊的顳葉深處。其大小每年會減少1%。這樣緩慢卻穩定縮小的海馬迴,正是讓記憶隨歲月流逝而變糟的主因。
很長一段時間以來,我們以為只有酒精和藥品等物才會對大腦產生負面影響,而且是絕對負面的、沒有任何好處的,畢竟它們會加速大腦的老化和海馬迴的萎縮。想要阻止或扭轉這種趨勢,也一度被認為不可能。但現在因為發現運動在「增加記憶力」乃至「提升整個大腦功能」上有著驚人的效果,從而提供了令人信服的證據,推翻原先的說法。
美國科學家以磁振造影掃描檢查120人的大腦,並在兩個不同時間點測量他們的海馬迴,中間間隔一年。受試者被隨機分配到兩組,並進行兩種不同類型的活動。一組是耐力訓練,另一組則是伸展之類的輕度運動,運動時心率不會提高。
一年之後,耐力訓練組變得比輕度運動組更健康。到目前為止,實驗還沒有什麼令人驚奇的結果,但海馬迴發生什麼變化呢?輕度運動組的成員,海馬迴縮小了1.4%。不過這也不足為奇,因為它每年確實會縮小約1%。
非常有趣的是,耐力訓練組的海馬迴完全沒有縮小,反而變大了2%。這些人的海馬迴不僅恢復活力,而且從體積來講更是明顯年輕兩歲,而非老了一歲!這還不是全部的結果:測試對象身體變得越健康,其海馬迴體積就越大。在那些健康狀況改善最多的人中,海馬迴的增長率超過二%。
這一切是怎麼發生的?一個不那麼合理的假設是:隨著運動越多而增加的大腦肥料BDNF發揮了作用。也許你還記得,BDNF能真正加強腦細胞聯繫,因此影響了我們的記憶力。所以能合情合理地說:當科學家檢查受試者腦內BDNF的濃度,他們注意到BDNF增加得越多,海馬迴就長得越大。
有什麼神奇的訓練計畫可以倒退大腦的衰老一年,並且使海馬迴這樣一個重要的部分再生?受試者把自行車踩得如同搖滾音樂劇《地獄蝙蝠》(Bats Out of Hell)裡那樣,或嚴格進行劇烈的長跑嗎? 都不是。事實是,他們既不騎車也不跑步,唯一的運動是每週三次、每次四十分鐘的散步。這說明了你可以透過每週散步或慢跑幾次,來停止甚至扭轉大腦的老化,增強記憶力!
但是,讀這類實驗結果時,應該小心謹慎地下結論一實驗是一回事,現實是另一回事。保護海馬迴免於老化,甚至恢復其活力並讓體積變大,對我們的生活意味著什麼呢?我們真的能透過運動來改善記憶力嗎?
簡短的回答是:是的,絕對能!
歷史上多個研究結果都非常明確地指向同一個答案:短期和長期記憶都能透過運動得到改善,海馬迴的衰老也可以減緩甚至獲得逆轉。
大腦基因的返老還童
運動不足以阻止海馬迴隨著年齡增長而不再萎縮,卻也許能減緩遺傳物質的老化。
與大腦和身體內的其他細胞一樣,海馬迴的組成細胞中也有遺傳物質。我們完整的DNA和所有基因,都存在每一個腦細胞之中。通常,基因是不會隨著年齡而改變的,但是它們發揮作用的方式會隨著年齡而有所變化,並導致包括大腦在內的身體器官進入衰老過程。
如果檢查不同年齡段的小鼠海馬迴細胞,就會發現有一組基因隨著動物的衰老而變化。這些基因控制著腦細胞的生長,以及建立彼此連結的能力。隨著小鼠的年齡增長,這類基因會變得不那麼活躍。這種逐步發展的基因變化,不僅使海馬迴老化,更使得整個大腦衰老。
然而,即使基因會老化,也不意味著整個細胞在调亡的過程中一去不回頭。
研究人員曾將動物放到跑步機上進行訓練,並觀察到可以被稱為奇蹟的現象:許多基因在受到老化的負面影響時,也受到了運動的影響,而且是正面的。儘管細胞變年輕的機制還沒有被完全破解,但在動物完成實驗規定的跑步訓練後,能觀察到它們的海馬迴細胞在基因上似乎變得更年輕了。
運動對基因的影響很大,但不會即時生效。參與測試的老鼠在八週內每天都跑步,這樣的強度相當於人類在幾年內每天都堅持跑步。這也說明了,那種「偶爾跑」的運動量是不足以影響基因的。值得注意的是,那些長期堅持運動的人,不僅長出了較大的海馬迴,也使原有的海馬迴細胞恢復活力。
實用記憶訓練
我們如何透過運動增強記憶力? 運動後立刻就能看到功效嗎?還是得堅持運動好幾個月?是在學習前運動才容易記住知識,還是學習後再運動效果更好?
一開始,你不需要運動很長一段時間才能看到效果。因為已有研究得出結論:三個月的規律耐力訓練,可以顯著增強記憶單詞的能力。這種方式一箭雙雕:增強記憶力(即能記住的單詞數量)的同時,也強化了體質。而且那些變得更健康的人,記憶力也變得更好。隨著運動增大的不僅是肌肉,還有海馬迴的體積,這個連結確實挺有趣的。
覺得三個月很長?別擔心,你會發現效果來得更快。
科學家曾比較「在健身房騎健身車的人」(運動組)和「不運動的同齡人」(非運動組)之間的記憶力。在開始運動前,幾次不同的記憶測試中,這兩組人是旗鼓相當的。然而,騎車這種運動方式,讓受試者很快就在各種健康指標和記憶方面遙遙領先。六週後,運動組在記憶測試中的表現明顯更好,並且研究持續的時間越長,兩組的差異也變得越運動組的記憶力不斷增強,而非運動組的身體素質和記憶力,卻保持在實驗開始時的水準。
科學家還對兩組受試者的大腦進行磁振造影掃描,結果發現大腦記憶的改善,與海馬迴(我們的記憶中心)供血量的增加情況密切相關。耐人尋味的是,似乎是血流量先增加,記憶力才隨之提高。
立刻增強記憶力
你是否像我一樣,要是運動了六週,記憶力卻還沒有增強就會焦躁不安?
事實上,運動是可以立即改善記憶力的!據觀察,那些在記憶測試中表現最好的人,也是剛運動完的人。測試前剛做過中等強度運動者,成果比測試前沒運動的人好。這說明了運動能立即對記憶產生影響。
但是,如果想大幅提高記憶力,就得邊學邊動,例如在跑步機上行走時也一邊學習。當然,即使不一定總能這麼做,也要意識到這一點的重要性。
目前仍不明白為什麼邊運動邊學習,能把知識記得更牢固。可能是運動時,大腦中的血流量增加了,肌肉中的血液循環也以同樣的方式加快了。這種血流量的增加是即時的,所以大腦會得到更多血液補充,記憶效果也更好。
別讓運動出現反效果
透過運動來增強記憶力,並不是一種科學實驗中獨有的邊際效益(編按:marginal effect,指使用的量越大,願意付出的成本越低)。相反地,你自己也能體會到這種變化。記憶力的實驗中便顯示:與坐著背單字相比,背單字前或背單字時運動量越大,你可以多記住二。%的單字。看來準備考試的人、必須為工作學習的人,在認為自己沒時間散步前,也許更需要仔細再三考慮,因為散步所花的時間也許能讓你物超所值。
就增強記憶力而言,散步或慢跑都能讓你獲得很好的效果。然而,如果你運動過度到精疲力竭,可能會出現反效果。
運動期間,肌肉需要大量血液支援,所以流向大腦的血液會逐漸減威少,記憶力也因此變差。運動過度時,大腦會更專注在運動本身,而不是學習的內容。舉例來說,如果邊跑步邊聽需要記憶的內容,大腦就會專心處理跑步這件事,而不是你聽到的東西。
跑出高琴藝?
我們的記憶不僅包含記住所學的單字、閱讀的內容和上週做的事情,還有動作記憶,如網球的正拍擊球或彈鋼琴。追根究柢,所有學習都是腦細胞之間建立了新的連結。
你也許會好奇,運動技能是否也可以進而獲得改善?如果你只練習正拍擊球,技巧自然會變得更好。那麼,這表示正拍擊球的技巧會因為先跑過步再來練習而變得更好嗎?或者,騎自行車會提高彈鋼琴的能力嗎?
為了評估運動如何影響我們的運動技能記憶,科學家要求受試者使用操縱桿跟蹤螢幕上移動的點。這個看似簡單的電腦遊戲,其實啟動了大腦的許多區域,所以有時會被用於測試運動技能。在這個實驗裡,受試者第一次玩電腦遊戲前,被要求先跑步或騎自行車。然後隔一段時間後再玩一次遊戲,看看受試者的能力有沒有提高。
就像特地訓練正拍擊球可以提高擊球水準,玩過一次電腦遊戲後再玩一次,技能當然會有所進步。練習遊戲的時間沒有改變,差別只在於某些受試者先運動再玩遊戲。但是值得注意的是:玩遊戲前先運動的受試者表現得更好。看來運動的某些方面或運動本身身,有助於受試者掌握遊戲,不必再花更多時間練習。
這其中的原因是什麼?我們只能推測,學習新東西的二十四小時內,就會發生「記憶鞏固」(memory consolidation)。也就,無論是學鋼琴還是玩電腦遊戲,都存在一個從短期記憶轉化成長期記憶的過程。
假設你用鋼琴將一首簡單的曲目演奏了幾次,然後休息一分鐘再彈奏。因為演奏存在於短期記憶裡,所以肯定會因練習而表現更好。但是到了第二天,關於那首曲子你還會記得多少呢? 這都取決於這段記憶在大腦裡被銘記或鞏固到長期記憶的程度。
短期記憶要轉化為長期記憶的過程中,海馬迴的角色非常重要。前面已經提過運動如何讓海馬迴分泌出大量BDNF,這是加強腦細胞聯繫不可或缺的過程。如果我們學東西前先運動,就能在短期記憶轉化為長期記憶的過程中,讓BDNF被大量釋放。
因為這個轉化的歷程並不是在學習後的幾分鐘發生,而是二十四小時內。所以轉化成長期記憶的狀態便可能因運動而有所改善。這與電腦遊戲實驗所得到的結果吻合-----即運動後的一天內,都能享有效果。
所以,如果你在練琴前先運動,就可能成為更好的鋼琴演奏者!如果你在去高爾夫球場前先跑個步或騎趟自行車,就能更快學會揮桿,也會學得更好。透過運動,你可以在關鍵階段(即轉化成長期記憶的階段)加強自己記憶樂譜、揮桿能力,或想學習的任何技能;透過運動,腦細胞將擁有更好的能力,在彼此之間建立強大而持久的聯繫。這也適用於記憶想掌握的語言或運動技能。
大腦的記憶途徑
基本上,我們的記憶是由一組相互連接的腦細胞構成的。體驗新事物(創建新記憶)時,大腦會建立一種稱為「突觸」的新連結。細胞之間並沒有物理接觸,而是有個終端向它們之間發送化學信號。
諾貝爾生醫獎得主,聖地亞哥.拉一卡哈爾(Santiago Ramon y Cajal)將其詩意地描述為「牽手的腦細胞」,儘管細胞實際上並沒有相互接觸。
細胞間彼此連結的緊密程度,取決於它們相互聯繫的次數。打個比方,如果你拿到了一個新的電話號碼,接下來便會在通訊錄上建立一個新的連絡人。每次撥打這個號碼時,都會加強和這個人的聯繫(也就是細胞間聯繫更緊密),每撥一次,你對這個號碼的印象也會更深刻一些。這有點像之前提過的「神經元一齊開火,一齊串連」。另一方面,如果這個電話號碼你只記一次,它很快就會被忘記。因為如果學的東西沒有被加強,細胞間的連結將會減弱,甚至最終失去聯繫。
同樣地,我們可以把記憶當做大腦裡建立的路徑。走出一條完整的路需要時間,一旦路徑形成,記憶就穩定下來了。如果只走了幾遍,這條路不久後就會消失;那些馬上築出深刻路徑的事物,則會被保存下來,變成終生的記憶。
獨特或非比尋常的經歷會銘刻終生,即使這條「路」只被走過一次。這樣的過程特別適用於「受到威脅」或「處於危險之中」這種情緒起伏大且負面的記憶。
從生存的角度來看,記住這類事情非常重要,因此它們有優先使用權可以占用記憶庫。而從演化的角度來說,記住危險的事情是非常重要的,這樣以後才會知道需要加以避免。也就是說,如果你目睹了一些可怕的事情或遭遇了危及生命的情況,很可能終生都會記住該事件的每個枝微末節。其他像是繫鞋帶這種不那麼獨特或不怎麼吸引你的事情,則不會在大腦裡留下一條記憶路徑。這只會讓細胞相互接觸一段時間,然後很快就分開。所以你很快就會忘記自己做了什麼。
說了這麼多,現在你已經可以理解運動如何幫助建立記憶路徑,並讓細胞「堅持彼此相連」。運動會讓海馬迴中的腦細胞分泌出更多BDNF,進一步加強腦細胞之間的聯繫,使它們「手握得更緊」,所以記憶路徑更快成形。記憶變得強大了,我們也就能記住自己正在做的事情,學習能力也越強。
運動提高BDNF的濃度,加強大腦細胞之間的聯繫。這可能是運動對記憶有益的最重要原因之一。
運動過度傷記憶?
從大腦的角度來看,「運動多多益善」的觀點值得商権一過多的益處是否會帶來壞處。在一場艱辛的比賽中(比如鐵人三項),參與者會持續運動十至十二小時,如此大的運動量對記憶力和大腦有幫助嗎?雖然還不確定,但有很多跡象表明,這對於大腦和記憶的壞處更多,至少在短期內是如此。
美國科學家從大量的小鼠中篩選培育出熱愛跑步的小鼠,讓那些跑得最多的小鼠交配,然後讓牠們跑得最多的後代再交配。以這種方式使小鼠們一代又一代地交配,直到這些培育出來的老鼠能自己跑出比普通老鼠多達三倍的運動量。事實上,這些「超級跑步老鼠」每天跑出的距離,相當於人類跑數公里。
科學家隨後透過讓老鼠走新迷宮來測試記憶力。在一般情況下,跑得快的老鼠可以很快在新環境中找到路,因為運動可以提升記憶力。然而,超級跑步老鼠卻花了比平常更久的時間來學習新的迷宮環境。牠們的記憶力不僅比普通老鼠差,血液裡也含有高濃度的壓力荷爾蒙皮質醇(身體壓力反應的核心)。皮質醇濃度通常會在活動身體後下降,因此常跑步的老鼠,其壓力反應理應較小。但事實卻怡恰相反,超級跑步老鼠似乎長期處於壓力之下。
還不能確定這樣的結果是否存在人類身上,但運動量大到一定程度時,大腦看來就無法好好運作。此時,壓力反應不減反增,記憶力變得更差。目前我們還不能確定終止壓力的相對應運動量,因為這可能因人而異。然而可能得出的結論是:任何參加超級馬拉松或達到類似運動量的人,都不能以為這樣做足以增強記憶力,因為是可能出現反效果的。
長距離散步或跑步三十分鐘,就足以增強記憶力,效果可能還比跑幾個小時更好。
你的大腦可以創造新細胞
十九世紀初的多數科學家認為,成年人的大腦無法產生任何類型的新細胞。如果我們在自己身上劃一刀,傷口會產生新的皮膚細胞並自行癒合。同樣地,新的毛髮細胞和血液細胞也不斷新在人體內生成。大多數的身體器官都能夠再生細胞,但沒有人認為大腦也遵從這個規律。
有個解釋認為,大腦由一千億個細胞組成,是複雜又完整的結構,以至於成年大腦中就算有新生成的細胞,也很難在出生時就形成結構的大腦裡,找到合適的居留位置。就像拆解電腦後只隨機插入幾塊電路板,並不能期待電腦會運作得更好。這種說法就和學校一直教我們的一樣:要使用一輩子的大腦,二十歲後就不再發育。我還聽過有人說,喝一大口酒,就永遠失去五萬個腦細胞。
「真相」一點都不正確
我們都知道,時不時地質疑所謂的「真理」並沒有什麼壞處。1990年代中期,美國加州的一些科學家決定仔細研究「成年人的大腦是否能產生新細胞」。他們並非從人類大腦著手,而是專注於研究老鼠的大腦。他們想要了解的第一個問題是:如果將動物從環境單一、無菌的籠子中取出,並在科學家們認為更豐富的環境中獲得更多刺激,牠們的大腦是否會發生變化?
於是,老鼠們在一個附有很多隧道能藏身的籠子裡住了一個月,其中還有許多輪子可以讓牠們跑來跑去,也有許多玩具讓牠們玩。在這裡,還有更多老鼠陪伴。這無疑是個比老鼠曾經習慣的無菌籠子更有趣的環境。
科學家們知道,因為新連結會在學習新東西時生成,所以透過改變環境,老鼠可以獲得新的體驗,腦細胞間便可以建立新連結。但學習新東西,真的能以其他方式影響動物的大腦嗎?確實可以!
充滿刺激的新環境對大腦產生巨大影響,創造了大量新細胞。實驗發現,小鼠的海馬迴有一部分已經長大,而且變化非常顯著。在短短幾週內,小鼠腦細胞的數量增加了一五%。這樣的結果看起來很不錯。而且不會因老鼠的年齡而有所限制。因為當科學家在年紀相對較大的老鼠身上進行相同實驗時,也獲得同樣的結果。
動物的大腦不僅能產生新細胞,似乎也運行得更好。當老鼠們進行記憶力測試時(主要測試牠們在池子裡尋找隱藏平臺的能力),那些生活在豐富環境中的老鼠能更快完成任務,記憶力也比那些在無菌籠中生活的老鼠更好。
究竟是什麼造就這樣的結果?
這個發現的影響相當驚人。
這是否適用於那些身處豐富環境中的人類?這是否意味著改變環境、職業、社交圈與旅行等新體驗,也可能使大腦創造新細胞? 這些經歷能否改善我們的記憶,甚至讓我們變得更聰明?
先讓我們退一步想想。在老鼠的環境中,是什麼使牠們的大腦產生更多腦細胞?是玩具?可以用來躲貓貓的隧道?還是一起玩要的同伴?還是用來跑步的輪子發揮了什麼作用?
如果讓我猜,我會大膽地說,這是結合所有因素獲得的結果。但事實證明我錯了。當籠子裡沒有其他刺激物,老鼠只能在輪子上跑時,牠們大腦的變化依然很明顯。似乎跑動是新生腦細胞的主要因素。玩具、隧道、同伴對老鼠的刺激很小,幾乎可以忽略。
跑步生成腦細胞的發現,影響了參與研究的幾位科學家。其中一位是著名的遺傳學家弗瑞德.蓋吉。他向大眾描述同事們看到老鼠大腦產生的新細胞後,立刻決定徹底改變自己原有的生活方式,並決心開始跑步。他們推斷,運動促進大腦產生新細胞的規律如果適用於老鼠,也能套用於人類身上。
但蓋吉和同事的推斷是否正確?成年人的大腦是否真的會產生新的腦細胞,仍然是一個難以回答的問題。因為要驗證這一點,需要把人類大腦放到顯微鏡下研究,活人的電腦斷層掃描或磁振造影無法提供任何線索。也就是說,這項研究需要解剖人腦。即使有人同意以研究的名義,在去世後捐獻自己的大腦,仍然會遇到問題:如何判斷解剖看到的腦細胞是新的腦細胞?
分辨腦細胞的新舊,是極具挑戰性的。
成人也會產生新的腦細胞
當瑞典神經科學家彼得.埃里克森(Peter Eriksson)想到一個絕妙的主意時,也因此產生了解決的方案。
腫瘤學家會使用一種名為溴化去氧尿苷(Bromodeoxyuridine,BrdU)的物質,來判斷癌細胞是否分裂及生長。而它不僅可以用來標記癌細胞,也可以標記新的腦細胞和其他類型的細胞。而埃里克森發現,如果存在新的腦細胞,BrdU應該也能對它們進行標記,這樣就可以在已故的癌症患者大腦樣本中,標示出新的腦細胞了。
研究人員獲准觀察五名已故患者的大腦。這個獨特的機會,讓科學家們得以探究大腦是否會在整個生命週期中再生新細胞。這也是神經科學最大的難題之一。他們希望透過檢查,至少在一位的大腦中發現以BrdU標記的新生腦細胞。結果,他們在五位的大腦都發現了這樣的細胞!並且發現的位置與小鼠大腦中的位置相同,都是在海馬迴。
令人難以置信的是,有些腦細胞被發現生成於大約一個月之前,這意味著它們是在捐贈者病入膏肓時形成的。他們的大腦在此時仍繼續創造新的腦細胞!透過顯微鏡也可以看到新細胞與舊細胞間有聯繫,並且似乎已經整合到了海馬迴內,表示新細胞已經融入新環境。當患者還在世時,它們很可能還在運轉,發揮自己的作用。
在捐贈者大腦裡發現新細胞的結論具有重大意義,成年人大腦裡甚至出現神經生成(新神經組織的產生和發展)的消息也造成轟動,並成為全世界的頭條新聞,醫學領域的教科書也因此被改寫。
腦細胞無法再生的「真理」是錯誤的。
然而,正如在科學研究領域中經常出現的:探索一個問題時,通常也會引出其他未解決的問題。而現在最大的疑問是:是否無論過著怎樣的生活,細胞都會以同樣的速度再生?如果不是,再生的速度會受到什麼東西的影響? 這種再生的過程是否可能被加速?如果可以,我們應該怎麼做?
運動對大腦的影響是個值得關注的領域,因為研究已經顯示,運動讓小鼠產生了更多的腦細胞。但我們能否保證運動會加快腦細胞再生的速率,即使在人類身上也是如此?人類可以透過運動來改善記憶嗎?
以上兩個問題的答案都是肯定的。至少,這是科學家對人類神經進行二十年研究後得出的結論。
你忘了痛嗎?
我從剛剛越過終點線的馬拉松選手那裡,聽到很多次「我再也不跑了」的懊悔。然而幾個星期後,他們又報名參加另一場比賽,出現在隊伍裡。
人類怎麼會完成一場自認難以忍受的比賽,卻仍然選擇年復一年地站在起跑線上?可能的解釋是,跑者忘記當時精疲力竭的程度。
選擇性遺忘並不是偽心理學術語,而是一種醫學常態,常常在分娩等事件後發生。
讓「剛分娩的婦女」和「剛接受婦科手術的婦女」來比較感受到的疼痛時,她們的評分大致相同。這麼看來,分娩的疼痛似乎與外科手術相當。但是,當你要求這些女性在生產幾個月後再回想這件事和所經歷的疼痛時,分娩的女性卻不再記得生孩子有多麼難受了,至少疼痛程度會有所差異。然而,那些歷經手術的人,倒是對手術的記憶會像事情發生當天一樣生動。
的確,有些女性會忘記分娩有多痛苦,或者只記得是痛苦的,但不記得疼痛的強度。從生物學的角度來看,這並不奇怪。因為如果要選出一件對物種至關重要的事,那就是生育、製造更多後代。這就是為什麼我們會有一個自然的機制,幫助我們忘記分娩的疼痛,或是在任何情況下都想不起疼痛的細節,以免不想再繁衍下一代。
同樣的事情似乎也會發生在艱辛的體力消耗上。如果讓剛剛越過終點的馬拉松跑者對整個比賽中的痛苦程度進行評分,在滿分十分的情況下,平均分數為五,五分。三到六個月後,再次評分時卻差不多已經忘記當時有多痛苦了!
當然,從生物學的角度來看,選擇性記憶是合理的。如果我們記得長距離跟蹤獵物有多麼辛苦,記憶可能會阻止我們繼續狩獵。然而,如果忘記它,我們便會渴望再次去捕獵,以增加獲取食物的機會。長遠來看,這樣能增加生存的機會。這可能就是為什麼我們的記憶,能夠選擇性忘記運動時感受到的痛苦。
放射性碳定年給了答案
在繼續討論前,得先想想一個問題:海馬迴生成新細胞的能力有多重要?只有科學家覺得重要嗎?它是否只代表一個實驗的結果,但缺乏實際意義?
首先,腦細胞的再生具有深遠的意義。在人類的一生中,大約有三分之一的海馬迴細胞會因新生細胞而更替。
你可能想知道我們怎麼知道這一點。觀察死者大腦時,無法判斷某個細胞是在成年後形成,或是一直持續在更新。弗瑞德,蓋吉和彼得.埃里克森所使用的
溴化去氧尿苷標記法,只能確定細胞是近期形成的。
為了解開這個謎團,瑞典卡羅琳醫學大學(Karolinska Institute)的科學家們,應用了一些我們可能不會與神經科學直接聯繫起來的東西:核武器的探測。
在1950至1960的冷戰期間,人們使用了大量核武,其中許多試爆發生在遙遠的太平洋島嶼。不過,即使測試發生在地球的另一端,放射性同位素碳14也會透過大氣傳播到全世界的每一個角落。人們會定期檢測大氣中的碳14濃度,這樣就可以看出多年來其含量在空氣中的變化。
這與腦細胞有什麼關係?
每有一個新的腦細胞產生,新的DNA也會相應生成。同時,當年大氣中的碳14濃度也會表現在細胞的DNA螺旋中。也就是說,你如果知道這幾年來大氣中碳14的濃度,就可以確定一個細胞的年齡。在一名四十五歲男性的大腦中,四十五歲的腦細胞是他出生後就存在的,而三十歲的腦細胞則是在他十幾歲時才生成的。
利用這種方法,我們可以標記出大腦捐贈者的海馬迴細胞年齡。
這些捐贈者去世時大約九十歲,因此我們可以計算出多少細胞與捐獻者的年齡相同、多少細胞其實更加年輕。結果顯示,特定濃度的碳14存在於大約三分之一的細胞DNA裡。這表示,這些細胞一定都是在捐贈者出生後才生成。事實上,測試顯示,成年人大腦的海馬迴每天會產生1400個新細胞。也就是說你成年後,海馬迴每天、每時、每分、每秒都會生成新細胞。
新細胞對健康很重要
研究不僅能夠證明海馬迴在你的一生中都會生成大量的新細胞,現在還知道細胞的再生不僅可以增強記憶力,對心理健康也具有關鍵作用。許多人認為憂鬱症是神經細胞再生不良引起的,而第四章《真正的快樂藥丸〉中也提到,缺乏新細胞正是憂鬱症的真正病因。
這個假設的依據是:抗憂鬱藥物的作用是促進腦細胞再生。如果阻斷動物大腦在體內產生新細胞的途徑,會使抗憂鬱藥物失去藥效,無法治癒憂鬱症。換句話說,如果一個人的大腦不能生成新細胞,那麼抗憂鬱藥物的治療可能就沒有用。
這強烈顯示出腦細胞的再生,對於我們的幸福感、緩解憂鬱症的能力是極其重要的。如果大腦生成新細胞的能力下降降,就可能開始感覺低落、變得憂鬱、記憶也更差。相比之下,活動身體可以使腦細胞再生的速度加倍。看來運動造成的影響確實很大。
多動動,感官更敏銳
海馬迴是我們的記憶中心,它由幾個部分組成,神經的生長主要就發生在「齒狀回」。有趣的是,腦細胞也恰好在這裡生成。齒狀回具有非常特殊的功能,對於所謂的模式分離(pattern separation)很重要,也就是分辨細微差別的能力。
設想這樣的情景:你進入一個房間,裡面正在舉辦熱鬧的雞尾酒會。其中一位客人是你的妹妹,有幾位是你的親密好友,還有一些是偶然見過幾次的熟人,以及一些你從未見過的人。
當你看到妹妹時會立即認出她,因為大腦不須費很大工夫識別。辨別朋友時也是一樣。然而,當你看到只見過一、兩次的人,大腦開始將他們的面孔與你記憶庫中的東西相配對。
「那是誰?我跟她挺熟的。她看起來像我以前的同事,但又不是,因為那位同事個子更高、髮色更淺。」
當你精疲力竭地努力回憶自己是否見過面前的人,你的齒狀回正試圖將這個人的臉部與以前見過的人相匹配。靠觀察小細節來判斷,透過篩選髮色、身高、面部特徵等微小差異,齒狀回決定你是否認識他,這是以前見過還是完全不認識的人。
大部分的人,經歷和生活都千篇一律。回想一下你今天所做的事情。有多少事情是真的以前從未营試過的?應該沒有多少,除非你過著變化多端的生活。
儘管有許多事情能勾起回憶,而且我們遇到的很多人都在提醒自己曾和這個人打過交道,但是將相關事件和人物資訊分別儲存起來的是我們的大腦。這就是模式分離,對環境進行細緻觀察的關鍵能力。如果沒有它,我們的記憶就會變得模糊,無法區分不同的人。因此,當細胞的再生恰好發生在對於模式分離很重要的大腦區域,特別在有運動的習慣時,你便可以斷言運動讓你獲得更敏銳的感官。我認為這可能就是為什麼在治療憂鬱症時,運動如此有效。
在憂鬱症患者的生活中,感情是漸漸變淡的,他們最終會無法感受生活的微妙之處,覺得眼前事情灰暗且沉悶。另一方面,由於齒狀回中的腦細胞再生,抓住更細緻入微的生命變化、看到希望曙光的機會,就可能因此增加。
只有運動才會讓腦細胞再生?
運動才能讓腦細胞再生嗎?更具刺激性的環境(科學家稱之為豐富的環境),對大腦創造新細胞的能力也很重要嗎?是的,環境也扮演著非常重要的角色。我們能製造多少新細胞不僅取決於「生成」多少,還取決於能「保留」多少。
新的腦細胞非常脆弱,只有一半能存活下來。不過,提高細胞存活率,便能增加腦細胞的再生速度。而讓動物生活在更加豐富的環境中,就可以讓大約80%的新生腦細胞存活下來。
運動有利於額外的腦細胞生成、豐富環境增加這些細胞存活的可能性,而將這兩者聯繫起來是完全合乎邏輯的。我們已經演化到能體驗新環境和事件,大腦也隨時準備接收新資訊,為了提高我們記住經歷的能力,海馬迴創造了新的細胞。然後,當我們在這個新環境活動時,便提供能使這些細胞存活下來的刺激。
因此,可以說運動為大腦學習新事物奠定了基礎。現在聽起來,邊背單字、一邊散步,能多記住20%已經不那麼奇怪了吧!
還有什麼能幫助腦細胞新生?
除了運動,性生活、低熱量飲食(但不是飢餓),以及黑巧克力中的類黃酮,都與新的腦細胞神經形成有關。新細胞的減少可能是壓力大、睡眠不足、攝取過多酒精、高脂肪飲食(特別是奶油和乳酪中發現的飽和脂肪酸)引起的。
內建的導航系統
雖然海馬迴能幫助我們建立長期記憶,但它的作用可不止如此。
海馬迴的重要性在於,它能幫助我們徹底審查事物,並將目前正在經歷的事物與記憶中的其他事物進行比較,因此我們不會在情感上對新事物過度反應。
此外,海馬迴就像大腦裡的全球定位系統,對於我們的空間定位能力也非常重要。海馬迴能確保我們的位置,並允許儲存有關地點的記憶(這項發現在2014年獲得諾貝爾生醫獎)。讀這本書時,我們海馬迴中的特定細胞會發出信號,告訴自己身處室内或室外。如果我們移動幾公分,其他充當「地點細胞」的海馬迴細胞就會變得活躍,並在大腦裡建立出周圍環境的內部地圖。
換句話說,海馬除了做為記憶中心,還有一個重要的功能列表:控制我們的情緒、幫助我們進行空間定位,並確保我們能夠找到自己以前所處過的位置。越了解海馬迴,就越能意識到大腦這個區域的重要性。如果海馬迴不能發揮作用,大腦也將深受其害。
我以大篇幅描述海馬迴的原因之一是:它可能是大腦中受運動影響最多的部分。
我們已經知道運動會讓海馬迴產生新細胞。血流量增加時,海馬迴就獲得更多能量,也運作得更好。此外,已經存在的海馬迴細胞似以乎會在基因上變得更年輕,衰老造成的萎縮也可能因此減緩,甚至變得更年輕。長遠來看,經常運動的人,其海馬迴及整個大腦都會變得更好、更有效率。
運動的人會在幾個不同方面,注意到海馬迴的功能增強。除了記憶力增強,還會發現自己不像以前那樣情緒化,也不會對負面事件有強烈的反應。它也可能影響你在不同空間的定位能力。。此外,許多運動者更發現以上幾個功能合作得更快、更好。
換句話說,他們邁開的腳步甚至讓大腦運轉得更快了。這可能都是強大海馬迴的功勞。
不同的運動影響不同的記憶
即使記憶與整個大腦有關,不同的區域仍會專注於處理不同類型的記憶。額葉和海馬迴對於「工作記憶」很重要,比如拿起電話就能撥出你想要的號碼。海馬迴對空間記憶也是必要的。顳葉是儲存記憶片段的關鍵。正是它,讓你記得上回平安夜發生的事情。
很大程度上,記憶儲存在日後會應用到它們的大腦區域中,比如視覺記憶就主要有存在於視覺皮質。
令人著迷的是,不同類型的運動似乎可以透過各種方式,影響大腦不同區域的記憶。這使我們想知道,不同的運動是否會對不同的記憶產生影響。例如,研究已經顯示,可以透過跑步和舉重來增強單字的記憶;重量訓練似乎對聯想記憶有好處,也就是將名字與臉部配對的能力;要記住鑰匙放在哪裡,跑步和重量訓練似乎都可以解決問題。
我們可以從這些研究中得出兩個結論。首先,也是最重要的一點,如果想增強記憶力,你必須至少進行一種體育活動,選擇做什麼倒不重要。其次,如果想增加所有類型的記憶,從記住你放的東西到讀過的書,應該時不時地改變運動方式,確保有氧運動和重量訓練都有做到。但是,如果你必須在兩者之間選擇,應該優先考慮有氧運動,因為它對
記憶更有幫助。
透過運動,可以同時強化海馬迴和額葉,這表示運動可以多方面改善記憶,包括短期記憶(能保存幾分鐘或幾小時)和長期記憶。即使大多數研究都集中在運動對短期記憶的影響上,但是運動的實際效果是增加所有類型的記憶,無論是今天早上發生的事情,還是二十年前經歷的事件!
運動vs.電玩
打開電腦搜尋「認知訓練」,你會搜到三千七百多萬筆結果。其中大多數是應用程式、遊戲和其他能讓大腦效率變得更好的產品廣告。
「大腦效率變得更好」是個很誘人的廣告詞。難道有人不想擁有一個運轉更快的大腦嗎?健腦這門生意透過不同的訓練方式,在很短的時間內形成一個資產高達數十億的行業。認知遊戲的年度總銷售額更超過一百億美元。
最近,在史丹佛大學和馬克斯普朗克科學促進協會的支持下,七十位世界上最傑出的神經科學家和心理學家,決定看看這些健腦的遊戲和應用程式,是否和它們的製造商所鼓吹的一樣有效。為了找到遊戲是否能提高認知能力的答案,專家們對
這一類遊戲進行科學研究。
他們得出的結論強烈否認了認知遊戲的功效。
因為他們發現,遊戲和應用程式所提供的認知訓練方法,並不會讓你變得更聰明、更專注或更有創意,更不會改善你的記憶。其實,你的認知能力只是在玩遊戲時變得更好而已。填字遊戲和數獨通常被稱為大腦體操,可是如果你透過玩填字遊戲訓練自己的大腦,那麼變強的只有玩填字遊戲方面的能力,其他方面的能力並不會增強。
相比之下,有越來越多的研究一再表明,運動可以真正加強我們所有的認知功能。如果你還在懷疑,就表示你沒有好好地讀這本書!在運動訓練和認知訓練之間的競賽,運動可是領先了一大步。
快樂處方箋 改善記憶的正確妙方
l 在理想的情況下,你應該交替進行心肺(耐力)訓練和重量訓練。
l 多數研究都集中在有氧訓練對海馬迴的影響,但有些對記憶的特殊影響只能透過重量訓練來實現。或者,至少很大程度上只能以重量訓練達成。
l 正確的運動時間是在學習前或學習中。不須全力以赴,只要散個步或輕鬆慢跑。
l 運動要持續、定期。當然,你可以透過一次運動改善記憶,但就像對許多認知能力的影響一樣,如果有耐心並連續幾個月堅持運動,記憶便會增強許多。