脑发育从怀孕到3岁

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生命的最初几年是大脑早期发育的关键时期。几十年的研究表明，儿童早年的环境会对其一生产生影响。早期经验（earlyexperience）在大脑发育中的生物学嵌入得到了众多研究的支持。由于在大脑研究方面的进展，我们对这些影响如何与早期大脑结构的建立相关有了更清楚的了解。神经科学家可以识别与各种类型的毒性应激相关的大脑活动模式，例如在贫困中成长。虽然早期毒性应激的危险，如贫穷、忽视和虐待，早已被认识到。科学家继续进行研究，以确定经验如何影响发展，并加强干预和预防工作。儿童的大脑结构受到早期经验的影响。被称为神经元的特殊脑细胞通过彼此形成联系来发送和接收信息。这种连接叫做“突触”。新生的大脑在生命的最初几年里继续增加神经元，并且以惊人的速度增长。它的体积在第一年翻了一番，到三岁时达到成年体积的80%。这种增长主要是由于神经元的生长和新的突触的形成。更重要的是，在这些年中，连接的形成速度比其他任何时候都要快。事实上，大脑创造的连接比它所需要的要多得多：在两三岁的时候，大脑拥有的连接是成年时的两倍（见下图）。孩子的经历在决定哪些多余的联系在整个童年和青春期被逐渐消除方面起着很大的作用，这个过程有时被称为修剪。

神经元的生长和连接

负责视觉、语言或学习等特定功能的连接的增长和剪除以不同的速度发生。听觉、视觉和触觉等感官迅速成熟，尤其对婴儿早期的外部输入作出反应。对于语言发展和社交互动很重要的关系在很长一段时间内逐渐成熟，但在幼儿中尤其敏感（图2）。对于这些技能来说，头三年是大脑能够“捕捉”到比以后更有效的经验的时期，那时大脑正在修剪未使用的连接。神经电路在不同时期成熟，以顺序方式出现，并建立在先前建立的电路上。基因和环境因素共同作用形成早期大脑发育。虽然大脑发育的最初阶段受到遗传因素的强烈影响，但基因并不能完全设计大脑。相反，基因的使用时间和地点会根据它们从环境中获得的输入进行微调——即使在怀孕期间，母亲的营养和压力也会影响早期阶段大脑结构。这些基因与环境的关系使每个孩子比单独由基因决定大脑线路时更容易、更快地适应周围环境。基因和环境共同作用塑造大脑的主要方式有两种：

一种是通过遗传某些形式的基因，这些基因可以与环境有非常不同的相互作用。

第二种是通过环境影响，可以改变基因的读出，而不改变基因本身。由于最近在一个称为表观遗传学的相对较新的科学领域的研究，第二个过程正变得越来越清楚。

表观遗传学改变了我们对环境如何与基因相互作用以及基因如何与环境相互作用的理解。表观遗传学（意思是“上面的”遗传学）是研究基因活动的持久变化，这种变化不会改变DNA编码本身，但通过化学变化，确实会影响编码的使用方式。许多环境因素和经验会在基因的某些部分产生化学“标记”，这些表观遗传变化会影响基因的活性或“表达”你可以把表观遗传过程看作是指导基因DNA硬件功能的软件。由于所有细胞、组织和器官的发育都受到特定基因表达的时间和方式的影响，表观遗传过程对健康和福祉有着强大的影响。动物研究表明，表观遗传的变化可能是持久的，甚至可以代代相传。到目前为止，我们对表观遗传学的了解大多来自对动物的研究。许多研究表明，遗传活动可以通过接触不同的食物、毒素和强大的经历来改变。一个显著的例子说明了表观遗传学是多么有效：在基因相同的怀孕老鼠（如同卵双胞胎）身上，这些母亲携带的基因信息都会导致黄毛色、肥胖和易患疾病。一半的孕妇接受了正常的饮食，另一半则食用了含有大量化合物的饮食，这些化合物可以通过表观遗传机制导致DNA的改变。有趣的是，“正常”饮食组的后代在皮毛、体重和健康状况方面与母亲相似。来自第二个饮食组的后代更有可能有棕色皮毛，体重正常，没有增加患病风险。但和他们的母亲一样，两组的所有后代都有相同的DNA序列。颜色、体重和健康方面的差异是由于特定基因的表观遗传变化后基因表达方式的差异造成的。这导致了老鼠出现方式的巨大变化，甚至改善了它们的健康前景。与这一积极结果相区别，研究现在告诉我们，有许多外部因素发生在产前，如暴露于酒精或环境毒素，导致负的DNA变化和负面健康结果的改变。值得注意的是，更健康的雌性后代最终怀孕并生下了具有相同特征的宝宝：棕色皮毛、正常体重和低患病风险，即使这第三代回到正常饮食。这个实验，以及其他类似的实验，显示了环境对表观遗传学的影响，表观遗传学可以从一代到下一代产生影响。在另一连串的实验中，成年母亲从幼崽那里得到大量的舔食和修饰，其焦虑程度较低，且压力荷尔蒙水平低于母亲表现出焦虑行为而没有滋养的水平。母婴互动的差异如何导致应激反应的长期变化？第二阶段的研究表明，这不是由于不同母亲之间的遗传差异。为了证明这一点，来自高护理妈妈的幼崽在出生时就被换成了低护理妈妈的幼崽。科学家们也做了相反的事情——把幼崽从低保母变成高保母。结果显示早期经验的强大影响。出生于高育者的母亲，但被低哺育母亲抚养长大的婴儿长大后，表现出与养母相似的焦虑水平。值得注意的是，出生于低养育母亲但哺育期高的母亲哺育的幼崽表现出较少的焦虑。研究还表明，一个控制应激反应的特定基因在高照护母亲饲养的小鼠中的表达比低照护母亲饲养的小鼠高。表观遗传学与早期大脑发育密切相关。我们知道，儿童在生命最初几年的经历与长期的认知、情感和社会结果密切相关。我们知道，儿童早期经历的质量影响着发育中大脑的发育和功能。但是发现这些过程是如何发生的一直是一个挑战。表观遗传过程的研究越来越多，在发育早期尤其活跃，有可能为逆境如何威胁最佳发育提供新的答案。由于伦理和实践的原因，研究人类的基因/环境关系比研究动物更困难。尽管如此，科学家们已经找到了令人信服的证据，证明表观遗传学对人类发展的影响。在一项研究中，在严重饥荒期间怀孕的妇女往往会生下体重不足的婴儿。当这些婴儿长大并成为父母时，他们也往往有体重不足的孩子，尽管他们自出生以来的食物摄入量并没有受到饥荒的影响。其他研究发现，虐待儿童与一种防止高水平应激激素的基因终生激活减少有关最近的研究发现，儿童早期的经历会导致表观遗传的变化，即使当儿童进入青春期时，这种变化也是显而易见的研究表明，在生命的最初阶段，高压力和低养育会损害健康大脑结构的发育。这些影响在与记忆、学习、社交和情绪调节有关的大脑区域尤为显著。表观遗传学研究支持预防性方法对儿童健康和福祉的重要性。表观遗传过程表明发育是非常灵活的。但在缺乏预防或干预的情况下，表观遗传变化及其对行为和健康的影响一旦发生就可以稳定下来。此外，研究告诉我们，这种变化可以从一代传给另一代。它们是否可以永久化尚不得而知，但即使当产生表观遗传标记的条件不再存在时，它也可能需要几代才开始传播。换句话说，表观遗传学有力地论证了预防是保护儿童免受毒性应激影响的最佳政策方法。早期接触慢性压力源，如经常目睹暴力、照顾者忽视或虐待、营养不良和其他环境危害，会对成年人的身心健康产生长期而有力的影响。研究正在使我们更好地了解由于早期不良经历而发生的表观遗传变化，这将导致制定更有效的干预和预防方案，以保护幼儿在生命的最初几年免受不良经历的影响。预览时标签不可点

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