伦敦的一个实验室运用一切可能的技术来理解婴儿的大脑，以及当发育异常时会发生什么。‍

        Ezra坐在他母亲的腿上，盯着电脑屏幕，接下来的情形让旁人感到惊讶。这个五个月大的孩子的眼睛停留在一系列图片上:三个跳舞的女人，四个黑色的圆圈，然后是一张随机出现的面孔。Ezra着迷地看着屏幕，尽管时不时地，他的注意力会四处游走。他发出咯咯的笑声，过了一会儿，发出一声短促的喊叫，或者咬一只袜子。

        在屏幕下方，一个盒子向他的角膜发出红外光线，然后捕获并处理反射光以确定他的视线方向，在幕后，博士后Jannath Begum Ali检查了监视器上的数据流。这一装置是伦敦大学Birkbeck分校的Babylab为了解人类大脑早期发育而进行的复杂实验的一部分。在未来两年半的时间里，这里的科学家将密切观察Ezra的大脑和行为。

他们正在用你能想象到的每一种技术对婴儿进行研究

        Ezra不知道他在科学中的重要作用，皱起眉头。接下来发生的事情只有他母亲知道，她转过身来检查他的身后。只完成了计划15分钟观察的一半，Ezra大便了。这时，每个人都休息了下。

        您如何了解一个不会说话，不遵循指示且随时可能打断实验的人的大脑？这就是Babylab的科学家们所面临的挑战。

        大脑在生命的前两年比任何时候都经历更多的变化:意识、个性特征、性情和能力都变得明显，最初的发展迹象也可能偏离正轨。但是这个时期也是最难探索的，因为人类神经科学的许多标准工具都是无用的：婴儿不会醒着躺在成像机器里一动不动，也不能回答问题或按照别人告诉他们的去做。研究人员主要通过追踪婴儿的目光来衡量婴儿的兴趣和注意力，但即使这种方法也被认为是粗略的。

        哈佛大学心理学家erome Kagan表示：“有许多研究试图证明婴儿理解目标，因果关系，数量，而其中99％的研究中，他们所观察的指标就是视线时间的改变。”

        这个领域正变得越来越复杂，部分原因要归功于Birkbeck实验室。那里的科学家开创了诸如婴儿近红外光谱(NIRS)等技术，它通过记录血液的颜色和氧合来测量大脑活动。他们还试图通过结合多种技术来加强结论。这使得伦敦的婴儿实验室从全球为数不多的Babylab中脱颖而出。“他们正在用你能想象到的每一种技术对婴儿进行研究，”纽约Rochester大脑成像中心的主任Richard Aslin说。

        实验室已经使用这样的工具来揭示一系列关有关婴儿思维的“第一”:婴儿更喜欢看直视他们而不是远离他们的脸；他们通过增强的神经处理对这种直接注视做出反应；这种大脑反应的变化可能与后来自闭症的出现有关——这是第一个可以用大脑功能来预测病情的证据。2013年，Babylab启动了Ezra计划的核心项目：与对照组一起研究自闭症谱系障碍/注意缺陷多动障碍（ADHD）高风险的12周龄婴儿，以期发现这些情况的更多早期迹象，并找到可能有帮助的行为疗法。“这是一个令人兴奋的新兴领域，” Babylab主任Mark Johnson说。

        伦敦实验室也在不断在成长。2014年，Johnson获得资助，在Birkbeck建立一个toddler lab，该实验室将为18个月至3岁或4岁的儿童在走动、玩耍和与其他儿童互动时，提供无线脑电图(EEG)、NIRS和眼动追踪技术。其目的是了解幼儿时期大脑，这是孩子们开始欣赏自我和他人之间的差异的时候，复杂的语言发展起来，长期的记忆第一次被建立起来。

观察与学习

        演艺界有句老话:永远不要和孩子或动物打交道。Johnson通过两种方式建立了自己的职业生涯。在他1980年的博士项目中，他调查了日龄雏鸡是否对放在它们围栏里的任何东西形成社会依恋，或者它们是否更喜欢类似母鸡妈妈的东西。(这些小鸡特别喜欢有着像母鸡一样的脖子和脸的物体，但对它们其余的外貌并不太挑剔。)但Johnson对人类发展更感兴趣，因此在获得博士学位后，他在伦敦担任研究科学家，开始研究婴儿。“在某些方面，他们并不像以前那样对此感兴趣，”他说。“在这两种情况下，你都在努力开发任务，从非语言生物那里获取信息。

        自二十世纪中期以来，科学家们一直在尝试对婴儿进行实际研究。最早这样做的是瑞士心理学家JeanPiaget，他利用对婴儿和年长儿童的详细观察来了解他们是如何理解世界的，包括通过隐藏一个物体来观察婴儿是否试图找到它。他的结论是，婴儿无法理解一个物体在不可见的情况下仍然存在的想法，直到他们大约八个月大。Piaget继续发展这样的理论，即婴儿本质上是作为空白石板出生的，但拥有激发他们探索世界并允许他们吸收知识的机制。

        婴儿神经科学在1960年代初飞跃发展，美国发育心理学家Robert Fantz开始测量婴儿花在看事物上的时间，以此来衡量他们对事物的兴趣程度。Fantz报告说，一个两个月大的婴儿看人脸草图的时间是看靶心的时间的两倍。从那时起，基于凝视测量的实验一直是该领域的工作重心。Aslin说:“可以毫不夸张地说，如果没有观察时间的测量，我们对婴儿发育的几乎任何方面都知之甚少。”凝视实验使一些研究人员得出结论，婴儿远非空白石板，他们天生就对数字和人脸有鉴赏力，并且有能力识别何时在说他们母亲的母语，这种熟悉感是通过在子宫里听到语音来发展的。

        “已经用这些测量时间的方法行了成千上万的实验，”Aslin说，“总的来说，这是一个相当可靠的技术；你可以让两个实验室进行相同的实验，得到相同的结果。”但是，对于越来越多的研究者，Aslin和Kagan他们认为应该谨慎看待此类的婴儿研究：仅仅从他们短暂的一瞥中推断出太多关于婴儿大脑运作的信息是危险的——他们担心某些实验室无法控制应有混淆因素。“看时间是在这么多条件的控制下，”Kagan说。“刺激的物理特征是什么？它的线条主要是曲线还是直线？现在有什么颜色？灯光对比有多高？

        婴儿的大脑以惊人的速度成长和发展，这使得不同年龄之间的比较变得困难:新生儿的注视可能反映出先天的能力，但七个月大的婴儿的注视也将受到他/她开始学习和记忆世界的内容的影响。Kagan说:“婴儿可能会看得更长，以便将事件与已经知道的事情联系起来。“主要的一点是，没有一个单一的衡量标准能够提供得出婴儿所知的结论所需的所有证据。

        这是Johnson在开始婴儿研究时很快得出的观点：仅仅依靠观察时间和观察结果是不令人满意的。他于1993年在伦敦大学学院(UCL)建立了一个Babylab，并于1998年迁至Birkbeck更宽敞的场所。从一开始，Johnson就希望采用比其他少数类似实验室更高科技的方法来研究大脑的发育。

        2005年，Johnson和他的同事将测量时间与大脑电活动的测量相结合。以研究Piaget的说法，即九个月以下的婴儿不理解已经消失的物体的持久性。当成年人看到一个物体消失时，他们倾向于显示右颞皮层上一种特定类型的神经振荡增加。他们研究表明，6个月大的婴儿也表现出类似的模式——这表明他们确实牢记了隐藏的物体。当物体被分解而不是隐藏时，未观察到同样的模式。

EGI脑电图

        诸如此类的研究让Johnson确信，婴儿并非生来就是空白的石板，但他们也不具备像成人一样的关于数字之类的概念。他说：“我认为我的工作有中间立场。”他认为，新生儿对面部和言语等事物具有基本的注意力偏好，而这些偏好会影响大脑的发育。Johnson观察到的婴儿更喜欢直接的眼神交流就是这样的一个例子；这使他们把注意力集中在他们周围的社会相关部分，这反过来又使他们能够学习语言和其他社会线索，如面部表情。

HAPPY BABY

         与婴儿合作需要专门的工具包，尤其是对于一个一天可以看到多达14个婴儿的实验室来说。Babylab厨房配有暖瓶器，浴室备有大量湿巾。等候室装饰明亮，到处散落着易于清洁的玩具。然而，实验室大部分是空的，被漆成暗灰色——这是一个深思熟虑的选择，因为婴儿很容易分心。“我们试图让它尽可能的无聊，除了我们需要他们关注的事情，”大脑和认知发展中心协调员Leslie Tucker说。

Babylab专为婴儿设计

        饥饿或疲倦的会影响婴儿实验，因此在用餐和午睡时要仔细计划所有事情。在等候室里，四个月大的Caitlin正在接受最后一分钟的母乳喂养，然后被带进实验室。她正在参与一项评估婴儿模仿发展的研究：当别人皱眉时，人们无意识地倾向于皱眉，或者当他们微笑时，人们倾向于微笑。

        “模仿在成年人身上发挥着重要的社会功能，甚至被认为是将我们联系在一起的‘社会粘合剂’”。Birkbeck研究的负责人Carina de Klerk说。但人们对它是如何以及何时发展起来的知之甚少。一些研究人员认为这是婴儿与生俱来的天性——据观察，新生儿会伸出舌头来回应成年人同样的举动。但是“还不清楚婴儿是否真的在模仿，或者也许每当发生令人激动的事情时他们就伸出舌头”。de Klerk说。

        她一边给Caitlin唱歌，一边在太阳穴、脸颊和下巴下面贴电极。Caitlin似乎不开心，于是一个研究助理出现了，挥舞着花哨的音乐电话。分散注意力的技能是任何在babylab工作的人都快速掌握的基本技能。“其他领域的研究人员来到这里，常常对缺乏控制感到担忧，”Tucker说。“如果有必要，你可以中断实验，或者在他们看起来要哭的时候制造噪音来分散他们的注意力。

一排EGI脑电图“电极帽”

        这奏效了：Caitlin现在正在咯咯地笑着。研究人员停顿了一会儿，Caitlin的母亲用手机给她的“science baby”拍了一张照片。随后，Caitlin观看了一系列视频序列，画面中一名妇女扬起眉毛或张开/闭上嘴，中间穿插着农场动物的静态图片。

        模仿实验是Babylab混合方法的典型例子。Caitlin宝宝专注地盯着屏幕；她似乎没有模仿那个女人的动作。但她脸上的电极可能会发现一些不一样的事情：肌电图(EMG)会检测她面部肌肉的电活动，这将表明Caitlin是否在激活她的眉毛区域（即使她没有公开移动眉毛区域），以响应女性扬起她的眉毛。当天晚些时候，Caitlin在连接NIRS时，也播放了同样的视频序列。

        NIRS正在改变研究人员了解婴儿大脑的能力。它最初被UCL大学的医学物理学家采用，作为一种帮助预测早产儿中风风险的技术。然后，他们开始与Birkbeck的研究人员合作，使其适应更基本的问题。通过跟踪氧合血流，NIRS允许科学家观察到哪些大脑区域对外部事件的反应更为活跃。例如，babylab 2009年的一项研究显示，五个月大的婴儿的大脑已经显示出成年人的激活模式，以响应社会刺激，例如一个女人与他们玩捉迷藏的游戏。在模仿研究中，研究人员想观察婴儿的大脑是否表现出与模仿他人的成年人相似的模式，这应该有助于解释模仿是否是部分先天的。

        但NIRS并不圆满，部分原因是它无法测量大脑内部重要区域(如海马体或杏仁核)发生了什么。“大脑是一个复杂的连接网络。如果你只测量网络的表面部分，你会得出错误的结论。为了评估这些更深层次的区域，研究人员需要诸如fMRI之类的技术，该技术已对成年大脑产生了巨大的洞察力。但是fMRI对运动高度敏感，因此，只有在镇静或入睡时才能对婴儿进行扫描，这严重限制了该技术的使用。

关注自闭症

        在Birkbeck和其他地方，测量时间仍然是一个重要的工具——尽管现在不是通过人类的观察，而是通过准确的眼动追踪技术来评估，比如在婴儿Ezra身上使用的技术。Ezra是自闭症和多动症研究的对照者：他没有患有其中一种疾病的同龄兄弟姐妹，因此不被认为处于高中。当他的目光在屏幕上随机的物体之间移动时，反射的红外光使指导该项目的Emily Jones可以准确地确定他在看什么，并按什么顺序进行测量。她说“我们发现，典型发育的婴儿总是先看脸一段时间，然后再看其他物体。”

一项眼动追踪实验正在进行中

        随着过去20年自闭症的患病率和知晓率的提高，自闭症和多动症已成为Babylab的一个主要关注点——现在据信约有4%的英国人口受到自闭症和多动症的影响。去年，在一项针对104名婴儿的研究中，babylab团队表明，有自闭症高风险的婴儿首先注意到面部，但他们看待任何物体的总时间似乎比典型发育婴儿少，而那些后来患上自闭症的婴儿看起来时间短。该小组今年早些时候发表的一项眼睛跟踪研究显示，九个月大的孩子如果继续出现自闭症症状，更有可能在屏幕上的一组字母中发现单数。

        领导这项“单数”研究的Teodora Gliga说，目前还不完全清楚为什么会这样，但有效的假设是，这些婴儿对所见事物的细节更加关注。这有一个缺点，继续发展成自闭症的孩子发现很难对他们所看到的做出一般性的结论。Ezra的一部分研究旨在通过收集来自400多个家庭的更详细的措施来扩展这项工作，并确定与发育障碍的后期发作密切相关的那些特征。在Ezra成长期间对Babylab进行的五次访问期间，将使用EEG，NIRS和EMG对他进行测试，并将为他的父母提供广泛的问卷，以评估他的语言能力，社会发展，性情和睡眠方式。

        该团队希望早期的大脑差异有朝一日能提供自闭症的指标或生物标志物，自闭症通常要到孩子接近三岁时才被诊断出来。他们还希望找到引导大脑发育回到典型过程的方法。

        Babylab的一项临床试验已经表明，早期干预可以产生效果。来自28个有自闭症兄弟姐妹的家庭的婴儿被随机分配到一个组，在这个组中，他们7到10个月龄的至少接受了6次治疗师的访视，并与一组没有接受治疗的高危婴儿进行比较。治疗师向父母展示了他们与孩子互动的视频，以帮助理解他们的孩子是如何试图与他们交流以及如何回应的。五个月后，与对照组相比，研究小组发现了婴儿参与、注意力和社交行为有所改善的迹象。但是该小组声明，许多结果的置信区间很大，现在说干预是否会有长期效果还为时过早。

        Johnson希望，在幼儿实验室的研究开始时，也可能最终找到一个实际的用途，帮助研究人员设计出提高认知、注意力和记忆技能的方法。“我相信我们现在正处于这个基础科学和临床科学之间的一个独特的交汇点，”他说。

        与此同时，技术也在不断发展。Jones正在尝试“凝视视线”任务，该任务使婴儿能够积极参与实验。Jones说：“如果他们能将注意力集中在一只飞过屏幕的蝴蝶上，而不会被其他正在发生的事情分散注意力，那么这只蝴蝶就会继续飞翔，因此他们会因控制注意力而获得奖励。” 一个更远的目标是开发使用fMRI的方法，以便可以将其用于清醒的婴儿。而且仍然有很多问题需要答案。随着孩子年龄的增长，婴儿个性的差异如何发展成更为复杂的人格特质？人们为什么不记得他们生命最早的几个月和几年？

        婴儿Ezra肯定不会记得他在实验室的日子。到下午晚些时候，他的母亲正扶着他坐在推椅上准备回家，乘火车到Bristol需要1小时45分钟。她说，这次旅行是值得的，因为她很想知道在Babylab会发生什么。“我对Ezra会如何回应很感兴趣，但也对为什么这些任务会被完成感兴趣，”她说。

        Ezra和他的母亲现在有了他们那一天的纪念品：一些照片，一份参与证书和一件婴儿尺寸的t恤。“I’m an infant scientist，”它写道。