NEJM：长期南极科考后的大脑变化 | 研究速递

动物研究显示，长期处于单调的环境，或遭受社会隔离，可能对大脑造成不利影响，尤其是减少海马齿状回新神经元的生成。然而，此类应激是否会对人类大脑造成类似的损害，目前尚不得而知。

为评估躯体及社会隔离对人类海马的影响，来自德国和美国的一组研究者针对南极科考人员开展了一项小规模研究，12月5日发表于权威医学期刊《新英格兰医学杂志》（NEJM，影响因子70.670）。

研究简介

众所周知，南极科考需要面临严酷环境的挑战，不仅包括单调乏味的自然环境，还包括较长时间的“与世隔绝”。

图1 德国南极诺伊梅尔三号站（来源：Wikipedia）

简言之，本项研究共纳入了9名极地科考人员，包括5名男性及4名女性，在德国南极诺伊梅尔三号站（图1）工作14个月。

研究者获取了8名科考人员的高分辨率3T磁共振T1和T2加权成像数据（1人因躯体原因无法接受磁共振检查），对海马亚区及全脑灰质体积自基线的变化情况进行了评估。此外，研究还分析了科考人员认知表现及脑源性神经营养因子（BDNF）的变化情况。

考虑到潜在的生物学变异及老化对大脑的固有影响，研究纳入了9名年龄、性别及初始海马体积匹配的对照作为参照。

研究结果

相比于对照在14个月内的变化，8名科考人员海马齿状回的体积下降幅度更大（平均[±SE]下降32±13mm³，相当于体积下降7.2±3%），差异达到统计学意义。其他海马亚区，包括海马CA1、CA2/3、下托、内嗅皮质及海马旁回，体积同样呈下降趋势，但与对照组的差异未达到统计学意义。

图2 科考人员（红）与对照（蓝）各海马亚区体积变化（Stahn AC, et al. 2019）

全脑成像显示，相对于对照，科考人员左海马旁回（3.84±0.72%）、右背外侧前额叶皮质（3.33±0.48%）及左眶额皮质（2.99±0.25%）的体积显著下降。

图3 科考人员体积显著下降的脑区（Stahn AC, et al. 2019）

科考进行四分之一后，科考人员的BDNF水平显著低于入组前，科考结束1.5月后仍未恢复（平均下降11±1.5ng/ml，45.0±4.9%），并与齿状回体积下降相关（R=0.47）。此外，齿状回体积下降还与空间认知功能（R=0.87）及选择性注意（Stroop Incongruent Task，R^{2 2 2}=0.82）测试表现较差相关。

图4 科考人员BDNF水平的变化情况（Stahn AC, et al. 2019）

科考人员在其他认知测试（如数字符号替换测验）中的表现无显著下降。

讨论

躯体及社会环境的变化可影响海马可塑性。科考的特殊性质，如生活及工作被长期限制在单一局促的环境，难以接受到多样而复杂的涉及海马的刺激，以及仅能与少数人直接接触，均可能介导了BDNF水平的下降及相关脑区体积的改变。本项研究中，海马齿状回对环境剥夺的相对易感性与动物研究中所发现的一致，提示海马神经发生、应激所致行为改变及环境剥夺之间的潜在联系。

本项研究仅纳入了9名科考人员，加之无法确定科考的哪些因素构成了社会及环境剥夺，故上述结果应谨慎解读。此外，一些未加以评估的因素也可能与研究中观察到的变化有关。目前，确定环境剥夺及社会隔离影响人类大脑可塑性机制的证据仍然缺乏。

文献索引：Stahn AC, Gunga HC, Kohlberg E, et al. Brain Changes in Response to Long Antarctic Expeditions. N Engl J Med. 2019 Dec 5;381(23):2273-2275.