华东师大周晓明教授《Nature》子刊文章

　　

生物通报道，近期华东师范大学周晓明教授与2008年12月14日在Nature子刊《自然—神经科学》杂志发表最新研究成果，揭示知觉训练可修复大脑听力功能损伤的机制。该文章被最新一期Nature China Research Highlights评为Neuroscience亮点文章。

 

据介绍，神经系统的早期发育主要由遗传因素来决定，但环境因素也严重影响脑的发育。环境噪声损害人们的听觉，对尚在发育期的婴幼儿的损害更为严重，不仅损伤听觉的发育，还会严重影响语言和智力发展，造成成年后的语言理解表达和智力障碍。那么，这种损伤还能修复吗？日前，我院周晓明教授和美国加州大学旧金山分校Merzenich MM（莫泽尼克）教授合作对大鼠的研究证实，对成年大鼠进行特殊的知觉训练，可以修复幼年期损伤的听皮层处理声音时间信息的功能。

 

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，在“关键期”将幼年大鼠饲养在不影响其正常生理活动的噪声环境中，1个月后就会造成其大脑皮层听觉功能受损，到成年时大鼠的听觉功能特性仍停留在幼年水平。以往的研究结论认为，幼年时所发生的这种大脑皮层听觉功能的损伤是不能修复的。

 

然而，在这项研究中，待幼年时大脑皮层听觉功能受损的大鼠成年后（大鼠一般两个月左右成年），研究者采用一个特别设计的听觉训练程序（目标—探索条件反射程序），通过食物、水等来诱导大鼠建立条件反射，即在包含不同时间间隔、一天之内相对固定而又每天随机变更的连续声音序列中，分辨出一个特定时间间隔的声音序列。经过两个月左右的知觉训练后，再测定这些大鼠大脑听皮层神经元对连续声刺激的跟随能力。结果发现，由于早期噪声暴露引起的听皮层对连续声刺激跟随能力和反应同步性的损伤已完全修复，一些特性甚至要优于正常动物。这说明后天的知觉训练已经使得发育中损伤的皮层声音时间信息处理功能在发育关键期后和成年动物上获得了重塑。

 

周晓明教授此项研究成果具有十分重要的潜在应用前景，人们有可能借鉴这一研究策略，通过特定的知觉训练措施对智力发育不全、延后或低下的大龄儿童和成年人进行脑功能损伤的矫治。此项研究还有可能应用于延缓老年人的智力衰退等。

 

自然界中的声音，包括动物的叫声和人类的语言，都包含很复杂的时间结构。听觉系统对声音时间信息的精细处理包括对声音时间的分辨和整合能力。对声音时间信息的分辨能力是指听觉系统能够探测随时间而变化的声音信号的能力，对时间的整合是指听觉系统能够整合随时间变化的声音信息，以便于声音信号的探测和感知。已有的研究表明，听觉系统对时间的分辨能力在人对语言的解码中至关重要。在日常生活中，中到高强度的噪声能影响人对语言的感知或文字的理解，原因之一可能是噪声影响了人对短暂的、序列的、快速变化的声音的处理能力。研究表明，大脑听皮层在感知这些时间信息中起关键作用。在人类，声音时间信息处理功能缺陷会明显延迟和严重损害语言处理和表达能力的发育。

 

据悉，周晓明教授自2006年开始与莫泽尼克进行合作研究以来，主要研究方向为听觉信息处理和听觉发育可塑性。其系列研究成果，近两年先后以第一作者在美国科学院院报上发表了两篇论文《成年后强化训练能修复幼年时损伤的听觉功能》和《早期间断噪声对听皮层处理声音时间性信息的持久影响》，最近又在《Nature. Neuroscience》（《自然•神经科学》）杂志上以华东师大为第一完成单位、本人以第一作者和通讯作者发表论文《知觉训练可修复发育中损伤的皮层处理声音时间性信息的功能》。

Nature Neuroscience 12, 26 - 28 (2008)

Published online: 14 December 2008 | doi:10.1038/nn.2239

 

Developmentally degraded cortical temporal processing restored by training

Xiaoming Zhou1,2 & Michael M Merzenich2

 

Enduring deficits in temporal processing can be induced in the auditory cortex by rearing infant rats in the presence of low frequency–modulated noises. We found that it was possible to restore normal temporal processing, overcoming deficits induced during the critical period, by intensively training developmentally impaired animals as juveniles or young adults. Re-normalized cortical temporal response characteristics were sustained long after training cessation.

 

School of Life Sciences, East China Normal University, 3663 North Zhongshan Road, Shanghai 200062, China.

W.M. Keck Center for Integrative Neuroscience, Coleman Laboratory, Department of Otolaryngology, University of California, San Francisco, 513 Parnassus Avenue, San Francisco, California 94143, USA.

Correspondence to: Xiaoming Zhou1,2 e-mail: [e-mail]