嬰兒的秘密世界

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我坐在倫敦一個實驗室裏,寶貝兒子在我懷裏扭來扭去,兩位科學家正小心翼翼地摘掉他頭上那頂看著很科幻的帽子。帽子像一個泳帽,頂上堆了一團電線,這是當今嬰兒研究界最尖端的工具之一。它前所未有地展示了嬰兒大腦中的意識,改變了我們對於人類早期發育的認知。

但是這一刻,我11個月大的兒子並不想被研究。

"真抱歉,寶寶,"西迪基(Maheen Siddiqui)說。她正在世界領先的嬰兒研究中心——倫敦大學伯貝克學院嬰兒實驗室裏攻讀博士。

西迪基使用的先進技術叫功能性近紅外光譜,簡稱fNIRS,旨在研究嬰兒在注視面孔、圖案或物體時,腦細胞裏發生的變化。她特別研究線粒體中的一種酵素——線粒體是人體細胞中的迷你發電廠,能產生細胞生存所需的能量。她所用的這頂科幻帽會往大腦照射近紅外光,特殊的波長穿過骨頭和人體組織,再被血液吸收。這套裝備是考慮了嬰兒的舒適度後專門設計的。

很可惜,我兒子寧願玩這頂帽子,也不想戴著它。西迪基只好小心翼翼地摘下來。另一個研究助理菲什(Laurel Fish)在研究室裏到處吹肥皂泡,讓我兒子很興奮。我開始感慨,想要研究人類生命最初的階段,真的有不少實際挑戰。

嬰兒怎麼感知世界呢?像許多新上任的父母一樣,從我兒子出生的那一刻起,我跟我丈夫就一直懷揣這個問題。我們的寶寶像是一個小小的夜行外星人,神秘而迷人。顯然他不知道衣服是什麼,所以他會不會覺得我們一直在變色?而且他也沒有遠近透視的概念,當我們穿過房間,他會不會覺得我們在變大變小?

科學家探索嬰兒的秘密世界,已有很長的歷史。像達爾文就發表過一篇關於自己兒子的詳細觀察日記("他66天大的時候,我碰巧打了個噴嚏,他的反應很激烈");達爾文的孩子們成了他建立進化論的助力。不過,或許因為嬰孩不能表達自己的所想所感,科學家的探索史裏也有不少莫名其妙的誤解。在19和20世紀,很多科學家甚至覺得嬰兒沒有痛覺。

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Image caption 科學家探索嬰兒的秘密世界,已有很久的歷史。

但現代研究卻發現嬰兒十分警覺、敏感和聰明。在嬰兒剛出生的幾年,每秒鐘都有上百萬的神經連接形成,不過這種繁忙的大腦活動很難觀測到。但在過去的二十年中,科技的進步已幫助科學家逐步挖掘出更多有關發現。

"這是哲學和科學的完美結合,因為實際上你在叩問這樣的問題:知識如何起源,思想如何形成,學習能力如何增長,"嬰兒實驗室研究員、兒童成長專家珂卡姆(Natasha Kirkham)表示,"我是說,這些可都是終極問題。"

在本世紀初,有許多嬰兒研究涉及追蹤嬰兒眼部運動,並不辭辛勞地逐幀分析結果,珂卡姆說。"不過今天,我們能做的就更驚人了。神經學技術水凖突飛猛進。"她告訴我,"就算小寶寶不能說話,我們也能做很多事,了解他們的各種想法。"

當然,除了他們不願配合。

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Image caption 這頂很科幻的帽子能讓科學家透入嬰兒的大腦,探視他們如何處理與他人的接觸。(Credit:光明專案,蓋茨夫婦基金會贊助)

兒子拒絶了這頂帽子後,就開始盯著他面前的螢幕,看一位女士朗誦童謠,顯然他更喜歡實驗的這一環節。儘管表面上看不出什麼,其實他的大腦估計已相當忙碌,尤其是耳朵後面那一塊。那個區域叫顳上溝(STS),是我們"社會腦"的一部分,用來處理和他人的接觸。

關於成年人的社會腦,研究已相當深入。但說到孩子,這就成了不可能的任務。嬰幼兒要是醒著,很難一直乖乖坐著接受核磁共振掃描器之類常規儀器的檢查。

這就是近紅外光譜技術的來源。尤其是西迪基用的這種新模式,可以深入線粒體,測量細胞層面的活動。有證據表明線粒體功能的異常可能與自閉症有關。但是到目前為止的研究都基於死後的腦組織。西迪基希望最終能在活嬰身上進行論證。

資訊時代

西迪基的專案只能算是嬰兒實驗室龐大知識拼圖中的一小塊。研究人員還從熟睡嬰兒的核磁共振掃描、先進的眼動儀、測量腦電活動的腦電圖,甚至心率監視器等,來收集資訊。

不過這些研究的共同目標之一是,先搞清楚嬰兒典型的發育過程,再研究有些寶寶發育異常的原因和方式。這包括研究他們的大腦活動和環境。像珂卡姆,就致力於研究嬰幼兒如何辨別資訊是重要或不重要,尤其是在混亂的環境中如何辨別。

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Image caption 成人行為前後一致、可以預測,這些對嬰幼兒的健康發育至關重要,尤其是嬰兒們身邊的人更要這麼做。

嬰兒通過觀察世界來學習,他們會試著找出所處環境的行為模式,並以此來預測隨即將會發生什麼事。但若是周遭的環境很混亂,或者身邊的人不按常理出牌,那對嬰幼兒來說,學習就會困難重重。

"嬰兒生命中最糟糕的事之一,就是無法預測他人的反應,這會造成無盡的傷害,"珂卡姆說,"嬰兒不知道家裏人回來後會發生什麼,會做什麼,這種疏忽照看的虐待模式將對嬰兒造成極大的傷害,因為無法預測,會讓他們感到恐慌。"

嬰兒實驗室的科學家給出明確的育兒意見時,會涉及到許多個別因素。不過他們的研究不僅僅強調了始終如一的關愛,而是讓父母能做出更明智的抉擇。例如,他們研究了嬰幼兒使用觸屏的效果,發現這會導致睡眠減少,但也有助於手指靈巧度的更早發育。

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Image caption 嬰兒實驗室的目標之一是探索為什麼有些寶寶發育異常。(Credit:光明專案,蓋茨夫婦基金會贊助)

有一個工具,對這些調查研究是不可或缺,那就是近紅外光譜。研究人員往頭骨內照射近紅外光,能測量出大腦中的血氧水凖。富氧血液會流入大腦活躍的區域,這反過來可勾畫出大腦的活動圖。

嬰兒實驗室的研究員羅伊德福克斯(Sarah Lloyd-Fox)在十幾年前開始使用這項技術時,它早已用於成人大腦研究。但要用於在嬰兒研究,則需要進一步研發。她最近在給其他實驗室製作高級的頭飾,一條裝有多條電線的黑色寬發帶,以用來繼續她的研究。

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Image caption 在人類出生後的頭幾年,每一秒鐘,都有上百萬的新神經連接形成。

我們坐在實驗室外等候,羅伊德福克斯說"我覺得,自己也算這一研究的先驅吧。"這裏到處散落著玩具,氣氛歡樂,像是托兒所。我兒子大概早忘記了剛才那頂滑稽帽子,正一個勁往羅伊德福克斯的腿上爬。她點了點我兒子腦袋的耳朵後面,估計兒子腦部那塊區域正流動著富氧血液,他的社會腦區正在高速運作著。

羅伊德福克斯的研究已取得了一系列的突破。其中之一顯示,僅出生一天後的寶寶,看到一個女人玩躲貓貓的視頻畫面後,其 "社會腦" 也會活躍起來。另一個研究顯示,四到六個月大嬰兒的腦部,有患自閉症風險的對交流提示的反應,比風險低的孩子弱很多。

更為普遍的是,這項技術有助於早期發現一系列神經系統異常,使得兒童遠在外在症狀出現之前就能得到正確的幫助。

羅伊德福克斯說,"除非等到孩子兩三歲,否則光看行為,很難看出他們是不是有自閉症,有沒有受到營養不良的影響,有沒有因早產造成大腦損傷," "不過你可以在嬰兒能有外在行為反應之前,觀看他們大腦的反應。"

照亮兒童的光明

近紅外光譜設備比核磁共振掃描器更便宜、更便捷,能徹底改變貧窮國家的嬰兒研究。

2012年,岡比亞一家診所聯繫到英國的嬰兒實驗室,詢問是否可以使用他們的近紅外光譜儀來研究當地的嬰孩。羅伊德福克斯穿過崎嶇不平的道路,把設備運到一個實驗站,好在那重覆自己的實驗成果。

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Image caption 嬰兒實驗室用紅外光譜法研究岡比亞嬰兒營養不良的影響(Credit:光明的專案,由蓋茨基金會資助)

該專案在岡比亞,甚至整個非洲,均數首次。在此之前,那裏從來沒有建立過任何嬰兒的大腦成像。如今,這場合作已經發展為岡比亞和英國有關人類早期發育更為廣泛的研究。

由於岡比亞四分之一的兒童嚴重營養不良,一個重點領域是有關營養不良的影響。

"有一個重大問題是,營養不良到底怎麼影響大腦呢?"羅伊德福克斯說,"即使在成年人領域,這一塊也沒怎麼探索。所以我們是在瞎子探路。不只是嬰兒,我們連到底人類大腦哪一區域會受到影響都不知道。"

在英國,嬰兒實驗室也在逐步擴建。兩年後一個幼兒實驗室將開幕,到時會建有虛擬現實洞穴,給這個關鍵的人類早期發育階段提供一個全新的研究視角。

許多父母本能的行為,哄哄抱抱、給嬰兒做鬼臉發怪聲,都有堅實的科學依據。

結束此次實驗室之行時,我兒子睡著了。對他而言,今天又是興奮的一天,有了很多新印象。我也反思自己身為父母,從今日之行中學到了什麼。得知孩子在能表達自己之前,真的早就在觀察回應我們,令我好生欣慰。許多父母本能的行為,哄哄抱抱、對著寶寶做鬼臉發怪叫,其背後也有堅實的科學依據,這是為嬰兒大腦發育提供了最好的環境。

至於新生兒到底有沒有覺得我們當爸媽的不斷在變顏色和變大小,兒童發育專家珂卡姆覺得這是個很棒的問題。她的回答是,對的,我兒子最開始可能是覺得我們在變色。不過很有可能,他根本未留意我們的衣服,而把注意力放在對他而言更重要的事上——我們的臉上。

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