斯坦福大学的心理学家发现了与阅读和面部识别相关的大脑发育的新模式

斯坦福大学(Stanford)的研究人员在一项新研究中指出,当孩子们学习阅读和识别新面孔时,与这些任务相关的大脑连接变得更加绝缘和牢固。

Kalanit Grill-Spector和他的同事研究了儿童时期大脑中与阅读和面部识别相关的部分是如何发育的。(图片来源:洛杉矶西塞罗)

这项研究为关于大脑发育的争论提供了解决方案。对与阅读和面部识别相关的大脑区域的一些测量表明,这些区域实际上正在变薄。事实上,斯坦福大学的心理学家在9月23日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)杂志上撰文称,这一发现是与髓磷脂生长有关的人为产物。

这项新研究的资深作者、心理学教授卡拉尼特·格里斯佩克特(Kalanit Grill-Spector)说:“这些发现对理解典型和非典型大脑发育具有重要意义,因为它们表明,随着视觉大脑的发育,由于连接的改善,它可能会变得更有效率。”

神秘的萎缩大脑

尽管这项新研究关注的是学龄儿童中与阅读和面部识别相关的大脑区域的发育,但它的核心问题涉及一个不同的、令人困惑的观察结果:随着研究的发展,大脑的顶层,即所谓的皮层,似乎薄了三分之一之多。换句话说,从大脑扫描得到的数据来看,孩子们在学习阅读、辨认朋友和家人等过程中,大脑组织实际上很像在消失。

斯坦福大学Bio-X和吴仔神经科学研究所的成员gror – spector说,主要的解释是修剪。在发育的早期,也就是婴儿期,神经科学家知道,大脑有过多的连接。为了使大脑回路更加专门化,大脑删除或修剪不必要的连接。在其他方面,修剪发生在婴儿期,在我们大脑的初级视觉处理回路的神经元之间,所以修剪可能会在学龄儿童中继续进行,并支持涉及阅读和面部识别的其他视觉回路。

心理学博士后Vaidehi Natu领导了这项研究。(图片来源:Vaidehi Natu)

但是Grill-Spector,她的博士后同事Vaidehi Natu和同事们也考虑了另一种可能性:也许大脑皮层并没有我们想象的那么萎缩。相反,随着儿童的成长,他们的大脑可能会含有更多的一种叫做髓磷脂的物质,它可以保护连接脑细胞的纤维,并改善它们之间的信号传输。髓磷脂的增加是一件好事,因为它改善了神经元之间的信号传输,但在使用标准的磁共振成像(MRI)脑部扫描时,它给测量皮质厚度带来了一个问题。

纳图说:“你可以想象皮质层就像人行道,而有髓纤维就像草地一样生长在人行道旁。”“随着草的生长和覆盖路面,很难看到它的边缘。同样的道理,髓磷脂会模糊皮层和相邻的含有神经纤维的组织之间的界限,使得测量皮层厚度变得困难。

在孩子们的头脑

为了验证这个想法,研究小组扫描了27名5 – 12岁的儿童和30名成年人的大脑,重点研究了大脑中与单词、面孔和位置识别相关的区域。研究小组对大脑进行了三种磁共振成像扫描,包括两种对髓磷脂更敏感的新技术。

正如他们所怀疑的那样,他们在儿童的大脑中发现了与髓磷脂相关的组织生长。但是与髓磷脂相关的组织生长并不是到处都有。虽然髓磷脂的数量似乎在大脑中与单词和面部识别相关的部分有所增长,但在与识别位置相关的区域却没有增长。Grill-Spector说,这与大脑中负责面部和文字识别的区域在儿童和青少年时期比负责位置识别的区域发育的时间更长这一事实是一致的。

在与马克斯·普朗克人类与认知脑科学研究所的研究员Evgeniya Kirilina的合作中,研究小组在对成人大脑的尸检分析中,证实了大脑各区域髓鞘形成的差异。

纳图说:“当我们第一次在显微镜获得的图像中看到大脑皮层中的髓磷脂时,我们很震惊,因为你通常看不到它。”

在Big Ideas grant的支持下,Grill-Spector、放射学研究副教授詹妮弗·麦克纳布(Jennifer McNab)和心理学助理教授丹尼尔·亚明斯(Daniel Yamins)将着手解决这些问题。该团队将使用大脑扫描技术、组织分析和计算机科学来试图了解婴儿的大脑是如何支持学习并做出相应的改变的。

“我们对婴儿大脑的了解甚至更少,因为获取数据是如此具有挑战性,”Grill-Spector说。“这将是开创性的,也是有趣的。”

其他作者包括斯坦福大学神经科学博士项目的新毕业生杰西·戈麦斯,以及来自德国莱比锡的马克斯·普朗克人类与认知脑科学研究所和加州大学伯克利分校的研究人员。

这项研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、国家研究服务奖(National research Service Award)、欧洲研究理事会(European research Council)和德国联邦教育与研究部(German Federal Ministry of Education and research)的资助。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2019/10/03/new-patterns-brain-development-discovered/

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