后天环境对脑发育和脑损伤的修复起着非常重要的作用.doc

后天环境对脑发育和脑损伤的修复起着非常重要的作用，有利的环境促进脑发育和脑损伤的修复，而不利的环境则相反。一、基础研究1神经可塑性神经可塑性是中枢神经系统在形态结构和功能活动上的可修饰性。从突触在果蝇属的细胞和分子机制，到老年人脑卒中的恢复，都存在着神经可塑性。未成熟脑在发育过程中具有可塑性，发育成熟后，为了适应各种内外环境变化，如在神经系统遭受损伤或老龄化后，神经回路在整个生活过程中仍可变、可修饰或可塑。神经可塑性主要表现在突触可塑性。突触可塑性分结构可塑性和功能可塑性。突触结构可塑性指突触形态的改变以及新的突触连接形成和传递功能的建立，是一种持续时间较长的可塑性。突触功能可塑性指突触的反复活动引致突触传递效率的增加或降低，包括长时程增强(Long term potentiation，LTP)和长时程抑制(Long term depression，LTD)，LTP和LTD被认为是学习和记忆的基础。另外，沉默突触的逐渐减少或转变为功能性突触也起着重要作用。2后天环境在动物的研究中，后天环境包括丰富环境、标准环境和孤独环境。标准环境是指标准的鼠笼里饲养36只老鼠。孤独环境是指在很小的鼠笼里仅仅饲养一只老鼠。丰富环境是指在较大的鼠笼里饲养812只老鼠，并且笼内还放置不同颜色及形状的物体，如转盘、管道、斜坡、吊环和玩具等，做到定期更换和调整以制造新异的刺激，从而提供更充分的多感官刺激、主动运动和情感体验的机会。3丰富环境对脑损伤后神经可塑性的影响3.1 结构可塑性研究证实，丰富环境可引起神经系统形态学结构的变化。许多伤害性刺激如脑缺氧、脑缺血、脑外伤、颅内感染和中毒等均可降低神经系统可塑性，造成不同程度的脑功能障碍。给予丰富环境刺激则可以减轻大脑半球的损伤程度，抑制神经元凋亡，增加非损伤区树突分支和侧棘数量，从而增强神经元代偿性可塑能力。通过转基因技术剔除海马CA1区NMDA受体1基因的遗传突变型小鼠，其学习记忆能力明显减退，给予丰富环境刺激后其海马突触密度增加，树突棘增多，小鼠学习记忆能力增强。将大脑中动脉梗死后的原发性高血压实验大鼠饲养于丰富环境，1周后梗死区对侧皮质神经元树突分支及棘突数量较饲养于标准环境的大鼠增多。丰富环境还可诱导星形胶质细胞的可塑性，星形胶质细胞在脑损伤恢复中具有重要作用，在脑损伤早期可吞噬有害神经递质、维持脑微环境稳定，分泌神经营养活性物质，并防止缺血后神经细胞进一步损害。超微结构的研究结果表明，饲养于丰富环境中的大鼠皮质星形细胞呈快速改变趋势，星形细胞与突触间联系明显增多。3.2功能可塑性突触可塑性常联系着行为学功能的改变，丰富环境刺激可补偿脑损害导致的障碍和神经退化。人们模拟各种脑损伤动物模型并给予丰富环境刺激后发现，丰富的环境能改善实验动物的脑功能，加强其在复杂的行为学测试中解决问题的能力。给予丰富环境刺激可在一定程度上促进脑功能的恢复，主要表现为感觉运动功能和学习记忆能力增强。给予缺氧缺血性脑损伤新生大鼠早期触摸和丰富环境刺激后进行感觉运动功能和行为检测，非干预组大鼠分辨学习能力和感觉运动功能较干预组和正常对照组差，而干预组和正常对照组无显著差异，结果表明环境刺激可改善缺氧缺血性脑损伤大鼠感觉运动功能和分辨学习能力，有效地降低脑功能障碍的发生率。电生理研究证实，环境刺激与海马LTP的产生有关，可增强中枢神经系统的可塑性和学习记忆能力。给予脑梗死大鼠运动康复训练后，康复组大鼠海马CA3 区突触效应的习得性LTP的形成速度明显快于不给予任何训练的模型组，提高了学习工作效率，促进了学习记忆的恢复。有学者发现，即使脑的物理损伤恢复了，但认知的缺陷会持久存在并影响着那些慢性患者的生活质量，损伤后的空间导航和记忆缺失可持续数月，而非侵入性的环境刺激对减轻认知障碍和维持组织完整是有益的。在行为学测试中，应用最经典的是水迷宫试验，它与空间学习记忆密切相连。如癫痫后处于眩晕状态的大鼠，在丰富环境刺激28天后，虽然脑电图和脑形态学改变无差异，但在水迷宫试验中，其认知能力得到改善。4.后天刺激与神经可塑性的机制后天刺激对神经系统的作用是一个复杂的过程，诸多因素参与其中。目前研究主要从形态学和行为学两方面探讨了后天刺激对脑发育和发育期脑损伤修复的影响，但其机制至今尚未明了。研究表明，丰富环境刺激可诱导脑内神经营养因子mRNA的表达，尤其是增加神经生长因子的数量和神经生长因子受体的密度，而神经营养因子在发育脑和脑损伤修复过程中均有重要作用。将脑灶性缺血的大鼠放入丰富环境中，结果发现缺血后2-7天其脑内NGF的表达上调。NGF表达依赖于兴奋性谷氨酸如NMDA、AMPA和KA受体的激活，参与细胞形态学长时间改变的信号通路。NMDA受体的激活被称为学习记忆的分子开关。丰富环境刺激后NMDA受体的敏感性和表达都增加，其功能依赖于其亚单位成分。对脑缺血模型的研究发现，环境依赖性作用与缺血对侧皮质AMPA和KA受体结合密度有关，而后两者与缺血后功能恢复状态的维持相连。海马AMPA 受体介导了空间记忆损害的阻断，可能参与了损伤后的补偿机制，以至能克服空间记忆的障碍。海马亚区的AMPA受体结合区在水迷宫试验中与游泳速度有关。丰富环境刺激后AMPA受体增多，它在反复活动引起的突触可塑性中起着重要作用；另有学者研究发现，与孤独环境相比，丰富环境可使海马CA1、CA3 区核转录因子AP-2 基因表达分别减少31%、67% ，AP-2 位点在基因的启动子区域，而GC-Rs 基因启动子包含与结合的GC 同源序列，因此推测AP-2可能参与介导环境因素对海马GC-Rs 基因表达的影响。此外，环境刺激可影响下丘脑垂体肾上腺轴的功能。盐皮质激素(type I, MR)的激活可诱导LTP产生，海马MR的水平与认知功能有关。经丰富环境刺激后糖皮质激素(type II, GR)受体表达的增高，一方面可改善损伤后大鼠的神经可塑性，另一方面过量和延迟的GR激活却会增加神经元的易损性。用丰富环境刺激有产前应激的大鼠，可见下丘脑-垂体-肾上腺轴对应激反应减弱，皮质酮分泌延长，其社交行为改善。对新生大鼠进行早期触摸可降低体内糖皮质激素水平，从而减少其对海马的损害，对大鼠进入老年后的学习记忆能力有促进作用。另外，丰富环境还可以增加脑内诱导型和神经元型一氧化氮合酶的活性，增加海马细胞凋亡调节基因如半胱氨酸蛋白酶（caspases）和 bcl-2家族基因的表达，而这两种基因可阻断全球性脑缺血后海马CA1区细胞死亡，促进大脑神经纤维髓鞘的发育，从而影响中枢神经系统损伤后的修复过程。研究证实“脸盲症”大脑活动原理 或有助治疗来源：人民网科技| 作者： | 2015-03-12 17:51:08|人气：2次中新网3月12日电 据日本媒体报道，日本自然科学研究机构生理学研究所的科研小组近日在美国科学杂志上发表论文，称已证实了人在正常识别他人容貌时，大脑中只有相关区域处于兴奋状态，而与识别容貌无关的区域则处于抑制状态。该研究有望为治疗无法分辨他人面孔的“脸盲症”铺路。该研究发现，即使没有“脸盲症”的人在识别颠倒过来的脸部照片时也会遇到困难。当识别正常方向的面孔时，负责“识别容貌”的大脑神经细胞十分活跃，而当看到倒立的面孔时，识别其周围物体的神经细胞同时被激活，因而妨碍了正常的识别过程。科研小组成员、东京大学特任