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时光倒流,大脑能否“返老还童”
【发布日期:2016-07-03】 【来源:据《环球科学》】 【阅读:次】【作者:】
童年是人一生中学习能力最强的阶段,在这一阶段,大脑的可塑性极强。如果大脑发育回到童年,或可为治疗成年神经疾病提供新思路。
  早在2000多年前,亚里士多德就说过:“我们从小养成的习惯,造成的不是细微的差别,而是迥然不同的差异。脑科学方面的最新发现为这句谚语注入了新的内容,我们可以从一个全新的角度来理解这句谚语。
  最强大脑与世界亲密“共舞”
  在大脑发育过程中,存在一些特殊的阶段——有些持续数月,有些持续数年——在这些阶段,大脑会迅速构建出大量的正确连接,这就是众所周知的关键期。关键期大多数发生在婴儿时期,但也有些一直到十几岁才到来。神经科学家已经确认了对视觉、听觉、语言发育及对各种社会功能的形成至关重要的关键期。在关键期,孩子的大脑就像与外部世界来了一场亲密的双人舞,大脑中的分子根据来自外部世界的光子和声波提供的线索,在脑细胞间构建并修整出新的神经连接,这些新的连接会不断强化,并一直保持,直到成年和老年。
  如果关键期发生得太早或太晚,或是在该开始时没开始,该结束时没结束,后果都将非常可怕。儿童可能会部分失明,或者容易患上像自闭症这样的疾病。比方说,如果婴儿一只眼睛患有先天性白内障,看不到周围的事物,那么她这只眼睛将可能永久失去视力,因为在视觉发育的关键期结束后,脑细胞将无法正确地搭建连接。视觉关键期从婴儿期开始,到8岁时结束,错过这个阶段,这个孩子眼睛发育出正常视觉的机会将极其渺茫。
  触动关键期的分子开关
  其实,大脑无时无刻不在变化,而不仅仅是在婴儿时期。神经科学家将大脑的这种特性称为可塑性。当你学习如何变戏法,或者使用一个新的手机应用时,微妙的改变就在突触部位(神经元传递神经信号的位置)上发生了。掌握一项新技能会引起神经元中神经化学物质发生改变,进而导致跨突触的神经连接变强或变弱。这种简单的可塑性贯穿人的一生,使得人们能够活到老学到老。
  在童年的某些关键时刻,大脑会发生一些特别重大的变化。婴儿出生时伴随着密集生长的突触,它们的数量必须消减才能发挥正确的作用,而这种突触的修剪就发生在关键期。
  早在50多年前,科学家就发现了这些对大脑发育至关重要的形成阶段。在之后的许多年中,传统观念都认为,关键期转瞬即逝,并且一旦结束就不再复返。不过,近来科学家利用精确到分子水平的先进技术对关键期所进行的一些研究,已经颠覆了很多主流观点。一些动物试验,甚至是对人体的研究已经表明,关键期或许能够被重新开启,并用于修复受到损伤的成年大脑。
  这些启示指向了一个惊人的可能性:也许有一天,我们能调整大脑中的化学开关,恢复关键期,让大脑重新搭建自己的神经连接,以治疗从弱视到精神病方面的神经和精神疾患。
  实际上,科学家已经找到了一系列分子开关,即触发物与阻碍物,能够标记这些关键期的开始与结束。科学家已经检测到了大脑中控制关键期的一个重要的信号分子——GABA(γ-氨基丁酸,一种重要的抑制性神经递质)。
  让大脑回到童年
  将那些在实验动物身上测试过的、雄心勃勃的技术应用到病人身上,可能还需要数年,也许是几十年的时间。不过目前,对关键期的研究已经给神经类疾病的治疗带来了一些灵感,比如使用已经上市的药物,来部分恢复成人大脑的可塑性。
  研究人员希望达到的长期目标是,能够让生物钟倒流,并且重启关键期。在加利福尼亚大学旧金山分校的一个实验室内,研究人员试图将胚胎细胞移植到啮齿类动物中,从而令出生后逐渐老化的成年啮齿类动物的大脑,重新产生能释放GABA的小清蛋白神经元。移植之后,新的关键期重新开启,但值得注意的是,只有在细胞移植一个月后,新关键期才会开始,这表明关键期的设定是由一组特异的基因控制的。当我们的实验室删除这些定时基因后,甚至是正常的关键期的启动都会被延迟。
  另一个恢复可塑性的方法同样具有挑战性,那就是去除阻碍关键期重新开启的阻碍物。通过小规模试验,我们发现,一种抗癫痫和双相情感障碍的通用药物,能使成年人变得像孩子一样,善于学习新事物。
  虽然我们都渴望拥有如儿童般的大脑可塑性,成为未来世界的佼佼者,但鱼和熊掌不可兼得。如果有一天,这种能打通大脑的神奇药物真的问世,如何取舍需要我们三思。
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