科学家们发现,奔跑能帮助小鼠恢复早期感觉剥夺(sensory deprivation)所造成的失明。这项研究发表在近日的eLife杂志上,阐明了大脑可塑性背后的具体过程,这种可塑性被认为是学习的基础。
50多年前,神经生理学家大卫·霍步尔(David Hubel)和托斯坦·维厄瑟尔(Torsten Wiesel)破解了将视觉信息传送到大脑的编码机制。他们还向人们展示,只有两 睛都接受足够的早期刺激,视觉皮层才能够正常发育。在关键时期剥夺一 睛的视觉,会导致弱视,甚至达到接近失明的状态。如果上睑下垂、白内障等出生缺陷没有及时纠正,就会造成上述问题。成年后再进行治疗不能完全恢复视力,整个恢复过程也很缓慢。
2010年,加州大学的神经科学家克里斯托弗·尼尔(Christopher Niell)和迈克尔·斯崔克(Michael Stryker)发现,在奔跑时小鼠视觉皮层神经元对视觉刺激的应答增大 了一倍多。斯崔克指出,高速奔跑时掌握环境并调整方向 加重要,而休息状态的较低应答有助于保存能量。
一组小鼠一边在跑步机(treadmill)上奔跑,一边观看复杂的视觉图像。这一图像经过筛选,可以刺激小鼠初级视觉皮层的几乎所有细胞。另一组小鼠被关在笼子里,不接受额外的视觉刺激。
一周之后,在缝合眼睛所对应的皮层区域,奔跑小鼠的响应能力增强。两周之后,这一区域的应答能力就与正常小鼠差不多了。在不奔跑也不接受额外视觉刺激的小鼠中,视觉恢复很艰难,无法达到正常的应答水平。
进一步研究显示,奔跑和视觉刺激都不能独立产生这么好的作用。此外,接受特定图像刺激的小鼠,并没有增强对其他图像模式的应答,这说明在奔跑过程中只有视觉回路被激活。
“这一现象非常稳定,”加州大学的神经生物学家Massimo Scanziani说,“刺激的作用很强,可重复性也很高。”这项研究为人们提供了治疗弱视的一条潜在新途径。
此前刊登在《眼科学研究和视觉科学》的研究显示,与每天跑步少于2公里的人相比,平均每天跑2至4公里的人患上与年纪 相关的黄斑变性的风险可降低19%。而那些每天跑步4公里以上的人们患此疾病的风险要下降42%至54%。
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