科學家在小鼠研究中發現:跑越快學習能力越好

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 19 日 17:34 | 分類 生物科技 follow us in feedly

許多研究都告訴我們運動不只鍛鍊體魄,還是大腦的天然保健品,養成運動習慣能提升我們的記憶力、推理能力等。最近葡萄牙科學家們還在一項新小鼠實驗中發現,當小鼠跑步速度加快時,小腦聯想學習能力竟也跟著變好。



小腦攸關我們的運動能力與平衡感,雖然小腦不會主動發起動作,但會接收來自脊髓感覺系統與其他腦區的訊號,影響運動協調、精確度和準確時機控制。而現代生物醫學研究表明,小腦除了在感覺認知、運動控制中扮演重要角色外,也和注意力、語言處理、音樂處理等許多認知功能相關,亦能調控恐懼與歡樂等情緒反應。

面對不斷變化的環境,小腦無時無刻都在精準調整自己以應對進退,其運動技能學習之重要性無法否認。由葡萄牙一所研究中心 Champalimaud Center for the Unknown 發表的新研究刊登在《自然-神經科學(Nature Neuroscience)》期刊上,試圖了解小鼠如何在運動中改變小腦內一部分神經迴路。

實驗內容主要是觀察當小鼠奔跑速度加快時,其學習「延遲眨眼」的能力有否跟著變動。不過團隊原本研究方向是「調節學習」,類似著名生理學家巴夫洛夫的古典制約理論實驗:讓狗對「鐘聲」與「餵食」兩件事產生連結,最後狗只有在聽到鐘聲響起時才會流口水。

新實驗讓小鼠在跑步機上奔跑,小鼠必須學會在眼睛被風吹拂(引起反射性眨眼)之前立刻閉上眼睛,屬於小腦的學習形式。結果實驗意外完全無效,團隊看不到任何結果,不只每隻小鼠測出的數據差距頗大,就連單隻小鼠在相同實驗中的數據變化都大到無法歸納結論。

直到某一刻,研究人員靈光乍現,突然考慮到實驗條件失準,等他們對小鼠的奔跑速度做出調整,那些阻礙數據的「汙點」立刻就消失了。此外,他們還發現當所有小鼠都以更快速度跑動時,它們產生相似的學習曲線和最大眼瞼調節性能。論文第一作者 Catarina Albergaria 表示,這證實跑步速度與增強學習間存在因果關係,而不僅僅是相關性:當跑步速度加快,學習能力也變強。

跑步與學習增強的大腦聯繫機制究竟為何?首先,團隊假設是否與視覺系統有關,比如老鼠在跑步時能看得更清楚,所以學得更好?但實驗結果顯示,無論是視覺刺激還是聽覺刺激,學習效果都一樣,代表促進學習增強的神經過程不涉及感覺系統,而可能是感覺訊號經過大腦皮層中的視覺、聽覺或觸覺區域處理後才發生反應。於是研究人員將目光轉向小腦。

研究人員利用光遺傳學技術以雷射直接刺激小腦特定神經元,發現當鞭苔纖維(mossy fibers)通路被刺激而增加活動時,小鼠學習能力就會提高。團隊推測,也許不一定要透過運動,只要任何能促進苔蘚纖維活動增加的方法,都可以相對提升學習能力。

實驗結果為我們提出了上述提高個體學習能力的潛在機制,團隊未來將研究為何走路、有氧運動有助於改善思維、組織新想法。

(首圖來源:pixabay