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科学家在小鼠研究中发现:跑越快学习能力越好
来源:科学探索   发布者:ailsa   日期:2018-04-22   今日/总浏览:3/1892

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【Technews科技新报】许多研究都告诉我们运动不只锻炼体魄,还是大脑的天然保健品,养成运动习惯能提升我们的记忆力、推理能力等。最近葡萄牙科学家们还在一项新小鼠实验中发现,当小鼠跑步速度加快时,小脑联想学习能力竟也跟着变好。

小脑攸关我们的运动能力与平衡感,虽然小脑不会主动发起动作,但会接收来自脊髓感觉系统与其他脑区的讯号,影响运动协调、精确度和准确时机控制。而现代生物医学研究表明,小脑除了在感觉认知、运动控制中扮演重要角色外,也和注意力、语言处理、音乐处理等许多认知功能相关,亦能调控恐惧与欢乐等情绪反应。

面对不断变化的环境,小脑无时无刻都在精准调整自己以应对进退,其运动技能学习之重要性无法否认。由葡萄牙一所研究中心 Champalimaud Center for the Unknown 发布的新研究刊登在《自然-神经科学(Nature Neuroscience)》期刊上,试图了解小鼠如何在运动中改变小脑内一部分神经回路。

实验内容主要是观察当小鼠奔跑速度加快时,其学习「延迟眨眼」的能力有否跟着变动。不过团队原本研究方向是「调节学习」,类似著名生理学家巴夫洛夫的古典制约理论实验:让狗对「钟声」与「喂食」两件事产生连结,最后狗只有在听到钟声响起时才会流口水。

新实验让小鼠在跑步机上奔跑,小鼠必须学会在眼睛被风吹拂(引起反射性眨眼)之前立刻闭上眼睛,属于小脑的学习形式。结果实验意外完全无效,团队看不到任何结果,不只每只小鼠测出的数据差距颇大,就连单只小鼠在相同实验中的数据变化都大到无法归纳结论。

直到某一刻,研究人员灵光乍现,突然考虑到实验条件失准,等他们对小鼠的奔跑速度做出调整,那些阻碍数据的「污点」立刻就消失了。此外,他们还发现当所有小鼠都以更快速度跑动时,它们产生相似的学习曲线和最大眼睑调节性能。论文第一作者 Catarina Albergaria 表示,这证实跑步速度与增强学习间存在因果关系,而不仅仅是相关性:当跑步速度加快,学习能力也变强。

跑步与学习增强的大脑联系机制究竟为何?首先,团队假设是否与视觉系统有关,比如老鼠在跑步时能看得更清楚,所以学得更好?但实验结果显示,无论是视觉刺激还是听觉刺激,学习效果都一样,代表促进学习增强的神经过程不涉及感觉系统,而可能是感觉讯号经过大脑皮层中的视觉、听觉或触觉区域处理后才发生反应。于是研究人员将目光转向小脑。

研究人员利用光遗传学技术以激光直接刺激小脑特定神经元,发现当鞭苔纤维(mossy fibers)渠道被刺激而增加活动时,小鼠学习能力就会提高。团队推测,也许不一定要透过运动,只要任何能促进苔藓纤维活动增加的方法,都可以相对提升学习能力。

实验结果为我们提出了上述提高个体学习能力的潜在机制,团队未来将研究为何走路、有氧运动有助于改善思维、组织新想法。

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