轴突|学霸和学渣的大脑，有什么不同？( 二 ) 磷脂|神经

能让脑组织发生改变的学习类型，并不局限于一些重复的动作训练，例如演奏乐器。瑞士洛桑大学的神经科学家波格丹·德拉甘基（Bogdan Draganski）和同事证实，当医学生在考试前努力复习之后，他们大脑中的灰质体积就会增加。大脑中多种细胞的变化会增加灰质的体积，比如形成新的神经元和胶质细胞（非神经元细胞）。另外灰质中血管的变化，轴突和树突的生长和萎缩，也可能会使灰质体积发生变化。
值得注意的是，在学习过程中，大脑在生理结构上的变化速度可能比预期更快。以色列特拉维夫大学的亚尼夫·阿萨夫（Yaniv Assaf）和同事表示，在玩电脑游戏时，新玩家围绕赛道跑16圈就足以使大脑的海马区发生变化。在游戏中，玩家经常要用到导航功能，而这个功能与空间学习能力有非常密切的关系，因此与空间学习有关的海马区发生变化是合理的。但是，阿萨夫以及其他研究人员，特别是英国牛津大学的海迪·约翰森-伯格（Heidi Johansen-Berg）还惊讶地发现，一些意想不到的大脑区域也发生了变化，包括没有神经元或突触的区域，如大脑白质。

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由于人类的意识源于大脑皮层，因此研究人员希望在大脑的灰质中找到由学习引起的变化。在大脑皮层之下，有数十亿个紧密堆积的轴突束（神经纤维），将灰质中的神经元连接到神经通路中。
由于轴突上覆盖有髓磷脂（一种脂质），这些轴突束是白色的，因此大脑的这个部位也被称为白质（white matter）。髓磷脂具有绝缘作用，能使电信号在轴突中的传输速度提高50~100倍。由白质损伤导致的相关疾病是一个重要的研究领域，但是直到最近，科学家发现了髓磷脂可能在信息处理和学习中发挥作用，这一领域才得到足够的关注。
在过去10年中，很多科学家通过大脑成像技术来寻找大脑白质的差异，并研究了一些具有高超技能的专家的大脑，比如在阅读或计算方面非常厉害的人。结果发现，不仅专业杂技演员和高尔夫球职业选手的大脑白质与业余爱好者存在差异，智商不同的人的大脑白质也有差异。如果信息处理和学习只来自灰质中神经元之间神经突触连接的增强，那为什么学习会影响大脑皮层下的轴突束呢？
我们的研究可能可以提供一些线索。我的实验室从细胞层面上研究突触，以及一些大脑区域在学习过程中是如何发生变化的。目前大多数治疗神经疾病和精神障碍的药物，都是通过改变神经突触间的信息传递来发挥作用，而医学界迫切需要更有效的药物，因此我们需要考虑神经突触以外的变化。如果仅关注突触间的信号传递，我们可能无法找到能更有效地治疗痴呆症、抑郁症、精神分裂症或创伤后应激障碍（PTSD）的方法。

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在20世纪90年代初期，我还在美国国立卫生研究院（NIH）时，就开始探索这样一种可能性：神经胶质细胞也许能感知神经网络中传输的信号，甚至可以影响信号传输的效率。随后的实验证据表明，所有类型的神经胶质细胞都能对神经活动产生反应，并且能改变大脑中神经信号的传递。其中最令人惊讶的一个发现与髓磷脂有关。
髓磷脂绝缘层实际上是由细胞膜构成的，会像胶带一样缠绕在轴突上。在大脑和脊髓中，章鱼状的神经胶质细胞（少突胶质细胞）具有包裹神经元的作用。在四肢和躯干中，香肠状的神经胶质细胞（施旺细胞）也具有类似的作用。大量少突胶质细胞会抓住轴突，并在轴突上分段包裹髓磷脂层。在段与段之间，会有1微米左右的间隙，这部分的轴突是裸露的，能产生电脉冲的离子通道就是集中在这样的区域里。这些间隙称为郎飞结（node of Ranvier），它们就像中继器一样，把神经元产生的冲动沿着轴突一个节点一个节点地传递下去。神经脉冲的传递速度会随着包裹轴突的髓磷脂层数的增加而增加，因为髓磷脂层能更有效地防止电压损耗。另外，如果相邻两段髓磷脂距离更近，郎飞结更紧密，就能更快地产生电脉冲，因为在这种情况下，只需要更少的时间就能让细胞膜内外的电压发生变化，从而让离子通道打开，产生电脉冲。