原創(chuàng) Emily Underwood 神經(jīng)現(xiàn)實(shí)

我們的眾多決定性特質(zhì)——比如我們所用語(yǔ)言，以及我們?nèi)绾闻c他人聯(lián)結(jié)——在某種程度上，皆可追溯至我們的早期經(jīng)驗(yàn)。盡管我們的大腦在生命旅程中始終保有一定的可塑性，但大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)家普遍認(rèn)同，發(fā)生在子宮內(nèi)及生命最初幾年的變化是至關(guān)重要的，對(duì)我們患上發(fā)育性疾病和精神疾病的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

“在生命的早期階段，大腦還在形成中，”哥倫比亞大學(xué)的臨床心理學(xué)家克勞迪亞·盧戈-坎德拉斯（Claudia Lugo-Candelas）如是說，她是《臨床心理學(xué)年度回顧》（Annual Review of Clinical Psychology）中一篇關(guān)于精神疾病產(chǎn)生起源于胎兒的概述合著者*。大腦從一小團(tuán)干細(xì)胞開始發(fā)育，僅在短短九個(gè)月的時(shí)間內(nèi)就發(fā)展成一個(gè)擁有大約一千億個(gè)神經(jīng)元和數(shù)萬億連接的復(fù)雜器官。相較于生命后期的微妙大腦變化，盧戈-坎德拉斯指出，子宮內(nèi)以及出生后不久發(fā)生的變化“就像是建造一座房子，而不只是裝點(diǎn)一個(gè)露臺(tái)”。

然而，這個(gè)過程如何展開，為何有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，歷來都是難以解答的謎題，主要原因是許多關(guān)鍵事件難以直接觀察。首次對(duì)嬰兒和胎兒大腦進(jìn)行磁共振成像（MRI）掃描是在1980年代初，醫(yī)生們利用這個(gè)工具診斷大腦結(jié)構(gòu)的主要畸形。而能夠詳細(xì)捕捉嬰兒大腦內(nèi)部運(yùn)作并監(jiān)控懷孕母親胎兒大腦活動(dòng)的神經(jīng)影像工具，則是較新的發(fā)展。如今，這類研究，結(jié)合了對(duì)數(shù)千名兒童多年跟蹤的長(zhǎng)期研究*，正為科學(xué)家們提供關(guān)于大腦如何發(fā)展的新視角。

*譯者注

概述：https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-clinpsy-050718-095539

跟蹤研究：https://heal.nih.gov/research/infants-and-children/healthy-brain

-Lori Ri -

明尼蘇達(dá)大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家達(dá)米恩·費(fèi)爾（Damien Fair）表示，這些新的進(jìn)展已使該研究領(lǐng)域脫胎換骨，與五年前的狀況相去甚遠(yuǎn)。他的研究領(lǐng)域涵蓋了包括過度癥和注意力缺陷多動(dòng)障礙（ADHD）在內(nèi)的發(fā)育性疾病。

胎兒或新生兒無法像成年人一樣在大腦掃描器內(nèi)保持靜止，一直是一大難題。胎兒在羊水的浮力下會(huì)不斷改變位置，而新生兒則好動(dòng)不已，對(duì)周圍環(huán)境充滿好奇。過去，研究人員和臨床醫(yī)生常常需要進(jìn)行多次耗時(shí)且昂貴的掃描，才能獲得清晰的圖像。他們有時(shí)甚至需要對(duì)兒童和孕婦進(jìn)行鎮(zhèn)靜以減少動(dòng)作，但這種方法會(huì)改變大腦功能，可能帶來健康風(fēng)險(xiǎn)。

然而，新的成像和計(jì)算技術(shù)，減輕了由于過度活動(dòng)導(dǎo)致的影像失真——其中包括費(fèi)爾共同創(chuàng)立的公司開發(fā)的軟件——使得從嬰兒和胎兒那里收集數(shù)據(jù)變得更為容易。這無疑為這個(gè)領(lǐng)域注入了新的活力。

- Raquel Costa -

窺視產(chǎn)前大腦發(fā)育

新的研究開啟了我們對(duì)典型大腦發(fā)育模式的理解，并為孤獨(dú)癥和ADHD等非典型疾病的發(fā)生提供了線索*。例如，在2017年，由兒科神經(jīng)科學(xué)家莫里亞·托馬森（Moriah Thomason，現(xiàn)在在紐約大學(xué)）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，在一項(xiàng)開創(chuàng)性的研究中，利用功能性磁共振成像技術(shù)（fMRI）研究了32個(gè)胎兒大腦區(qū)域間的神經(jīng)通信模式。這些孕婦中，有一半的人面臨早產(chǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)，而最終有14個(gè)嬰兒確實(shí)早產(chǎn)了。

我們已知早產(chǎn)是后期認(rèn)知和情緒問題的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素*。然而，科學(xué)家們始終無法確定，這是否是因?yàn)樵绠a(chǎn)的創(chuàng)傷導(dǎo)致——這種創(chuàng)傷往往伴隨著大腦損傷和氧氣缺乏，還是因?yàn)樽訉m內(nèi)大腦的先天差異導(dǎo)致。

*譯者注

孤獨(dú)癥：https://www.biologicalpsychiatryjournal.com/article/S0006-3223(21)00195-5/fulltext

風(fēng)險(xiǎn)因素：https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-devpsych-121318-084804

托馬森的研究提供了首個(gè)證據(jù)，表明問題的根源可能要追溯到胎兒在子宮中的時(shí)期。

她的團(tuán)隊(duì)掃描的早產(chǎn)兒在子宮中時(shí)的大腦活動(dòng)表明，相比正常孕期的胎兒，他們各大腦區(qū)域之間的通信顯然要弱。最為引人注目的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)支持語(yǔ)言的網(wǎng)絡(luò)（包括大腦左側(cè)的語(yǔ)言中心）中的神經(jīng)通信發(fā)生了改變。

此后，研究者們發(fā)現(xiàn)了更多早產(chǎn)兒在子宮中就存在大腦發(fā)育異常的證據(jù)。例如，2021年，另一組研究人員發(fā)現(xiàn)24名早產(chǎn)兒在子宮中時(shí)，其大腦體積和腦脊液都少于正常孕期的嬰兒。此外，多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，早產(chǎn)的母親在羊水和胎盤組織中，有由細(xì)菌或病毒感染引起的高度炎癥反應(yīng)。

這些發(fā)現(xiàn)使得我們對(duì)懷孕期間炎癥事件可能改變胎兒大腦發(fā)育的理解增添了更多證據(jù)。例如，大規(guī)模的人口研究已經(jīng)表明，懷孕期間嚴(yán)重感染的母親生出的患有孤獨(dú)癥的孩子的風(fēng)險(xiǎn)略微增高，盡管目前還不清楚產(chǎn)前感染是否真的能引起孤獨(dú)癥。

- Raquel Costa -

盧戈-坎德拉斯的研究著眼于孕婦的感知壓力、生活事件、抑郁和焦慮如何影響胎兒大腦的初期發(fā)展。已有研究揭示，孕期母親的焦慮和抑郁癥狀較高，與其子女日后發(fā)展精神疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加兩倍有關(guān)。若風(fēng)險(xiǎn)在發(fā)育早期就開始顯現(xiàn)，“這也意味著我們有可能比原先設(shè)想的更早對(duì)此介入?！彼绱私忉?。然而，盧戈-坎德拉斯補(bǔ)充道，科學(xué)家們?nèi)栽谂沂颈澈蟮臋C(jī)制，即增加風(fēng)險(xiǎn)的壓力源是何，以及何時(shí)以及如何介入最為有效*。

此外，如同許多其他孕期風(fēng)險(xiǎn)因素一樣，沒有哪一個(gè)因素會(huì)單獨(dú)導(dǎo)致精神病或發(fā)育問題，盧戈-坎德拉斯指出?！斑@是一系列微小風(fēng)險(xiǎn)的匯集?！彼龔?qiáng)調(diào)，這些早期的接觸或經(jīng)歷中沒有任何一項(xiàng)是嚴(yán)格決定性的?！澳憧赡苡幸粋€(gè)孩子，在孕期接觸到我們認(rèn)為可能增加精神疾病風(fēng)險(xiǎn)的多種因素，但這個(gè)孩子也可能完全沒有任何精神障礙，甚至一生都不會(huì)患有精神疾病?！?/p>

這種復(fù)雜性突出了研究發(fā)育中大腦所面臨的一大挑戰(zhàn)：即相似的結(jié)果，如孤獨(dú)癥或精神分裂癥，可能源自許多潛在的神經(jīng)系統(tǒng)原因。例如，與正常人群相比，有些孤獨(dú)癥患者在特定大腦區(qū)域之間的連接性增強(qiáng)，但有些可能連接性減弱。沒有任何單一的神經(jīng)標(biāo)志可以完全代表這種病狀。

*譯者注

https://www.biologicalpsychiatryjournal.com/article/S0006-3223(23)00054-9/fulltext

MRI掃描：麻省理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家麗貝卡·薩克斯（Rebecca Saxe正在親吻她兩個(gè)月大的兒子。成像軟件的進(jìn)步讓研究人員有了更好的手段去探究嬰兒大腦的變化。

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REBECCA SAXE, BEN DEEN & ATSUSHI TAKAHASHI / MIT, ATHINOULA A. MARTINOS IMAGING CENTER AT THE MCGOVERN INSTITUTE FOR BRAIN RESEARCH / MIT

被視為“神經(jīng)指紋”的大腦連接

針對(duì)此問題，費(fèi)爾追尋的是他所謂的“功能性指紋”，即當(dāng)一個(gè)人在 fMRI 掃描儀內(nèi)靜止時(shí)，不同大腦區(qū)域如何相互通信的模式——這對(duì)每個(gè)人都是獨(dú)一無二的。

他首次在2014年在成人身上觀察到這些神經(jīng)指紋，并進(jìn)一步證明兒童也有這樣的指紋。他和他的同事們發(fā)現(xiàn)，這些模式在家庭內(nèi)部，乃至跨代之間都有驚人的一致性，這表明某些類型的大腦連接至少部分是遺傳的。

去年，他發(fā)布的證據(jù)顯示，即使只有八個(gè)月大的嬰兒也有這些神經(jīng)指紋——并且指紋的某些元素，例如參與注意力和運(yùn)動(dòng)等功能的區(qū)域之間的交叉談話量，可以預(yù)測(cè)嬰兒的準(zhǔn)確年齡，精確到幾個(gè)月。

麻省理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家為了深入探究早期發(fā)展，使他們的腦成像設(shè)備更加適應(yīng)嬰兒。研究人員使用改裝的MRI掃描器，當(dāng)嬰兒觀看包含不同類型視覺刺激的電影時(shí)，他們可以對(duì)嬰兒的大腦進(jìn)行成像。

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CAITLIN CUNNINGHAM

同時(shí)，托馬森對(duì)胎兒進(jìn)行的大腦fMRI研究顯示*，這些獨(dú)特的連通性模式在妊娠的中期和晚期顯現(xiàn)，包括那些最終主導(dǎo)學(xué)習(xí)、記憶和情感的神經(jīng)回路。托馬森與其他人如今正借助神經(jīng)影像學(xué)研究各種產(chǎn)前經(jīng)歷——從母親的Covid-19感染到大麻使用——是如何影響這些回路的發(fā)展。

科學(xué)家能如此早地偵測(cè)到這些明顯的大腦活動(dòng)模式，使得費(fèi)爾和其他人得出這樣的推斷，即在我們降生之時(shí)，構(gòu)成我們身份的諸多因素已經(jīng)存在，雖然我們的經(jīng)歷和生活中的各種接觸仍將繼續(xù)塑造我們。然而，由于每個(gè)嬰兒的大腦都是由許多不同的因素塑造的，研究人員需要從成千上萬的孩子那里獲取長(zhǎng)期成像數(shù)據(jù)，才能對(duì)“典型”的發(fā)展情況有一個(gè)全面的理解*，這是費(fèi)爾和他的同事們?cè)?021年的《發(fā)展心理學(xué)年度回顧》中提出的觀點(diǎn)。

*譯者注

大腦fMRI研究：https://www.jneurosci.org/content/39/49/9716.long

典型發(fā)育：https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-devpsych-121318-085124

最終，成像工具可能有助于臨床醫(yī)生和研究者監(jiān)測(cè)嬰兒的大腦發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)未來可能出現(xiàn)的問題，并為孤獨(dú)癥等疾病開發(fā)更早的個(gè)性化干預(yù)和治療措施，費(fèi)爾補(bǔ)充道。

同樣的，盧戈-坎德拉斯認(rèn)為，我們已經(jīng)掌握了足夠多的信息，以采取實(shí)質(zhì)性的行動(dòng)。她自信滿滿地說：“我深信，那些能有效緩解懷孕期間的壓力的干預(yù)措施，如有薪產(chǎn)假，將對(duì)我們的下一代產(chǎn)生積極的影響?！彼赋?，這可能會(huì)在諸如學(xué)校和心理健康等領(lǐng)域，帶來更加理想的結(jié)果，而這些成果將影響到整個(gè)生命周期?！叭欢?，我認(rèn)為我們?cè)诤饬窟@些結(jié)果的具體樣貌，或者在揭示導(dǎo)致這些結(jié)果的機(jī)制方面，還有很大的提升空間。”

后記

光影：本篇是神經(jīng)現(xiàn)實(shí)舉辦的“機(jī)器翻譯”大賽的第02篇，后續(xù)會(huì)有更多本比賽的作品出爐。如果你對(duì)訓(xùn)練ChatGPT做翻譯有信心，也歡迎將你的作品投稿給我們，郵箱：neureality@outlook.com。

本文均由ChatGPT翻譯、審校并潤(rùn)色。審校光影做了最低限度的修改。你覺得這篇成品怎么樣？（點(diǎn)擊，閱讀對(duì)照版本）

作者：Emily Underwood

譯者：ChatGPT | 審校：光影 | 編輯：光影

排版：光影 | 封面：

原文：

https://knowablemagazine.org/article/mind/2023/zooming-brains-babies

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