班里不安分的少年，是脑子坏掉了吗？

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：Emily Underwood、Beatriz Luna，译者：苏打美式，审校：殷尚墨羽，编辑：eggriel，头图来自：《小谢尔顿》剧照

从完成作业到安全驾驶，设定并追求目标，且不受诱惑或干扰的影响，对于生活中几乎所有事情而言都是至关重要的。这也对大脑提出了复杂的需求，大脑需要具备例如工作记忆（working memory，在大脑中记住一些信息以完成任务）、冲动控制（impulse control）和规则或环境改变后快速适应的能力。

综上所述，这些成分构成了研究者所说的执行功能*（executive function）。我们都在与执行功能斗争着，比如面对压力或是没有睡够时。但在青少年中，这些能力仍在不断发展，从而导致了一些相互矛盾的行为和判断失误。许多家长都在疑惑“我优秀的孩子都在TikTok上做些什么啊？”

*译者注

执行功能：当你必须集中注意力或依靠本能、直觉进行的自动化行为是不明智的、不足够的或不可能时，你所需要的一系列自上而下的心理过程。

这种不稳定的控制是危险的，尤其是当青少年做出冲动的选择时。碧翠斯·露娜（Beatriz Luna）说，这并不意味着青少年的大脑被破坏了。她是匹兹堡大学发展认知神经科学家，也是2015年发表在《神经科学年度综述》（Annual Review of Neuroscience）上“认知控制成熟综合模型（An Integrative Model of the Maturation of Cognitive Control）”一文的共同作者，其中认知控制是执行功能的一个方面。

露娜表示，青少年具备所有执行功能和认知控制所需要的基本神经环路。事实上，他们拥有的比他们需要的更多，他们缺乏的是经验，而经验能够随着时间加强一些神经通路，并削弱或消除其他的一些神经通路。这种筛选有一个重要的目的：通过调整大脑来帮助青少年应对他们独特的、不断改变的环境需求，并顺利度过他们父母或许都从未遇到过的情况。露娜的研究显示，青少年不稳定的认知控制，是他们变得独立的关键，因为这鼓励着他们在被教导的知识之外，从经验中学习。

Knowable Magazine邀请露娜为大家分享了她对大脑执行控制系统发展的了解，以及为什么我们并不想要加速这个过程，即使我们可以做到加速。为了清晰和篇幅的考虑，这篇对话经过了（作者的）编辑。

Knowable Magazine：似乎执行功能并非单一的整体/成分/维度，它更加复杂。你是如何定义执行功能的？以及执行功能与认知控制之间的不同是什么？

露娜：执行功能与认知控制的概念是存在重叠的，有时会用来指同样的东西。虽然我们的一些行为是由外部产生的，例如视觉刺激或他人对你尖叫，你对这些刺激做出反应，但其余的行为是由内部驱动的。这意味着你会有一个计划和目标，你需要调动大脑中特定的系统来产生行为，并忽视外部干扰。这些系统就基本上是执行功能。

认知控制强调了执行功能中非常重要的一部分，即大脑前额叶皮层等区域对腹侧纹状体等更加活跃部分的控制，这些更活跃的区域会在我们进行有奖励或愉快事情时，甚至是我们在思考进行有奖励的事情时被激活。

Knowable Magazine：在你的实验室中，如何研究认知控制？

露娜：这是基础的认知科学：我们说“那有光，别看它。”

多简单的事，对吧？但这是探索大脑执行功能部分优雅而强大的方式，特别是认知控制。有光亮时，你的整个大脑都想要看它，但你被要求：不要看。要做到这一点，你必须调用认知控制，并说（主动控制住自己）“我不会看光，我要看另一侧。”

这是看待个体发展的一种重要方式，特别是在青少年期间。青少年和儿童非常聪明。在许多典型神经心理类型的测试中，他们的表现都可以达到成人水平。但你无法糊弄眼动系统，（眼动真实地展现出）对不看光的实验指令是否有反应。我们一次又一次地发现，青少年在此的表现无法达到成人水平。

执行功能依赖于大脑的多个不同部分，包括上图所示的蓝色区域。神经影像研究显示，工作记忆涉及到背外侧前额叶（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）和腹外侧前额叶（ventrolateral prefrontal cortex，VLPFC），抑制控制涉及到前辅助运动区（pre-supplementary motor area，pre-SMA）。所有这些区域在孩子进入青春期时就已经存在了，但这些区域之间的连接仍然在经验中不断完善，在使用中被强化或在废用中被弱化。科学家认为，这种大脑连接强化和削弱的过程是帮助青少年在独立时适应他们独特环境的关键。——knowable magazine

Knowable Magazine：研究者在其他类型的测试中是否也发现了相似的差异？个体的执行功能（或认知控制）何时会达到成人水平？

露娜：在我们即将发表的研究中，我们从大数据库中获取了成千上万个体的行为数据，使用高水平的分析（复杂的分析方式）来回答这个问题。我们发现，无论以何种方式进行评估，执行功能总是从儿童期到青少年期不断提升，直到18到20岁。在各类测试中犯错误的数量随年龄增长逐渐减少。

这里有两个点需要注意：首先，青少年之间存在很多差异，不同孩子的发展轨迹各异，且每一个孩子自身也存在差异。青少年仅仅在一些试次（trial）中展现与成人类似的表现。相反，成人在不同的试次倾向于展现出相似的表现。且在18个月后再次测试时，成人的错误率仍保持稳定。

这告诉我们了一些事情。首先，用于产生执行功能反应的回路在青春期就已经存在了。其次，随着大脑相关回路的成熟，发展过程中个体逐渐具备了持续和可靠地运用这些系统的能力。随着你的成长，大脑回路更加一致地工作，但减少了灵活性。

Knowable Magazine：执行功能所需的大脑系统在一生中是如何发展的？它们是关键年龄在大脑中形成的吗？

露娜：在儿童时期，大脑和行为主要由积累过程驱动。不断学习新东西（例如，如何走路、如何说话），不断学习如何运用这些认知能力，而大脑也在不断成长。

当你进入青少年期，万事俱备只欠经验。现在你有了基本的神经结构，基于经验将积累过程转变为专门化过程。这是前额叶皮层中突触修建的时候，也就是神经元之间连接的减少。随着大脑的专门化，大脑区域间的一些联系开始减少，而另一些联系则变得越来越强。

我们认为，青少年的大脑正在积极地探索着环境：“让我试试这种方法。哦，现在再让我试试这种方法。哦等一下，我认为这样效果更好。”最终，在许多经历之后，大脑说：“好吧，知道了，这是最佳的方法，所以我们要将这个回路髓鞘化。”这就像是将通道隔离起来，使信号更快地传递，且不会在传递过程中丢失太多信号。但这也是在黏合通路，以防止其改变。这一过程提供了产生执行功能稳定、可靠的能力。

Knowable Magazine：大脑的哪些部分对于执行功能是重要的？前额叶作为大脑前部充满褶皱的皮层一部分，我们听到过很多相关的内容。那是最为重要的或是唯一的区域吗？

露娜：是的，前额叶皮层就位于你的额头下。但前额叶皮层无法单独地完成任何任务，这不是它的作用。它起到的是指挥作用。

可以这样来解释：在实验室中，我的角色就是前额叶皮层。我不进行数据分析，但每个人都会来告诉我：“这就是我们的发现”。然后我把这些内容组织在一起，申请科研经费，提出理论模型等。

这就是前额叶皮层所做的工作：它倾听、组织并告诉大脑的不同区域，“嘿，我需要从你那里得到更多，从你那里得到更少”。它与大脑的其他部分对话。认知控制实际上是前额叶皮层与大脑任何有需要的部分接触的能力--从奖赏回路到注意力相关的顶叶皮层，再到控制眼球运动等的感觉运动区。

Knowable Magazine：青少年的认知控制会有优于成人的时候吗？

露娜：包括我们实验室，在任何实验室中都总是发现同样的结果：青少年在认知控制上不如成人——除了一些采用金钱激励正确反应的研究中。神奇的是，此时青少年可以能够有与成人一样的表现。

这怎么会？我们从不同的研究中发现，当青少年看到有即时奖励时，他们会推动自己的系统，甚至到达比成人更高的水平。当我们观察大脑中的多巴胺（一种与奖赏有关的神经递质）时，我们发现，基底神经节（basal ganglia）神经元中多巴胺水平较高的孩子的认知控制将会受到额外的推动。

虽然执行功能和认知控制所需要的大脑系统（图中蓝色部分）在青少年时就已经启动并运行着，但露娜、阿什利·帕尔（Ashley Parr）和同事的研究认为，涉及到积极情绪和消极情绪的大脑奖赏系统（图中红色部分）仍占据主导地位。这与多巴胺（与奖赏和动机相关的神经递质）水平的早期激增相一致，且多巴胺水平会随着年龄的增长而降低。——knowable magazine

Knowable Magazine：青少年在这些任务中的表现还会受到其他类型的奖赏影响吗？

露娜：这带来了一个重要的问题：在青少年阶段，什么奖赏是重要的？金钱能够起到激励的作用。同伴是另一个重要的奖赏，因为激素会告诉你的大脑这是建立同伴网络来维持生存的时候了，并打算寻找伴侣和繁衍后代。

我认为我同事实验室一项关注模拟驾驶的研究是一个不错的例子。在测试中，如果你没有在信号灯变红时停下来，你就失败了。研究发现，青少年的表现与成人的相一致。但当他们的同伴在场时，他们突然之间就会变得更加冒险，且大脑中与奖赏有关部分的活动增加。

这表明，在某些情况下，对奖励的敏感性有助于认知控制，但在另一些情况下，可能是有损于认知控制的：在驾驶研究中，同伴在场增强了奖励也破坏了认知控制，因为同伴认可是更加重要的奖励，而非在游戏中获胜。

Knowable Magazine：这些行为测试与青少年在日常生活中的表现有什么关系？

露娜：在现实生活中，在学校中良好表现一类的行为是非常复杂的。但在核心上，即使是复杂的行为也涉及到这些大脑过程：抑制控制、工作记忆、任务切换。如果你担心“这个孩子怎么了？”，你需要单独关注行为的每一个过程，了解哪个部分出现了问题。如果核心组件不是最佳的，那么包含着这些组件的复杂行为也不会是最优的。

Knowable Magazine：你如何定义“正常”或是典型的执行功能？

露娜：这是个好问题。我们主要感兴趣的是绘制典型的发育轨迹，长期目标是绘制儿童执行功能发展曲线。我在精神科工作，所以了解主要精神疾病的出现非常重要，其中许多出现于青春期的精神疾病涉及到执行功能的缺陷。而儿童发展轨迹的一个作用是识别风险并寻求方法缓解执行功能的不足。

Knowable Magazine：个人的先天遗传因素如何影响他们的执行功能？这与他们患精神疾病的风险有什么关系？

露娜：童年时期的发展是基因与环境共同作用的结果。当你到达青春期，大脑会说好咧，你已经花费了不少时间，现在我们需要开始决定一下哪些回路会占据主导地位。心理学家唐纳德·赫布（Donald Hebb）*在20世纪40年代描述了一个著名的系统，这个系统中经常使用的神经连接会增强，而不使用的连接会减弱。

*译者注

认知心理学家唐纳德·赫布（Donald Hebb）提出了突触可塑性的“赫布理论（Hebbian Theory）”或称“赫布过程（Hebbian process）”，即反复和持续的激活会使连接被加强。

大脑并不知道什么是好的或坏的。例如，如果你一遍遍地经历悲伤，大脑会说“原来你经常用到的是这个回路，我们要让它成为主导回路。”大量使用这一回路而使其被髓鞘化，这样进一步的物理强化就像是肌肉被不断使用而被加强一样。

所以，举个例子，你可能有抑郁的遗传倾向，且你的家庭中有一位父母患有抑郁。你每日都暴露在负性情绪中，因此大量地使用相应的神经环路，这可能会通过赫布过程（Hebbian process）导致你也患上抑郁。但根据假设，个体在学校中或通过治疗获得认知控制的经验，以增强其他回路。我们都会经历负性情绪，因此每个人都存在相应的回路。关键的是这一回路扮演角色的主导程度。

对于双相障碍或精神分裂而言，其具有很强的遗传倾向。由于成年之前大脑的发育还在继续，这些障碍只有到成年后才能够被确诊。比如，如果你在年轻时患有注意缺陷与多动障碍（ADHD），基于你所在的环境和所经历的体验，你的大脑可能会发展为典型（或者称为“正常的”）大脑，或者发展为各式各样不同的大脑，从而出现例如物质成瘾甚至是双相障碍的问题。

确实，这是个高风险的时期，也是个增强有帮助的替代系统的时期，例如认知控制系统。

Knowable Magazine：在青少年时期，我们是否能够做些什么以降低精神疾病风险？

露娜：我并非临床医生，因此这并非我的专长，但我的想法是，如果你做一些类似认知行为治疗（cognitive behavioral therapy，CBT），你的控制能够被加强。这一治疗会训练你开始观察自己的情绪反应，并使前额叶控制系统参与其中。这能够帮助你建立复原力与应对方式，即使你有着精神疾病的遗传易感性。

Knowable Magazine：我们应该加速儿童期执行功能发展的速度吗？

露娜：一些研究者提出，基于特定类型的训练，你或许能够更早地获得执行功能。但在我看来，我们为什么要更早地拥有执行功能呢？重要的是不要总把执行功能放在第一位，特别是在你应当充分地经历和尝试自己的回路时。如此，你的大脑将会更加充分地了解情况，并决定加强某些回路而不加强另外的回路。因此，我不相信真的能够推动执行功能，即使你做到了，这也不是该做的事儿。

Knowable Magazine：如你所说的那样，如果在18岁之后你的大脑仍然在发展，这意味着青少年和青年人对于他们的行为和决定有多大的责任呢？

露娜：这其中有着重要的细微差异。在青少年司法中，反对对青少年罪犯施以严厉刑罚的一个依据就是，我们不知道那个孩子是谁，他们当时所做的事并不意味着他们最终会成为什么样的人。对他们判处终身监禁似乎并不会有什么用，因为他们的犯罪可能是指冒险行为的一部分。我们会持续关注青少年罪犯，但我们不会让他们呆在监狱中六七十年。

另一方面，我的学生热衷于性别确认治疗的立法。一些人使用我的同事和我的研究结果表示，“看，大脑直到20代才发育完全，因此青少年无法做出这些决定。”但我们认为，当青少年经过深思熟虑时，或者说当他们不是处在奖赏驱动的同伴环境中，而是处在具备更稳定认知控制的成年人环境中时，他们是可以做出这一类长期的决定的。这并不容易，但可以做到。

我们认为，寻求性别确认治疗的决定是青少年可以在成年人的支持下做些什么的一个良好模型。因为这需要花费数月甚至是数年的时间来计划和深思熟虑。对于很多青少年，这是他们很小的时候就已经意识到的事情。我们需要帮助青少年在性别确认治疗中避免冲动的决定，但其中有很多事情使其区别于青少年违法行为，这些违法行为通常是关于冲动决策的。因此，这些细微的差异或许暗示着什么。

Knowable Magazine：我想我们都认识一些比其他人更加愿意冒险或者更容易分心的成年人。这是否意味着他们的执行功能是受损的，或者他们某种程度上更不“成熟”？

露娜：这是个有趣的点。我曾经是一个疯狂冒险的少女。在经历了成长后，我仍然是个冒险家，但我将其运用在科学研究中。我也曾是一个容易分心的人。对我而言，我至今对于无聊也有着最大的恐惧。当我写项目书时，我不会按部就班地书写下一步的科学研究，我会想要冒险一些，以巨大的跳跃而非小步地推动科学发展。

因此我认为我的冒险精神依旧存在着，但它发生了转变。

后记

苏打美式：世界上，不同的国家对于成年并给予相应的权利的年龄是千差万别。但随着个体大脑的发育、认知能力的发展，一个人呢什么时候才能够被定义为真正的“成年人”，并为自己做出的重大决定负责呢？而被定为“成年人”又意味着？但正如文中所说，不足的发展并不意味着无法做出深思熟虑后的决策；同时发展的发生也不意味着你会变成另一个人，你还是那个独特的你。

殷尚墨羽：青少年的执行功能问题，常常与一种发病率较高（达到6%左右）的疾病联系在一起：注意力缺陷/多动障碍（简称ADHD），并被认为是该疾病的核心症状。对这一问题的研究（特别是神经机制的研究），有助于我们更加深入了解ADHD的发病机制，并寻找有效的治疗方案。目前除了药物以外，还出现了一些披着“视频游戏”外衣，而内核是严肃“认知功能训练”的数字疗法软件，在临床试验中也取得了积极的结果。希望数字科技的进步，可以推动医学迈上更高的台阶。

原文：https://knowablemagazine.org/article/mind/2023/executive-function-in-teen-brains

本文来自微信公众号：神经现实（ID：neureality），作者：Emily Underwood、Beatriz Luna，译者：苏打美式，审校：殷尚墨羽，编辑：eggriel