加州大學(xué)舊金山分校旅美華人科學(xué)家苑克鑫博士所屬的研究團隊，經(jīng)過三年的研究，揭示了在大腦皮層發(fā)育初期，聽覺神經(jīng)細胞所接收到的興奮性信號和抑制性信號間的不平衡性，以及外界聲音環(huán)境對發(fā)育中的聽覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的巨大影響。該發(fā)現(xiàn)為研究兒童語言技巧的發(fā)育，自閉癥兒童語言障礙的發(fā)生機制，以及其他與發(fā)育相關(guān)的語言損害，提供了非常重要的基礎(chǔ)。6月17日出版的世界自然科學(xué)研究領(lǐng)域最權(quán)威的雜志《自然》（Nature）發(fā)表了該研究成果，肯定了該研究的突破性以及對人類健康具有的深遠意義。

大腦皮層是人的CPU，而神經(jīng)細胞是大腦皮層的基本功能單位。人類大腦皮層中大概有140億個神經(jīng)細胞，它們相互聯(lián)接，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。每一個神經(jīng)細胞都會同時接收到來自于其他神經(jīng)細胞的興奮性和抑制性信號。在成年人的聽覺皮層中，這兩種信號大致平衡，通過彼此相互拮抗來實現(xiàn)對聲音和語言信息的處理，從而使得人們能夠正常的聽和說。與成年人相比，兒童的語言理解和運用能力相對較弱，自閉癥兒童中普遍存在的語言障礙則更是極端的例子?？茖W(xué)家們相信這是由于正在發(fā)育中的兒童大腦聽覺區(qū)域中興奮性和抑制性信號間尚不協(xié)調(diào)的相互作用引起的，但是一直缺乏直接的證據(jù)。

要想得到直接的證據(jù)，就必須利用活體全細胞電壓鉗記錄技術(shù)，來捕捉到大腦中單個神經(jīng)細胞所接收到的興奮性和抑制性信號，也就是說，首先要將信號記錄儀器大約3微米粗的尖端吸附在隨著心臟和呼吸不斷振動的10-20微米大小的神經(jīng)細胞表面，然后吸破細胞膜，使得儀器尖端與細胞內(nèi)部直接連通，隨后通過控制電壓，來記錄興奮性和抑制性信號。苑克鑫博士形容，這一技術(shù)的精巧程度，簡單來說就像是要求一個人用針去戳一只隨風擺動的肥皂泡，針尖必須剛剛好插入肥皂泡的表面，但是又不能把肥皂泡戳破。由于這一技術(shù)涉及一系列非常關(guān)鍵的細節(jié)，完全沒有顯微鏡的引導(dǎo)，并且要求研究人員具有豐富的經(jīng)驗，目前全美只有少數(shù)幾個實驗室掌握。

苑克鑫博士經(jīng)過無數(shù)次的實驗和探索，成功掌握了這一技術(shù)，并利用這一技術(shù)發(fā)現(xiàn)在動物幼年時期，也就是聽覺大腦皮層發(fā)育的早期，神經(jīng)細胞所接收到的興奮性信號和抑制性信號確實是不平衡的。這種不平衡性體現(xiàn)在對聲音頻率的選擇性上。也就是說，當用不同頻率的聲音給動物聽時，單個聽覺神經(jīng)細胞只會在特定的頻率范圍內(nèi)接收到興奮性信號，但是卻幾乎可以在所有的頻率都接收到抑制性信號。這與在成年動物的聽覺神經(jīng)細胞中觀察到的平衡的興奮和抑制性信號是截然不同的。以人為例，兒童聽覺細胞中的這種不平衡性導(dǎo)致這兩種信號不能協(xié)調(diào)的相互作用，從而一定程度上決定了兒童與成人間存在的語言能力的差異。該研究結(jié)果還表明，這兩種信號會隨著動物發(fā)育的進程而逐步實現(xiàn)對等。但是在自閉癥兒童的聽覺皮層中，其它研究手段已間接表明這兩種信號實現(xiàn)對等的進程受到了阻礙，這很可能導(dǎo)致了自閉癥兒童的語言障礙。

看上去，這種興奮與抑制的平衡是一個自然的，漸進的發(fā)育過程，可是人或動物所處的聲音環(huán)境會不會對這一發(fā)育現(xiàn)像有所影響呢？苑克鑫博士進一步的研究結(jié)果更加讓人興奮。他發(fā)現(xiàn)當用特定頻率的聲音來重復(fù)刺激幼年動物的聽覺系統(tǒng)時，僅需短短的3至5分鐘，就可以使聽覺皮層神經(jīng)細胞接收到的興奮性和抑制性信號實現(xiàn)對等，而這是通過使抑制性信號具有選擇性實現(xiàn)的。也就是說，外界高強度的聲音刺激選擇性的改變了抑制性信號，加速了這一本來應(yīng)該是漸進性的過程。雖然這種由高強度刺激所導(dǎo)致的興奮性和抑制性信號的提前對等的實際功能意義還有待于進一步研究，但是這一現(xiàn)像已經(jīng)足以表明在動物發(fā)育過程中外界刺激會對大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生巨大的影響，并且已經(jīng)有實驗證據(jù)表明這種影響很有可能會延伸到成年階段。仍然以人為例，如果兒童長期暴露在過于嘈雜和高強度的聲音環(huán)境中，他們成年后的語言能力將有可能會受到嚴重損害。

苑克鑫博士表示，這一研究成果是團隊合作的結(jié)晶。在現(xiàn)為紐約大學(xué)助理教授的Robert Froemke博士以及加大舊金山分校的資深聽覺研究科學(xué)家Christoph Schreiner博士的啟發(fā)和帶領(lǐng)下，他與同事Anja Dorn成功攻克了這一科學(xué)難題。該研究團隊現(xiàn)在正致力于研究如何打破成年動物聽覺皮層中興奮性和抑制性信號間的平衡，從而使大腦在某種程度上恢復(fù)發(fā)育時期特征，然后使用特殊的聲音刺激方式來重新塑造聽覺神經(jīng)細胞間的連接。這一研究將會對幫助有語言或聽覺障礙的成年人恢復(fù)正常的語言或聽覺功能有重要意義。

關(guān)于苑克鑫博士：

男，31歲。2001年畢業(yè)于中國煙臺大學(xué)生物化學(xué)理工學(xué)院并獲得生物化學(xué)學(xué)士學(xué)位后，憑借優(yōu)異成績進入到中國科學(xué)研究的最高學(xué)府，中國科學(xué)院攻讀聽覺研究的博士學(xué)位，并于2006年加入加大舊金山分校， Christoph Schreiner教授的研究團隊開展博士后研究工作。他對大腦聽覺信息加工以及與聽覺相關(guān)的大腦發(fā)育和可塑性有著濃厚的研究興趣，并希望將來能夠用他自己的研究成果來幫助提高人類的健康水平。（來源：加州大學(xué)舊金山分校 苑克鑫）

論文作者：Robert C. Froemke DOI： 期刊：《自然》

論文摘要鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/v465/n7300/abs/nature09119.html

論文新聞作者：苑克鑫 聯(lián)系人姓名：苑克鑫 電子郵件：kexinphy.ucsf.edu 聯(lián)系電話：415-990-9207(C); 415-476-1576(O)

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網(wǎng)址: 科學(xué)網(wǎng)—研究揭示聽覺與語言能力發(fā)育機制 http://www.u1s5d6.cn/newsview135102.html