作者Jay N. Giedd是美国加利福尼亚大学圣迭戈分校儿童和青少年精神病学部主席，并在约翰霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院(Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health)担任教授。他也是《意识、大脑与教育》（Mind, Brain, and Education)杂志的主编。
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磁共振成像研究显示，青少年大脑既不同于大龄儿童，也不同于尚未发育完全的成人，而是一个独特的实体，具有很强的可塑性，各脑区间的网络连接处于快速发育的状态。
负责驱动情绪的大脑边缘系统，在青春期快速发育，而负责控制冲动的前额叶皮层则要到20岁左右才会成熟。这两部分脑区间的不同步，形成了青少年独有的性格特质——喜欢冒险，同时对环境有很强的适应性。
如今，在全世界范围内，孩子们的青春期全面提前，使得大脑边缘系统和前额叶皮层发育的不匹配年限延长。加深对青少年大脑的认识，将有助于家长和社会鉴别精神疾病的典型行为，同时也利于帮助青少年朝着自己理想的方向健康成长。
少年的大脑常被评价为“一团乱麻”，是生物在进化过程中出现的一个偶然“错误”。青少年的行为具有冒险性、攻击性，有时还很莫名其妙，科学家一度认为这是人类大脑存在缺陷所致。但近10年来，一些突破性的研究提出了不同观点，认为这些行为并不是由大脑缺陷所致，也不是因为大脑尚未成熟，而是进化使然——青少年大脑同儿童或成人的大脑在功能上有所不同。
青少年大脑的最显著特征，是通过调整脑区间的网络连接来适应环境变化的能力。这种特殊的可变性（或称可塑性)，是一把双刃剑，既有利于青少年在认知思维和适应社会化方面取得巨大进步，但同时也容易催生危险行为和严重精神疾病。
最近的研究表明，高风险行为源于大脑边缘系统（limbic system)与前额叶皮层(prefrontal cortex)神经网结发育上的不匹酉己，前者驱动情绪产生，在青春期期间快速发育，而后者发育相对较晚，主要负责提供合理判断和冲动控制。现在已经确知，前额叶皮层到20岁左右才能完全发育成熟，而如今青春期却在不断提前，所以这种不匹配的时间跨度正在延长。
脑区之间神经网络连接的可塑性，而非之前所认为的脑区本身成熟与否，才是最终决定青少年是否成人的关键。理解这一点，并意识到如今年轻人的情感脑区与控制脑区在发育上不匹配状况还在加剧，对家长、教师、辅导员以及年轻人本身，都很有帮助。这也利于帮助大众更正确地看待诸如冒险、寻求刺激、远离父母寻求同伴等行为，这些并不完全是认知和情感障碍，而是大脑发育的自然结果，是青少年正在学习如何与一个复杂世界相处的天然行为。
上述认知也可以帮助成年人决定干预时机。15岁的女儿突然脱离父母的穿衣品味、音乐喜好或政治立场，爸妈可以诧异，但这并不代表她有精神疾病。16岁的儿子喜欢不带头盔玩滑板或接受朋友的冒险挑战，虽然这都不是小事，但很可能是出于考虑不周或是同伴压力，而不是想伤害自己。而其他一些探索和攻击性行动，则可能是疾病征兆。深入了解青少年大脑的独特性，将有助于区分这些不寻常举动，究竟是适龄行为，还是疾病前兆，也将帮助社会降低青少年成癮、性传播疾病、机动车事故、意外怀孕、杀人、抑郁以及自杀等行为的比率。
独特的青春期大脑
要说16岁孩子的大脑和8岁的孩子不同，大概没有家长会有异议，但科学家还是很难给这种区别下一个很科学的定义。大脑浸在保护性的脑脊液中，包裹在坚韧的硬脑膜下，完全封闭在头骨之内，隔绝了撞击的伤害和掠食者的攻击，也把科学家的好奇心挡在了“门外”。
成像技术如CT(computerized tomography)和正电子发射断层扫描（positron-emission tomography,PET)虽有进展，但由于这些技术有电离辐射，不适用于对青少年的详尽研究。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)的出现，终于提供了一种安全和准确的方法，来揭示全年龄段人群大脑的解剖和生理特性。有项目正在对数千双胞胎和个人进行终生跟踪研究，目前出现的一致结论是，青少年大脑的成熟不在于脑区变大，而在于不同区域联系越来越紧密，以及脑区功能的特化。
在磁共振成像扫描中，白质体积的增加代表着脑区间联系的增强。白质的“白”，来自于一种称为髓鞘质（myelin)的脂质，神经元胞体伸出的长长轴突由于髓鞘的包裹而与外界隔离。脂质髓鞘的形成贯穿整个大脑发育期，作用是大大加快神经元间信息的传导速度。有髓鞘轴突的神经信号传导速度，可百倍于无髓鞘轴突。
轴突髓鞘化可以加速大脑信息处理的另一个原因是，髓鞘可以帮助轴突在放电后迅速复原待用。恢复期变短，可以使特定神经元信息传递速度提高30倍。传输加快加上恢复期短，两者结合的结果最终可使成人期的脑数据带宽较婴儿期提高3000倍，从而可以在脑区间建立起广泛而精密的网络。
最近的研究又发现了髓鞘的另一个微妙作用。神经元接收其他神经元传来的信号，但只有当输入的信号超过一定阈值，才会放电将信息传递出去。而一旦神经元放电，就会启动一系列分子反应，加强该神经元与输入神经元之间的突触连接。
这种突触加强是大脑学习的基础机制。科学家现在发现，要让远处和近处神经元的信号同时到达，必须精确控制信息传递时间，而髓鞘在其中起到重要作用。儿童进入青春期以后，髓鞘的快速扩张，能加速参与协调处于不同认知任务中的各个脑区。
现在科学家已经可以用图论（graph theory)来测量上述脑区连接之间的变化，这种数学方法可以量化网络中“节点”和“边”之间的关系。节点可以是任意物体或可测实体，比如神经元，或脑结构（如海马体），或是更大一点的区域（比如前额叶皮层)。边是节点之间的任何联系，可以是物理连接，比如神经元之间的突触，也可以是在统计学上相关，比如在同一个认知任务中，两个脑区活动模式相似。
我和其他一些科学家用图论技术，测量不同脑区是如何发育并相互连接起来，并进而与行为及认知的变化产生联系的。大脑变化并不仅仅发生在青春期，大多数神经回路在子宫中已形成，很多还会终生改变。然而，在青春期这个特殊时期，负责判断、交际和长期计划的脑区之间的连接显著增加，而这几种能力会对人的一生产生深远的影响。
灰质的变化
青春期期间，除了白质加速产生，还有一个重要的变化。大脑发育和其他复杂的自然过程一样，都会经历一个先过量生产，然后再进行选择性消除的连环过程。就像米开朗基罗的大卫像从一整块大理石中慢慢凸显出来一样，认知的发展也是在弃除无用和适应性不好的脑细胞连接后，才逐渐成型。与此同时，常用的连接会被强化。尽管消除和强化过程会伴随人的一生，但青春期期间，重心偏向消除过程，大脑会按照环境需要自行重塑。
随着神经元间无用连接的消除，特化逐渐形成，大脑灰质开始减少。灰质包括大量无髓鞘结构，如神经元胞体、树突（从胞体伸出的触角状突起，用于接收其他神经元传来的信息)和特定轴突。总的来说，儿童期灰质大量增加，10岁左右达到峰值，进入青春期后又逐渐减少，成年期间基本稳定，到老年期还会进一步下降。与此模式类似的，还有神经元上受体元件的密度变化情况，此处的受体主要是指神(如多巴胺、5-羟色胺和谷氨酸等）受体，这些递质能够调节脑细胞间的交流。
虽然灰质在青春期期间总量达到最大，但在各脑区达到峰值的步调并不一致。灰质最早达到峰值的脑区是初级感觉皮层，该区负责知觉，以及处理光、声、嗅、味、触觉刺激。而最晚达到峰值的脑区则是负责执行功能的前额叶皮层，所谓执行，涵盖了很多能力，包括组织、决策、计划以及情感调节等。
前额叶皮层的一项重要功能，是根据过往的经验对未来进行假设性预判的能力，只需在脑内总结过去、考虑当前，并假设未来可能得到的结果，而不需要“亲身犯险”，正如哲学家卡尔•波普尔（Karl Popper)所说，“‘预见’会代替我们去死”。
随着认知功能的成熟，人也会越来越趋向于选择更丰厚、更长期的回报。前额叶皮层也是参与社会认知的重要区域，其中包括学会驾驭复杂社交关系、辨别敌友、在群体内寻求保护，以及实现青春期的基本目标——吸引配偶。
因此，青春期的显著特点是灰质和白质的变化。随着大脑逐渐成熟，这些变化改变了脑区之间的网络连接。前额叶皮层也参与了青春期的各种行为调控，只是功能尚未到达最佳状态。因为这个脑区要到20岁左右才会完全成熟，所以青少年容易冲动，也不能很好权衡风险和报酬。
发育中的失衡态
在激素的作用下，边缘系统从青春期开始(一般是10到12岁）发生显著变化。边缘系统负责调节情绪以及对回报的反应，并和前额叶皮层协同作用，使得青春期少年更爱追求剌激、爱冒险、爱和朋友相处。这些行为都有着深深的生物学基础，在所有社会性晡乳动物身上都能看到，“初生牛犊不怕虎”，青少年向往脱离安全舒适的家庭、探索新环境、寻求外界关系。这些行为能减少近亲繁殖的可能性，创造遗传上更健康的群体，但也会带来相当大的危险。尤其是在现代社会，人们面临众多诱惑，获取药物、枪支和高速机动车变得越来越容易，如果没有理智判断的约束，更是容易出危险。
最终决定青少年行为的，既不单是调控功能的晚发育，也不单是冲动行为的早发生，而关键在于两者之间的不匹配。青少年的情绪化是边缘系统造成的，而前额叶皮层的控制功能要到25岁左右才完全成熟，这中间有近十年的时间，情绪冲动和深思熟虑之间处于失衡状态。
此外，如今全球范围内儿童青春期全面提早，因此，从青少年开始变得爱剌激、爱冒险，直到他们的前额叶皮层变得强大和稳定，这个过程经历的时间正在延长。
由于这种不匹配期的延长，如今的青少年已不再是十几岁的代名词。按社会学定义，青少年是指从儿童转变为成人的过渡时期，始于生物学上的青春期，结束于社会学定位——即能够自立，承担成人角色。现在在美国，青少年变为成人的时间较20世纪70年代推迟了5年，变为成人的一般定义是结婚、生子、成家。
由于成人的定义需要参考大量社会学因素，所以一些心理学家认为，自工业革命以来，青春期的变化更多来自于育儿方式的改变，而非生物学特性本身。但针对成长经历不同的双胞胎的跟踪研究显示，社会因素并不足以撼动生物学因素的强大力量。虽然，灰质和白质在生物学上的成熟步调会在一定程度上受到环境的影响，但是关键时间点还是在生物学因素的掌控之下。社会学家也认识到了这一点，他们发现青少年爱冒险、寻求刺激和爱交友在各种文化中都存在，尽管在程度上有所不同。
青春期是把双刃剑
磁共振成像清楚地显示，在灰质、白质和神经网络的发育过程中，最显著的特征就是广泛的变化。总的来说，这种可塑性在成年后会不断降低，但我们人类大脑保持可塑性的时间比任何其他物种者都要长。
漫长的成熟期和大脑可塑期的延长，让我们在成长的过程中始终保有选择的余地，而这一点在整个人类的进化史中也至关重要。正因为此，今天的人类才能在地球上繁荣生存，包括在寒冷的北极和赤道上的热带岛屿。拜我们高度发达的大脑所赐，现代人类甚至能待在太空舱里绕地球飞行。回想万年之前，人类还得每天花大量时间在觅食和寻找安身之所上，而一万年在进化史上只不过是短短一瞬。今天，人每天要花大量时间与文字和符号打交道，这点特别值得一提，因为从阅读出现到现在，只不过才有5千年历史而已。
但是，大脑保持可塑性时间的延长在给人类带来诸多益处的同时，也带来一些弊病。青春期是精神疾病的高发期，其中包括焦虑症、双相情感障碍、抑郁症、进食障碍、精神错乱和药物滥用。令人惊讶的是，50%的精神病症从14岁开始出现苗头，75%在24岁首次发病。
青少年大脑的典型变化与精神病症之间的关系很复杂，其中潜在的根本关联可能是“移物易损”（moving parts get broken)。也就是说，白质、灰质和神经网络的广泛变化增加了大脑出错的可能性。比如，几乎所有成年精神分裂症病人的脑部病理改变，都类似于青春期大脑发育过程中的典型变化，只是程度更甚。
在其他很多方面，青少年时期是人一生中最健康的时期，比如免疫系统、对癌症的抵抗能力、对冷热的耐受度等，都处于人生的最佳水平。然而尽管身体健康，但发生重大疾病和死亡的比率却比儿童高2到3倍。机动车事故是青少年的头号死因，占死亡总数的一半。他杀和自杀分列第二、三位。此外，青少年意外怀孕、患上性传播疾病和违法入狱的比率也很高，这些都会带来严重的终身后果。
那么，对于这些青少年易犯的行为问题和精神疾病，医生、家长、教师以及年轻人自己能做些什么呢？对临床医生来说，考虑到精神病类的新药不多，而且青少年大脑本身对环境变化的适应性较强，也许非药物干预才是治疗青少年精神疾患的首选，尤其是在青春期早期，因为此时白质、灰质和神经网络正在发生很大的变化。
以强迫症的治疗为例，触发患者的强迫冲动，但要求他们逐步改变自己反应的行为学干预，可以取得最佳的治疗效果，避免对青少年造成终身伤害。只有理解青春期大脑的可变性，才不会武断认定青少年“无可救药”。我们有理由相信，行为干预可以改变青少年的人生轨迹。
当然，进一步的研究必不可少。不过，现在青少年研究的基础设施还不健全，经费也比较微薄，专门从事这个年龄段研究的科学家也不多。但好消息是，随着青少年大脑发育机制和其带来的影响逐渐浮出水面，越来越多的资源和科学家开始进入这个领域，这些研究人员希望，将来能将前述弊端的影响减到最轻，同时充分发挥青少年大脑惊人的可塑性。
了解青少年大脑的独特性和快速变化性，有助于家长、社会和年轻人自身更好地应对危险、把握机遇。比如，如果家长知道青少年大脑的前额叶皮层尚未发育健全，见到女儿突然染了一头橙发，就不会大惊小怪，而会相信她今后会作出更好的判断。了解大脑的可塑性，也有助于家长和孩子就一些重要问题进行有建设性的对话，比如自由和责任对个人成长的影响。
数字革命是有史以来最大的环境变化之一，它向青少年内在的适应能力提出了重大的挑战。过去20年里，电脑、视频游戏、手机和各种应用程序对青少年的学习、娱乐以及互动产生了深刻的影响。
面对海量良莠不齐的信息，大量记忆已非良策，准确评价数据、去粗取精、将内容综合，并将结果用于解决现实世界的问题，才是一个人能力的关键所在。教育者应该训练青少年的这些能力，按数字时代的客观要求发挥青少年的可塑性。
另外，关注青少年大脑的独特性还牵涉到一些重要的社会问题。一方面，我们应该在这个独特的人生阶段，帮助青少年打磨激情、创造力和个人才艺，但另一方面，社会也必须意识到，青少年正处在人生的转折点，可能成长为一个和平公民，也可能变成好斗分子，甚至还可能变成激进派。在各种文化中，青少年都是最易被征召入伍或招募成为恐怖分子的一群人，但同时也是最想成为教师和工程师的一群人。进一步的研究还将帮助法官和陪审团在刑事审判中做出最佳判决。
对年轻人自身而言，了解与青春期相关的神经科学新知，应该能激励他们更愿意去磨砺大脑，培养出希望在未来人生中擅长的能力。与家长们所处时代不同，未来社会信息量巨大，现在的青少年有绝佳的机会来塑造自己的特性，根据自己的选择来优化大脑。
来源：《环球科学》2015年7月刊