窥视产前大脑发育，预见未来疾病发展？

原创 Emily Underwood 神经现实

我们的众多决定性特质——比如我们所用语言，以及我们如何与他人联结——在某种程度上，皆可追溯至我们的早期经验。尽管我们的大脑在生命旅程中始终保有一定的可塑性，但大多数神经科学家普遍认同，发生在子宫内及生命最初几年的变化是至关重要的，对我们患上发育性疾病和精神疾病的风险产生了深远影响。

“在生命的早期阶段，大脑还在形成中，”哥伦比亚大学的临床心理学家克劳迪亚·卢戈-坎德拉斯（Claudia Lugo-Candelas）如是说，她是《临床心理学年度回顾》（Annual Review of Clinical Psychology）中一篇关于精神疾病产生起源于胎儿的概述合著者*。大脑从一小团干细胞开始发育，仅在短短九个月的时间内就发展成一个拥有大约一千亿个神经元和数万亿连接的复杂器官。相较于生命后期的微妙大脑变化，卢戈-坎德拉斯指出，子宫内以及出生后不久发生的变化“就像是建造一座房子，而不只是装点一个露台”。

然而，这个过程如何展开，为何有时会出现错误，历来都是难以解答的谜题，主要原因是许多关键事件难以直接观察。首次对婴儿和胎儿大脑进行磁共振成像（MRI）扫描是在1980年代初，医生们利用这个工具诊断大脑结构的主要畸形。而能够详细捕捉婴儿大脑内部运作并监控怀孕母亲胎儿大脑活动的神经影像工具，则是较新的发展。如今，这类研究，结合了对数千名儿童多年跟踪的长期研究*，正为科学家们提供关于大脑如何发展的新视角。

*译者注

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

跟踪研究：https://heal.nih.gov/research/infants-and-children/healthy-brain

-Lori Ri -

明尼苏达大学的神经科学家达米恩·费尔（Damien Fair）表示，这些新的进展已使该研究领域脱胎换骨，与五年前的状况相去甚远。他的研究领域涵盖了包括过度症和注意力缺陷多动障碍（ADHD）在内的发育性疾病。

胎儿或新生儿无法像成年人一样在大脑扫描器内保持静止，一直是一大难题。胎儿在羊水的浮力下会不断改变位置，而新生儿则好动不已，对周围环境充满好奇。过去，研究人员和临床医生常常需要进行多次耗时且昂贵的扫描，才能获得清晰的图像。他们有时甚至需要对儿童和孕妇进行镇静以减少动作，但这种方法会改变大脑功能，可能带来健康风险。

然而，新的成像和计算技术，减轻了由于过度活动导致的影像失真——其中包括费尔共同创立的公司开发的软件——使得从婴儿和胎儿那里收集数据变得更为容易。这无疑为这个领域注入了新的活力。

- Raquel Costa -

窥视产前大脑发育

新的研究开启了我们对典型大脑发育模式的理解，并为孤独症和ADHD等非典型疾病的发生提供了线索*。例如，在2017年，由儿科神经科学家莫里亚·托马森（Moriah Thomason，现在在纽约大学）领导的研究团队，在一项开创性的研究中，利用功能性磁共振成像技术（fMRI）研究了32个胎儿大脑区域间的神经通信模式。这些孕妇中，有一半的人面临早产的高风险，而最终有14个婴儿确实早产了。

我们已知早产是后期认知和情绪问题的一个风险因素*。然而，科学家们始终无法确定，这是否是因为早产的创伤导致——这种创伤往往伴随着大脑损伤和氧气缺乏，还是因为子宫内大脑的先天差异导致。

*译者注

孤独症：https://www.biologicalpsychiatryjournal.com/article/S0006-3223(21)00195-5/fulltext

风险因素：https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-devpsych-121318-084804

托马森的研究提供了首个证据，表明问题的根源可能要追溯到胎儿在子宫中的时期。

她的团队扫描的早产儿在子宫中时的大脑活动表明，相比正常孕期的胎儿，他们各大脑区域之间的通信显然要弱。最为引人注目的是，科学家们发现支持语言的网络（包括大脑左侧的语言中心）中的神经通信发生了改变。

此后，研究者们发现了更多早产儿在子宫中就存在大脑发育异常的证据。例如，2021年，另一组研究人员发现24名早产儿在子宫中时，其大脑体积和脑脊液都少于正常孕期的婴儿。此外，多项研究发现，早产的母亲在羊水和胎盘组织中，有由细菌或病毒感染引起的高度炎症反应。

这些发现使得我们对怀孕期间炎症事件可能改变胎儿大脑发育的理解增添了更多证据。例如，大规模的人口研究已经表明，怀孕期间严重感染的母亲生出的患有孤独症的孩子的风险略微增高，尽管目前还不清楚产前感染是否真的能引起孤独症。

- Raquel Costa -

卢戈-坎德拉斯的研究着眼于孕妇的感知压力、生活事件、抑郁和焦虑如何影响胎儿大脑的初期发展。已有研究揭示，孕期母亲的焦虑和抑郁症状较高，与其子女日后发展精神疾病的风险增加两倍有关。若风险在发育早期就开始显现，“这也意味着我们有可能比原先设想的更早对此介入。”她如此解释。然而，卢戈-坎德拉斯补充道，科学家们仍在努力揭示背后的机制，即增加风险的压力源是何，以及何时以及如何介入最为有效*。

此外，如同许多其他孕期风险因素一样，没有哪一个因素会单独导致精神病或发育问题，卢戈-坎德拉斯指出。“这是一系列微小风险的汇集。”她强调，这些早期的接触或经历中没有任何一项是严格决定性的。“你可能有一个孩子，在孕期接触到我们认为可能增加精神疾病风险的多种因素，但这个孩子也可能完全没有任何精神障碍，甚至一生都不会患有精神疾病。”

这种复杂性突出了研究发育中大脑所面临的一大挑战：即相似的结果，如孤独症或精神分裂症，可能源自许多潜在的神经系统原因。例如，与正常人群相比，有些孤独症患者在特定大脑区域之间的连接性增强，但有些可能连接性减弱。没有任何单一的神经标志可以完全代表这种病状。

*译者注

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

MRI扫描：麻省理工学院的神经科学家丽贝卡·萨克斯（Rebecca Saxe正在亲吻她两个月大的儿子。成像软件的进步让研究人员有了更好的手段去探究婴儿大脑的变化。

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

被视为“神经指纹”的大脑连接

针对此问题，费尔追寻的是他所谓的“功能性指纹”，即当一个人在 fMRI 扫描仪内静止时，不同大脑区域如何相互通信的模式——这对每个人都是独一无二的。

他首次在2014年在成人身上观察到这些神经指纹，并进一步证明儿童也有这样的指纹。他和他的同事们发现，这些模式在家庭内部，乃至跨代之间都有惊人的一致性，这表明某些类型的大脑连接至少部分是遗传的。

去年，他发布的证据显示，即使只有八个月大的婴儿也有这些神经指纹——并且指纹的某些元素，例如参与注意力和运动等功能的区域之间的交叉谈话量，可以预测婴儿的准确年龄，精确到几个月。

麻省理工学院的神经科学家为了深入探究早期发展，使他们的脑成像设备更加适应婴儿。研究人员使用改装的MRI扫描器，当婴儿观看包含不同类型视觉刺激的电影时，他们可以对婴儿的大脑进行成像。

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CAITLIN CUNNINGHAM

同时，托马森对胎儿进行的大脑fMRI研究显示*，这些独特的连通性模式在妊娠的中期和晚期显现，包括那些最终主导学习、记忆和情感的神经回路。托马森与其他人如今正借助神经影像学研究各种产前经历——从母亲的Covid-19感染到大麻使用——是如何影响这些回路的发展。

科学家能如此早地侦测到这些明显的大脑活动模式，使得费尔和其他人得出这样的推断，即在我们降生之时，构成我们身份的诸多因素已经存在，虽然我们的经历和生活中的各种接触仍将继续塑造我们。然而，由于每个婴儿的大脑都是由许多不同的因素塑造的，研究人员需要从成千上万的孩子那里获取长期成像数据，才能对“典型”的发展情况有一个全面的理解*，这是费尔和他的同事们在2021年的《发展心理学年度回顾》中提出的观点。

*译者注

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

典型发育：https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-devpsych-121318-085124

最终，成像工具可能有助于临床医生和研究者监测婴儿的大脑发育情况，发现未来可能出现的问题，并为孤独症等疾病开发更早的个性化干预和治疗措施，费尔补充道。

同样的，卢戈-坎德拉斯认为，我们已经掌握了足够多的信息，以采取实质性的行动。她自信满满地说：“我深信，那些能有效缓解怀孕期间的压力的干预措施，如有薪产假，将对我们的下一代产生积极的影响。”她指出，这可能会在诸如学校和心理健康等领域，带来更加理想的结果，而这些成果将影响到整个生命周期。“然而，我认为我们在衡量这些结果的具体样貌，或者在揭示导致这些结果的机制方面，还有很大的提升空间。”

后记

光影：本篇是神经现实举办的“机器翻译”大赛的第02篇，后续会有更多本比赛的作品出炉。如果你对训练ChatGPT做翻译有信心，也欢迎将你的作品投稿给我们，邮箱：neureality@outlook.com。

本文均由ChatGPT翻译、审校并润色。审校光影做了最低限度的修改。你觉得这篇成品怎么样？（点击，阅读对照版本）

作者：Emily Underwood

译者：ChatGPT | 审校：光影 | 编辑：光影

排版：光影 | 封面：

原文：

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

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