心理治療之生理機轉系列之四「學習造成大腦結構的改變」

學習效應造成大腦結構的改變

http://cobolsu.blogspot.tw/2008/06/blog-post_7871.html
精神醫學部 蘇冠賓

「神經細胞的可塑性」在經過眾多的基礎研究驗證下，這幾年已經從假說成為無人質疑的重要理論。對於強調Bio-psycho-social的精神科醫師而言，無論是早年不利的成長環境、誘發疾病的壓力因素、乃至於心理治療的療效…，其生理機轉必然要建立在「神經細胞可塑性」架構之下，所以「神經細胞可塑性」理論對精神醫學的臨床意義，在於「環境因素可否改變人類大腦的功能及結構」。

許多MRI檢查的研究証明，精神疾病患者某些大腦區域確有改變，但是回溯性的研究（生病後才檢查，而非生病前後做比較）仍然不是最直接的証據，回溯性研究無法排除許多干擾因素，例如：「大腦結構的異常是罹病後學習機會變少所造成，而非疾病本身所造成」。

心理治療可以呈現出很好的前瞻性研究（心理治療的前後做比較），但就我所知，只有証明心理治療對大腦功能（functional）的改變（可詳見本系列之二，2004年5月的通訊），目前尚未有造成大腦結構（structural）改變的論文發表。比較多的是「學習效應」造成大腦結構的改變的研究，例如最近已有幾篇相當好的論文發表出來了 (Dobbins et al. 2004;Draganski et al. 2004;Monk et al. 2004;Hempel et al. 2004)。其中Draganski等人發表在Nature的文章，就非常有趣且具有想像力。

這群德國的科學家找來24位正常的志願者（平均22歲），隨機分成兩組，實驗組訓練三顆球的手技雜耍（classic three-ball cascade juggling）三個月，使得所有人都變成手技雜耍的高手（skillful，可以表演60分鐘以上），在訓練後的三個月內停止所有的訓練及練習，實驗組和對照組（完全沒有訓練）在一開始、三個月及六個月後，實施high-resolution MRI檢查，分析大腦各部位之結構變化 (Draganski et al. 2004)。

這個研究發現，三個月的學習顯著地增加了（大約3%）兩側mid-temporal area的grey matter及左側posterior intra-parietal sulcus。隨著接下去三個月的停止練習，這些區域的結構變化慢慢地消失了。此外，受試者熟練的程度和大腦體積的增加成正比，也就是愈熟練的人，上述的大腦區域擴大的程度就愈明顯。對於對照組而言，雖然在一開始的MRI掃瞄中並沒有差異，但是三個月後，上述的大腦區域卻沒有如同實驗組有擴大現象。

未來，科學家如果能夠在人類活體中研究大腦的生化的活性或細胞的活動，或許可以更進一步探討這些結構改變的機轉，在此之前，我們只能依賴動物的模型，來了解學習效應的分子機制，我將在接下的文章中和各位分享。

延伸閱讀：

1. Dobbins,I.G., Schnyer,D.M., Verfaellie,M., and Schacter,D.L., 2004. Cortical activity reductions during repetition priming can result from rapid response learning. Nature. 428, 316-319.
2. Draganski,B., Gaser,C., Busch,V., Schuierer,G., Bogdahn,U., and May,A., 2004. Neuroplasticity: changes in grey matter induced by training. Nature. 427, 311-312.
3. Hempel,A., Giesel,F.L., Garcia Caraballo,N.M., Amann,M., Meyer,H., Wustenberg,T., Essig,M., and Schroder,J., 2004. Plasticity of cortical activation related to working memory during training. Am J Psychiatry. 161, 745-747.
4. Monk,C.S., Nelson,E.E., Woldehawariat,G., Montgomery,L.A., Zarahn,E., McClure,E.B., Guyer,A.E., Leibenluft,E., Charney,D.S., Ernst,M., and Pine,D.S., 2004. Experience-dependent plasticity for attention to threat: Behavioral and neurophysiological evidence in humans. Biol Psychiatry. 56, 607-610.