大脑最重要的特性之一是其灵活性。我们的大脑神经回路在不断变化——每天，我们860亿个独立神经元之间都会形成新的连接，而旧的连接则会逐渐消失。
其结果是一个令人眼花缭乱的复杂网络，处于持续的动态变化之中，根据其环境和主人的生活经历不断重塑。大脑完成这一能力被称为神经可塑性，它使我们能够学习、成长、发展新技能和想法，并适应我们所生活的环境。我们对神经可塑性的一些方面有相当好的了解，但其他方面，包括某些连接被建立而不是其他连接被建立的原因，仍然是一个深奥的谜团。
现在，一项于4月17日发表在《科学》杂志上的新研究有望揭示这个谜团至少一个方面的真相。这项研究考察了神经可塑性在小鼠学习处理新任务时是如何起作用的，其结果暗示神经元的形状可能会影响它们是否被纳入由新技能引起的变化中。
[ 相关：你大脑的“总开关”是一个被低估的奇迹。 ]
神经可塑性：如何运作
过去一个世纪里，对大脑工作原理进行了大量的研究。所有这些工作的成果是，我们已经很好地掌握了实现神经可塑性的物理过程。当一个神经元“放电”时，它会发送一个名为动作电位的电化学信号。这些信号然后沿着称为轴突的长神经组织链传播。信号随后被复杂的、分支状的称为树突的细丝接收，而这些结构连接处的连接点称为突触。
我们还知道，并非所有神经连接都是平等的。有些比其他更强，更强的连接使得接收端神经元更有可能响应来自连接另一端神经元的信号。这些连接的强度也会随时间改变。
神经可塑性允许形成新的连接，清除旧的连接，以及改变现有连接的强度——所有这些过程都会对我们的神经网络的结构产生细微的变化。
神经可塑性：为何如此
虽然我们可能很好地理解神经可塑性如何工作，但对科学家来说，解释为什么会这样更具挑战性。具体来说，神经元是如何被“选择”进行连接或修改的仍然不清楚。为什么某些连接会被创建或修改，而其他连接不会？这个过程是否遵循某种大脑蓝图？或者我们大脑中庞大的神经元群更像是电脑中的RAM块，在可用时就被使用？
加州大学圣迭戈分校神经生物学系的博士后学者，也是《科学》杂志论文的合著者之一William Wright解释说，神经可塑性的发展方式必须具有一定程度的决定性。
“突触可塑性不可能只是随机发生的，”Wright告诉《流行科学》。“为了让我们学习……正确的突触必须经历正确类型的变化（即变得更强或更弱）。”
但是，什么决定了哪些是正确的神经元呢？据Wright说，这就是问题所在。“我们[并]不真正了解这个过程是如何在特定的突触而不是其他突触上[被]启动的。”
关于小鼠和树突
为了寻找与学习相关的神经可塑性模式，Wright和他的团队设计了一个实验，其中一群小鼠中的每个成员都被训练按下杠杆以获得奖励。他们使用了一种名为纵向体内双光子荧光成像的技术，该技术可以研究活体生物的单个突触，并使团队能够绘制出该技能的获得如何改变每只小鼠的大脑。
Wright解释说，每只小鼠大脑都有一个基本布局，“一种通用蓝图[它]设定了大脑的通用连接模式（即，哪些大脑区域与哪些区域连接）。”然而，一旦个体出生，他们的大脑就独立发展了。大脑会以反映个体生活经历和环境的方式发展和改变。因此，每个大脑都是不同的——这个陈述对小鼠和人类都适用。
大脑中的这些个体差异意味着，相似的学习过程在不同小鼠的大脑中可能表现出截然不同的方式。反过来，这意味着研究神经可塑性的影响更多地在于寻找暗示某种潜在规则的模式，而不是试图确定不同个体是否连接了完全相同的神经元。
Wright和他的团队发现，他们的结果确实暗示了这样的模式，因此也暗示了某种伴随的规则。在技能获得后观察到的变化局限于动物的初级运动皮层，并且似乎在一种称为锥体细胞的神经元中尤为突出。顾名思义，这些细胞的特征是其形状。除了使它们相对容易识别之外，这种三角形的形状还会影响细胞树突的性质。
Wright将锥体细胞的结构及其连接比作一棵树。该细胞有两种类型的树突——一种从金字塔顶点延伸出来的树干状结构，以及一系列从底部出现的“根”。这些分别称为顶端树突和基底树突，研究结果表明它们具有截然不同的功能。
通过顶端突触建立的连接似乎比通过基底突触建立的连接受到运动信息更强的加强。该论文指出，“这些结果表明……[这些]锥体细胞中的顶端突触被组织成与任务相关的功能簇，而基底突触的这种倾向则弱得多。”
[ 相关：在性行为期间操纵小鼠大脑导致意外发现。 ]
这暗示了树突结构可能是决定为什么某些神经连接会因神经可塑性而被修改的一个因素。更广泛地说，Wright强调了不同树突连接似乎执行不同功能这一简单事实的重要性。
“我们仍然不完全理解为什么神经元会有这些不同类型的树突，”Wright说，“[也不知道]它们可能[执行]什么不同的功能。”这项研究为其中至少一种功能提供了线索，并因此指明了未来研究的方向。Wright说，这是“我们最令人兴奋的[结果]之一。”
