种冗余使大脑能以更多方式解决问题

  北京时间9月22日消息,据国外媒体报道,一项新研究指出,休息可能不是修复大脑损伤的最佳途径。事实上,美国哥伦比亚大学的神经学家指出,回归工作和日常生活更有助于大脑功能的恢复。
 
  通过对小鼠的研究,神经学家发现,回归正常活动的人要比休假的人恢复得更快、更充分,因为他们是“立即重新参与”工作任务。研究的主要作者表示,尽管这一结果与我们原先对大脑恢复的认知相矛盾,但或许将为开发新的大脑损伤治疗方法——通过刺激而非休息——铺平道路。
 
  “长时间的休息被认为是大脑健康修复的关键,但是我们在小鼠身上的研究显示,在损伤后立即恢复大脑的工作其实比休息更有帮助。这一观察结果安全出乎我们的意料,”研究作者、哥伦比亚大学扎克曼研究所的神经科学教授兰迪·布鲁诺(Randy Bruno)说,“这些发现强调了大脑的复杂性,而我们对这些性质的梳理才刚刚开始,它们也为更有效地修复严重大脑损伤提供了新的研究途径。”
 
  布鲁诺教授还指出,在小鼠身上进行的研究并不能直接应用在人类身上,但他希望有更多的神经学家对这些发现进行深入探索,从而缩短大脑损伤患者的康复时间。
 
  “我们往往会在人们中风后使他们保持静止不动;一些看似简单的任务,比如行走、抓握等的康复过程可能十分漫长,”布鲁诺教授补充道,“我们的研究发现,某些情况下,患者或许可以更早地参与这些活动,从而加快康复过程。”
 
  这项研究是该团队多年努力的重要一步,他们一直致力于阐明大脑皮层的工作机制。大脑皮层是哺乳动物大脑中面积最大的结构,在视觉、嗅觉、运动和记忆等重要功能中发挥着关键作用。
 
  在这项研究中,研究人员关注的是大脑皮层中被称为“桶状皮层”(barrel cortex)的部分,该区域在动物用胡须感知和分析环境信号时有至关重要的作用。研究第一作者Y。 Kate Hong博士解释道:“小鼠利用胡须来感知周围环境的方式,与我们对手指的使用差不多。”
 
  研究人员将小鼠放在一个暗盒中,训练它们利用胡须来搜寻身边的物体。当小鼠探测到物体时,它们会用爪子拉动一个杠杆,以获取饮水的奖励。传统观点认为,这种探索任务几乎完全取决于一个功能性的感觉皮层,在这里即是桶状皮层。
 
  为了验证这一观点,研究人员用激光暂时抑制了桶状皮层细胞的功能,这是一种常见的光遗传学技术。通过光学和遗传学的融合,光遗传学技术可以控制活体细胞的功能,通常是神经细胞。这种操作与中风患者大脑中发生的情形没什么不同。
 
  正如研究人员所预计的,这些小鼠在神经细胞被抑制后便很难用胡须进行探索。当研究人员永久性移除桶状皮层时,第二天小鼠就无法再完成这一任务。然而,过了一天之后,这些小鼠的表现突然恢复到了原先的水平。
 
  “我们感到很惊讶,因为这表明触觉,比如用胡须进行触探,可能并不完全依赖于桶状皮层,”Y。 Kate Hong博士解释道,“这些发现挑战了通常的看法,即大脑在驱动触觉感知时以皮层中心。”
 
  研究人员推测,其他更原始的大脑区域在感知活动中的参与程度可能要比原先预计的高很多,他们正在对此进行更深入的研究。“与局限于某一特定大脑区域不同,感觉信息的分布跨越了许多区域,”Y。 Kate Hong博士说,“这种冗余使大脑能以更多方式解决问题,并且可以在受伤的情况下保护大脑。”
 
  为了了解是休息还是活动能促进大脑修复,研究人员先让小鼠休息了三天,再让它们重新参与实验。这一次,小鼠并没有表现出完全康复的效果。尽管它们最终恢复了一定程度的感知能力,但要比第一组小鼠的康复速度慢很多。
 
  迅速康复的关键似乎在于尽快地重新参与任务,而不是花时间在休息上。研究作者认为,小鼠在一开始24小时表现糟糕的原因可能是大脑受到的干扰。
 
  “皮层连接着大脑中几乎所有其他结构,因此操纵皮层可能会暂时破坏连接结构——本质上震动了那些通常会使行为正常的区域,”布鲁诺教授说,“或许这种突然而短暂的感知缺失正是对动物能力的最初破坏引起的,而不是由于桶状皮层自身保存的信息丢失。”

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