嬰兒一出生就了解世界嗎？

利維坦按：新出生的嬰兒如何感受世界？他們的腦部運作機制和成年人有區別嗎？如果有，是什麼樣的差別？我們知道剛滿月的嬰兒視力很模糊，只有光感或者只能感覺到眼前有物體移動，並不能看清物體。一般出生3個月後才會注意到人，並能追隨眼前的物體移動觀看。所以，嬰兒感受到的世界究竟是怎麼樣的？

文/Courtney Humphries

譯/黃譯瑩

校對/果然多多

原文/www.theatlantic.com/science/archive/2017/01/decoding-the-infant-brain/513005/

麗貝卡·薩克斯（右）正在與新的嬰兒實驗對象擊拳表示歡迎。

麗貝卡·薩克斯（Rebecca Saxe）的長子亞瑟（Arthur）剛滿月，就第一次進了磁共振成像儀做腦部CT。薩克斯是一名來自麻省理工學院的認知學家，她和兒子一起躺進了共振儀。亞瑟反趴在麗貝卡的肚子上，小傢伙的尿布正沖著麗貝卡的臉；3特斯拉磁感應強度的磁體在他們周圍嗡嗡旋轉，她輕撫著自己的兒子。亞瑟一點兒沒受干擾，很快就呼呼睡著了。

所有的父母都很好奇自家寶寶的腦子裡到底在想些什麼，不過大部分人無從知曉。在懷孕之前，薩克斯已經和同事們就如何構建嬰兒腦活動模型的課題研究了數年時間，而她在2013年的9月份的預產期給這一切的準備工作增添了不少動力。

在過去的幾十年里，許多研究者和薩克斯一樣，用功能磁共振成像（fMRI ）研究成人和孩童腦部活動的區別。不過功能磁共振成像和19世紀的銀版照相法有些類似，它們都需要被成像的物體絕對靜止以免成像模糊。而寶寶們醒著時動個不停，研究者們也沒辦法哄他們安靜下來，所以目前關於嬰兒為數不多的腦部功能磁共振研究基本都是在嬰兒熟睡時進行的。研究者們通過給熟睡的嬰兒們播放音效，來觀察他們的腦部活動。

但是薩克斯想了解嬰兒們醒著的時候會怎樣觀察這個世界；於是她打算得到亞瑟看錄像片段時的腦部成像，雖說這對於成年實驗對象來說十分簡單。這個方法也可以解決一個更大的問題：嬰兒們的大腦工作機制是成年人的微縮版還是完全不同的另一個模式呢？「我提出了這個大腦發育中最基本的問題，而我正好有一個正在長大的兒子，」薩克斯說，「我生命中兩個最重要的事情在核磁共振儀里有了短暫而充分的融合。」

薩克斯與她還是新生兒的孩子的MRI掃描圖像

薩克斯和亞瑟一起在核磁共振機里度過了產假。「有些時候他並不想呆在房間里，有時他睡著了，有時他情緒煩躁或者要便便，」薩克斯說道。「從嬰兒的大腦中獲取良好的數據是極其罕見的機會。」在實驗進行的間隙，薩克斯和她的同事們仔細解讀了他們獲取的數據，重新調整實驗計劃以更好地找到亞瑟的腦活動模式。當他們得出第一個可用結果時，亞瑟已經四個月了。「我簡直高興得要跳上天花板了」，她說。

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薩克斯團隊近期在《自然通訊》上發表的論文正是他們兩年多的研究成果。期間薩克斯的團隊搜集了包括亞瑟在內的9名嬰兒的腦活動圖，在分析的過程中，他們發現了嬰兒和成人對視覺信息的腦反應有著驚人的相似之處，而二者的不同之處也很有趣。薩克斯希望這項研究能成為一個敲門磚，為後續對心智起源的研究打下基礎。

薩克斯實驗室主管希瑟·科薩可斯基（Heather Kosakowski）正在準備掃描一個嬰兒對象。

在不能開顱檢查的情況下，功能核磁共振成像無疑是科學家們研究腦部活動的利器。腦部區域活躍度不同，血流量也會發生變化，由此產生易被核磁共振成像儀識別的信號。這一技術的應用也帶來了一些負面評價，因為它沒有直接測量腦部活動的數據，而且初步成像較為單一，需要研究者的後續數據處理才能進一步發揮研究價值。儘管如此，功能核磁共振成像還是開啟了腦部研究的新紀元，正如薩克斯所說，它給科學家們帶來的是「人類腦部的動態地圖」。功能核磁共振成像極其細緻地展現了基於人們的所做所感或所思，大腦的不同區域會有怎樣的反應。

人類大腦皮層中的一些區域似乎也被賦予了特定的功能。同樣來自麻省理工的神經科學家南希·坎威許爾（Nancy Kanwisher）是薩克斯團隊的前顧問，她因擅長研究紡錘狀臉部區域（主要負責臉部識別）而聞名。她的實驗室也率先發現了海馬旁回區（優先對描述地點的場景作出反應的區域）。薩克斯在坎威許爾的實驗室攻讀研究生時，發現了一個對心智理論的形成極其重要的腦區域，這個區域有助於人們揣摩他人的想法。從那時起，數個實驗室通過研究確定了大腦中有關於社會判斷和個人決策的區域。

語速極快，也有著高強度思維的薩克斯，對關於大腦的哲學問題和基礎問題深感興趣。對她而言，下一步要探究的方向顯然是大腦的架構是怎樣形成的。「你可以在成年人身上發現，一個成熟的大腦有著無比豐富而抽象的功能：道德和心智觀。但是大腦是怎麼發育到這一步的呢？」她說。

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大腦在進化過程中生成了與人類生存息息相關的特別區域嗎？或者，像薩克斯說的，「是不是我們生來就擁有這樣一個奇妙的多功能學習機制，可以學習這世界上任何有組織有條理的事物？」到底是因為我們生活的世界秩序井然，有一個固有的藍圖讓大腦具備識別面部的功能區，還是我們自身在成長中見了太多形形色色的人，腦部自己開闢了具有類似功能的區域？「人類大腦的基本組織架構可能是相似的，畢竟世界上的人們都是相似的。」她說。或許一個人從出生開始，腦部發育的大體框架就已經定下了。

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賴莉·勒布朗（Riley LeBlanc）吐出她的奶嘴，開始哭個不停。她是個五個月大的嬰兒，一頭棕色的卷捲毛，正在襁褓里發脾氣。希瑟·科薩可斯基（Heather Kosakowski）是薩克斯實驗室的負責人，她正站在巨大的核磁共振儀（被安放在麻省理工學院腦與認知科學樓的地下室）旁邊，陪小賴莉玩舉高高。賴莉的母親洛麗·福西（Lori Fauci）坐在檢查床旁邊，從背包里掏出一個新奶嘴給小賴莉換上。

這裡的一切都是為了安撫賴莉設計的。房間的燈光很柔和，音響里放的搖籃曲是叮叮咚咚的玩具鋼琴版流行樂（現在放的是槍炮與玫瑰的《Sweet Child o』 Mine》）。掃描床上放了一個專門設計的射頻線圈——包括以一定角度傾斜的躺椅和嬰兒尺寸的頭盔。它類似於天線，在核磁共振電掃描時接收無線電信號。而核磁共振儀也用特殊的程序進行了重新編程，產生的噪音比平時更少，這樣可以避免傷害嬰兒的靈敏聽力。

薩克斯團隊專門為嬰兒設計的MRI掃描線圈

在幾次失敗的嘗試之後，賴莉終於願意乖乖躺在線圈裡不哭鬧了。賴莉母親趴在掃描床上，臉和手靠著賴莉，從而能隨時安慰到她。科薩可斯基將母女二人送入共振儀後走進了監控室，實驗室的另一位成員萊妮·赫雷拉（Lyneé Herrera）在核磁共振室里打手勢，讓科薩可斯基知道賴莉是不是睜眼看她頭頂的鏡子了。鏡子里的圖像是從儀器後方投射來的。

研究團隊的目標是收集嬰兒們盯著鏡子安靜地看視頻時的腦活動數據，每個嬰兒大約需要10分鐘。為了達到這個目標，研究者們往往需要從若干平均長度多達兩小時的實驗周期中取平均數據。「一個嬰兒來做實驗的次數越多，我們就越有可能得到完整的10分鐘活動數據。」 科薩可斯基說。這是賴莉的第八次實驗了，當赫雷拉發出信號時她已從午睡中醒來。科薩可斯基打開了掃描儀，播放了一系列視頻剪輯。相較於靜態的圖像，嬰兒們更喜歡盯著動態的圖像看。一會功夫，赫雷拉合上了她的手掌，表示賴莉的眼睛又閉上了。「有的時候我覺得寶寶們在這裡睡得比在哪兒都香。」科薩可斯基笑著說。

研究嬰兒總是需要技術創新。查爾斯·尼爾遜（Charles Nelson）是哈佛醫學院的認知神經學家，他同時還在波士頓兒童醫院任職，研究兒童的成長發育。「這是個有趣的問題，因為你要面對的小生命，不會說話，注意力也有限。而你還得想方設法知道他們在想什麼。」類似的技術經常被用來研究嬰兒和非人類的靈長類動物，或者是不會說話的殘疾兒童。「我們有一整套的隱蔽措施，可以暗中觀察這些猴子、嬰兒或是發育不正常的孩童。」尼爾遜說。

最簡單的方法，是使用肉眼觀察或是眼動追蹤技術觀察嬰兒們的行為，留意他們的雙眼看向什麼地方。另外，測量腦活動也是一種方法。例如腦電圖（EGG）就是一種手段。只需要簡單地把電極和導線搭建成一個「瓜皮帽」戴到嬰兒的頭部，就可以監測嬰兒的腦電波波動了。還有一種新技術稱作近紅外光譜（NIRS），它發出的光可以透過嬰兒薄軟的頭骨監測到大腦血流量的變化。

這兩種方法都能反應出大腦的時刻變化，但近紅外光譜只能監測到大腦的外層，而腦電圖不能準確顯示出具體是哪一片大腦區域在活動。《自然通信》的第一作者本·迪恩（Ben Deen）表示，「要想更細緻地研究大腦的空間組織，並深入到更深層次的大腦分區，你必須用到功能性核磁共振成像。」他現在是洛克菲勒大學的研究員。

研究者們用了其他方法後發現，嬰兒們對不同類別的視覺輸入也有著不同的反應，尤其是面部。倫敦大學學院的發展神經科學家米歇爾·德·哈恩（Michelle de Haan）表示，面部是「環境中非常突出的一部分」。在新生兒剛出生的前幾周里，他們雙眼基本聚焦在母親的面部周圍。一些研究人員認為，嬰兒也許在大腦深處有一種先天的機制，引導他們的眼睛看人的臉部。

有證據表明，新生兒盯著人臉看的時間比看其他事物更長。隨著時間的推移和生活經驗的增長，嬰兒對面部也有了特定的反應。例如，成年人很難說出兩張倒過來的人臉之間的區別，但是4個月以下的嬰兒區別兩張倒置的人臉和看兩張正放的人臉一樣容易。不過4個月之後，他們會更擅長區別後者。大約6個月大的嬰兒看到人臉時的腦電圖變化就已經和成人的相似了。

嬰兒的大腦似乎能將人臉和環境區別開來。嬰兒大腦中對人臉和場景作出反應的區域和成年人的大腦是分別對應的。這項研究工作表明了四到六個月大的嬰兒大腦已經有了和成人相類似的組織架構。

但是，儘管這項研究表明，寶寶們的腦部在識別人臉或是其他特定物體時有著特定機制，「我們卻依然對這些信號來源的細節所知甚少。」 迪恩表示。

在他們近期發表的論文中，薩克斯和她的同事們從17個受試嬰兒中獲取了其中9個的數據。雖然實驗室正越來越依靠從外部家庭招募嬰兒加入研究，但還是這一系列 「實驗室寶寶」起到的幫助更大：包括亞瑟，薩克斯的次子珀西，薩克斯姐姐的兒子和一個博士後的兒子。他們給寶寶們看過影視中的人臉、自然風景、人體和其他物體的照片（在這裡用的是玩具），以及一些混亂的場景，場景中的部分圖像是被打亂過的。薩克斯表示，他們關注嬰兒分別對面部和環境的關注度差別是因為對成人來說，二者所帶來的腦部刺激是不同的，它們能喚醒的成人腦部區域差別甚異。

令人驚訝的是，他們在嬰兒身上發現了類似的應激模式。薩克斯表示，「成人大腦中所有對面部識別和場景識別有傾向性的區域，在4到6個月大的嬰兒腦中也是一樣。」這表明嬰兒的大腦皮層已經對功能分區產生了一定的傾向，但還不能完全說產生了功能分區。

嬰兒們是生來就具有這種能力嗎？「我們並不能嚴格地稱其為『與生俱來』，」迪恩說，「我們可以說它發展得非常早。」而薩克斯指出，這種反應已經超出了視覺皮層（一種大腦結構，負責直接處理輸入大腦的視覺信息）的範疇。研究人員同樣還發現嬰兒和成人之間的額葉皮質，也就是大腦中涉及情緒、價值和自我表達的區域也有差異。「看到嬰兒的額葉皮質也參與在腦活動中真是令人興奮，」她說：「他被認為是嬰兒腦部完全發育的最後一環之一。」

然而，薩克斯的團隊發現，儘管嬰兒和成人大腦的活躍區域是相似的，他們並沒有找到證據表明嬰兒有專門的腦部分區來處理特定的某種信息，譬如視覺信息中的面部或場景信息。沒有參加研究的尼爾遜認為，這表示嬰兒的大腦更「具有多功能的特質，這指出了嬰兒和成年人大腦的根本區別」。

薩克斯實驗室正在用功能性近紅外光譜（fNIRS）來檢測大腦活動期間血流量的變化。

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令人驚訝的是，嬰兒的大腦看起來和成人的大有不同，卻又能有相近的表現。在麻省理工學院核磁共振室的電腦屏幕上，我可以看到賴莉打盹時的大腦剖層圖。在核磁共振掃描中，成人大腦不同的腦結構層次分明、清晰可見，而賴莉的大腦掃描圖似乎黑漆漆的。

「這圖看起來真的蠻糟糕的不是嗎？」 科薩可斯基解釋說，嬰兒在這個階段還沒有完全發育出神經纖維周圍的脂肪絕緣，也稱作髓磷脂，它是大腦白質的主要構成。胼胝體是連接大腦的兩個半球的神經纖維束，它在圖上也只是隱約可見。

生命伊始，寶寶的大腦皮層會擴張88%，腦細胞也會自我重組，建立新的連接。在童年和青少年時期，這些細胞間的連接還會再被淘汰一回。這時的大腦有著驚人的彈性，當嬰兒有中風或癲癇發作，需要動手術切除整個腦半球時，他們恢復得將非常好。但這種靈活性也帶來了一定的局限，經歷過虐待或者缺乏關愛的孩子可能會終生伴有學習障礙。

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成年人大腦對於觸覺定位有時候會被假象所迷惑，但對於4個月大的嬰兒來說，其對觸感的判斷要比成年人準確很多

研究健康人腦的發育過程可以幫助科學家更好地理解為什麼這個過程有時候會出錯。譬如，許多患有自閉症的兒童和成年人都會有社會認知障礙，比如面部識別障礙。這些異於常人的情況是存在於大腦發育的最初階段？還是與缺乏對人臉和社會信息的關注這一童年經歷有關？

我們才剛剛開始了解嬰兒大腦是如何構成的，這也需要我們花費更多的時間從更多嬰兒身上收集數據，這樣才能更全面地了解他們的大腦是如何工作的。但是薩克斯和她的同事們已經向我們展示了一個研究課題所能做到的事情，新的研究領域也因此開闢。「只要你足夠耐心，你能從醒著的嬰兒身上獲得良好的功能核磁共振成像數據」薩克斯說：「現在讓我們試著弄清楚我們能從中學到什麼吧。」