NEJM：長期南極科考後的大腦變化 | 研究速遞

動物研究顯示，長期處於單調的環境，或遭受社會隔離，可能對大腦造成不利影響，尤其是減少海馬齒狀回新神經元的生成。然而，此類應激是否會對人類大腦造成類似的損害，目前尚不得而知。

為評估軀體及社會隔離對人類海馬的影響，來自德國和美國的一組研究者針對南極科考人員開展了一項小規模研究，12月5日發表於權威醫學期刊《新英格蘭醫學雜誌》（NEJM，影響因子70.670）。

研究簡介

眾所周知，南極科考需要面臨嚴酷環境的挑戰，不僅包括單調乏味的自然環境，還包括較長時間的「與世隔絕」。

圖1 德國南極諾伊梅爾三號站（來源：Wikipedia）

簡言之，本項研究共納入了9名極地科考人員，包括5名男性及4名女性，在德國南極諾伊梅爾三號站（圖1）工作14個月。

研究者獲取了8名科考人員的高解析度3T磁共振T1和T2加權成像數據（1人因軀體原因無法接受磁共振檢查），對海馬亞區及全腦灰質體積自基線的變化情況進行了評估。此外，研究還分析了科考人員認知表現及腦源性神經營養因子（BDNF）的變化情況。

考慮到潛在的生物學變異及老化對大腦的固有影響，研究納入了9名年齡、性別及初始海馬體積匹配的對照作為參照。

研究結果

相比於對照在14個月內的變化，8名科考人員海馬齒狀回的體積下降幅度更大（平均[±SE]下降32±13mm³，相當於體積下降7.2±3%），差異達到統計學意義。其他海馬亞區，包括海馬CA1、CA2/3、下托、內嗅皮質及海馬旁回，體積同樣呈下降趨勢，但與對照組的差異未達到統計學意義。

圖2 科考人員（紅）與對照（藍）各海馬亞區體積變化（Stahn AC, et al. 2019）

全腦成像顯示，相對於對照，科考人員左海馬旁回（3.84±0.72%）、右背外側前額葉皮質（3.33±0.48%）及左眶額皮質（2.99±0.25%）的體積顯著下降。

圖3 科考人員體積顯著下降的腦區（Stahn AC, et al. 2019）

科考進行四分之一後，科考人員的BDNF水平顯著低於入組前，科考結束1.5月後仍未恢復（平均下降11±1.5ng/ml，45.0±4.9%），並與齒狀回體積下降相關（R=0.47）。此外，齒狀回體積下降還與空間認知功能（R=0.87）及選擇性注意（Stroop Incongruent Task，R^{2 2 2}=0.82）測試表現較差相關。

圖4 科考人員BDNF水平的變化情況（Stahn AC, et al. 2019）

科考人員在其他認知測試（如數字符號替換測驗）中的表現無顯著下降。

討論

軀體及社會環境的變化可影響海馬可塑性。科考的特殊性質，如生活及工作被長期限制在單一侷促的環境，難以接受到多樣而複雜的涉及海馬的刺激，以及僅能與少數人直接接觸，均可能介導了BDNF水平的下降及相關腦區體積的改變。本項研究中，海馬齒狀回對環境剝奪的相對易感性與動物研究中所發現的一致，提示海馬神經發生、應激所致行為改變及環境剝奪之間的潛在聯繫。

本項研究僅納入了9名科考人員，加之無法確定科考的哪些因素構成了社會及環境剝奪，故上述結果應謹慎解讀。此外，一些未加以評估的因素也可能與研究中觀察到的變化有關。目前，確定環境剝奪及社會隔離影響人類大腦可塑性機制的證據仍然缺乏。

文獻索引：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.