人的一生跨越了从出生到成长，到成年，然后再衰老的多个阶段，这些都是大家熟知的。不过这样一个过程是连续的线性的变化，还是一种跨越式的阶段性的变化？这则有着不同的看法。古代一些帝王只意识到死亡，所以秦始皇一心一意寻求长生不老。这是一种对人的一生的永恒线性的看法。最早认识到人生的成长阶段的非线性特征的，是2000多年前的孔子。在他的语录当中，孔子提到他的整个人生可以划分为这么几个阶段，最早是十来岁的时候，这是一个学习各种知识的阶段。到了30岁之后，孔子觉得自己产生了突变，已经能够立足于社会，有了独立的人格，能够为社会做出自己的贡献。然后每隔十年孔子就认为自己的思想都有一个跨越式的变化过程。后续就是“四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩”。
当然，孔子的这种非线性的人生成长的看法是基于他自己的成长的经验而得出的结论。他没有说明为什么人生的成长过程需要经过这么几个阶段。或许他认为这更多的是他自己的个人的经验而已。
到了20世纪，瑞士的认知发展心理学家皮亚杰通过实验的方法对儿童的成长阶段进行了划分。这也是人类历史上第一次用科学的方法研究了人生成长过程的这种非线性特征。在皮亚杰的理论当中，把儿童从零岁开始到十几岁的整个成长过程划分为四个阶段。第一个阶段叫感知运动阶段，第二个阶段叫做前运算阶段，第三个阶段是具体运算阶段，第四个阶段则是形式运算阶段。皮亚杰之所以把每个阶段用“运算”（operation）这样的术语来进行描述，当然也是一种将人的大脑的思维过程类比于计算机的操作运算过程。这在后来的深度学习人工智能神经网络的发展过程当中得到了证实。
不过皮亚杰似乎无法给出25岁之后成年人的认知发展阶段的划分。毕竟成年人同儿童相比，他们的认知过程的复杂性更强了。而且成年人之间的个体差异性也非常大，很难像对待儿童那样做类似的认知心理发展实验。为了解决这个问题，我在大约2012年开始，尝试使用人工神经网络的模型来模拟成年人的认知发展过程[1]。在这个模型中，可以明显看出成年人认知发展过程的非线性特征。我的观点认为对于成年人来说，分别经历了这么几个重要的阶段：首先是在25岁到大约45岁的时间段，对应了一个人在生理上处于一个能够提供最大限度的认知发展空间的阶段。因此在这一时期，人的认知发展潜力是非常巨大的。第二个阶段就是大约在45岁到60岁之间。在这一个阶段，在生理上人的大脑神经网络容量经历了一个非常快速的下降。但是由于一个人所积累的知识还远远达不到大脑神经网络容量的极限，因此在这一时期一个人的认知能力仍然处于快速的上升阶段。而到了60岁之后，人的大脑神经网络容量又出现了更快速的下降，一个人所积累的认知能力已经达到了大脑神经网络容量的极限，这样人的认知能力也就达到了巅峰。第三个阶段就是60岁到75岁，这是一个人的大脑神经网络容量和人的认知能力同时开始下降的阶段。但考虑到依靠以往积累的认知能力，一个人还能够很有效地解决很多实际的问题。进入了75岁以后的高龄老人阶段之后，基本上就只能依靠以往所积累的经验了。
不过无论是皮亚杰的认知发展模型还是我的认知发展模型，主要针对的是大脑神经网络的认知能力的发展。这种认知能力一方面受限于生理上能够提供的发展空间，另外一方面还跟人的知识积累有关。即便在生理上能够提供足够的认知发展的空间，如果一个人的教育跟不上，那么他的认知能力可能始终还会处于远远低于正常人的认知发展水平。在历史上有很多这样的例子。比如历史上曾经有一位王子在少年时期就被关进了一个非常低矮封闭的牢笼里，过了十几年以后再放出来的时候，他的认知能力已经非常弱了。
因此，对于人的成长和认知能力发展的这种非线性特征，我们还是非常期望能够得到更多的生理学上的证据。这个月14号，斯坦福大学和新加坡南洋理工大学的科学家在《自然 衰老》杂志上发表了一篇论文[2]，这篇论文对100多个健康的成年人进行了分子层级上的研究。包括抽取这些成年人的血压，收集他们的粪便等等这些生物样本，然后分析其中跟人的新陈代谢有关的分子和微生物的数量，来研究一个人在衰老过程当中，诸如咖啡因的代谢能力，酒精的代谢能力等等的变化。通过研究科学家们发现人的生理衰老过程，实际上也是包含了很多的非线性过程的。其中的一些非常重要的相变节点则可以作为人的生理衰老的阶段性的重要证据。第一个节点是44岁，此时人的体内跟代谢水平相关的的分子数量和微生物数量会出现一个快速衰减过程。这也就意味着一个人在到了44岁左右的时候，他会突然感到自己的身体有一个快速的变化，就好像是整个身体在崩溃一样。研究者还发现这样的一种身体状态的变化跟男女性别是没有关系的。尽管对于女性来说，这一时期可能经历了绝经这样能够看得见的非常明显的身体状态的变化，但是男性在这个年龄阶段身体也会出现完全相同的非线性的变化。然后下一个阶段就是60岁左右。到了60岁之后，跟心血管疾病有关的分子数量也出现了快速的减少，这导致一个人60岁之后心血管方面的疾病发生的可能性在迅速的增加。这不是像我们很多人通常认为的那种缓慢的线性变化的过程。
由于收集样本的成年人数量的限制，研究者虽然相信在75岁的时候也可能会出现类似的这种非线性的变化，不过有限的实验数据还是无法支持这一想法。
无论如何，这种能够在分子层次上来证实人的生理成长具有这种非线性的特征，对于认知发展研究来说，它的意义也是非常重大的。首先这一个实验结果意味着人的认知能力在44岁和60岁这两个时间点上，肯定会发生一些重要的变化。这些重要的变化引起了整个人身体所有器官的快速衰退，而这必然会导致人的大脑神经网络容量的降低，从而限制了人的认知能力的发展空间。当然这种限制并不是说人的认知能力在这一个时期就会快速衰退。实际上即便是一个人的生理系统出现了崩溃式的衰退，人的大脑神经网络的知识存储容量还是非常大的，这也意味着如果能够协调好人的生理衰退和认知能力发展二者之间的关系，一个人的认知能力还是能够达到更高的高度的。而且这个上升过程可以一直延续到60岁左右才达到顶峰，直到整个人的生理系统的衰退导致大脑神经网络容量变得更小，开始强制认知能力下降。
人的生理衰老具备这样的一个突变性质，也意味着人的认知能力的变化也可能反过来影响人的生理衰老过程。对于老年人来说，如果他的求生欲望很强的话，这是可以在很大程度上延长他的寿命的。这反映的就是这种认知能力对生理衰老过程的影响。而在44岁和60岁两个时间点，正好处于人的认知能力也在产生一个比较快速变化的时候，人的认知能力的改变，同样也会影响到一个人的生理系统变化。这包括影响各种代谢能力的分子以及体内微生物的分布等等。因此这个研究有助于我们更好地解释清楚认知能力发展与生理系统发展之间的关系。
参考文献：
[1] CHENG, Z. (2019). COGNITIVE DEVELOPMENT THEORY. Salt Lake City:American Academic Press, pp.92-96.
[2] Shen, X., Wang, C., Zhou, X. et al. (2024). Nonlinear dynamics of multi-omics profiles during human aging. Nat Aging. https://doi.org/10.1038/s43587-024-00692-2
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