大脑发育的新观点:成人和新生小鼠大脑之间的差异
哥伦比亚大学科学家发现,峰值在年轻小鼠神经元的活动不刺激相应增加血液流量发现成年老鼠的大脑形成鲜明对比。这项新研究提出了质疑日益增长的人类大脑如何满足其能源需求,以及如何最好地跟踪与功能性磁共振成像大脑发育,或功能性磁共振成像,这依赖于血流变化绘制大脑的神经活动。这项研究也可以为改善照顾婴儿提供关键的新见解。
研究结果刊登在今天的神经科学杂志》上。
“成人大脑,神经活动触发局部血流量增加。这个神经活动和血液流动之间的关系一直被认为是目前从出生,但是我们发现在老鼠身上得出相反的结论:相反,它发展随着时间的推移,”伊丽莎白·希尔曼博士说,他在哥伦比亚大学首席研究员的莫蒂默b·祖克曼心理大脑行为研究所副教授在哥伦比亚大学的生物医学工程和放射学傅的基础工程和应用科学学院论文的资深作者。我们的研究进一步表明,这一过程是一个重要的组成部分,建立一个健康的大脑,可以代表一个未知的因素在脑部疾病出现在早期的童年。”
今天的研究是出于人类以前的功能磁共振成像研究,报道了截然不同的反应婴儿的大脑相比,成年人的大脑。
“没有人知道如何解释血流反应在大脑发育的过程中,“说马里埃尔Kozberg医学博士最近在希尔曼博士的实验室和哥伦比亚大学神经生物学研究生论文的第一作者。在这项研究中,我们需要了解不同成人和新生儿的大脑。神经活动本身的差异,还是躺在这个活动之间的关系和局部血流变化?”
要回答这个问题,Drs。希尔曼和Kozberg开发出一种新的成像技术,同时记录小鼠的大脑神经活动和血液流动在不同年龄的(从新生儿到成年),追踪大脑如何回应刺激时每个动物的后爪。
“当我们开始数据我们可以看到我们很惊讶,“Kozberg博士说。首先,团队的创新显示成像方法,最小的老鼠,刺激后爪引起了强烈的神经反应,但这种反应是局部的一个地区。然后,随着动物长大,神经元响应开始蔓延。10天的年龄,刺激右爪首先引发活动左侧大脑前到右边,发展相应的两个半球之间的连接。
“我们意识到我们是看整个大脑细胞相互连接形式:神经网络的发展,“希尔曼博士说,他也是卡夫的一员在哥伦比亚大学脑科学研究所。
研究者的第二个发现更令人吃惊。最小的老鼠,神经活动没有引起血流量的增加,发生在成年小鼠的大脑。但随着动物成熟,他们的神经网络变得更成熟,大脑的血流反应逐渐得到更强大的动物随着时间的推移,直到成年。
“这就像大脑逐渐学会养活自己,“希尔曼博士说,他指出,这一发现很有意义。“这并不令人吃惊血管——机械连接他们的大脑活动与神经活动本身的发展成熟。”
然而,这些结果提出了一个令人担忧的问题。血管的工作就是提供富氧血液到大脑。因此,新生儿的大脑才能真正没有后续增加功能和生长血液流动吗?为了找到答案,Drs。Kozberg和希尔曼使用另一个光学成像技术,称为黄素蛋白方法成像,新生儿的大脑如何使用氧气。
“最年轻的动物,我们证实,神经元确实是消耗氧气,但没有的新鲜血液,他们似乎耗尽燃料,“Kozberg博士说。“我们进一步发现,神经活动实际上局部氧气水平下降引起的,称为缺氧”。
Drs。希尔曼和Kozberg提出几种解释这个令人惊讶的结果。“新生儿做令人难以置信的转变从子宫内呼吸空气在产房,“希尔曼博士指出。“生存那些前几小时,新生儿的大脑必须准备好承受巨大的氧的可用性的波动。”
因为缺氧出现在年轻老鼠似乎正常发展过程的一部分,作者提出,它实际上可能会达到一个重要目的。
“我们知道,缺氧会引起血管的生长,“Kozberg博士说。所以在这种情况下,神经活动新生儿大脑可能实际上是指导血管生长在正确的地方。”
前进,团队正准备比较他们的结果在小鼠人类的大脑。希尔曼博士正在与哥伦比亚大学精神病学系的研究人员分析数以百计的功能磁共振成像扫描之前收集的新生儿,以及不同年龄的孩子。
“如果我们可以找到相同签名的神经与血管的发展在人类婴儿,我们可以将fMRI变成一个更强大的工具。例如,用它来更好地理解,探测和跟踪的起源新生儿大脑发育障碍,”她说。
希尔曼博士的研究小组也渴望继续学习在新生儿氧代谢。早产儿暴露于高氧含量可以患有视网膜病变,血管的眼睛生长的条件不正确。她推测,过多的氧气可能导致相同的中断大脑本身的血管生长。
希尔曼博士补充道,“如果我们能更多地了解大脑发展的独特的代谢状态,我们也许能够改善早产儿的治疗策略,同时也获得了正常和异常的更深层次的理解大脑发育整体。”
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