《神经科学杂志》发表我校学者研究成果揭示
大脑的感觉信息整合能力可以在成年重塑
本报讯(记者 汪海) 高等动物(包括人类)大脑对外部世界的感知,需要多个感觉器官(比如眼睛、耳朵、鼻子等)把各自采集到的信息通过不同通道传输到大脑,并最终在大脑中整合在一起,从而产生感知觉。用电脑打比方,摄像头将摄取的场景(如一场会议)转换成信号传输到电脑的处理器,麦克风将与会人员的发言也转换成信号传输到电脑的处理器,经过处理,电脑就可以将这场会议完整地再现出来。高等动物要真实反映和编码外界事物,大脑就需要对来自声音、光线、温度、味道等不同通道的信息进行有序化、条理化的整合。已有的研究表明,神经系统许多区域都存在着能够会聚和整合多种感觉信息的神经元,它们能增强源于对同一事件不同模态的刺激反应,抑制对无关刺激的反应,构成脑信息处理的一种最佳协同形式。比如坐在后排看戏的人,能够将声音和舞台上的演员对上号,关键就是大脑能够把视觉信号和听觉信号整合在一起,通过听觉与视觉的整合,增强大脑的信号处理功能。
一般来说,哺乳动物的脑功能,在出生后会经历一个快速发育和成熟的过程,通常称之为“关键期”,在这期间,脑的结构和功能很容易受到环境、经验等各种因素的影响。有研究显示,让处于“关键期”的猫生活在黑暗的环境中,只让它听见一种声音,这种猫成年后上丘神经元缺乏多感觉整合能力。过去认为,在发育中形成的这种信息处理能力成年后是很难改变的。
然而,这种在发育中形成的多感觉整合模式和规则,在成年后还能够改变吗?
最近,我校生命科学学院听觉神经生物学实验室博士生俞黎平等研究者对此做出了肯定回答。其研究成果《多感觉整合可塑性:上丘多感觉神经元短时经验——依赖的改变》发表在最新一期的美国神经科学学会会刊《神经科学杂志》(Journal of Neuroscience)上。
他们在成年猫的研究中发现,上丘(作为中脑重要组成部分的上丘,是视觉的反射中枢,调控眼、头的朝向运动)的多感觉神经元仍然具有很大的信息整合可塑性,只要接受几分钟短暂的序列视觉和听觉的组合刺激训练,就可诱导神经元对相应刺激信息的整合。实验中发现,随着序列信号的重复刺激,神经元很快适应了这种带有事件性质的刺激组合,使前后两种刺激信号所引起的反应开始靠近,逐渐融合,具体表现为前一个反应的时程被延长了,后一个反应的潜伏期缩短了,表现出神经元能整合这种新异序列的多感觉信息了,整合效应在序列训练停止后仍然存在。
这项研究说明,经过训练,成年后的多感觉神经元仍然能够快速地适应外界环境变化,从而在一个更宽广的范围内实现对多模态信息的整合,这可能是多感觉信息加工的另一个重要规则。同时,该项研究还对人们理解脑的“预测”和“注意”等高级认知功能提供了新思维。
《神经科学杂志》是国际神经科学领域最具影响力的著名杂志之一(影响因子为8.103)。此次发表的研究论文,第一作者俞黎平是听觉神经生物学实验室孙心德教授的博士研究生,为首批国家建设高水平大学公派联合培养研究生,实验在美国Wake Forest大学著名神经生物学家Stein教授实验室完成,论文第一完成单位为华东师范大学。