Nature：挑战常识！恢复大脑损伤应该多活动，而非多休息？
2018-09-21 佚名 中国生物技术网
根据美国哥伦比亚大学的一项新研究，当小鼠从脑损伤中恢复时，像平时那样活动大脑要比长时间休息更有助于恢复。这些发现提供了令人信服的例证表明大脑在应对创伤时具备非常卓越的适应能力。他们还提出了以大脑活动为主的新型治疗策略。有朝一日，可以帮助大脑受损或中风后的患者更快、更完全地恢复运动能力。
根据美国哥伦比亚大学的一项新研究，当小鼠从脑损伤中恢复时，像平时那样活动大脑要比长时间休息更有助于恢复。这些发现提供了令人信服的例证表明大脑在应对创伤时具备非常卓越的适应能力。他们还提出了以大脑活动为主的新型治疗策略。有朝一日，可以帮助大脑受损或中风后的患者更快、更完全地恢复运动能力。这项研究发表在9月17日的《Nature》上。
研究通讯作者，哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman思维与大脑行为研究所的Randy Bruno博士说：“长时间休息曾被认为是大脑恢复健康的关键过程，但我们的小鼠研究表明，在受伤之后立即恢复大脑活动比让大脑休息更有帮助。这一发现完全是出乎意料。虽然这些研究结果强调了大脑的复杂性，而我们才刚刚开始梳理这些性质，但这些发现也为我们研究从严重脑损伤中更有效恢复的疗法开辟了新的道路。”
多年来，该团队一直致力于阐明大脑皮层的工作机制，这项研究是非常重要的一步。大脑皮层是哺乳动物大脑中最大的区域，在很多功能中都起到关键作用，从视力、嗅觉到运动和记忆。在这项小鼠研究中，研究人员将注意力集中在小鼠的桶状皮层。这个区域对于感知和分析小鼠胡须接触物体时的信号非常关键。
小鼠大脑的桶状皮层（白色虚线标识）横截面。图片来源： Kate Hong/Bruno lab/Columbia's Zuckerman Institute
该研究的第一作者，Bruno实验室的博士后研究员Y. Kate Hong说：“小鼠使用胡须来感知周围的环境，就像我们用手指一样。”
研究人员将小鼠放在一个黑暗的箱子中，并训练它们利用胡须搜寻附近的物体。当小鼠检测到物体时，它们用爪子拉动一个杠杆并被分配水作为奖励。传统的观点认为，这种检测任务完全取决于功能性感觉皮层，即在这项研究中的桶状皮层。
实验期间胡须运动的高速视频，测深杆移动到胡须能够触及的范围内。图片来源： Kate Hong/Bruno lab/Columbia's Zuckerman Institute
为了证实这一点，研究人员使用光遗传学技术暂时关闭了桶状皮层细胞。不出所料，这些细胞被关闭后，小鼠无法使用胡须感知。然后当研究团队永久移除其状皮层后的第二天，小鼠就无法完成检测物体的任务了。
但是两天过后，小鼠的表现又突然恢复到了原来的水平。Hong博士说：“这是一个巨大的惊喜，因为它表明触觉（包括基于胡须的触觉）可能并不完全依赖于大脑皮层。这些发现挑战了常识，即大脑驱动触觉实以大脑皮层为中心。”
研究人员怀疑，其他更原始的大脑区域可能比之前所知的参与程度更大，这是该团队正在验证的假设。
Hong博士说：“感觉信息可能并不局限于一个特定的大脑区域，而是分布在许多不同区域中。这种冗余使得大脑能够以多种方式来解决问题，并且可以在受伤的情况下保护自己。”
对于大脑恢复来说，小鼠应该休息一整天，还是要再次接受任务呢？为了找到答案，研究团队又进行了另一轮实验，与之前的不同之处在于：他们让小鼠在接受任务之前先休息了三天。
这次，小鼠的恢复并不完全，无论研究人员怎么做，小鼠在最初的24个小时中表现都很糟糕，其原因可能在于大脑刚刚经历的干扰。虽然它们最终恢复了知觉，但是比第一批小鼠恢复得要慢得多。快速恢复的关键似乎在于尽早地让大脑接受任务，而不是让时间白白流逝。
Bruno博士说：“大脑皮层与大脑中几乎所有其他结构相连，因此操纵它会暂时破坏连接结构，影响这些通常会导致行为能力的区域，也许这种突然且短暂的知觉丧失是因为小鼠的某些能力在最初受到了破坏，而不是由于存储在桶状皮层本身的信息丢失。”
该研究团队对小鼠大脑所做的操作与对人类中风患者的操作没有什么不同。Bruno及其团队指出，他们对小鼠的研究目前并不能直接应用于人类，但是他们希望神经学家们能够对这项发现进一步研究，从而改善患者的恢复时间。
Bruno说：“我们往往会让中风患者不要移动，而他们恢复看似很简单的任务可能需要很长时间，比如走路和抓取。但我们的发现表明，在某些情况下，患者可以更早地进行这些活动，以加快恢复速度。”
原始出处：Y. Kate Hong, Clay O. Lacefield, Chris C. Rodgers & Randy M. Bruno. Sensation, movement and learning in the absence of barrel cortex. Nature. 17 September 2018
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