胎儿期的神经发育(2)
神经组织的第二个快速发育阶段称为神经细胞大量增殖、迁移期。时间大概为妊娠第9~24周,这是脑细胞分裂增殖的第一个高峰期。在这个阶段,神经细胞在神经管位置上大量增殖并且从神经管位置向周边目标位置移动从而形成大脑的不同区域。在这期间增值速率是惊人的——1分钟内能够生成50万个神经元。妊娠第8~13周被看作是个体一生中大脑发育最快的两个时间段之一,另一个阶段在出生后的第10周~2岁期间。大家都知道成人的脑细胞数量约有1000亿个,人一生中利用到的大多数脑细胞就在这个时期形成。到妊娠第19周,大脑组织的主要部分已经形成,具备了可被辨认的大脑结构。美国芝加哥医学院神经生物学家Lise Eliot把这个阶段的大脑发育状态比作极其不完备的电话设施——好比全球60亿人每人占有20部电话,所有的电话都没有接通。通讯潜力是巨大的,但是这些电话之间的电话线路还没有联通。
神经细胞的迁移主要由免疫球蛋白(immunoglobulin)和趋化因子(chemokines)驱动。缺乏这些化学物质将影响神经元的迁移,导致脑体积较小、轴突生长不良、智力发育迟滞;而另一个极端是过量的免疫球蛋白可能与精神分裂症有关。除了上述两种化学物质,神经生长因子(nerve grouth factor,NGF)对神经细胞的发育也有重要作用。神经生长因子是一种特殊的复合蛋白,它对中枢及周围神经元的发育、分化、生长、再生和功能特性的表达均具有重要的调控作用,同时它也能诱导神经元的死亡。那些没有接收到神经生长因子的轴突会逐渐退化,其胞体最终会走向死亡。有人认为每一个神经元都携带了一个“自杀程序”,神经元的轴突如果没有在一定时间内与恰当的轴突后神经细胞建立联系,它们就必须开启一个名为“细胞凋亡(apoptosis)”的过程来杀死自己。细胞凋亡不同于细胞坏死,它不属于病理过程。在神经发育过程中,总是先产生过量的神经元,然后启动“细胞凋亡”机制,以保证中枢神经系统能够准确匹配传入轴突和突触后细胞的数目。虽然神经生长因子无法从食材中获取,但这个时期孕妇需要摄入大量优质蛋白质。研究发现,不管是神经细胞的增值还是体积增大,蛋白质营养均发挥着重要作用。新生儿脑中氨基酸浓度远高于成人,对保证脑内蛋白质快速合成有着极其重要的作用。反过来讲,蛋白质营养不良对细胞增值期的影响是永久性的,因此在这一期间要给孕妇提供足够富含蛋白质的食物。
在神经细胞的增殖和迁移期间,还伴随着神经细胞的髓鞘化(myelination),即神经细胞的突起上被一层绝缘的脂质鞘覆盖。这使神经兴奋在沿神经纤维传导时速度加快,并保证其定向传导,避免神经传导间的相互干扰。髓鞘化开始于脊髓,然后是后脑、中脑和前脑。不同的神经纤维髓鞘化不一致。例如听神经在出生时几乎所有纤维均含有较多的髓鞘;而视神经仅在眼眶一段有少量髓鞘。不过整体而言,髓鞘化的速度较慢,甚至可以持续数十年,所以我们在6个月~4岁小孩身上经常能看到由发烧、高热引起的全身抽搐,这在医学上称为“高热惊厥”。这主要是由于婴幼儿的神经系统发育不完善,大脑皮质的抑制功能差,神经髓鞘未完全形成,一旦受到外界刺激(如高热等),兴奋容易扩散而引起抽搐。
到妊娠第24周末,胎儿大脑中许多神经元都已各就其位,这是胎儿发育中的一个重要里程碑,脑的发育使胎儿有了一些新的行为能力。比如胎儿20周时,声音就可以使其兴奋。当医生用胎儿镜对子宫内部进行检查时,胎儿就会用手遮住眼睛来挡光,这说明此时的胎儿有了视觉。胎儿24周左右就开始能感觉到疼痛了,所以从此以后止痛药物开始派上用场了。
四、突触大量形成期
神经组织的第三个快速发育阶段是突触大量形成时期。在妊娠期最后的3个月,已经各就各位的神经元开始分化(differentiates),通过扩展纤维的方式与周围的神经细胞建立联系形成突触结构。突触是神经细胞与其靶细胞相互通讯的位点。突触的形成标志着“全球60亿人的电话线路”开始接通。突触形成的过程比较长,一直要延续到胎儿出生后的两三年。突触形成的速度非常快,最高速度可达到每秒新生180万个突触。
在开始阶段,大量的神经元相互之间是随机地建立联系,随后,由于空间有限,不是所有的突触都能得到进一步的增强或在其基础上建立新的连接,大脑无情地将最微弱的突触连接删除掉。这时,决定哪些突触该留下哪些突触该删除的重要因素是环境刺激。哺乳动物的大脑具有一个特征,即“用进废退”。受到周围环境刺激的神经细胞继续建立起新的突触,形成更加精细的交流系统,从而能进行更为复杂的脑皮层功能。较少受到刺激的神经细胞很快就会丧失它的连接性纤维,其结局就是萎缩和死亡。这个过程的学术术语是“突触裁剪”。已有研究发现,在童年和少年时代,大脑每天要丧失200亿个突触。因此,在突触形成的高峰期,使大脑受到恰如其分的刺激,进行“突触裁剪”是至关重要的。对于孕妇来说,在这一阶段给予胎儿适宜的触觉刺激、听觉刺激、视觉刺激和味觉刺激等会促进胎儿日后的触觉、听觉、视觉和味觉等感觉能力的发展。有研究发现,孕妇在怀孕期间如果活动太少,日后宝宝出生后,动作协调度会有所影响。
在最后的这3个月里,胎儿对外界环境的反应越来越多了,由于胎儿已占据了整个子宫,逐渐也不怎么移动了。也有人认为,这时的大脑相对成熟,并能够抑制行动了,这也可能对身体活动的减少产生了影响。
参考文献:
[1]高英茂.组织学和胚胎学[M].北京:人民卫生出版社,2010.
[2]付秋芳,修巧燕.大脑潜能与开发[M].济南:山东人民出版社,2001.
[3]詹姆斯·卡拉特.生物心理学[M].苏颜捷,等,译.北京:人民邮电出版社,2011.
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