婴儿一出生就了解世界吗？
利维坦按：新出生的婴儿如何感受世界？他们的脑部运作机制和成年人有区别吗？如果有，是什么样的差别？我们知道刚满月的婴儿视力很模糊，只有光感或者只能感觉到眼前有物体移动，并不能看清物体。一般出生3个月后才会注意到人，并能追随眼前的物体移动观看。所以，婴儿感受到的世界究竟是怎么样的？
文/Courtney Humphries
译/黄译莹
校对/果然多多
原文/www.theatlantic.com/science/archive/2017/01/decoding-the-infant-brain/513005/
丽贝卡·萨克斯（右）正在与新的婴儿实验对象击拳表示欢迎。
丽贝卡·萨克斯（Rebecca Saxe）的长子亚瑟（Arthur）刚满月，就第一次进了磁共振成像仪做脑部CT。萨克斯是一名来自麻省理工学院的认知学家，她和儿子一起躺进了共振仪。亚瑟反趴在丽贝卡的肚子上，小家伙的尿布正冲着丽贝卡的脸；3特斯拉磁感应强度的磁体在他们周围嗡嗡旋转，她轻抚着自己的儿子。亚瑟一点儿没受干扰，很快就呼呼睡着了。
所有的父母都很好奇自家宝宝的脑子里到底在想些什么，不过大部分人无从知晓。在怀孕之前，萨克斯已经和同事们就如何构建婴儿脑活动模型的课题研究了数年时间，而她在2013年的9月份的预产期给这一切的准备工作增添了不少动力。
在过去的几十年里，许多研究者和萨克斯一样，用功能磁共振成像（fMRI ）研究成人和孩童脑部活动的区别。不过功能磁共振成像和19世纪的银版照相法有些类似，它们都需要被成像的物体绝对静止以免成像模糊。而宝宝们醒着时动个不停，研究者们也没办法哄他们安静下来，所以目前关于婴儿为数不多的脑部功能磁共振研究基本都是在婴儿熟睡时进行的。研究者们通过给熟睡的婴儿们播放音效，来观察他们的脑部活动。
但是萨克斯想了解婴儿们醒着的时候会怎样观察这个世界；于是她打算得到亚瑟看录像片段时的脑部成像，虽说这对于成年实验对象来说十分简单。这个方法也可以解决一个更大的问题：婴儿们的大脑工作机制是成年人的微缩版还是完全不同的另一个模式呢？“我提出了这个大脑发育中最基本的问题，而我正好有一个正在长大的儿子，”萨克斯说，“我生命中两个最重要的事情在核磁共振仪里有了短暂而充分的融合。”
萨克斯与她还是新生儿的孩子的MRI扫描图像
萨克斯和亚瑟一起在核磁共振机里度过了产假。“有些时候他并不想呆在房间里，有时他睡着了，有时他情绪烦躁或者要便便，”萨克斯说道。“从婴儿的大脑中获取良好的数据是极其罕见的机会。”在实验进行的间隙，萨克斯和她的同事们仔细解读了他们获取的数据，重新调整实验计划以更好地找到亚瑟的脑活动模式。当他们得出第一个可用结果时，亚瑟已经四个月了。“我简直高兴得要跳上天花板了”，她说。
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萨克斯团队近期在《自然通讯》上发表的论文正是他们两年多的研究成果。期间萨克斯的团队搜集了包括亚瑟在内的9名婴儿的脑活动图，在分析的过程中，他们发现了婴儿和成人对视觉信息的脑反应有着惊人的相似之处，而二者的不同之处也很有趣。萨克斯希望这项研究能成为一个敲门砖，为后续对心智起源的研究打下基础。
萨克斯实验室主管希瑟·科萨可斯基（Heather Kosakowski）正在准备扫描一个婴儿对象。
在不能开颅检查的情况下，功能核磁共振成像无疑是科学家们研究脑部活动的利器。脑部区域活跃度不同，血流量也会发生变化，由此产生易被核磁共振成像仪识别的信号。这一技术的应用也带来了一些负面评价，因为它没有直接测量脑部活动的数据，而且初步成像较为单一，需要研究者的后续数据处理才能进一步发挥研究价值。尽管如此，功能核磁共振成像还是开启了脑部研究的新纪元，正如萨克斯所说，它给科学家们带来的是“人类脑部的动态地图”。功能核磁共振成像极其细致地展现了基于人们的所做所感或所思，大脑的不同区域会有怎样的反应。
人类大脑皮层中的一些区域似乎也被赋予了特定的功能。同样来自麻省理工的神经科学家南希·坎威许尔（Nancy Kanwisher）是萨克斯团队的前顾问，她因擅长研究纺锤状脸部区域（主要负责脸部识别）而闻名。她的实验室也率先发现了海马旁回区（优先对描述地点的场景作出反应的区域）。萨克斯在坎威许尔的实验室攻读研究生时，发现了一个对心智理论的形成极其重要的脑区域，这个区域有助于人们揣摩他人的想法。从那时起，数个实验室通过研究确定了大脑中有关于社会判断和个人决策的区域。
语速极快，也有着高强度思维的萨克斯，对关于大脑的哲学问题和基础问题深感兴趣。对她而言，下一步要探究的方向显然是大脑的架构是怎样形成的。“你可以在成年人身上发现，一个成熟的大脑有着无比丰富而抽象的功能：道德和心智观。但是大脑是怎么发育到这一步的呢？”她说。
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大脑在进化过程中生成了与人类生存息息相关的特别区域吗？或者，像萨克斯说的，“是不是我们生来就拥有这样一个奇妙的多功能学习机制，可以学习这世界上任何有组织有条理的事物？”到底是因为我们生活的世界秩序井然，有一个固有的蓝图让大脑具备识别面部的功能区，还是我们自身在成长中见了太多形形色色的人，脑部自己开辟了具有类似功能的区域？“人类大脑的基本组织架构可能是相似的，毕竟世界上的人们都是相似的。”她说。或许一个人从出生开始，脑部发育的大体框架就已经定下了。
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赖莉·勒布朗（Riley LeBlanc）吐出她的奶嘴，开始哭个不停。她是个五个月大的婴儿，一头棕色的卷卷毛，正在襁褓里发脾气。希瑟·科萨可斯基（Heather Kosakowski）是萨克斯实验室的负责人，她正站在巨大的核磁共振仪（被安放在麻省理工学院脑与认知科学楼的地下室）旁边，陪小赖莉玩举高高。赖莉的母亲洛丽·福西（Lori Fauci）坐在检查床旁边，从背包里掏出一个新奶嘴给小赖莉换上。
这里的一切都是为了安抚赖莉设计的。房间的灯光很柔和，音响里放的摇篮曲是叮叮咚咚的玩具钢琴版流行乐（现在放的是枪炮与玫瑰的《Sweet Child o’ Mine》）。扫描床上放了一个专门设计的射频线圈——包括以一定角度倾斜的躺椅和婴儿尺寸的头盔。它类似于天线，在核磁共振电扫描时接收无线电信号。而核磁共振仪也用特殊的程序进行了重新编程，产生的噪音比平时更少，这样可以避免伤害婴儿的灵敏听力。
萨克斯团队专门为婴儿设计的MRI扫描线圈
在几次失败的尝试之后，赖莉终于愿意乖乖躺在线圈里不哭闹了。赖莉母亲趴在扫描床上，脸和手靠着赖莉，从而能随时安慰到她。科萨可斯基将母女二人送入共振仪后走进了监控室，实验室的另一位成员莱妮·赫雷拉（Lyneé Herrera）在核磁共振室里打手势，让科萨可斯基知道赖莉是不是睁眼看她头顶的镜子了。镜子里的图像是从仪器后方投射来的。
研究团队的目标是收集婴儿们盯着镜子安静地看视频时的脑活动数据，每个婴儿大约需要10分钟。为了达到这个目标，研究者们往往需要从若干平均长度多达两小时的实验周期中取平均数据。“一个婴儿来做实验的次数越多，我们就越有可能得到完整的10分钟活动数据。” 科萨可斯基说。这是赖莉的第八次实验了，当赫雷拉发出信号时她已从午睡中醒来。科萨可斯基打开了扫描仪，播放了一系列视频剪辑。相较于静态的图像，婴儿们更喜欢盯着动态的图像看。一会功夫，赫雷拉合上了她的手掌，表示赖莉的眼睛又闭上了。“有的时候我觉得宝宝们在这里睡得比在哪儿都香。”科萨可斯基笑着说。
研究婴儿总是需要技术创新。查尔斯·尼尔逊（Charles Nelson）是哈佛医学院的认知神经学家，他同时还在波士顿儿童医院任职，研究儿童的成长发育。“这是个有趣的问题，因为你要面对的小生命，不会说话，注意力也有限。而你还得想方设法知道他们在想什么。”类似的技术经常被用来研究婴儿和非人类的灵长类动物，或者是不会说话的残疾儿童。“我们有一整套的隐蔽措施，可以暗中观察这些猴子、婴儿或是发育不正常的孩童。”尼尔逊说。
最简单的方法，是使用肉眼观察或是眼动追踪技术观察婴儿们的行为，留意他们的双眼看向什么地方。另外，测量脑活动也是一种方法。例如脑电图（EGG）就是一种手段。只需要简单地把电极和导线搭建成一个“瓜皮帽”戴到婴儿的头部，就可以监测婴儿的脑电波波动了。还有一种新技术称作近红外光谱（NIRS），它发出的光可以透过婴儿薄软的头骨监测到大脑血流量的变化。
这两种方法都能反应出大脑的时刻变化，但近红外光谱只能监测到大脑的外层，而脑电图不能准确显示出具体是哪一片大脑区域在活动。《自然通信》的第一作者本·迪恩（Ben Deen）表示，“要想更细致地研究大脑的空间组织，并深入到更深层次的大脑分区，你必须用到功能性核磁共振成像。”他现在是洛克菲勒大学的研究员。
研究者们用了其他方法后发现，婴儿们对不同类别的视觉输入也有着不同的反应，尤其是面部。伦敦大学学院的发展神经科学家米歇尔·德·哈恩（Michelle de Haan）表示，面部是“环境中非常突出的一部分”。在新生儿刚出生的前几周里，他们双眼基本聚焦在母亲的面部周围。一些研究人员认为，婴儿也许在大脑深处有一种先天的机制，引导他们的眼睛看人的脸部。
有证据表明，新生儿盯着人脸看的时间比看其他事物更长。随着时间的推移和生活经验的增长，婴儿对面部也有了特定的反应。例如，成年人很难说出两张倒过来的人脸之间的区别，但是4个月以下的婴儿区别两张倒置的人脸和看两张正放的人脸一样容易。不过4个月之后，他们会更擅长区别后者。大约6个月大的婴儿看到人脸时的脑电图变化就已经和成人的相似了。
婴儿的大脑似乎能将人脸和环境区别开来。婴儿大脑中对人脸和场景作出反应的区域和成年人的大脑是分别对应的。这项研究工作表明了四到六个月大的婴儿大脑已经有了和成人相类似的组织架构。
但是，尽管这项研究表明，宝宝们的脑部在识别人脸或是其他特定物体时有着特定机制，“我们却依然对这些信号来源的细节所知甚少。” 迪恩表示。
在他们近期发表的论文中，萨克斯和她的同事们从17个受试婴儿中获取了其中9个的数据。虽然实验室正越来越依靠从外部家庭招募婴儿加入研究，但还是这一系列 “实验室宝宝”起到的帮助更大：包括亚瑟，萨克斯的次子珀西，萨克斯姐姐的儿子和一个博士后的儿子。他们给宝宝们看过影视中的人脸、自然风景、人体和其他物体的照片（在这里用的是玩具），以及一些混乱的场景，场景中的部分图像是被打乱过的。萨克斯表示，他们关注婴儿分别对面部和环境的关注度差别是因为对成人来说，二者所带来的脑部刺激是不同的，它们能唤醒的成人脑部区域差别甚异。
令人惊讶的是，他们在婴儿身上发现了类似的应激模式。萨克斯表示，“成人大脑中所有对面部识别和场景识别有倾向性的区域，在4到6个月大的婴儿脑中也是一样。”这表明婴儿的大脑皮层已经对功能分区产生了一定的倾向，但还不能完全说产生了功能分区。
婴儿们是生来就具有这种能力吗？“我们并不能严格地称其为‘与生俱来’，”迪恩说，“我们可以说它发展得非常早。”而萨克斯指出，这种反应已经超出了视觉皮层（一种大脑结构，负责直接处理输入大脑的视觉信息）的范畴。研究人员同样还发现婴儿和成人之间的额叶皮质，也就是大脑中涉及情绪、价值和自我表达的区域也有差异。“看到婴儿的额叶皮质也参与在脑活动中真是令人兴奋，”她说：“他被认为是婴儿脑部完全发育的最后一环之一。”
然而，萨克斯的团队发现，尽管婴儿和成人大脑的活跃区域是相似的，他们并没有找到证据表明婴儿有专门的脑部分区来处理特定的某种信息，譬如视觉信息中的面部或场景信息。没有参加研究的尼尔逊认为，这表示婴儿的大脑更“具有多功能的特质，这指出了婴儿和成年人大脑的根本区别”。
萨克斯实验室正在用功能性近红外光谱（fNIRS）来检测大脑活动期间血流量的变化。
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令人惊讶的是，婴儿的大脑看起来和成人的大有不同，却又能有相近的表现。在麻省理工学院核磁共振室的电脑屏幕上，我可以看到赖莉打盹时的大脑剖层图。在核磁共振扫描中，成人大脑不同的脑结构层次分明、清晰可见，而赖莉的大脑扫描图似乎黑漆漆的。
“这图看起来真的蛮糟糕的不是吗？” 科萨可斯基解释说，婴儿在这个阶段还没有完全发育出神经纤维周围的脂肪绝缘，也称作髓磷脂，它是大脑白质的主要构成。胼胝体是连接大脑的两个半球的神经纤维束，它在图上也只是隐约可见。
生命伊始，宝宝的大脑皮层会扩张88%，脑细胞也会自我重组，建立新的连接。在童年和青少年时期，这些细胞间的连接还会再被淘汰一回。这时的大脑有着惊人的弹性，当婴儿有中风或癫痫发作，需要动手术切除整个脑半球时，他们恢复得将非常好。但这种灵活性也带来了一定的局限，经历过虐待或者缺乏关爱的孩子可能会终生伴有学习障碍。
成年人大脑对于触觉定位有时候会被假象所迷惑，但对于4个月大的婴儿来说，其对触感的判断要比成年人准确很多
研究健康人脑的发育过程可以帮助科学家更好地理解为什么这个过程有时候会出错。譬如，许多患有自闭症的儿童和成年人都会有社会认知障碍，比如面部识别障碍。这些异于常人的情况是存在于大脑发育的最初阶段？还是与缺乏对人脸和社会信息的关注这一童年经历有关？
我们才刚刚开始了解婴儿大脑是如何构成的，这也需要我们花费更多的时间从更多婴儿身上收集数据，这样才能更全面地了解他们的大脑是如何工作的。但是萨克斯和她的同事们已经向我们展示了一个研究课题所能做到的事情，新的研究领域也因此开辟。“只要你足够耐心，你能从醒着的婴儿身上获得良好的功能核磁共振成像数据”萨克斯说：“现在让我们试着弄清楚我们能从中学到什么吧。”
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