Science:脸盲是因为大脑中的组织没长好

来源:生物360 / 作者:MEI / 2017-01-06
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科学家认为,人们出生时脑子里充斥着过多的神经连接,那些神经被慢慢修剪,直到童年时期,大脑的结构变得相对稳定。现在,2016 年 11 月30 日发表在 Cerebral Cortex 的一篇论文,和 2017 年 1 月 6 日发表在 Science 上的一篇论文,表明这个过程比以前认为的更复杂。该研究团队发现大脑区域中微观组织的继续生长也会导致功能的变化。

该研究颠覆了神经科学的一个中心思想,即脑组织量在我们生命中沿着一个方向在推移-从太多到刚刚好。研究团队通过观察经常被忽视的研究对象:儿童的大脑来做出这一发现。

两篇论文的资深作者,斯坦福大学心理学教授 Kalanit Grill-Spector 说:“我想说的是,在过去的 10 年中心理学家才开始关注儿童的大脑。 问题是,儿童的大脑显示他们不是微型的成年人。我们的实验室研究儿童,因为要了解这个年龄范围内大脑的发育,仍然有许多基础知识是未知的。”

Grill-Spector 和她的团队研究了大脑的一个区域,它将面部与其他物体区分开来。 在 Cerebral Cortex 发表的论文中 ,他们表明识别脸部的大脑区域有独特的细胞构成。 在 Science 发表的论文中,他们发现,该区域内的微观结构在一个时间尺度上由童年变为成年,这反映了人们面孔识别能力的提高。

“事实上,我们看到了组织增生,”Science 论文的第一作者,Grill-Spector 实验室的研究生 Jesse Gomez 说,“许多人对大脑组织持有悲观的看法:随着年龄的增长,组织慢慢消失。,我们看到了相反的情况 -在婴儿期修剪后留下的任何东西都可以用来生长。

1.大脑中的微观变化

该研究团队研究了该小组研究了识别面孔和地点的大脑区域.,因为知道你正在看谁和你在哪里对日常生活很重要。 在成人中,大脑的这些部分是密切的邻居,但有一些明显的结构差异。

Gomez 说:“如果你可以走过一个成人的大脑,你会俯视细胞,就像走在不同的社区。细胞看起来不同,它们的组织方式不同。”

Kalanit Grill-Spector,Kevin Weiner和Jesse Gomez讨论了面部和地方选择性皮质的细胞结构。 来源:Brianna Jeska

因对磁共振成像(MRI)不可见的深层细胞结构感到好奇,斯坦福团队与德国神经科学和医学研究所的 Jülich 研究中心合作,他们获得了死后大脑的薄组织切片。 在一年的时间跨度,这个国际合作团队了解到了如何将脑功能磁共振成像脑区与相应脑片匹配。 这使他们能够提取用功能性MRI扫描的区域的微观细胞结构,这在活体受试者中还不可能。 围观影像显示了面部和地方区域之间的细胞结构的可见差异。

斯坦福社会科学研究员,Science 论文的共同作者和 Cerebral Cortex 论文的共同第一作者 Kevin Weiner 说:“这个领域一直有这样一个白日梦,我们终有一天会在人类大脑中测量细胞结构,这项研究表明我们正在取得进步。”

2.大脑中的邻里

这项工作确定成人的大脑的两个部分看起来不同,但是 Grill-Spector 对儿童大脑中的这些区域很好奇,尤其是因为通过青春期改善面部区域的技能。为了进一步研究这些技能的发展如何与大脑发育相关,研究人员使用了一种新型的成像技术。

他们使用两种类型的 MRI 扫描了 22 名儿童(5至12岁)和 25 名成年人(22 至 28 岁),一种间接测量大脑活动(功能性 MRI),另一种测量脑组织与水的比例(定量性 MRI)。 这种扫描已被用于显示在人类一生中连接大脑区域的长神经元细胞周围脂肪绝缘的变化,但这项研究是第一个使用这种方法直接评估细胞内部变化的。

他们的发现发表在了 Science 上,除了看到在这两个区域的大脑活动的差异,定量 MRI 也显示了在脸部识别区域中的某些组织的生长与发育。 这种发育最终有助于成人面部识别和地方识别区域之间的组织差异。 更重要的是,他们发现大脑活动和面部识别能力组织的性质与功能变化联系在一起。 在此之前,没有迹象表明哪个变化导致另一个变化,或者它们是否同时发生。

3.一个试验床

能够识别熟悉的面孔和地方,虽然显然是一个重要的技能,但对研究来说似乎是一个奇怪的选择。 Grill-Spector 说,这些区域值得一些特别注意的原因,是因为我们可以在每个人的大脑中识别它们,即使是一个 5 岁的孩子,这意味着对这些区域的研究可以包括大量的参与者,在研究中产生易于比较的结果。 这项研究也具有健康影响,因为大约2%的成年人识别面部的能力较差,这种障碍有时被称为脸盲。

此外,梭状回:大脑中包含面部处理区域的解剖结构,只在人类和大猿类(大猩猩,黑猩猩,倭黑猩猩和猩猩)中发现。

“如果你在五年或十年前告诉我,我们将能够实际测量体内组织生长,我不会相信,”Grill-Spector 说。 “它表明了在整个发育过程中发生的组织的实际变化,我认为这简直太棒了。”

参考文献:Kalanit Grill-Spector.Microstructural proliferation in human cortex is coupled with the development of face processing,Science  06 Jan 2017;DOI: 10.1126/science.aag0311

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