《神經(jīng)科學(xué)雜志》發(fā)表我校學(xué)者研究成果揭示
大腦的感覺(jué)信息整合能力可以在成年重塑
本報(bào)訊(記者 汪海) 高等動(dòng)物(包括人類(lèi))大腦對(duì)外部世界的感知,需要多個(gè)感覺(jué)器官(比如眼睛、耳朵、鼻子等)把各自采集到的信息通過(guò)不同通道傳輸?shù)酱竽X,并最終在大腦中整合在一起,從而產(chǎn)生感知覺(jué)。用電腦打比方,攝像頭將攝取的場(chǎng)景(如一場(chǎng)會(huì)議)轉(zhuǎn)換成信號(hào)傳輸?shù)诫娔X的處理器,麥克風(fēng)將與會(huì)人員的發(fā)言也轉(zhuǎn)換成信號(hào)傳輸?shù)诫娔X的處理器,經(jīng)過(guò)處理,電腦就可以將這場(chǎng)會(huì)議完整地再現(xiàn)出來(lái)。高等動(dòng)物要真實(shí)反映和編碼外界事物,大腦就需要對(duì)來(lái)自聲音、光線、溫度、味道等不同通道的信息進(jìn)行有序化、條理化的整合。已有的研究表明,神經(jīng)系統(tǒng)許多區(qū)域都存在著能夠會(huì)聚和整合多種感覺(jué)信息的神經(jīng)元,它們能增強(qiáng)源于對(duì)同一事件不同模態(tài)的刺激反應(yīng),抑制對(duì)無(wú)關(guān)刺激的反應(yīng),構(gòu)成腦信息處理的一種最佳協(xié)同形式。比如坐在后排看戲的人,能夠?qū)⒙曇艉臀枧_(tái)上的演員對(duì)上號(hào),關(guān)鍵就是大腦能夠把視覺(jué)信號(hào)和聽(tīng)覺(jué)信號(hào)整合在一起,通過(guò)聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)的整合,增強(qiáng)大腦的信號(hào)處理功能。
一般來(lái)說(shuō),哺乳動(dòng)物的腦功能,在出生后會(huì)經(jīng)歷一個(gè)快速發(fā)育和成熟的過(guò)程,通常稱(chēng)之為“關(guān)鍵期”,在這期間,腦的結(jié)構(gòu)和功能很容易受到環(huán)境、經(jīng)驗(yàn)等各種因素的影響。有研究顯示,讓處于“關(guān)鍵期”的貓生活在黑暗的環(huán)境中,只讓它聽(tīng)見(jiàn)一種聲音,這種貓成年后上丘神經(jīng)元缺乏多感覺(jué)整合能力。過(guò)去認(rèn)為,在發(fā)育中形成的這種信息處理能力成年后是很難改變的。
然而,這種在發(fā)育中形成的多感覺(jué)整合模式和規(guī)則,在成年后還能夠改變嗎?
最近,我校生命科學(xué)學(xué)院聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室博士生俞黎平等研究者對(duì)此做出了肯定回答。其研究成果《多感覺(jué)整合可塑性:上丘多感覺(jué)神經(jīng)元短時(shí)經(jīng)驗(yàn)——依賴(lài)的改變》發(fā)表在最新一期的美國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊《神經(jīng)科學(xué)雜志》(Journal of Neuroscience)上。
他們?cè)诔赡曦埖难芯恐邪l(fā)現(xiàn),上丘(作為中腦重要組成部分的上丘,是視覺(jué)的反射中樞,調(diào)控眼、頭的朝向運(yùn)動(dòng))的多感覺(jué)神經(jīng)元仍然具有很大的信息整合可塑性,只要接受幾分鐘短暫的序列視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的組合刺激訓(xùn)練,就可誘導(dǎo)神經(jīng)元對(duì)相應(yīng)刺激信息的整合。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),隨著序列信號(hào)的重復(fù)刺激,神經(jīng)元很快適應(yīng)了這種帶有事件性質(zhì)的刺激組合,使前后兩種刺激信號(hào)所引起的反應(yīng)開(kāi)始靠近,逐漸融合,具體表現(xiàn)為前一個(gè)反應(yīng)的時(shí)程被延長(zhǎng)了,后一個(gè)反應(yīng)的潛伏期縮短了,表現(xiàn)出神經(jīng)元能整合這種新異序列的多感覺(jué)信息了,整合效應(yīng)在序列訓(xùn)練停止后仍然存在。
這項(xiàng)研究說(shuō)明,經(jīng)過(guò)訓(xùn)練,成年后的多感覺(jué)神經(jīng)元仍然能夠快速地適應(yīng)外界環(huán)境變化,從而在一個(gè)更寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)多模態(tài)信息的整合,這可能是多感覺(jué)信息加工的另一個(gè)重要規(guī)則。同時(shí),該項(xiàng)研究還對(duì)人們理解腦的“預(yù)測(cè)”和“注意”等高級(jí)認(rèn)知功能提供了新思維。
《神經(jīng)科學(xué)雜志》是國(guó)際神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最具影響力的著名雜志之一(影響因子為8.103)。此次發(fā)表的研究論文,第一作者俞黎平是聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室孫心德教授的博士研究生,為首批國(guó)家建設(shè)高水平大學(xué)公派聯(lián)合培養(yǎng)研究生,實(shí)驗(yàn)在美國(guó)Wake Forest大學(xué)著名神經(jīng)生物學(xué)家Stein教授實(shí)驗(yàn)室完成,論文第一完成單位為華東師范大學(xué)。