年龄,经验重构成年大脑的连接
崭新的经验能重新构建旧有的大脑连接——但必须恰逢其时。
科学家们发现,花费时间玩玩具、钻隧道、转转轮的成年小鼠,在大脑部分区域上,其新的和旧有的神经细胞产生的连接比饲养在没有玩具的笼子里的小鼠要多很多,但是大脑连接的强化,只有新的脑细胞诞生后的2~6周出现。研究人员在2015年2月18日的《神经元》杂志上发表了这一报告。
“这种大脑重组的范围非常值得注意,”麻省总医院和哈佛大学的神经科学家阿玛尔·萨赫(Amar Sahay)说,“这项工作说明成年大脑可以发生许多变化,比科学家之前所想到的要多很多。”这个结果甚至有助于解释为何人们回应压力的方式各有不同,也许还能解释个体经验是如何塑造行为的。
在这项新研究中,德国科隆大学的神经科学家马泰奥·贝加米(Matteo Bergami)和他的同事追踪了成年小鼠大脑里的新细胞是以怎样的方式、在什么时候整合进旧有的神经回路的。
图片权利和来源(IMAGE CREDIT):M. Bergami et al/Neuron 2015
年龄和经验影响成年大鼠大脑里新的(红色)和旧有的(绿色)神经细胞之间的连接方式。
成年大脑新的神经细胞(或称为神经元)的形成是在齿状回,这是海马的一部分——海马状的脑区,在学习和记忆中发挥重要作用。实验表明,基因完全相同的小鼠的大脑海马部位生成了更多的神经元,且形成了不同的个性,这取决于它们用玩具和隧道探索环境的程度。
贝加米和同事发现,除了生出更多的神经元,可以玩玩具、钻隧道的成年小鼠的新神经元和旧有的神经元之间建立的连接数目是饲养在普通笼子里的小鼠的2~4倍。甚至还有些远程连接,把齿状回的新神经元与其他脑区连接起来,形成大脑回路,其可能在记忆和方向感上发挥重要作用。但为了构建更多的连接,神经元的年龄必须刚刚好。对不足2周龄或是高于9周龄的小鼠来说,玩具和隧道不能增加神经元形成连接的数目。
萨赫说这些结果能帮助科学家识别人类大脑里类似的重新连接。高分辨率成像可能检测出这个新研究揭示出的某些脑回路的重构情况。
贝加米说,基于经验的大脑重新连接,可能会促成焦虑和抑郁的发作。这两种状态都和压力有关,会对新神经元的生长产生负面影响。如果人经历了某种创伤,而新神经元正处在大脑连接重组的关键阶段,那么重新连接可能会有功能障碍,让人持续地焦虑不安。团队计划在小鼠身上试验这个想法。基于经验的大脑重新连接,可能也影响到人类各种各样个性的形成。“作为个体,我们拥有截然不同的生活体验,”贝加米说,“我们个性的显现,也许正是以我们各人的大脑连接为基础的。”