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(tuán)隊(duì)，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(xì)胞所接收到的興奮性信號(hào)和抑制性信號(hào)間的不平衡性，以及外界聲音環(huán)境對(duì)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?jī)和Z(yǔ)言技巧的發(fā)育，自閉癥兒童語(yǔ)言障礙的發(fā)生機(jī)制，以及其他與發(fā)育相關(guān)的語(yǔ)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(duì)人類健康具有的深遠(yuǎn)意義。

大腦皮層是人的CPU，而神經(jīng)細(xì)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(gè)神經(jīng)細(xì)胞，它們相互聯(lián)接，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞都會(huì)同時(shí)接收到來自于其他神經(jīng)細(xì)胞的興奮性和抑制性信號(hào)。在成年人的聽覺皮層中，這兩種信號(hào)大致平衡，通過彼此相互拮抗來實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音和語(yǔ)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(yǔ)言理解和運(yùn)用能力相對(duì)較弱，自閉癥兒童中普遍存在的語(yǔ)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(hào)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(xì)胞電壓鉗記錄技術(shù)，來捕捉到大腦中單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞所接收到的興奮性和抑制性信號(hào)，也就是說，首先要將信號(hào)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(dòng)的10-20微米大小的神經(jīng)細(xì)胞表面，然后吸破細(xì)胞膜，使得儀器尖端與細(xì)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(hào)。苑克鑫博士形容，這一技術(shù)的精巧程度，簡(jiǎn)單來說就像是要求一個(gè)人用針去戳一只隨風(fēng)擺動(dòng)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(xì)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(yàn)，目前全美只有少數(shù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室掌握。

苑克鑫博士經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)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(dòng)物幼年時(shí)期，也就是聽覺大腦皮層發(fā)育的早期，神經(jīng)細(xì)胞所接收到的興奮性信號(hào)和抑制性信號(hào)確實(shí)是不平衡的。這種不平衡性體現(xiàn)在對(duì)聲音頻率的選擇性上。也就是說，當(dāng)用不同頻率的聲音給動(dòng)物聽時(shí)，單個(gè)聽覺神經(jīng)細(xì)胞只會(huì)在特定的頻率范圍內(nèi)接收到興奮性信號(hào)，但是卻幾乎可以在所有的頻率都接收到抑制性信號(hào)。這與在成年動(dòng)物的聽覺神經(jīng)細(xì)胞中觀察到的平衡的興奮和抑制性信號(hào)是截然不同的。以人為例，兒童聽覺細(xì)胞中的這種不平衡性導(dǎo)致這兩種信號(hào)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(yǔ)言能力的差異。該研究結(jié)果還表明，這兩種信號(hào)會(huì)隨著動(dòng)物發(fā)育的進(jìn)程而逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)等的進(jìn)程受到了阻礙，這很可能導(dǎo)致了自閉癥兒童的語(yǔ)言障礙。

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

苑克鑫博士表示，這一研究成果是團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正致力于研究如何打破成年動(dòng)物聽覺皮層中興奮性和抑制性信號(hào)間的平衡，從而使大腦在某種程度上恢復(fù)發(fā)育時(shí)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(xì)胞間的連接。這一研究將會(huì)對(duì)幫助有語(yǔ)言或聽覺障礙的成年人恢復(fù)正常的語(yǔ)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(guó)煙臺(tái)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(jī)進(jìn)入到中國(guó)科學(xué)研究的最高學(xué)府，中國(guó)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(tuán)隊(duì)開展博士后研究工作。他對(duì)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(yǔ)言能力發(fā)育機(jī)制 http://www.u1s5d6.cn/newsview135102.html