科學研究 - 腦傷後可形成新的神經束，適當促進大腦變化可恢復運動功能

日本產業技術綜合研究所和理化學研究所的研究小組日前發現了發生腦傷後新形成的神經束。研究小組先使模式動物的大腦皮層的初級運動皮層形成永久傷害，然後調查在運動功能的恢復程序中大腦神經束髮生的變化，結果發現，運動功能恢復時，代償因傷害而失去的初級運動皮層功能的傷害周邊區域「前運動區腹側部」，與在實施順利運動方面發揮重要作用的、負責小腦輸出的「小腦核」之間會形成新的神經束。這項成果將成爲開發腦傷後透過適當促進大腦變化來恢復功能的神經復健技術的關鍵。

相關研究論文已於2019年10月3發表在美國科學期刊《Journal of Neuroscience》的網路版上。

圖1：研究小組發現了發生腦傷後恢復運動功能所需的腦功能變化背景——神經束的形成

腦功能的恢復取決於爲其提供支援的神經束的變化。因此，關於前運動區腹側部代償初級運動皮層負責的運動功能的背景，可能是在復健期間形成了新的神經束。尤其是前運動區腹側部，身體健康時，該部位透過初級運動皮層輸出運動指令。因此，研究小組着眼於初級運動皮層發生傷害後，爲了傳遞前運動區腹側部發出的資訊，神經束究竟發生了什麼變化。

爲了觀察初級運動皮層發生傷害後，前運動區腹側部發生的神經束變化，研究小組利用名爲「生物素葡聚糖胺」（Biotynilated Dextran Amine，BDA）的解剖學示蹤物，進行了組織化學解析。BDA會被吸收到神經細胞的細胞活體內，在軸突内行程併到達其末端。此次，研究小組將BDA注入前運動區腹側部，待其約1個月後抵達神經細胞末端時，觀察了包括BDA在内的軸突終末（BDA陽性軸突終末）的分佈。由此可以確定前運動區腹側部直接運送軸突形成神經束的區域（圖2左）。

研究小組利用未受到腦傷的個體（健康個體）和初級運動皮層受到傷害、手部運動功能已經恢復的個體（腦傷個體），比較了BDA陽性軸突終末的分佈。健康個體不存在但腦傷個體存在的神經束應該是在腦傷後的功能恢復期間形成的。比較發現，在負責小腦輸出的小腦核區域，BDA陽性軸突終末的分佈存在差異，健康個體的小腦核區域未發現BDA陽性軸突終末（圖2中央），而腦傷個體的小腦核區域觀察到了BDA陽性軸突終末（圖2右），這應該是在腦傷後的功能恢復程序中新形成的神經束。

圖2：（左）BDA注入位置和陽性軸突終末示例，（右）健康個體和腦傷個體恢復功能時左圖所示截面的BDA陽性軸突終末的分佈

僅功能恢復時的腦傷個體在小腦核觀察到了BDA陽性軸突終末。

爲驗證在腦傷個體的小腦核發現的BDA陽性軸突終末是否形成了功能性突觸，研究小組對BDA和突觸的組成蛋白實施了多重螢光染色。結果發現了BDA陽性軸突終末與小腦核的神經細胞結合的情形，應答部分BDA陽性軸突終末表達突觸組成蛋白（圖3）。突觸組成蛋白在突觸中發揮傳遞資訊的作用，因此這個結果表明，在腦傷後的功能恢復期間，形成了能從前運動區腹側部向小腦核傳遞資訊的突觸。