
前额叶皮质是位于大脑前部的皮质结构,恰好位于我们脑门的“后方”。从进化上来讲,前额叶是最晚发展的皮质结构之一,在人类尤其发达。人类的前额叶约占大脑皮质总面积的三分之一,直到青春期才渐趋成熟。
大脑的前额叶是我们额头及头顶前部区域所对应的脑区。它与全脑其他部位有广泛的双向链接。因此,前额叶主要接收和综合由全脑其他部位传入的各种信息,并能及时发出调控的指令(通常以抑制其他脑区活动为主)。所以说,前额叶对大脑整体有组织性、指导性和调节性的影响,是大脑真正的“中枢”,负责着记忆、判断、分析、思考、操作、决策等复杂高级的认知活动。
人类通过长久的进化历程,才进化出比例相当大的前额叶。可以说,前额叶是人类之所以是“宇宙的精华,万物的灵长”的根本。然而,令人吃惊的是, 前额叶的诸多功能,在幼儿期稍微发育后,直到青春期才有爆发式的发展。这些发展很多集中在前额叶抑制型神经细胞的发育。这些神经细胞通常发出抑制性指令, 让下游神经细胞活性降低。
最常用的例子是情绪控制的年龄差异。小时候,我们通常很害怕这个、害怕那个,例如怕黑,怕鬼,怕夜里上厕所。然而,长大后,这种怕慢慢消退,因为我们开始理性思考,我们不再怕黑、怕鬼、怕夜里上厕所。这种理性思考,就是前额叶的功能逐渐健全的体现。在认知神经科学里面,虽然尚有不清楚的地方,但人们通常认为这种情绪调控实质上是前额叶对下游情绪脑区(杏仁核)的抑制调控,即前额叶抑制了杏仁核的神经活动。
前额叶与其他脑部结构的纤维非常复杂,功能繁多,但大致说来,前额叶参与部分记忆功能(工作记忆等,如记电话号码),主要负责高级认知功能,比如注意、思考、推理、决策、执行任务等等。
人的额叶占整个大脑半球面积的25%。它是人最复杂的心理活动的生理基础,负责计划、调节和控制人的心理活动,对人的高级的、目的性行为有重要作用。前额联合区既与注意、记忆、问题解决等高级认知功能有密切关系,也与人格发展有密切关系。
通过对某些前额叶损伤的病例进行的研究表明前额叶在双语言语产生的词汇通达过程中和双语言语理解的词汇通达过程中也发挥着重要的抑制作用。
大脑前额叶与丘脑背内侧核共同构成觉察系统,大脑前额叶与丘脑背内侧核有着密集的往返纤维联系,通过后天学习联结成功能一体,形成觉察系统。有大量的病例症状表明,大脑前额叶或者丘脑背内侧核病变将导致觉察功能的损害。
纠错功能
纠错功能或者称翻转学习功能,对于人类适应外界变化是非常重要的。开车时,前面的路被堵了,我们会很快做出反应:绕行。做一个项目,试了几次不成功,就必须改变做法。
威斯康星卡片分类测试是常用的神经心理测评方法,可以部分反映前额叶的纠错功能。受试者被要求按照扑克牌的三个要素(数字、颜色、形状)中的一个将牌进行配对。譬如被试者一开始是按照数字来配对,这时护士告诉他错了,他得到这个信息后马上反馈,不再按照数字分,转而按照颜色分,然后护士说对了,这时他就知道配对的规则是颜色不是数字。他可以十次、一百次地按照颜色分类来做。但在之后的测试中,护士会突然改变规则,且不告诉被试者。当受试者还在按照颜色分类配对卡片的时候,护士突然告诉他错了。这时正常人一般来说试两次就知道什么是对的规则,但对于患有精神分裂症的人来说,他们往往会三次、四次一直试下去,这代表他的前额叶功能出现了障碍。
信息整合功能
当有人跟你谈到美国旧金山的金门大桥时,假如你去过那里,马上会在大脑的不同部位显示不同的信息:一块显示大桥的地理位置,一块显示大桥颜色,还有一块可能是桥的形状,等等。而前额叶皮层则具有整合功能,可以把来自不同脑区的不同信息进行整合,最后形成关于大桥的全面信息,这是前额叶很重要的高级功能。
规划目标功能
一个猴子想要吃到对面的香蕉,但香蕉离它较远,前面有栏杆它又过不去,这时它会用边上的竹竿去钩过来吃。当一根竹竿够不到,假如现场有两根竹竿,猴子是不知道把两根竹竿接起来去钩香蕉的,但是猩猩就会想到。如果把完成一件事作为一个大目标,正常人会通过规划将其分解成几个子目标逐一完成,而当前额叶出现问题,那么这个人就不知道怎么来安排子目标了。
前额叶的功能除工作记忆之外,还有预期、规则学习、逻辑推理以及翻转学习、适应性等。2014年的一项研究表明,大脑中的“前额叶背外侧皮层”可能是人们诚实与否的“开关”。一旦这个脑区受损,人们便倾向于因为私利而说谎。
受损后果
前额叶损伤的主要症状有,在性格上出现偏执、夸张、欣快、易怒和情绪波动,行为上出现迟缓、粗野、孤僻、任性和荒诞无稽,不能集中注意力观察和思考问题,不能进行复杂周密的逻辑推理,任何事情转眼就忘,对复杂环境不知所措,对突然发生的事件束手无策,既不能总结和汲取过去的经验教训,也不能规划和安排未来,对一切都漠不关心,我行我素。临床上把这些症状综合起来取名为“额叶综合征。
研究表明,大脑没有受伤的人往往更愿意说真话。而前额叶背外侧皮层受损的人行为模式有所不同,一旦诚实与私利相矛盾,他们更多做出不诚实的抉择。研究也发现,眼眶额叶皮质与诚实行为之间没有因果关系。
前额叶背外侧皮层是实施认知控制的最重要脑区之一,一旦这一脑区受损,就不能进行认知控制,只剩下本能反应,失去认知控制后,只剩下本能的自私。
与人类智商直接相关
《科学》杂志刊登了该所李澄宇课题组用先进的光遗传方法,证明了工作记忆这一核心认知功能所使用的脑区是大脑内侧前额叶,但习得之后则会转去别的脑区执行任务。
李澄宇关注的是工作记忆一种用“秒”来衡量的重要的短时记忆。“它就像电脑里的临时缓存,存放着很多思维的中间结果。”李澄宇解释,比如心算17×24,工作记忆强的人,就能把中间结果存在大脑里,直到得出最终结果。事实上,很难找出一个不需要工作记忆参与的任务;前人的研究表明,工作记忆的好坏和人类智商的高低直接相关,工作记忆缺陷也常出现在老年痴呆、中风、脑衰老等的过程中。
以前,科学家只知道工作记忆存在于大脑内侧前额叶,由于实验手段不足,不清楚其中的工作原理。如今,李澄宇课题组利用激光,把对神经细胞的控制精确到秒级,终于确证了大脑中的这群前额叶皮层细胞的功能。“它们只负责工作记忆行为的存储,对抉择行为没有影响。”他说,而且,内侧前额叶皮层在延迟期间的活动只在学习阶段起作用,所以一个人工作记忆能力的强弱,与是否学得快也许有关系。
“人类的大脑前额叶占皮层的30%,黑猩猩为20%,而猴子只有10%。”李澄宇说,虽然还需要进行深入研究,但与工作记忆相关的前额叶,很可能对人类的智能行为起过不小的作用。
前额叶与许多高级的美好品质相连:智慧、情商、顾全大局、延迟满足、坚持不懈、集中精力、同理心,等等。
1)管理情绪:一个很重要的事情搞砸了,你感到很沮丧,觉得自己什么也做不好。前额叶说:“每次失败都是经验,也是锻炼自己的机会。”于是你总结经验,抗挫折能力进一步提高。
2)维护关系:同事烫了一个很难看的头,你心想:“他怎么这么想不开。”前额叶抑制你的本能冲动:“如果你这样说,会把气氛搞得很尴尬哦!”于是你微笑着说:“这个发型很精神啊!”
3)延迟满足:忙了一天回到家,很想点个宵夜犒劳一下自己。前额叶说:“现在吃那么多东西,很难消化,你可以明天早上再吃嘛。”于是你舒舒服服洗个澡,好好睡觉,第二天再享受美食。
4)制定合理的目标和计划:你决定养成冥想习惯,坚持了几天,觉得很累,心想差几天也没关系。前额叶说:“可以根据实际情况调整每天冥想的时间长度,但是不要放弃。”于是你把冥想放到早上不受打扰的时间,坚持起来更容易。
5)集中注意力:你在看书,但是脑子里都在转别的事情,翻了几页,不知道自己看了啥。前额叶说:“专心当下的事情。”于是你集中精神,还好看书,看一页是一页。可以看到,前额叶,就像是一个完美的人格,三观极正,人间清醒。
精神分析学家弗洛伊德提出的本我、自我与超我的概念,正好与大脑的结构相对应。
来源于爬虫脑和情绪脑的本能冲动,即为“本我”。前额叶所控制的理性,即为“超我”。两者相互作用,构成了人格执行者“自我”。
拥有发达的前额叶,是人的智慧高于其他生物的地方。动物只能被环境决定,但人有自我意识,有能力在任何环境中理性地调整自己。
大脑急需进一步进化:爬行脑和情绪脑,是大脑中相对原始的部分,它们只能被环境决定、对环境做反应,它们是为丛林生活设计的,并不是为复杂的现代生活设计的。
复杂的现代生活:每天的信息轰炸、高频率地和陌生人交流、奶头之乐唾手可得、通过制造焦虑来盈利的商业模式、睡眠剥夺,等等,让爬行脑和情绪脑始终处于高压的环境。
于是它们只能不断地释放压力激素,控制身体,产生与环境并不匹配的过激反应这就是许多精神问题的来源。
从这个意义上说,是失控的大脑,在控制我们的人生,而非自由意志。我们需要更高级的智慧,即,我们需要进化出更加发达的前额叶,来管理失控的爬行脑和情绪脑,重建自由意志,适应现代生活,甚至超越环境、重塑环境。
过去的进化,是自然选择带来的,是被动的。
现在的进化,是人类可以主动选择的,我们或许不能进化出翅膀,但是可以进化出适应能力更强的大脑。
这种进化的前提条件,来源于大脑极强的可塑性,在成年以后仍是如此,被称为“神经可塑性”。
神经可塑性指的是神经连接生成和修改的能力,大脑每时每刻都在重新接线。
大脑中有860亿个神经元,神经元之间的连接更是多达1015次方。这些连接的强度会不断变化,并且会不断断开和重连。
如何锻炼大脑的前额皮质
前额叶皮质的功能就是自控还有各种战略、战术、短期目标、长期影响的决定。所以多用思维的功能自然也可以锻炼到前额叶皮质了。不过前额叶皮质消耗的能量比较多,意识活动上较多的选择都有可能消耗前额叶皮质的意志力。所以规律的生活,健康的饮食,充足的睡眠(这个特别重要,只要一次熬夜就会让让自控力下降了很多很多。)同样非常重要。
冥想,就是给大脑重新布线,从旧有的对环境做反应的模式中解脱出来,拿回生命的控制权。
冥想对前额叶的改善作用:哈佛医学院的神经学家Lazar博士对冥想如何改变大脑做了深入的研究。一个偶然的机会,让她对冥想的神奇作用产生兴趣。她在为波士顿马拉松训练的时候受了伤,医生建议她多做拉伸,于是她请了一位瑜伽教练。教练告诉她,冥想,可以打开心,成为一个更加有爱心的人。Lazar博士对此表示怀疑:“我只是来疗伤的,其他的不感兴趣。”但经过一段时间的练习,她发现冥想不仅疗愈了她的身体,她整个人也变得轻松、抗压能力增强、冷静、面对挑战更加沉着。
于是,Lazar博士打算用科学的方法来看一看,冥想的大脑究竟有何不同。2015年,她展开了冥想对大脑构造的影响的研究。研究发现,从不冥想的志愿者,在接受了几周的正念与冥想训练以后,前额叶中的灰质增多,前额叶体积增大,并且,额叶的沟回加深,即大脑皮层的面积增大。同时,杏仁核(主管恐惧、压力的大脑组织)体积缩小。并且,冥想可以防止前额叶随着年龄的增长而萎缩:50岁的冥想者,和25岁的年轻人相比,前额叶的灰质一样多。
Lazar博士说:“正念练习就像是运动,是精神层面的运动。运动可以增强身体健康,正念练习可以增强精神的健康,包括抗压能力、注意力、同理心等等,还能延长大脑的寿命。”
耶鲁治疗神经科学医院的Judson Brewer博士所做的一项研究,针对10名长期练习冥想的志愿者和13名从未练习过冥想的志愿者,他们的大脑核磁共振扫描结果显示:冥想者的“默认脑回路”明显不如非冥想者活跃。
所谓“默认脑回路”,就是大脑在注意力分散的状态下的大脑工作状态,也就是常说的“自动驾驶模式”、无意识状态。
大脑发展出了很多自动驾驶模式来保证人类生存,让人不用思考,就能走路、开车、刷牙、吃饭。但是,自动驾驶模式也有坏处,比如很多坏习惯:刷手机、抽烟、喝酒、愤怒,等等,很难改变。
Brewer博士的研究发现,经常冥想的人,他们即使在非冥想状态,自动驾驶模式的回路也并不活跃。
同时,冥想者的大脑,自我认知、自我沟通、自我纠错的部分也更活跃,认识自己、改造自己,这正是前额叶所负责的功能。
在无意识状态,是大脑在控制我们,在有意识状态,我们才真正掌控自己的生活。也就是说,成为更好的自己,需要一个发达的前额叶。正念、冥想,它是可以实实在在地改变大脑的生理结构的。