Jon 這個孩子出生的時候是早產，只有1千克重，無法自主呼吸。4歲的時候，他癲癇發作了2次。1年後，他的父母發現，他記不住日常生活中發生的事。他的智力正常，能讀能寫，在學校功課不錯，能記住書本里的知識，但是就是記不住過去發生在自己身上的事。
19歲的時候，Jon 不能找到路，記不得熟悉的地方，不知道自己的衣物放在哪裡。
神經科學家們用核磁共振技術研究了他的大腦，他們發現 Jon 的海馬體特別小，大約只有正常人的一半。出生時的缺氧以及後來的癲癇很有可能是他海馬體異常的原因。
海馬體
從90年代開始，Jon 就成了神經科學家的研究對象。他的病例不僅使我們瞭解“方向感”到底發生在大腦的什麼地方，也讓我們明白我們腦中管理方向感的地方也儲存著我們對於人生的回憶。我們對於人生的回憶也就是神經科學家所說的情境記憶（episodic memory）。
天普大學的心理學教授 Nora S. Newcombe 說，“從進化上來說，海馬體的一大功能是幫我們進行導航。一個合理的推測是，它也被用來記錄情境記憶，因為它的神經結構非常適用於這個功能。”
1978年，亞利桑那大學的神經科學家林恩·納德爾（Lynn Nadel ）和倫敦大學學院解剖學系和認知神經科學研究所的教授約翰·奧基夫（John O’Keef）發表了一本鉅著——《Hippocampus as a Cognitive Map》（認知地圖：海馬體）。
在這本書裡，他們提出海馬體就是人類和其他動物表徵空間和環境的地方：海馬體就是空間記憶，方向感和導航能力的所在地。
他們還提出了一個重要的理論：我們的空間記憶系統同時也儲存著我們關於自身的記憶。當我們回憶往昔的時候，我們實際上是在海馬體裡進行時光旅行。
納德爾和奧基夫拿出了不少證據。奧基夫的早期研究發現，大鼠海馬體裡有一種叫做位置細胞（place cell）的神經元，當大鼠來到特定的環境裡，這種神經元就會放電。環境的不同特徵會引起不同位置細胞的活動，這就是認知地圖的起源。因為這項研究，奧基夫獲得了2014年的諾獎。
後來，科學家們逐漸在海馬體裡發現了其他和空間記憶以及導航有關的細胞，其中包括頭向細胞（head-direction cells，和頭在水平方向上的方位有關），網格細胞（grid cells，類似座標系的功能）。
位置細胞：特定的環境會引起位置細胞的活動。
這些神經元可以被物理經驗和身體運動所塑造，也就是說，環境的複雜程度會影響這些神經元的數量以及海馬體的體積。
看一個經典的研究。
1997年，美國索爾克研究所的研究者發表在《自然》（Nature）的一項重要研究發現，生活在有趣豐富的環境（比如有跑步的滾輪和玩耍的管道）裡的小鼠的神經元比生活在無聊環境的小鼠多4萬個。
這些額外的神經元使它們的海馬體漲大了15%，並且顯著改善了它們在空間學習任務中的表現。
和生活在無聊枯燥的環境（左邊的籠子）裡的小鼠相比，生活在有趣豐富的環境（右邊的籠子）裡的小鼠的海馬體大15%。
再比如，2010年，挪威科技大學（Norwegian University of Science and Technology）和倫敦大學學院的研究者分別在大鼠的大腦中植入了電極，記錄了它們從出生16天開始的頭向細胞、位置細胞和網格細胞的神經元放電模式。
他們發現，所有這3類細胞都是在新生大鼠睜眼之後就已經出現了，但是它們的成熟時間各不相同，空間學習能力可以由環境塑造和補充。
納德爾說，“海馬體的功能隨著年齡的增長逐漸完善。只有各個部位都成熟了，你才能形成長期的情境記憶。”
納德爾接著解釋道，大部分動物在出生時，除海馬體以外的大腦就已經相對成熟了，而不同動物的海馬體的成熟時間卻各有不同。“海馬體功能不成熟會導致什麼？一大缺陷就是失憶。”Jon 為什麼記不住事情？就是因為他的海馬體並沒有發育完全。
兒童的海馬體的大小和功能在出生後的一段關鍵時期裡被環境塑造，活躍的探索和玩耍對幼兒海馬體的養成有好處。
瑞士洛桑大學的神經科學家 Pierre Lavenex 和 Pamela Banta Lavenex 發現，人類海馬體的不同功能區域的確是依次發育的。到了7歲左右，兒童海馬體的體積和他們的情境記憶就出現了顯著的相關性，海馬體越大的孩子越容易記住一件事。
出生後，嬰兒時期和童年是海馬體發育的重要時間窗口。在這段短暫而關鍵的人生階段，新的神經元細胞不斷地塑造空間認知能力。而對於海馬體的發育來說，探索世界和活動身體對空間認知能力的培養至關重要。
有不少研究支持這種觀點。2007年，英國謝菲爾德大學的學者發表在《發展科學》（Developmental Science）上的研究發現，9個月大的嬰兒剛開始能爬的時候，他們的記憶力也同時發生了質變。
紐約大學神經科學中心的神經科學家 Alessio Travaglia 表示，“許多人認為大腦的功能主要取決於年齡和基因。但是我們的研究發現，大腦的發育並不是一個固定不變的程序，而可以被經驗和體驗雕刻。出生在紐約還是沙漠，大腦獲得的信息截然不同”，而它的發育也會走上不同的軌跡。
Travaglia 進一步指出，“海馬體發育成熟有一段敏感的窗口期，如果在這段期間它沒有接受足夠的刺激，它的發育就會受阻。沒有在對的時間接受足夠的環境刺激，認知功能就會受損。”
可是，當代的兒童的戶外活動時間比前幾代人少了不少。2001年，馬里蘭大學的家庭科學教授 Sandra L. Hofferth 和同事發現，從1981年到1997年，美國兒童自由玩耍的時間減少了25%。
不僅如此，空間認知能力，也就是俗話說的方向感還和智力有關。2016年，《自然》（Nature）曾經介紹了一項歷時45年的對5000個數學天才兒童的研究，這項研究發現。這些天賦少年的空間能力測試成績越好，成年後的專利以及論文數量就越多。
也正是因為社會實踐和科學前沿的脫節，包括美國兒科學會（AAP）在內的不少學術組織建議，兒童每天要有2小時的體育活動，要給孩子足夠多的玩耍和戶外探索的時間，而不要讓他們小小年紀就呆坐在教室和書房裡，讓海馬體失去寶貴的“擴張”時機。
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本文轉自：把科學帶回家
編譯 ：七君
設計：王康伶子（實習）
主編：吳海濤
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