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探寻大脑中的贫困印记,无论分娩方式如何自主神经系统似乎都能很好地发挥作用

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探寻大脑中的贫困印记 科学家在孟加拉国研究营养不良如何影响儿童发育

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在生命早期接触压力是否会影响婴儿的大脑发育,有没有办法挑出可能从早期干预中受益的婴儿?今天在JAMA Pediatrics上发表的波士顿儿童医院领导的一项双中心研究,使用脑部脑电图以客观可衡量的方式开始研究这些问题。研究发现,母亲报告高压力的婴儿在脑电图测量时具有明显的大脑活动模式

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根据东英吉利大学的最新研究,出生于贫困的儿童在早期大脑功能方面表现出重要差异。

在怀孕后期,人体仔细准备胎儿,以保护子宫外的生命。皮质醇水平,一种压力荷尔蒙,在分娩时飙升和飙升。儿茶酚胺是另一种应激激素,在出生时也会升高,有助于启动婴儿在分娩时调节呼吸,心跳,血压和能量代谢水平所需的功能。催产素激增,在分娩期间促进母亲的收缩,并在婴儿出生后刺激产奶。

  • 仅在2个月大时。

在孟加拉国首都达卡市,一名儿童正在做脑电图。

研究人员研究了印度农村地区4个月至4岁儿童的大脑功能。他们发现,收入较低的儿童,母亲受教育程度较低,大脑活动较弱,更容易分心。来自东英吉利大学心理学院的首席研究员约翰斯宾塞教授说:每年,低收入和中等收入国家的2.5亿儿童未能发挥其发展潜力。

这些过程还可以通过准备自主神经系统并调整其大脑连接,在胎儿大脑外的生命过渡期间发挥作用。自主神经系统就像身体的自动驾驶仪一样,接收所需的信息,以确保内部器官稳定运行而不会故意行动,例如确保心跳和眼睑以稳定的间隔闪烁。它的阴,同情分裂,刺激身体过程,而阳,副交感神经分裂,抑制它们。

脑电图被发现对环境中的扰动非常敏感,因此我们并不完全惊讶地发现母亲生活中的压力与婴儿的大脑活动之间存在关联,实验室主任Charles Nelson博士说。波士顿儿童医院的认知神经科学研究和该研究的高级研究员。我们感到惊讶的是,在某种程度上,我们看到这种关联在生命的早期阶段。

图片来源:Smita Sharma for Nature

因此,越来越需要了解贫困对早期大脑和行为发展的全球影响。以前的研究表明,贫困和早期逆境会严重影响大脑发育,导致贫困的恶性循环。但很少有研究在发育早期就研究过大脑功能。

与足月同龄相比,早产婴儿的自主神经功能降低,并且在生命后期也可能面临严重的神经发育障碍。但是,与通过剖宫产分娩的婴儿(剖腹产)相比,接受分娩后足月婴儿的自主神经系统功能是否存在差异?

攻击脑电图

上世纪60年代末,一组研究人员开始向危地马拉农村地区有小孩的家庭分发一种营养补充剂。他们正在测试一个假设,即在生命的最初几年里获得足够多的蛋白质能减少发育不良的发生率。

我们希望更多地了解出生在较贫穷背景中的儿童的功能性大脑发育 - 看看为什么许多人没有充分发挥其潜力。这项工作是干预工作的第一步,旨在促进早期大脑健康,避免逆境保持。该团队包括斯特林大学的研究人员,他们在印度人口最多的北方邦进行了他们的研究。

来自儿童国家Inova合作研究计划(CNICA)的团队 - 华盛顿特区儿童国家与弗吉尼亚州Inova妇女儿童医院之间的研究合作 - 开始在2019年7月30日在线发表的一篇论文中回答这个问题,在科学报告中。

在大多数儿科实践中可用的脑电图测量脑电活动,通常用于诊断或评估癫痫患者。但是EEG信号还包含有关大脑的其他信息。之前的研究已经将信号的不同频带--,,和波

事实的确如此。获得补充剂的儿童比对照组儿童平均高出1~2厘米。不过,好处并未就此止步。接受了补充营养的儿童变成青少年后在阅读和知识测试中的得分更高。当研究人员在本世纪初重回此地时,在最初3年里接受了补充剂的女性完成了更多年的学业,而男性获得了更高的收入。

他们使用便携式功能性近红外光谱(fNIRS)设备测量了42名农村四至四岁儿童的大脑活动。fNIRS系统通过一个连接到计算机的特殊帽子,通过放置在头部的光源将近红外光照射到皮质组织中。他们调查了孩子们的视觉工作记忆

他们招募了经历过正常,足月妊娠的新生儿,并在他们大约2天时记录了他们的大脑功能和心脏表现。病情很脆弱且需要在新生儿重症监护病房进行观察的婴儿被排除在研究之外。在为前瞻性队列研究招募的167名婴儿中,118名新生儿拥有足够强大的数据,将其纳入研究。在这些新生儿中:

  • 与不同类型的大脑活动联系起来。

“如果没有这些后续追踪,此项研究很有可能会被遗忘。”美国乔治亚州埃默里大学妇幼营养专家、领导后续研究的Reynaldo Martorell表示。相反,此项研究使诸如世界银行等金融机构将早期营养干预视为在人类健康方面的长期投资。

  • 或者他们在视觉信息发生时能够存储视觉信息和检测视觉环境变化的能力。

62名(52.5%)通过阴道分娩出生22名(18.6%)开始阴道分娩但最终转为剖腹产,原因是未能进展,引产失败或胎儿对分娩不耐受34名(28.8%)由选修剖腹产出生。

不同频段的激活与认知功能的不同方面有关,认知神经科学实验室的研究员,该研究的第一作者Lara Pierce博士解释道。我们认为它告诉我们大脑是如何发展的。

自危地马拉研究以来,包括巴西、秘鲁、牙买加、菲律宾、肯尼亚和津巴布韦在内的全球各地的研究,开始将婴幼儿的生长缓慢或者发育不良同较低的认知测试得分和糟糕的学校成绩联系起来。

我们每天使用大约10,000次视觉工作记忆。儿童在婴儿早期就开始发展这项技能,并在儿童期和青春期逐渐改善。我们知道它是早期认知发展的优秀标志,斯宾塞教授说。该研究是与位于印度勒克瑙的社区赋权实验室合作进行的。参与者是从北方邦的Shivgarh周围的村庄募来的。

CNICA研究小组襁褓中的婴儿舒适,并在他们的小脑袋上滑动电极网,通过非侵入性技术同时测量心率变异性和皮质功能。研究小组假设,接触过分娩的婴儿比通过剖腹产出生的婴儿具有更强的自主神经张力和更高的皮质脑电图(EEG)能力。

该研究为波士顿儿童医院和洛杉矶儿童医院的113名2个月大的婴儿提供初级保健服务,主要服务于低收入家庭。婴儿的母亲填写了旨在衡量其压力水平的问卷。一位询问有关紧张的生活事件,例如最近的失业,经济困难,住房不安全,暴力,疾病,死亡和婚姻问题。另一个直接询问压力母亲的感受。

一幅画面逐渐显现出来:小时候过矮是诸如饮食欠佳、腹泻病经常发作等不良条件的迹象,并且是智力低下和夭折的预测指标。据估测,发育不良影响全球1.6亿儿童。不过,并非所有的发育不良均同这些糟糕的结果存在关联。如今,研究人员正试图解开生长和神经发育之间的关系。营养不良是唯一的罪魁祸首吗?情感上受冷落、传染病或者其他挑战是否也发挥了作用?

他们参加了一个视觉测试,涉及彩色方块的闪烁显示。测试的目的是看孩子们是否能够很好地记住颜色,以确定显示器的一侧总是有颜色变化,而另一侧的颜色总是保持不变。考虑了父母教育,收入,种姓,宗教,家庭中的子女数量和经济地位等因素。

在一个低风险的足月婴儿组中,无论婴儿是否在出生前接受过分娩,自主神经系统和皮质系统似乎都能很好地发挥作用,医学博士,医学博士Sarah B. Mulkey说。 ,儿童国家胎儿和过渡医学部的胎儿新生儿神经病学家,该研究的主要作者。

这些婴儿在他们的母亲抱着他们的时候接受了脑电图,同时他们看了一个显示婴儿玩具的视频。总共有70名婴儿有可用的EEG数据。

在孟加拉国首都达卡的贫民窟内,Shahria Hafiz Kakon是试图回答这些问题的先锋。在那里,约有40%的儿童在两岁时出现发育不良。作为孟加拉国腹泻疾病研究国际中心的卫生官员,Kakon正在领导一项前所未有的发育不良儿童大脑成像研究。“在孟加拉国,开展大脑成像研究是一个非常新的想法。”Kakon说。

结果与美国中西部地区的家庭儿童进行了比较。该研究小组发现,来自母亲受教育程度和收入较低的家庭的印度儿童大脑活动较弱,大脑左侧额叶皮质区域的牵张器抑制较差,这与工作记忆有关。

然而,在分娩后由剖腹产出生的婴儿的心率加速度显着增加。与其他两组患者相比,分娩时剖腹产婴儿在25.2小时时的相对频率EEG显着降低。

母亲的压力,婴儿的大脑

对贫困儿童开展脑成像研究

该研究还表明,便携式神经影像技术可用于发展中国家的农村地区,将创新技术带到最需要早期评估工具的地方。虽然逆境对大脑发育的影响可能使儿童陷入贫穷的代际循环,但大脑可塑性的巨大潜力也是希望的源泉。通过与当地社区的家庭合作并将创新技术引入该领域,我们希望我们能够在未来的工作中共同打破这贫困循环。

这些研究结果表明,开始阴道分娩和剖腹产完成的婴儿可能会增加压力反应和觉醒差异,Mulkey博士说。关于分娩方式的神经系统影响的发表研究很少,因此我们的工作有助于为未来研究高风险婴儿(包括早产婴儿)提供正常的参考点。

报告感受到较高压力水平的母亲的婴儿在较高频率的脑电图频带(和)中的功率往往低于其他婴儿。它们在较低频段

以西方标准衡量,1.63米高的Kakon并不高,但在其工作的由小型住宅楼改造而成的达卡市一家诊所里,她比大多数女性同事都要高。在最近的一个早晨,Kakon和一位半夜给她打电话的母亲呆在一起:这个女人的儿子发烧了。在为男孩做检查前,Kakon像往常一样,询问了他的母亲家庭状况如何以及他在学校表现得怎么样。很多父母称呼Kakon为apa——在孟加拉语中是“大姐姐”的意思。

因为当婴儿1天时,研究小组发现自主神经张力或其他脑电频率的差异很小,未来的研究将在新生儿早期生活的不同阶段以及睡眠

  • delta和theta中也倾向于具有相对较高的功率。

大约5年前,盖茨夫妇基金会开始对追踪生活在逆境中的婴幼儿的大脑发育感兴趣,尤其是发育不良和营养不良的婴幼儿。该基金会曾在Kakon的诊所研究过儿童对疫苗的反应。高比率的发育不良以及该团队同参与者形成的紧密联系,促成了最新研究。

  • 觉醒周期对心脏的作用中探索这些措施。率变化。

皮尔斯解释说:更高频段的力量与更复杂的认知功能有关,例如儿童时期的语言能力。在发展初期,我们倾向于在较低频段看到更多的力量,但在经历过心理社会逆境的孩子身上也观察到了低频率的提升。这在某些情况下被解释为大脑发育迟缓的迹象。

为顺利开展研究,基金会使这个达卡团队同美国波士顿儿童医院和哈佛医学院儿科神经科学家Charles Nelson取得联系。Nelson在脑成像和童年逆境研究方面经验丰富。2000年,他开启了一项追踪儿童大脑发育的研究。这些儿童在艰苦的罗马尼亚孤儿院中成长。尽管吃穿不愁,但这些儿童几乎得不到任何激励,也没有社交或精神支持。很多经历了长期的认知问题。

然后研究人员采取了相反的方法。他们使用统计技术来查找EEG数据中的模式,这些模式可以指示具有不同EEG活动概况的儿童的亚组。然后,他们寻找与这些配置文件相关的环境特征。

Nelson的研究表明,这些孤儿的大脑带有被忽视的印记。核磁共振成像显示,到8岁时,和由亲身父母抚养大的孩子相比,他们拥有较小的灰质和白质区域,而这部分大脑同注意力和语言相关。在刚会走路时便从孤儿院搬到寄养家庭的儿童则避开了一些缺陷。

这提出了一个可能的缓解因素:母亲受过更多教育的婴儿更有可能在频段内拥有更高功率的脑电图。皮尔斯和她的同事们最终想要弄清楚母亲的教育本身是否对婴儿的大脑有益,或者是否有其他使母亲能够接受进一步教育的因素可能是保护性的。

参与达卡市研究的儿童经历了完全不同的成长环境。他们被通常共同生活在狭小空间里的大家庭包围。Nelson介绍说,他们“是生活在小房间里并且整天盯着白色天花板的孩子的反面”。

跟踪大脑轨迹

不过,孟加拉国的儿童的确面临着营养和卫生设施不足的问题。研究人员此前并未分析此类条件对大脑发育造成的影响。目前有一些对在贫困中长大的儿童开展的脑成像研究。不过,它们大多数关注的是高收入地区,比如美国、欧洲和澳大利亚。Nelson表示,无论那里的孩子有多贫困,大部分都能获得一些营养食品、清洁用水和卫生设备。生活在达卡贫民窟的儿童则在污水横流的开放沟渠边生活、玩耍。“全世界还有很多儿童像生活在达卡的孩子一样。”Nelson说,“但在大脑层面上我们对其一无所知。”

之前的研究发现,婴儿在大约6个月大时开始显示脑电图的差异。皮尔斯说,这是第一项研究,显示早在2个月内,低收入环境中与母亲压力相关因素的脑电图变化。她和她的同事计划在整个婴儿的第一年和24和36个月再次重复脑电图,并看看这些模式是否可以预测儿童在年龄增长时的发展情况。

2015年年初,Nelson团队和孟加拉国研究人员将达卡简陋的诊所改造成先进的实验室。为了利用脑电图设备,他们不得不找到一个墙壁上没有电线且没有空调设备的房间,因为这两者都会干预设备探测大脑活动的能力。

我们发现的地图非常适合我们在经历过不同类型的逆境,或生活在低社会经济背景下的年龄较大的孩子们所看到的情况,皮尔斯说。我们在发育早期就发现与高水平报告的母体压力相关的影响。随着我们的跟进,我们希望了解婴儿早期环境中哪些特定因素会影响发育中的大脑

与此同时,研究人员设立了一个针对功能性近红外光谱技术的房间。应用fNIR时,儿童需要戴着测量大脑血流的传感器发带。虽然该技术提供的大脑活动信息同来自功能性核磁共振成像的结果类似,但它不需要大型机器,儿童也无须保持静止不动。自上世纪90年代起,fNIR被用在婴儿中。目前,该技术在低收入国家越来越有吸引力。

  • 以及哪些因素可能有助于保护它 - 最终将帮助我们了解如何最好地支持面临各种情况的家庭。

研究人员还在诊所附近的医院里开展了核磁共振成像。迄今为止,他们扫描了12名2~3个月大但发育不良的婴儿。和罗马尼亚的孤儿以及发展中国家那些在贫困中成长的儿童类似,这些孩子比20名发育良好的婴儿拥有更少的灰质区域。对于这么小的孩子来说,很难区分是哪个区域受到了影响,但拥有较少的灰质同6个月大时在语言和视觉记忆测试中的较差分数存在关联。

达卡研究中的约130名儿童在36个月大时接受了fNIR测试,而研究人员在发育不良和生长于其他逆境的儿童中发现了不同模式的大脑活动。这些儿童的个子越矮,对诸如卡车等非社交性的图像和声音作出响应时的大脑活动便越多。个子比较高的儿童对诸如女性面孔等社交性的刺激物作出更多响应。

EEG在发育不良的儿童中探测到较强的脑电活动,以及一系列反映解决问题和大脑区域之间交流的脑电波。这让研究人员大吃一惊,因为在孤儿和贫困儿童中开展的研究通常发现脑电活动被抑制。这种差异可能同达卡的儿童面临的不同类型的逆境相关,包括食物不安全、感染以及母亲患抑郁症比例较高。

定义儿童大脑发育标准轨迹

此类研究面临的一个挑战是研究人员仍试图找出正常的大脑发育看上去是什么样子。达卡研究开始的几年前,一个由英国和冈比亚研究人员组成的团队对冈比亚农村地区两岁前儿童进行了EEG和fNIR测试。此次研究也得到了盖茨夫妇基金会的资助。

和达卡研究类似,科学家正在探寻大脑发育同包括营养、亲子互动在内的一系列指标存在何种关联。不过,他们还试图定义儿童大脑发育的标准轨迹。

俄勒冈健康与科学大学儿科神经科学家、盖茨夫妇基金会顾问Daniel Marks表示,基金会和美国国立卫生研究院有很大的推动力来详细阐明正常大脑发育的轨迹。“这只是问题紧迫性的一种反映。”

盖茨夫妇基金会发现和转化医学部副主任Jeff Murray介绍说,对Dhaka研究进行资助的动机在于,它将揭示预示着成年后不会拥有好结局的婴儿大脑的不同模式,并且可被用于探究哪些干预措施发挥了作用。

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