研究人员通过对小鼠的研究，揭示了大脑在发育过程中如何处理意外刺激。研究发现，随着年龄增长，大脑对意外刺激的反应变得更加高效，能够迅速将刺激分类为“重要”或“无趣”。这种发育变化有助于节省能量，减少对熟悉意外的过度反应。研究还发现，负责处理意外的大脑区域成熟速度不同，其中大脑皮层的成熟较晚，类似于人类的20岁左右。声音经验在这一发育过程中起着关键作用。

关键词
大脑发育、意外刺激、声音处理、能量节省、大脑皮层成熟

研究背景

对于儿童来说，世界充满了意外。然而，成年人却很难被意外所震惊。这一看似简单的现象背后隐藏着复杂的大脑处理机制。巴塞尔大学的研究人员利用小鼠，解码了发育中的大脑如何应对意外刺激。

婴儿喜欢玩捉迷藏游戏，即使伙伴第十次突然出现，他们仍然会做出反应。识别意外是一种重要的认知能力，因为新事物可能意味着危险。然而，尽管这一现象看似简单，关于大脑发育过程中如何处理意外的研究却非常有限。

研究方法

研究团队由Tania Barkat教授领导，通过对年轻小鼠进行实验，解码了发育中的大脑如何处理意外声音，并揭示了随着年龄增长的变化。研究人员使用了一系列声音序列，其中在相同音调中不规则地插入不同的音调，同时记录了小鼠的脑电波。这种方法被称为“奇异球范式”，通常用于诊断精神分裂症等疾病。

通过测量，研究人员能够了解年轻小鼠大脑不同区域对音调变化的反应如何随时间发展。这种反应最初非常强烈，但随着相关大脑区域的成熟而减弱，最终达到与成年动物相当的水平。然而，处理声音的不同大脑区域的成熟速度并不一致。

研究结果

1. 大脑反应的高效化
   随着年龄增长，大脑对意外刺激的反应变得更加高效，能够迅速将刺激分类为“重要”或“无趣”。这种变化有助于节省能量，减少对熟悉意外的过度反应。

2. 不同大脑区域的成熟速度

   • 下丘（位于听觉神经到听觉皮层的路径起点）在20天时已完全成熟。

   • 听觉丘脑在30天时才对不同音调表现出“成年”反应。

   • 大脑皮层（初级听觉皮层）的成熟则需50天。

   研究负责人Tania Barkat表示：“这种对意外反应的发展从外围开始，最终在大脑皮层完成。”大脑皮层的成熟时间比预期晚得多，相当于人类的20岁左右。

3. 经验的关键作用
   研究发现，声音经验在大脑皮层对意外反应的发展中起着关键作用。如果小鼠在无噪音环境中长大，听觉皮层对意外声音的处理会显著延迟。这表明，大脑（尤其是大脑皮层）在成长过程中会形成对世界的内部模型，并将其与外部刺激进行比较。任何不符合这种“世界观”的事物都会被识别为意外，但也可能导致模型的更新。

研究意义

这项研究不仅揭示了大脑发育过程中如何处理意外刺激，还为理解认知能力的发展提供了新的视角。研究结果表明，经验在塑造大脑对世界的内部模型中起着至关重要的作用。此外，研究还提示，缺乏声音经验可能会延迟大脑皮层的成熟，从而影响对声音的分类能力。

未来研究方向

研究人员计划进一步探索其他感官刺激（如视觉和触觉）对大脑发育的影响。此外，他们还将研究如何利用这些发现来帮助治疗与认知发育相关的疾病。

参考文献

• Barkat, T., et al. (2024). Sequential maturation of stimulus-specific adaptation in the mouse lemniscal auditory system. Science Advances.

• University of Basel. (2024). How the Growing Brain Processes Surprises.