學術動態
神外前沿
神外前沿訊，據JST客觀日本報導，日本產業技術綜合研究所和理化學研究所的研究小組，日前發現了發生腦損傷後新形成的神經束。
研究小組先使模型動物的大腦皮層的初級運動皮層形成永久損傷，然後調查在運動功能的恢復過程中大腦神經束髮生的變化。結果發現，運動功能恢復時，代償因損傷而失去的初級運動皮層功能的損傷周邊區域「前運動區腹側部」，與在實現順利運動方面發揮重要作用的、負責小腦輸出的「小腦核」之間會形成新的神經束。
這項成果將成為開發腦損傷後通過適當促進大腦變化來恢復功能的神經康復技術的關鍵。
相關研究論文已於2019年10月3發表在美國科學期刊《Journal of Neuroscience》的網絡版上。
圖1：研究小組發現了發生腦損傷後恢復運動功能所需的腦功能變化背景——神經束的形成
腦功能的恢復取決於為其提供支持的神經束的變化。因此，關於前運動區腹側部代償初級運動皮層負責的運動功能的背景，可能是在康復期間形成了新的神經束。尤其是前運動區腹側部，身體健康時，該部位通過初級運動皮層輸出運動指令。因此，研究小組著眼於初級運動皮層發生損傷後，為了傳遞前運動區腹側部發出的信息，神經束究竟發生了什麼變化。
為了觀察初級運動皮層發生損傷後，前運動區腹側部發生的神經束變化，研究小組利用名為「生物素葡聚糖胺」（Biotynilated Dextran Amine，BDA）的解剖學示蹤劑，進行了組織化學解析。BDA會被吸收到神經細胞的細胞體內，在軸突內移動併到達其末端。此次，研究小組將BDA注入前運動區腹側部，待其約1個月後抵達神經細胞末端時，觀察了包括BDA在內的軸突終末（BDA陽性軸突終末）的分布。由此可以確定前運動區腹側部直接輸送軸突形成神經束的區域（圖2左）。
研究小組利用未受到腦損傷的個體（健康個體）和初級運動皮層受到損傷、手部運動功能已經恢復的個體（腦損傷個體），比較了BDA陽性軸突終末的分布。健康個體不存在但腦損傷個體存在的神經束應該是在腦損傷後的功能恢復期間形成的。比較發現，在負責小腦輸出的小腦核區域，BDA陽性軸突終末的分布存在差異，健康個體的小腦核區域未發現BDA陽性軸突終末（圖2中央），而腦損傷個體的小腦核區域觀察到了BDA陽性軸突終末（圖2右），這應該是在腦損傷後的功能恢復過程中新形成的神經束。
圖2：（左）BDA注入位置和陽性軸突終末示例，（右）健康個體和腦損傷個體恢復功能時左圖所示截面的BDA陽性軸突終末的分布
僅功能恢復時的腦損傷個體在小腦核觀察到了BDA陽性軸突終末。
為驗證在腦損傷個體的小腦核發現的BDA陽性軸突終末是否形成了功能性突觸，研究小組對BDA和突觸的組成蛋白實施了多重螢光染色。結果發現了BDA陽性軸突終末與小腦核的神經細胞結合的情形，確認部分BDA陽性軸突終末表達突觸組成蛋白（圖3）。突觸組成蛋白在突觸中發揮傳遞信息的作用，因此這個結果表明，在腦損傷後的功能恢復期間，形成了能從前運動區腹側部向小腦核傳遞信息的突觸。
圖3：BDA陽性軸突終末與小腦核的神經細胞結合的情形
部分BDA陽性軸突終末表達突觸組成蛋白（箭頭：紅色與綠色重疊，觀察到黃色）。
以上內容轉載自公眾號：客觀日本，客觀日本是日本國家機構開設的教育科學信息平台。
神外前沿特約點評
運動是人類行為及維持個體生存的基礎功能，是神經外科術中腦功能保護的重點。臨床經驗表明，初級運動皮層的損傷會導致患者術後運動功能障礙，而這種運動功能損害可以隨時間推移而恢復，這可能與運動功能的重塑有關。
本研究通過構建初級運動皮層損傷動物模型，闡述了腦運動功能重塑的可能機制：皮層功能損傷之後，由損傷周邊區域代償失去的初級運動皮層功能，而代償區域會通過增強感覺運動耦合及額小腦連接重組等機制建立新的功能連接，實現功能重塑。這將有助於我們進一步了解大腦運動網絡的運行機制，從而更好的實現運動功能的保護。
喬慧 教授，北京天壇醫院；
北京市神經外科研究所神經電生理室主任；
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