嬰兒積極體驗周圍世界的景象、氣味、聲音、味道和紋理。在遺傳程序的指導下，這種感覺刺激改善了大腦在神經(jīng)元之間形成的突觸連接，使細胞能夠進行交流。1幾十年來，研究人員一直認為遺傳和感覺驅(qū)動的活動是影響大腦線路的唯一因素。
“作為一名分子神經(jīng)科學家，我相信大腦是它自己的實體，是它自己神圣的器官，漂浮在我們的身體頂部并監(jiān)督一切，”耶魯大學醫(yī)學院副教授、讓·梅爾研究所的高級科學家托馬斯·比德勒回憶道。美國農(nóng)業(yè)部人類營養(yǎng)衰老研究中心(USDAHNRCA)。“這個想法破滅了。了解微生物組，了解腸道中分泌的細菌和化合物對大腦的影響——當我清楚地知道大腦受到其他化合物的影響時，這是我的第一個頓悟時刻。”Biederer和他的團隊最近確定母乳中發(fā)現(xiàn)的一種微量營養(yǎng)素可以增加神經(jīng)元的連接性，并將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。3
比德勒開始對飲食對產(chǎn)后大腦連接的影響感興趣，因為研究人員報告說，母乳喂養(yǎng)的嬰兒在以后的智力測試中表現(xiàn)更好。4這些結(jié)果表明飲食會影響嬰兒大腦發(fā)育，但尚不清楚母乳中的哪些微量營養(yǎng)素和生物活性化合物造成了這種影響。在早期的一項研究中，Biederer的團隊確定母乳中存在的omega-3脂肪酸二十二碳六烯酸(DHA)可以改善成熟皮質(zhì)中的突觸連接和信息處理。5
為了確定母乳中哪些其他生物活性化合物對大腦發(fā)育很重要，Biederer和他的團隊檢查了居住在墨西哥、中國和美國的母親捐贈的母乳樣本的成分，作為全球母乳探索研究的一部分。6研究人員尋找在哺乳過程中發(fā)生大量變化且與種族或飲食無關(guān)的微量營養(yǎng)素，因為這種保守性表明這些成分具有重要的功能。他們發(fā)現(xiàn)，在哺乳早期，當嬰兒的大腦迅速形成新的突觸連接時，碳環(huán)糖肌醇含量豐富，但在哺乳過程中濃度下降。
研究人員通過將原代人類谷氨酸能和大鼠神經(jīng)元培養(yǎng)物暴露于生物活性化合物并對突觸的突觸前和突觸后部位進行免疫染色來測試肌醇是否會影響大腦連接。他們發(fā)現(xiàn)肌醇增加了突觸后位點的大小和豐度。因為科學家已將突觸大小與傳輸強度相關(guān)聯(lián)，7這表明肌醇改善了神經(jīng)元連接。此外，在大鼠神經(jīng)元培養(yǎng)物中顯示突觸前和突觸后標記之間共定位的區(qū)域數(shù)量隨著肌醇濃度的增加而增加，這表明這種微量營養(yǎng)素促進突觸形成。
為了驗證肌醇對體內(nèi)神經(jīng)元連接的影響，Biederer和他的同事將這種糖添加到了幼鼠的飲食中。對視覺皮層進行免疫染色后，他們確定補充肌醇擴大了該大腦區(qū)域的突觸后部位，但沒有改變其豐度。
盡管肌醇可以增加發(fā)育中大腦的連通性，但研究人員不知道這種微量營養(yǎng)素是否會在成熟大腦中產(chǎn)生類似的效果，因為成熟大腦會內(nèi)源性產(chǎn)生這種化合物。8他們制備了小鼠的器官型腦切片，這是科學家在體外培養(yǎng)的活體組織的薄片。將肌醇應(yīng)用于成熟的器官切片培養(yǎng)物后，研究人員發(fā)現(xiàn)肌醇增加了大腦的連通性，這表明微量營養(yǎng)素對成人大腦也很重要。然而，科學家已將肌醇積累或消耗與某些腦部疾病聯(lián)系起來，這表明在臨床醫(yī)生推薦成年患者補充肌醇之前還需要進一步的工作。
“對母乳的關(guān)注，特別是與一項研究的合作，使他們能夠跨群體和跨國家研究母乳的成分，我認為這確實受到了啟發(fā)，并且是找出將要產(chǎn)生的核心成分的聰明方法。對大腦發(fā)育很重要，”加州大學戴維斯分校的神經(jīng)科學家金伯利·麥卡利斯特(KimberleyMcAllister)說，她沒有參與這項研究。“試圖從飲食的角度弄清楚我們可以做些什么來促進大腦健康，甚至潛在地預(yù)防或治療大腦疾病，這是非常重要的，而且這是一個尚未開發(fā)的科學發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域。”
雖然肌醇可以改善發(fā)育中大腦的神經(jīng)元連接，但Biederer強調(diào)，這種生物活性化合物支持大腦中已經(jīng)發(fā)生的內(nèi)源性過程，他不希望他的工作增加母親母乳喂養(yǎng)嬰兒的壓力。“母乳是黃金標準，”比德勒說。“但我們[希望]我們的數(shù)據(jù)可用于改進兒科營養(yǎng)產(chǎn)品并幫助兒童發(fā)揮潛力。”
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