活化基因 促進海馬體生長 優化可塑性 豐富環境 讓大腦保持年輕

編譯/韋士塔 |2021.08.14
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編譯/韋士塔

德國科學家研究發現,生活環境對健康和大腦可塑性都有深遠的影響。長期承受壓力不僅會增加罹患心血管疾病和癌症的風險,出現精神疾病和神經退化性疾病的風險也會升高。

過去的研究證實,慢性壓力和相關疾病,如憂鬱症,會對大腦海馬體(hippocampus)的可塑性產生有害影響,並導致海馬體體積縮小;至於豐富和刺激的環境對大腦可塑性的正面影響,直到最近才被研究。海馬體是大腦內側顳葉的一個拇指大小的區域,與情緒調節、學習和記憶有關;以人類而言,若生活型態維持不變,海馬體在40歲後通常會持續縮小。

德國神經退化性疾病中心和德國德勒斯登工業大學(Technische Universitat Dresden)再生療法中心的研究人員,以實驗室老鼠進行研究,在老鼠的生活環境中安置了滾輪、築巢材料、玩具等物品,對照組的老鼠則飼養在完全沒有其他物品的環境中。經過一段時間後,研究人員進行測試,發現在「豐富環境」(Enriched Environment,EE)中飼育的老鼠,學習和記憶能力較高,焦慮程度也較低。

解剖結果顯示,豐富環境增加了老鼠大腦海馬體的體積,也讓海馬體樹突狀結構的密度增加,減弱海馬體的神經炎症,防止可塑性改變;此外,豐富環境也能促進海馬體的神經膠質形成,有利血管生成,增加神經元活動,並可從腦部去除有毒物質。

據此推論,與空間學習和運動協調相關的活動,例如體育、藝術與創造性活動(如音樂或舞蹈)、學習新技能、訓練記憶、玩遊戲和社交生活,有利於大腦海馬體的活動,從而提高學習能力和對新環境的適應能力。反之,遭隔離者或獨居者,海馬體的認知和學習能力可能會下降。

研究人員在發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊的報告中指出,刺激的環境可以優化大腦可塑性,引起大腦的持久變化,尤其是海馬體。在充滿感官刺激的環境中生活,有助海馬體保持活力,促進發育、學習、記憶和腦損傷的恢復。

研究人員進一步解釋,腦細胞的功能和健康狀況,由DNA決定,而生活環境可影響這些基因的活化程度。他們並指出,老鼠大腦可塑性在發育期更容易受環境影響,但對成年老鼠也會產生作用;也就是說,無論什麼年齡,環境都能影響身心狀態。年紀大的老鼠若被飼育在豐富環境中,比較容易讓基因活化,影響與海馬體生長相關的基因。若能透過外部的刺激或訓練,遏制海馬體的萎縮甚至促進海馬體生長,等於減緩了大腦的老化。

科學家強調,這項研究取得的初步結論,證實老鼠大腦會受環境影響,但相關機制是否完全適用於人類,仍待觀察,因為人類的生活環境以及人類對外部刺激的反應,遠比實驗室複雜。

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