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- 第1441期

大腦的感覺信息整合能力可以在成年重塑


本報訊(記者 汪海) 高等動物(包括人類)大腦對外部世界的感知,需要多個感覺器官(比如眼睛、耳朵、鼻子等)把各自采集到的信息通過不同通道傳輸?shù)酱竽X,并最終在大腦中整合在一起,從而產(chǎn)生感知覺。用電腦打比方,攝像頭將攝取的場景(如一場會議)轉(zhuǎn)換成信號傳輸?shù)诫娔X的處理器,麥克風(fēng)將與會人員的發(fā)言也轉(zhuǎn)換成信號傳輸?shù)诫娔X的處理器,經(jīng)過處理,電腦就可以將這場會議完整地再現(xiàn)出來。高等動物要真實反映和編碼外界事物,大腦就需要對來自聲音、光線、溫度、味道等不同通道的信息進行有序化、條理化的整合。已有的研究表明,神經(jīng)系統(tǒng)許多區(qū)域都存在著能夠會聚和整合多種感覺信息的神經(jīng)元,它們能增強源于對同一事件不同模態(tài)的刺激反應(yīng),抑制對無關(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_上的演員對上號,關(guān)鍵就是大腦能夠把視覺信號和聽覺信號整合在一起,通過聽覺與視覺的整合,增強大腦的信號處理功能。
  一般來說,哺乳動物的腦功能,在出生后會經(jīng)歷一個快速發(fā)育和成熟的過程,通常稱之為“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,只讓它聽見一種聲音,這種貓成年后上丘神經(jīng)元缺乏多感覺整合能力。過去認(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)院聽覺神經(jīng)生物學(xué)實驗室博士生俞黎平等研究者對此做出了肯定回答。其研究成果《多感覺整合可塑性:上丘多感覺神經(jīng)元短時經(jīng)驗——依賴的改變》發(fā)表在最新一期的美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會會刊《神經(jīng)科學(xué)雜志》(Journal of Neuroscience)上。
  他們在成年貓的研究中發(fā)現(xiàn),上丘(作為中腦重要組成部分的上丘,是視覺的反射中樞,調(diào)控眼、頭的朝向運動)的多感覺神經(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和聽覺的組合刺激訓(xùn)練,就可誘導(dǎo)神經(jīng)元對相應(yīng)刺激信息的整合。實驗中發(fā)現(xiàn),隨著序列信號的重復(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所引起的反應(yīng)開始靠近,逐漸融合,具體表現(xiàn)為前一個反應(yīng)的時程被延長了,后一個反應(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信息了,整合效應(yīng)在序列訓(xùn)練停止后仍然存在。
  這項研究說明,經(jīng)過訓(xùn)練,成年后的多感覺神經(jīng)元仍然能夠快速地適應(yīng)外界環(huán)境變化,從而在一個更寬廣的范圍內(nèi)實現(xiàn)對多模態(tài)信息的整合,這可能是多感覺信息加工的另一個重要規(guī)則。同時,該項研究還對人們理解腦的“預(yù)測”和“注意”等高級認(rèn)知功能提供了新思維。
  《神經(jīng)科學(xué)雜志》是國際神經(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覺神經(jīng)生物學(xué)實驗室孫心德教授的博士研究生,為首批國家建設(shè)高水平大學(xué)公派聯(lián)合培養(yǎng)研究生,實驗在美國Wake Forest大學(xué)著名神經(jīng)生物學(xué)家Stein教授實驗室完成,論文第一完成單位為華東師范大學(xué)。