一名神经学家的霓虹粉色手臂上的石膏使他和圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现，在固定的疾病或受伤后，人脑中会产生一些此前未被发现的神经元脉冲。
这些脉冲出现在用于测量神经学家大脑活动的核磁共振扫描上，后来又有另外两个成年人的手臂上了石膏。研究人员将这些MRI图像与科学家们在手臂上石膏前后的扫描图像进行了比较。
扫描结果显示，佩戴石膏后48小时内，负责身体特定区域运动的大脑主回路就断开了，因为石膏阻碍了该区域的运动。同样在这段时间里，“废弃脉冲”出现了，以维持神经活动，并允许主马达回路重新激活，如果和当活动能力通过物理治疗恢复。
这项发现于6月16日在线发表在《神经元》杂志上，为研究大脑中的数十亿神经元——传递神经冲动的细胞——在受伤或生病后如何重新布线和恢复通路提供了线索。了解这种复原力背后的原因，可能会为那些四肢骨折、中风或其他无法动弹的情况下康复的人带来新的治疗方法。
神经学助理教授、资深作者Nico Dosenbach医学博士说:“神经学中存在着许多情况，其中一个人不使用胳膊或腿，因此，在很长一段时间内，大脑回路都是相关的。”“为了给病人提供最好的护理，明确了解大脑功能发生了什么变化是很重要的。对这些神经回路的准确理解和绘制地图可能会促进对四肢瘫痪患者的治疗。”
2015年，Dosenbach——同时也是职业治疗、儿科、放射学和生物医学工程的助理教授——戴了两周的粉色石膏，尽管他并没有需要受伤。他的目标是利用脑成像技术收集高质量的数据，以评估控制运动的神经网络。
多森巴赫在圣路易斯儿童医院治疗的许多病人都患有活动受限，导致他们偏爱一侧身体的病症。一种常见的治疗方法是约束诱导运动疗法，也称为强迫使用疗法，用石膏固定主要的手臂，迫使孩子使用受损的手臂。
Dosenbach说:“我的目标是更好地了解我的病人在治疗过程中的感受，尽管我承认由于他们的残疾，这对他们来说更加困难。”
他还想确定个体神经变化发生的时间轴。通常，科学家从几十个人那里收集核磁共振数据，然后平均计算。“但我不想这样做，因为每个人的大脑在解剖学上都是不同的，当MRI数据被平均后，它都模糊在一起，”Dosenbach说。
所以多森巴赫决定在他惯用的右臂上戴玻璃纤维石膏。它从他的指尖一直延伸到他的肩膀下面。是粉红色的，那是他2岁的女儿麦克最喜欢的颜色。
他在炎热潮湿的夏天穿着它。它很痒。这是尴尬的。他必须学会如何用一只手换尿布。
为了研究大脑活动，位于圣路易斯的华盛顿大学医学院的神经学助理教授、医学博士尼科·多森巴赫(Nico Dosenbach)戴了两周的玻璃纤维石膏。(照片:蒂姆·帕克)每天，他黎明前起床，僵硬地躺30分钟，以进行静止状态的功能性核磁共振成像。他这样做了两周，他的手臂打了石膏，前后两周也是如此。
在六周的实验中，多森巴赫在两只手腕上都戴着加速计，以追踪他手臂的运动强度，同时进行一些基本的活动，比如写字和移动物体。
“那并不可怕，只是不愉快，”多森巴赫回忆说。但很快，我发现我的右臂变得更糟了，而我的左手变得更强壮了。比我们所有人预料的都要快得多。”
核磁共振数据显示，大脑在48小时内发生了变化。此外，研究人员测量了他右臂握力的下降——在他戴石膏的两周内从124磅下降到90磅。
“石膏拆除后，我的右手开始变得更强壮，”Dosenbach说。“我的左手也恢复了原来的作用。”
多森巴赫和该研究的第一作者、医学博士学生迪兰·纽伯德(Dillan Newbold)对两名“好中疯狂”的科学家进行了同样的实验。其中一名穿着印有涂鸦的荧光黄色斑纹，另一名是森林绿色斑纹，这让人想起了童年露营的情景。
利用静止状态功能性核磁共振扫描，研究人员确定并测量了每个人大脑中控制手臂的精确区域，并对每个人进行了超过20小时的记录。这些技术使得研究人员能够发现并表征这些脉冲。
他们的MRI数据几乎与多森巴赫的一致。研究结果表明，不使用每只手臂会导致受影响的神经元在两天内与大脑运动系统的其他部分断开连接。纽博尔德的分析显示，在戴上石膏的整个时间里，自发的脉冲在废弃的电路中保持活跃，直到神经元在活动能力恢复后再次活跃。
“发现自发脉冲是不可思议的，”纽博尔德说。“人们可以一动不动，但他们的神经元似乎能保护大脑在不使用时不完全脱离。还需要更多的研究，但这是该研究中最令人兴奋的部分，因为它具有临床意义。”
Newbold DJ, Laumann TO, Hoyt CR, Hampton JM, Montez DF, Raut RV, Ortega M, Mitra A, Nielsen AN, Miller DB, Adeyemo B, Nguyen AL, Scheidter KM, Tanenbaum AB, Van AN, Marek S, Schlaggar BL, Carter AR, Greene DJ, Gordon EM, Raichle ME, Petersen SE, Snyder AZ, Dosenbach NUF。废弃的人类大脑回路中的可塑性和自发活动脉冲。神经元。2020年6月16日在线发布。https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.05.007
这项工作由美国国家卫生研究院(NIH)资助，授权编号F31NS110332、NS088590、TR000448、MH1000872、1R25MH112473、5T32 MH100019-02、MH104592、NS080675、1P30NS098577(给神经影像信息分析中心);美国退伍军人事务部临床科学研究和发展服务处，grant 1IK2CX001680;基瓦尼斯神经科学研究基金会;雅各布斯基金会赠款2016121703;儿童神经学基础;麦克唐奈系统神经科学中心;马林克罗特放射学研究所，grant 14-011;希望神经紊乱中心。
华盛顿大学医学院的1500名教员也是巴尼斯-犹太和圣。路易的儿童医院。该校在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位，在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &)评选的全美十大医学院中名列前茅。世界报道。通过与巴尼斯-犹太医院和圣路易斯儿童医院的关系，医学院与BJC医疗保健联系在一起。
最初由医学院出版
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://source.wustl.edu/2020/06/previously-undetected-brain-pulses-may-help-circuits-survive-disuse-injury/