義大利研究人員將關在完全黑暗中數天的小鼠暴露在光線下，從而確定了成年大腦為何會失去年輕大腦的可塑性。他們發表在本週《Neuron》雜誌上的研究結果進一步證明，某類藥物可能有一天可以成功用於治療阿爾茨海默病和亨廷頓病等退行性神經疾病。
研究人員主要關注視覺皮層的可塑性，因為有大量證據表明，大腦的這一部分在兒童中比在成人中更容易重新佈線。例如，眾所周知，兒童（而非成人）在被剝奪光線或正常的視覺刺激範圍時，可能會患上弱視或懶惰眼（這使得難以閱讀緊密間隔的字母）。
研究人員將處於不同發育階段的小鼠分為兩組，剝奪它們三天的光照。一組包括 80 至 100 天大的動物；另一組包含 24 至 25 天大的小鼠——這是發育的關鍵時期，此時經驗仍然塑造著某些大腦功能的生長。然後，他們將小鼠暴露於“正常光照環境”中 15 或 40 分鐘的時間間隔。結果：僅需幾分鐘的暴露就足以觸發分子級聯反應，改變一類稱為組蛋白的蛋白質（組蛋白充當 DNA 染色體纏繞的線軸）。當組蛋白髮生變化時，DNA 變得可用於細胞活動，從而啟用許多基因的轉錄。
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然而，這種變化僅發生在年輕的動物組中。在成年動物中，最初的化學訊號傳遞發生了，但組蛋白沒有改變，也沒有轉錄增加。
“通常發生在神經元核外的分子級聯反應的第一步在幼年和成年小鼠中都被同樣啟用，”義大利比薩國家研究委員會神經科學研究所的神經生物學家、研究合著者 Tomasso Pizzorusso 說。“因此，成年動物和幼年動物之間的差異調節應該歸因於核因素。”
威斯康星大學麥迪遜分校醫學院和公共衛生學院的神經藥理學家 Jonathan Levenson 表示，“系統剎車實際上設定在染色質水平，而不是在組蛋白啟用之前立即啟動的訊號通路”這一發現是出乎意料的。加州大學河濱分校的神經科學家 Ed Korzus 表示，雖然調節基因轉錄對於短期大腦可塑性或獲取資訊不是必需的，但“新的基因表達對於……神經網路的永久改變（或記憶痕跡的穩定）至關重要。”
在他們研究的第二部分中，Pizzorusso 和他的同事給年長的老鼠服用了一種名為曲古黴素的藥物——這是一類稱為組蛋白去乙醯化酶的化合物的成員——以啟用和改變它們的組蛋白。它們的視覺皮層的可塑性顯著增加。這一發現表明，曲古黴素和類似化合物可能有助於治療大腦重新佈線時癒合的腦損傷。威斯康星州的 Levenson 指出，組蛋白去乙醯化酶——以前被證明可以有效治療神經退行性疾病——目前正在進行臨床試驗。“這類化合物可能會顯示出一些作為認知增強劑的潛力，”他說，並警告說“最終它們是否有效，目前還無法定論。”
除了未來的治療可能性外，Pizzorusso 說他想確定視覺刺激引起的組蛋白改變是全域性性的，還是僅在靶向特定基因時才會發生。“有技術可以分析組蛋白修飾並將其定位在 DNA 上，”他說，“這將告訴我們受視覺體驗調節的基因的身份。”