科学研究 - 脑损伤后可形成新的神经束，适当促进大脑变化可恢复运动功能

日本产业技术综合研究所和理化学研究所的研究小组日前发现了发生脑损伤后新形成的神经束。研究小组先使模型动物的大脑皮层的初级运动皮层形成永久损伤，然后调查在运动功能的恢复过程中大脑神经束发生的变化，结果发现，运动功能恢复时，代偿因损伤而失去的初级运动皮层功能的损伤周边区域“前运动区腹侧部”，与在实现顺利运动方面发挥重要作用的、负责小脑输出的“小脑核”之间会形成新的神经束。这项成果将成为开发脑损伤后通过适当促进大脑变化来恢复功能的神经康复技术的关键。

相关研究论文已于2019年10月3发表在美国科学期刊《Journal of Neuroscience》的网络版上。

图1：研究小组发现了发生脑损伤后恢复运动功能所需的脑功能变化背景——神经束的形成

脑功能的恢复取决于为其提供支持的神经束的变化。因此，关于前运动区腹侧部代偿初级运动皮层负责的运动功能的背景，可能是在康复期间形成了新的神经束。尤其是前运动区腹侧部，身体健康时，该部位通过初级运动皮层输出运动指令。因此，研究小组着眼于初级运动皮层发生损伤后，为了传递前运动区腹侧部发出的信息，神经束究竟发生了什么变化。

为了观察初级运动皮层发生损伤后，前运动区腹侧部发生的神经束变化，研究小组利用名为“生物素葡聚糖胺”（Biotynilated Dextran Amine，BDA）的解剖学示踪剂，进行了组织化学解析。BDA会被吸收到神经细胞的细胞体内，在轴突内移动并到达其末端。此次，研究小组将BDA注入前运动区腹侧部，待其约1个月后抵达神经细胞末端时，观察了包括BDA在内的轴突终末（BDA阳性轴突终末）的分布。由此可以确定前运动区腹侧部直接输送轴突形成神经束的区域（图2左）。

研究小组利用未受到脑损伤的个体（健康个体）和初级运动皮层受到损伤、手部运动功能已经恢复的个体（脑损伤个体），比较了BDA阳性轴突终末的分布。健康个体不存在但脑损伤个体存在的神经束应该是在脑损伤后的功能恢复期间形成的。比较发现，在负责小脑输出的小脑核区域，BDA阳性轴突终末的分布存在差异，健康个体的小脑核区域未发现BDA阳性轴突终末（图2中央），而脑损伤个体的小脑核区域观察到了BDA阳性轴突终末（图2右），这应该是在脑损伤后的功能恢复过程中新形成的神经束。

图2：（左）BDA注入位置和阳性轴突终末示例，（右）健康个体和脑损伤个体恢复功能时左图所示截面的BDA阳性轴突终末的分布

仅功能恢复时的脑损伤个体在小脑核观察到了BDA阳性轴突终末。

为验证在脑损伤个体的小脑核发现的BDA阳性轴突终末是否形成了功能性突触，研究小组对BDA和突触的组成蛋白实施了多重荧光染色。结果发现了BDA阳性轴突终末与小脑核的神经细胞结合的情形，确认部分BDA阳性轴突终末表达突触组成蛋白（图3）。突触组成蛋白在突触中发挥传递信息的作用，因此这个结果表明，在脑损伤后的功能恢复期间，形成了能从前运动区腹侧部向小脑核传递信息的突触。