你無法教老狗新把戲——或者說你可以嗎？教科書告訴我們，嬰兒早期提供了一個狹窄的機會視窗，在此期間，感覺體驗會塑造神經迴路連線的方式，以處理聲音和其他輸入。在這一“關鍵期”缺乏適當的刺激會對大腦發育產生永久性和不利的影響。
但新的研究表明，可以誘導成年小鼠大腦的聽覺系統恢復到類似於嬰兒早期的不成熟狀態，從而提高動物學習新聲音的能力。該研究結果於週四發表在《科學》雜誌上，為恢復患有神經疾病的人類患者的大腦功能，以及提高成年人學習語言和樂器的能力提供了新的潛在途徑。
在小鼠中，會經歷一個關鍵期，在此期間，大腦皺褶外表面（即皮層）的一部分中的神經元對處理聲音高度敏感。這種可塑性狀態使它們能夠加強大腦回路內的某些連線，微調它們的聽覺反應，並增強它們區分不同音調的能力。在人類中，一個類似的關鍵期可能標誌著語言習得的開始。但是，高度的可塑性會迅速下降，並持續一生，這使得學習變得越來越困難。
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2011年，聖裘德兒童研究醫院的發育神經生物學家傑伊·布倫登和他的同事報告說，連線聽覺皮層和丘腦的迴路的關鍵期大約在同一時間發生。（丘腦將來自感覺器官的資訊傳遞到相應的皮層區域）。這些發育視窗似乎是由一種稱為腺苷的分子控制的，這種分子的水平在關鍵期結束後會升高。這會抑制兩個區域中細胞之間的通訊。
在最新的研究中，研究人員想確定停止腺苷訊號傳遞是否會恢復聽覺皮層的可塑性。在一組實驗中，他們使用微電極來測量健康成年小鼠的聽覺皮層中的神經元如何響應純音。將反應與那些基因工程改造過的缺乏腺苷結合的細胞表面受體的動物的反應進行了比較。分析顯示，缺乏腺苷受體的小鼠的聽覺皮層中的細胞對的頻率範圍比野生型小鼠的更大。
為了進一步研究，布倫登和他的同事以其他幾種方式抑制了腺苷訊號傳遞。他們設計了自己的小鼠品系，當小鼠達到成熟時，其丘腦細胞中的腺苷受體可以被刪除。丘腦將纖維傳送到皮層處理聲音的區域。這種基因工程擴大了聽覺皮層細胞響應的聲音訊率，提高了小鼠對聲音的感知能力，並提高了它們區分相似音調的能力。用藥物阻斷腺苷訊號傳遞對健康小鼠也有同樣的效果。“如果這種[訊號傳遞]機制被阻斷，足以將關鍵的可塑性擴充套件到成年後期，”該研究的資深作者、發育神經生物學家斯坦尼斯拉夫·扎哈連科說，並補充說，這些發現可能有助於提高成年人學習語言的效率。“對兩三歲的孩子來說，學習語言非常容易，但針對成年人的語言學習課程效果不佳，即使成年人仍然能夠有效地學習其他技能，”他說。“但是，如果我在抑制丘腦中腺苷產生或訊號傳遞的同時參加語言課程，我將更快地獲取資訊，將其保留更長時間，並且可能會失去我的口音。”
研究人員還認為，他們的發現可以為中風以及耳鳴（耳朵嗡嗡作響）等疾病提供新的治療方法。他們認為，阻斷腺苷訊號傳遞的藥物可以透過恢復可塑性，以及透過“重新訓練”健康周圍區域來響應受損區域正常處理的聲音，來規避聽覺皮層的中風損傷。
然而，並非所有人都對結果信服。“這項工作中部署的技術範圍非常令人印象深刻，”倫敦大學學院耳科研究所的神經科學家詹妮弗·林登說，她沒有參與這項研究。“[但是]我懷疑關於破壞丘腦中的腺苷訊號傳遞會恢復聽覺皮層的可塑性並改善聽覺的結論。”她說，干擾腺苷訊號傳遞可能會改變丘腦中神經元的興奮性。這將使人們不清楚觀察到的可塑性和聽力變化是專門由抑制腺苷訊號傳遞引起的，還是由於丘腦中另一個內部細胞通路的活動改變引起的。
林登補充說，調查這個問題很重要，因為改變丘腦神經元的興奮性可能會損害聽覺。她說：“數十年的研究已將聽覺大腦結構中興奮性的增加與耳鳴中的幻覺聲音感知聯絡起來。”“如果破壞腺苷訊號傳遞會改善皮質可塑性，但也產生諸如耳鳴之類的聽力問題，那麼它將不是改善人類聽覺的有效方法。”
但是，布倫登和他的同事堅持他們的主張。他說，腺苷的增加會減少丘腦中訊號分子穀氨酸的釋放，從而降低聽覺皮層中神經元的活動。“腺苷訊號傳遞的減少足以恢復成年人的皮質可塑性，而青少年中腺苷受體的啟用足以阻止它，”布倫登解釋說。“我們不認為其他可能改變丘腦興奮性的過程在成人聽覺皮層可塑性或聽覺變化的存在或不存在中沒有作用，儘管我們不知道已描述的此類過程，並且在之前的出版物中已經排除了一些。”