大脑发育:从受孕到3岁

生命的第一年是早期大脑发展的重要时期。

数十年的研究表明，儿童早期的环境可能会对其一生产生影响。许多研究都支持早期经验在大脑发育中的生物嵌入。¹多亏了最近对大脑研究的进展，我们对这些影响如何与早期大脑结构的建立有了更清晰的理解。神经科学家现在可以识别出大脑活动的模式，这些模式与各种类型的有毒压力有关，比如在贫困中长大。²

虽然早期有毒压力的危险，如贫穷、忽视和虐待，早已被认识到，但我们现在可以通过大脑扫描技术“看到”它们的影响。科学家们继续进行研究，以确定经验究竟是如何影响发育的，令人兴奋的进展继续加强干预和预防工作。^3.

儿童大脑的建筑受早期经历的影响。

称为神经元的专用脑细胞通过彼此形成连接来发送和接收信息。连接称为“突触”。新生的大脑继续在前几年中添加神经元，并以惊人的速度增长。它在第一年的大小翻了一番，三岁的成年数量达到80％。^4-6这种增长主要是由于神经元生长和新的突触。

更重要的是，在这些年内以比任何其他时间更快的速率形成连接。事实上，大脑产生了更多的联系，而不是需求：在两三岁时，大脑有多达两倍的联系，因为它在成年期将有两倍（图1）。儿童的经验在确定整个童年和青春期逐渐消除的剩余连接中发挥着重要作用，这是有时称为修剪的过程。⁷

负责视觉、语言或学习等特定功能的连接的生长和修剪，以不同的速度发生。

感官像听力，视觉和触摸成熟迅速，并且在早期婴儿期间对早期外部输入尤其敏感。在较长时间内，语言开发和社会互动成熟的关系，但在幼儿中特别敏感（图2）。

对于这些技能来说，头3年是大脑能够比以后更有效地“捕捉”经验的时期，那时大脑正在对未使用的连接进行修剪。⁷

基因和环境因素共同影响着大脑的早期发育。

虽然脑发育的第一阶段受到遗传因素的强烈影响，但基因并没有完全设计大脑。^8、9相反，基因使用的时间和地点会根据它们从环境中接收到的信息进行微调——即使是在怀孕期间，当母亲的营养和压力会影响大脑结构的早期阶段时，这种情况也会发生。这些基因与环境的关系使得每个孩子都能更容易更快地适应周围的环境，而不是仅仅由基因决定大脑的线路。¹⁰基因和环境共同塑造大脑的方式主要有两种。

一种是通过遗传某些形式的基因，这些基因可以与环境产生非常不同的相互作用。¹¹第二种是通过环境影响，可以改变基因的读出而不改变基因本身。由于最近在一个叫做的科学领域，这第二个过程变得更好地了解表观遗传学。

表观遗传学领域改变了我们对环境如何与我们的基因相互作用以及基因如何与环境互动的理解。

表观遗传学（意思是“遗传上述”遗传学）是研究基因活动的持久变化，这些活动不会改变DNA代码本身，而是通过化学变化，确实影响代码的使用方式。许多环境因素和经验导致了某些基因部分的化学“标记”，这些表观遗传变化可以影响基因的活性或“表达”。¹²

您可以将表观遗传过程视为指示基因的DNA硬件功能的软件。因为所有细胞，组织和器官的发展受到特定基因的何时表达的影响，表观遗传过程可能是对健康和福祉的强大影响。

动物研究表明，表观遗传变化可能是持久的，甚至可以从一代传递到下一个。

到目前为止，我们对表观遗传学的了解大部分来自动物的研究。现在，众多研究表明如何通过暴露于不同的食物，毒素和强大的经验来改变遗传活动。在遗传上相同的孕妇（如相同的双胞胎）中可以在遗传相同的孕鼠中完成有效的表观遗传学的显着说明。母亲都带来了遗传信息，从而产生了黄色涂层颜色，肥胖症和易受疾病的脆弱性。一半的怀孕母亲接受了正常的饮食，而另一半以通过表观遗传机制导致改性DNA的化合物中的饮食。有趣的是，“正常”饮食集团的后代类似于外套和体重和健康结果的母亲。第二次饮食组的后代更可能具有棕色的毛皮，正常体重，并且没有增加的疾病风险（图3）。但像他们的母亲一样，两组的所有后代都具有相同的DNA序列。颜色，重量和健康的差异是由于基因在表观遗传变化对特定基因的变化之后如何表达基因的差异。这导致小鼠出现甚至改善健康前景方面的戏剧性变化。 In distinction to this positive outcome, research now tells us that there are a number of external factors that occur prenatally, such as exposure to alcohol or environmental toxins that lead to negative alterations in the DNA changes and negative health outcomes.

值得注意的是，更健康的女性后代最终被怀孕并生下了婴儿，婴儿表现出相同的性状棕色皮毛，正常体重和低疾病风险 - 即使这一第三代又回到了正常饮食。这个实验和类似的实验表明，环境如何在表观遗传学上有多影响，这可能会产生一代到下一个一代的影响。

在另一个系列实验中，由于幼犬的母亲，那些已经从母亲那里受到慷慨的舔和梳理的成年小鼠比表现出焦虑行为的母亲和培育的母亲的压力激素水平较低。母语相互作用的差异如何导致压力响应的长期变化？已经进行了第二阶段的研究表明它不是由于不同妈妈之间的遗传差异。为了表明这一点，来自高级护理妈妈的幼崽在出生时切换到较低的护理妈妈。科学家们也做到了相反的 - 从下部护理妈妈那里与较高的护理妈妈交换幼仔。

结果显示早期经历的强大影响。由高养育率母亲所生，但由低养育率母亲抚养的婴儿长大后会表现出与养母相似的更高水平的焦虑行为。值得注意的是，由低哺育率的母鼠所生而由高哺育率的母鼠抚养的幼鼠表现出较少的焦虑。研究还表明，与那些由关爱程度较低的母亲抚养的老鼠相比，由关爱程度较高的母亲抚养的老鼠体内，一个控制压力反应的特定基因表达得更高。¹³

表观遗传学与早期大脑发育密切相关。

我们知道，儿童在生命最初几年的经历与长期的认知、情感和社会结果密切相关。¹⁴我们知道孩子早期经历的质量会影响大脑的发育和功能。但发现这些过程是如何发生的一直是个挑战。对表观遗传过程的研究越来越多，尤其是在发育早期非常活跃，¹⁵很可能为逆境提供最佳发展的新答案。

出于道德和实践原因，研究人类的基因/环境关系比动物更难。尽管如此，科学家们已经发现了令人信服的表现出人类发展中的表观效果的证据。在一项研究中，怀孕期间怀孕的女性倾向于生育不重量级的婴儿。当这些婴儿长大并成为父母自己，他们也倾向于患上持续的孩子，即使他们自出生以来的食物摄入量并未受到饥荒的影响。¹⁶其他研究发现，童年受虐与一种保护免受高水平应激激素影响的基因的激活程度终生降低有关。¹²最近的研究发现，儿童早期生命中的经验可能导致表观遗传变化，即使孩子达到青春期，即使儿童也是明显的。^11日17

研究表明，在生命的第一阶段的高压力和低培育损害了健康脑建筑的发展。这些效果在与记忆，学习和社会和情感调整有关的大脑领域尤其戏剧。¹³

表观遗传研究支持预防方法对儿童健康和福祉的重要性。

表观遗传过程表明发育是非常灵活的。但是如果没有预防或干预措施，表观遗传变化——以及它们对行为和健康的影响——一旦发生就可能是稳定的。此外，研究告诉我们，这种变化可以代代相传。¹⁸它们是否可以成为永久性尚未知道，但即使在不再存在产生表观遗传标记的条件时，它可能在开始褪色之前服用几代人。¹²

换句话说，表观遗传学使得预防是保护幼儿免受有毒压力影响的最佳政策方法。早期暴露于慢性压力，如定期目睹暴力，照顾者忽视或滥用，营养不良和其他环境危害可能对成年身体和精神福祉产生持久和强大的影响。研究让我们更好地了解由于早期不利经历导致的表观遗传变革，这将导致发展更有效的干预和预防计划，以保护幼儿在生命的第一年来保护幼儿免受不良经历。^19、20