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長(zhǎng)期處于昏暗光線(xiàn)環(huán)境下會(huì)“變笨”
環(huán)境光線(xiàn)條件在人類(lèi)的生理和行為過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,包括生理覺(jué)醒、喚醒度、情緒和認(rèn)知等各個(gè)方面。已有許多研究驗(yàn)證了明亮光線(xiàn)有利于提高認(rèn)知功能,如明亮的教室照明提高了小學(xué)生的數(shù)學(xué)和閱讀能力;辦公室光線(xiàn)明亮有利于提高工作績(jī)效;燈光療法有利于緩解早期癡呆人群的認(rèn)知惡化。
談到光線(xiàn)條件,人們往往對(duì)光污染或者明亮光線(xiàn)條件對(duì)生態(tài)環(huán)境和身體健康的影響關(guān)注的比較多,但對(duì)光線(xiàn)不足、昏暗光線(xiàn)環(huán)境會(huì)造成哪些后果卻關(guān)注甚少。盡管有這么多研究成果,但人們對(duì)關(guān)于光調(diào)節(jié)認(rèn)知功能的神經(jīng)機(jī)制并不是很清楚,所以需要進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。
近期有一個(gè)發(fā)表在Hippocampus上的使用Noldus的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(自動(dòng)跟蹤和分析動(dòng)物運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)和行為的系統(tǒng))進(jìn)行的關(guān)于光線(xiàn)條件對(duì)尼羅河草鼠(Nile grass rats)的認(rèn)知功能和空間學(xué)習(xí)能力的影響的研究,由密歇根州立大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家們Joel E .Soler等人共同完成,該研究證實(shí)了環(huán)境光變化會(huì)改變大腦結(jié)構(gòu),證實(shí)了明亮的光線(xiàn)有利于認(rèn)知功能和空間學(xué)習(xí)能力的發(fā)展,昏暗的光線(xiàn)導(dǎo)致認(rèn)知功能、學(xué)習(xí)能力下降。換言之,長(zhǎng)期處于昏暗光線(xiàn)環(huán)境下會(huì)“變笨”!
研究人員采用的實(shí)驗(yàn)樣本是尼羅河草鼠(為期5天,每天2次,實(shí)驗(yàn)間隔30s),主要原因有兩個(gè):
一、該動(dòng)物是用于研究空間學(xué)習(xí)與記憶、認(rèn)知功能等常用的試驗(yàn)動(dòng)物模型;二、尼羅河草鼠(Nile grass rats)與人類(lèi)相似,都是晝行動(dòng)物,白天活動(dòng),晚上睡覺(jué)。研究人員們通過(guò)水迷宮試驗(yàn)、免疫組化和高爾基染色法等方法來(lái)對(duì)處于不同環(huán)境光條件下的動(dòng)物表現(xiàn)及變化進(jìn)行了綜合分析與比較。
以下是主要研究結(jié)果:其中brLD=明亮光線(xiàn)環(huán)境 ;dimLD=昏暗光線(xiàn)環(huán)境;dim-brLD=從昏暗光線(xiàn)環(huán)境轉(zhuǎn)移到明亮光線(xiàn)環(huán)境。
1、昏暗光線(xiàn)環(huán)境導(dǎo)致水迷宮任務(wù)表現(xiàn)不佳
如上圖圖1所示,在第1次試驗(yàn)中,明亮光線(xiàn)組和昏暗光線(xiàn)組動(dòng)物的表現(xiàn)均有所提高(主要體現(xiàn)在逃避潛伏期下降),明亮光線(xiàn)組動(dòng)物的表現(xiàn)要優(yōu)于處于昏暗光線(xiàn)組動(dòng)物的表現(xiàn)(圖1A);在第2次試驗(yàn)中,兩組的表現(xiàn)無(wú)顯著差異(圖1B)。在空間探索試驗(yàn)期間,去除平臺(tái)后,與昏暗光線(xiàn)組相比,明亮光線(xiàn)組動(dòng)物在目標(biāo)象限中專(zhuān)注尋找(圖1C)。兩組動(dòng)物在目標(biāo)象限中所花費(fèi)的時(shí)間也有顯著差異,其中明亮光線(xiàn)組動(dòng)物在目標(biāo)象限中所花費(fèi)的時(shí)間要比昏暗光線(xiàn)組的時(shí)間要長(zhǎng)(圖1D;t(14)= 2.98, p= 0.01)。
2、明亮光線(xiàn)環(huán)境可恢復(fù)水迷宮任務(wù)表現(xiàn)
為了驗(yàn)證空間學(xué)習(xí)和記憶能力受損是由光線(xiàn)原因?qū)е碌模?/span>研究人員將初在昏暗光線(xiàn)條件下活動(dòng)的動(dòng)物轉(zhuǎn)移到了明亮的光線(xiàn)條件下。將其暴露于明亮光線(xiàn)環(huán)境四周之后再進(jìn)行試驗(yàn),與昏暗光線(xiàn)組動(dòng)物相比,發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)非常優(yōu)異(圖2A)。第2次試驗(yàn),兩組動(dòng)物的逃避潛伏期數(shù)據(jù)無(wú)顯著差異(圖2B)。在空間探索試驗(yàn)期間,去除平臺(tái)后,從昏暗光線(xiàn)轉(zhuǎn)移到明亮光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物與昏暗光線(xiàn)組動(dòng)物相比,前者在目標(biāo)象限中專(zhuān)注尋找(圖2C)。兩組動(dòng)物在目標(biāo)象限中所花費(fèi)的時(shí)間也有顯著差異,其中從昏暗光線(xiàn)轉(zhuǎn)移到明亮光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物在目標(biāo)象限中所花費(fèi)的時(shí)間要比昏暗光線(xiàn)組的時(shí)間要長(zhǎng)(圖2D;t(14)= 4.387, p=0.001)。
3、環(huán)境光可調(diào)節(jié)海馬BDNF表達(dá)
與明亮光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物相比,昏暗光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物,海馬腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)有明顯減少(圖3A)。研究人員對(duì)海馬體的三個(gè)區(qū)域(CA1、CA3和DG)的腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子細(xì)胞進(jìn)行了分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),昏暗光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物,CA1、CA3和DG三個(gè)區(qū)域的腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子細(xì)胞數(shù)量均低于處于明亮光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物,雖然只有CA1區(qū)域在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著差異(圖3B; t(10)= 3.05, p=0.012)。同樣的,從昏暗光線(xiàn)環(huán)境下轉(zhuǎn)移到明亮光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物,其CA1、CA3和DG三個(gè)區(qū)域的腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子細(xì)胞數(shù)量均低于處于昏暗光線(xiàn)環(huán)境下的動(dòng)物,其中CA1 (t(10)= 7.307, p<0.001)和CA3 (t(10)= 4.183, p= 0.002)兩個(gè)區(qū)域中有顯著差異。
4、環(huán)境光調(diào)節(jié)CA1頂端樹(shù)突形態(tài)
除了對(duì)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)表達(dá)有影響,環(huán)境光也調(diào)節(jié)海馬體的結(jié)構(gòu)可塑性。研究人員采用高爾基染色法(Golgi-stained)分別對(duì)處于不同環(huán)境光條件下動(dòng)物海馬體的CA1區(qū)域進(jìn)行了分析。從圖4A,B可以看出,昏暗環(huán)境光條件下的動(dòng)物,CA1頂端樹(shù)突棘密度顯著降低(t(8)= 5.103, p=0.001)。而從昏暗環(huán)境光條件轉(zhuǎn)移到明亮環(huán)境光條件下的動(dòng)物,其CA1頂端樹(shù)突棘密度顯著增加(圖4C,D;t(10)= 10.062, p<0.001)。
總結(jié)
綜上所述,昏暗光線(xiàn)會(huì)影響海馬體結(jié)構(gòu)可塑性,導(dǎo)致動(dòng)物海馬體功能降低,并且在訓(xùn)練過(guò)的空間任務(wù)方面表現(xiàn)較差;相反,處于明亮光線(xiàn)下的動(dòng)物在空間任務(wù)方面表現(xiàn)較好。
其中的作用機(jī)制就是因?yàn)榛璋淡h(huán)境光導(dǎo)致海馬體腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子顯著減少,該物質(zhì)實(shí)際上是一種肽,能夠幫助維持海馬體和樹(shù)突棘中健康的連接,或者允許神經(jīng)元“互相交流”的連接。研究人員Joel E .Soler提到,海馬體腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的顯著減少,使得該連接也變少了。由于連接減少,從而導(dǎo)致依賴(lài)于海馬體的學(xué)習(xí)和記憶表現(xiàn)不佳,就“變笨”了。
該研究為更好地理解環(huán)境光調(diào)節(jié)晝行生物認(rèn)知功能奠定了基礎(chǔ),對(duì)從環(huán)境光設(shè)計(jì)角度促進(jìn)認(rèn)知功能的發(fā)展具有重要意義,對(duì)臨床上預(yù)防和治療認(rèn)知功能損傷提供了新的見(jiàn)解與方向。
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