塔夫茨大学医学院的研究人员开发了一种新的成像技术，可以在恢复的最初几周内捕获整个大脑的神经元活动。

塔夫茨大学医学院的科学家最近在《大脑皮层》期刊上报告说，严重到足以影响大脑功能的头部损伤（如车祸或意外跌倒造成的损伤）会引起超出最初冲击区域的大脑变化。通过对创伤性脑损伤动物模型进行研究，研究团队发现，大脑的两个半球协同工作，创造新的神经连接，以替换受损的连接。

“即使是远离损伤区域的区域在损伤后立即表现也不同，”该研究的第一作者、医学院神经科学MD/PhD学生Samantha Bottom-Tanzer说。“创伤性脑损伤研究倾向于关注损伤区域，但这项研究很好地证明了整个大脑都可能受到影响，对远端区域进行成像可以提供有价值的信息。”

Bottom-Tanzer和同事是第一个使用结合神经元活动荧光传感器和电极的成像技术来记录脑损伤后大脑多个部分如何相互通信的研究团队。该团队在运动和休息期间跟踪了小鼠损伤后长达三周的神经活动。

大脑功能的变化

虽然脑损伤后神经元与神经元之间的整体连接性降低，但所有小鼠都可以正常使用运动轮。然而，受伤大脑在跑步和休息期间的活性与健康大脑显著不同。令人惊讶的是，当它们在运动与静止时，它们并没有表现出明显的脑波模式，而这是研究人员预期的。

“无论是注意还是行走，大脑会根据你正在执行的任务切换状态，”该研究的资深作者、医学院神经科学教授兼临时系主任Chris Dulla说。“在创伤性脑损伤后，这种能力不那么稳健，表明此类事件正在损害大脑切换状态的能力，而我们尚未理解其方式。”

“我们从数据中看到的是，大脑对于如何执行所有这些复杂任务有了新的解决方案，”他补充说。

临床意义和未来研究

这种可塑性具有临床意义。美国疾病控制与预防中心报告说，创伤性脑损伤通常导致长期的健康问题，每年导致数万美国人死亡。研究人员预测，对患者在执行各种活动时的大脑进行成像可以更好地精确判断一个人可能如何受伤或哪些功能受到影响，从而加强个体的治疗。

“这项研究强调了损伤如何影响动态且不断变化的大脑的复杂性，”Bottom-Tanzer说。“大多数人认为大脑处于一种状态，但我们的数据表明存在波动，这可能为探索物理治疗、言语治疗等的不同干预措施提供机会。”

展望未来，Bottom-Tanzer、Dulla和同事计划在更长的恢复期后研究创伤性脑损伤后的神经活动变化。他们还将探索如何利用他们的成像技术来识别大脑活动的变化，这些变化可能转化为特定类型的功能障碍，或与疾病的长期结果相关。

参考原文： Samantha Bottom-Tanzer, et al. “Traumatic brain injury disrupts state-dependent functional cortical connectivity in a mouse model”. Cerebral Cortex. 13 February 2024. DOI: 10.1093/cercor/bhae038.