Like much of the rest of the body, the brain loses flexibility with age, impacting the ability to learn, remember, and adapt. Now, 犹他健康大学的科学家们报告说，他们可以恢复老鼠大脑的可塑性, specifically in the visual cortex, 增强其根据经验变化的能力. 操纵一个基因会触发这种转变, 揭示了它作为新疗法的潜在目标，可以恢复大脑的年轻潜力. The research was published online in the 美国国家科学院学报（PNAS） on August 8.
“这是令人兴奋的，因为它表明，只需操纵成人大脑中的一个基因, we can boost brain plasticity," says lead investigator Jason Shepherd, Ph.D., 神经生物学和解剖学助理教授 University of Utah Health.
“这可能会减少随着年龄增长而出现的正常认知衰退, 或促进脑损伤后中风或创伤性脑损伤的恢复," he says. 还需要做更多的研究来确定人类和老鼠的可塑性是否以同样的方式受到调节.
长期以来，大脑随时间变化的戏剧性方式一直吸引着科学家们的想象力. 大脑可塑性的“关键窗口期”解释了为什么某些眼部疾病，如弱视，可以在儿童早期得到纠正，但在以后的生活中却不能. 这种现象引发了这样的问题：通常是什么让窗户开着? 一旦它被关闭，可塑性就会恢复?
谢泼德与马克·贝尔博士合作开展的早期工作.D., 他是麻省理工学院的教授，也是目前这项研究的合著者, 在缺乏Arc基因的小鼠中，关键窗口永远不会打开. 暂时闭上一只小老鼠的一只眼睛几天，会使视觉皮层失去正常的输入功能, 神经元对视觉体验的电生理反应也发生了变化. 相比之下，没有Arc的年轻老鼠不能以同样的方式适应新的体验.
"Given our previous studies, 大发娱乐想知道在正常的大脑发育过程中，Arc是否对控制可塑性的关键时期至关重要," says Shepherd.
如果没有视觉可塑性就没有弧度, the thinking goes, 那么，也许这种基因在保持“关键窗口”打开方面发挥了作用.
In support of the idea, 新的研究发现，在老鼠的视觉皮层, 弧度的升降与视觉的可塑性是平行的. 这两个指标在青少年小鼠中达到峰值，到中年时急剧下降，这表明它们是有联系的.
研究人员通过另外两种方式进一步探究了这种联系. 首先，与合著者Harohiko Bito博士合作.D., a professor at the University of Tokyo, 他们对一生都有大量Arc的老鼠进行了测试. 在中年时，这些老鼠对视觉剥夺的反应和它们的青少年同伴一样强烈. 通过延长Arc的可用性，塑性窗口保持开放的时间更长.
操纵圆弧并不是第一种延长塑性的处理方法. 用抗抑郁药长期治疗小鼠, fluoxetine, 在一个有玩具和大量社会互动的刺激环境中饲养啮齿动物, are among other paradigms that do the same.
但第二组实验提高了标准. 病毒被用来给中年老鼠传递Arc， after the critical window had closed. 在干预之后，这些年老的老鼠对视觉剥夺的反应和年轻老鼠一样. 在这种情况下，即使窗口已经关闭，Arc使其再次打开.
“在成年老鼠身上看到这一点令人难以置信, 谁经历了正常的发育和衰老, 仅仅是用病毒过度表达Arc就恢复了可塑性," says co-first author Kyle Jenks, a graduate student in Shepherd's lab.
关于可塑性是如何随着大脑的发育而下降的普遍观点是, 抑制性神经元成熟并变得更强. 谢泼德解释说，他相信他们的发现为如何调节学习的关键时期增加了一个新的维度.
“大脑中抑制作用的增强使得表达活动依赖基因变得更加困难, like Arc, in response to experience or learning," he says. “这导致大脑可塑性下降."
Normally, Arc在对刺激的反应中被迅速激活，并参与将神经递质受体从神经元用来相互交流的突触中传送出去. 需要做更多的研究来准确地理解如何操纵Arc提高可塑性.
Arc是否参与调节其他脑结构介导的其他神经功能的可塑性, like learning, memory, or repair, 还有待检验，但将来会进行检验, says Shepherd.
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该研究发表在《大发娱乐》杂志上，题为“Arc恢复成年小鼠视觉皮层的幼年可塑性” 美国国家科学院院刊 on August 8, 2017.
In addition to Jenks, Shepherd and Bear, 作者是来自犹他健康大学的Elissa Pastuzyn和Andrew Taibi, 麻省理工学院的Taekeun Kim说, 以及来自东京大学的奥野博之和碧藤晴彦.
资金由美国国立卫生研究院、E. Matilda Ziegler Foundation for the Blind, AMED-CREST, KAKENHI grants from JSPS, MHLW-Japan, the Howard Hughes Medical Institute, and the Picower Institute Innovation Fund.