胎兒期的神經(jīng)發(fā)育

邱香，牛勇

摘要：在個(gè)體的各種生理組織發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)組織的發(fā)育至關(guān)重要。本研究按照胎兒期大腦的功能和結(jié)構(gòu)的發(fā)育特點(diǎn)將胎兒大腦發(fā)育分為神經(jīng)管形成期、神經(jīng)細(xì)胞大量增殖遷移期和突觸大量形成期三個(gè)階段，并詳細(xì)介紹了每個(gè)階段大腦發(fā)育的主要特點(diǎn)和注意事項(xiàng)。了解胎兒期的大腦發(fā)育不僅能幫助人們進(jìn)行更為科學(xué)、合理的備孕，也對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行科學(xué)研究或早期教育具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：胎兒期;大腦;神經(jīng)發(fā)育

中圖分類號(hào)：R714.51???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號(hào)：1674-9324（2014）41-0085-03

一、引言

倫敦大學(xué)學(xué)院的發(fā)育生物學(xué)lewis wolpert教授曾說(shuō)過(guò)：“你一生中最重要的時(shí)期，不是出生、結(jié)婚或死亡，而是原腸胚時(shí)期”（1991），原腸胚時(shí)期是胚胎發(fā)育早期的一個(gè)階段。Wolpert認(rèn)為如果一個(gè)人在發(fā)育的早期出了問(wèn)題，此后就會(huì)麻煩不斷。對(duì)于人類而言，在所有生理組織發(fā)育中最重要的要數(shù)神經(jīng)組織的發(fā)育。神經(jīng)組織由神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞組成，是神經(jīng)系統(tǒng)包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)（腦和脊髓）和外周神經(jīng)系統(tǒng)的主要構(gòu)成成分。胎兒期神經(jīng)發(fā)育的重要性主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，所有正常成人的日常生活和工作都以健康的高級(jí)神經(jīng)中樞——腦為前提，大腦的任何部位的一點(diǎn)點(diǎn)發(fā)育不良或損傷都會(huì)給人們的生活帶來(lái)巨大的困難;第二，發(fā)育中的神經(jīng)組織很容易受到傷害，在受精卵發(fā)育成一個(gè)足月的嬰兒的40周內(nèi)，身體的各部分對(duì)外界致畸因子的敏感性各不相同，比如腿對(duì)致畸因子的敏感性主要集中在妊娠第4～8周;牙對(duì)致畸因子的敏感性主要集中在妊娠第6～16周，這中間中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)致畸因子的敏感性跨越時(shí)間最長(zhǎng)，從妊娠第3周一直延續(xù)到出生。與此同樣重要的是，神經(jīng)發(fā)育的早期階段受到營(yíng)養(yǎng)不良、有毒化學(xué)物質(zhì)以及病毒的影響造成的傷害要比這些不良因素對(duì)后面的發(fā)育階段的影響所帶來(lái)的傷害要大得多。例如缺碘會(huì)使成年人甲狀腺功能不足而精神不振，從而導(dǎo)致嬰兒智力發(fā)育遲滯;接觸酒精會(huì)使成人酒醉，再糟糕一點(diǎn)就是發(fā)酒瘋、嘔吐一番。因此，了解胎兒期的大腦發(fā)育不僅能幫助人們進(jìn)行更為科學(xué)、合理的備孕，也對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行科學(xué)研究或早期教育具有重要的參考價(jià)值。

神經(jīng)系統(tǒng)具有極其復(fù)雜和精密的結(jié)構(gòu)和功能，這決定了它在胚胎發(fā)育中將經(jīng)歷及其精細(xì)的構(gòu)建過(guò)程。神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)育主要包括神經(jīng)管的形成，神經(jīng)細(xì)胞的增殖、遷移、分化和髓鞘化，突觸的形成和裁減等。按照神經(jīng)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)的發(fā)育特點(diǎn)，可將胎兒期的神經(jīng)發(fā)育分為神經(jīng)管形成期、神經(jīng)細(xì)胞大量增殖遷移期和突觸大量形成期三個(gè)快速發(fā)育階段。

二、神經(jīng)管形成期

新生命旅程開始于卵子受精和第一次細(xì)胞分裂。卵子受精后的第3周，神經(jīng)板生成，這是最早的神經(jīng)組織。這時(shí)通常也是媽媽發(fā)現(xiàn)受孕成功的階段，在確定自己即將成為父母時(shí)，胎兒的腦部組織也開始發(fā)育。神經(jīng)板先是卷成神經(jīng)溝（neuralgroove），溝緣相遇形成神經(jīng)管。神經(jīng)板中存在著所謂的胚胎神經(jīng)干細(xì)胞，它是胚胎干細(xì)胞的一種，呈柱狀，正是它的不斷增殖并逐漸分化和遷移，才形成了神經(jīng)系統(tǒng)的各種不同的神經(jīng)元和某些神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們認(rèn)為哺乳動(dòng)物只有胚胎時(shí)期和出生后不久才存有神經(jīng)干細(xì)胞，因此在采用細(xì)胞移植來(lái)修復(fù)病損的神經(jīng)組織時(shí)，所用的移植細(xì)胞多取自胎兒。但現(xiàn)在，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)也存在神經(jīng)干細(xì)胞，這就為人類神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復(fù)和神經(jīng)退行性疾病，如老年癡呆和巴金森氏病的修復(fù)提供了更多的可能。

神經(jīng)管的前后端順利閉合，就會(huì)形成胎兒的大腦和脊髓，一般在妊娠第26天左右，神經(jīng)管前端閉合且體積開始膨大，形成真正意義上的人腦。正常情況下，胚胎第4周末神經(jīng)管應(yīng)完全閉合，神經(jīng)管能否正常形成并閉合在很大程度上取決于先天遺傳因素，但也可能受到環(huán)境致畸因子的影響而無(wú)法閉合。如果頭側(cè)的神經(jīng)溝沒(méi)有閉合，就會(huì)形成無(wú)腦畸形（anencephaly），無(wú)腦畸形胎兒可發(fā)育到足月，但出生后存活短暫;如果尾側(cè)的神經(jīng)溝沒(méi)有閉合，就會(huì)形成脊髓裂（myeloschisis），脊髓裂胎兒的總體情況好于無(wú)腦畸形胎兒，但能否存活也要視脊髓裂的程度而定。另外，如果孕婦體內(nèi)缺少必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如葉酸，也會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)管無(wú)法正常閉合。葉酸能維持細(xì)胞遺傳基因，調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂，合成DNA、RNA，而DNA、RNA是神經(jīng)管發(fā)育不可缺的物質(zhì)。葉酸缺乏會(huì)造成胎兒腦部受損或智障，并出現(xiàn)上文提到的脊椎裂、無(wú)腦畸形的病況。鑒于葉酸對(duì)胎兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的重要性，我國(guó)衛(wèi)生部從2009年開始實(shí)施“增補(bǔ)葉酸預(yù)防神經(jīng)管缺陷”項(xiàng)目，全國(guó)準(zhǔn)備懷孕的農(nóng)村婦女可免費(fèi)增補(bǔ)葉酸。只要在懷孕前3個(gè)月～孕早期3個(gè)月服用，能將神經(jīng)管缺陷病癥降低90%左右。前面提到的酒精胎兒綜合征除了影響兒童身體結(jié)構(gòu)的發(fā)育，酒精還會(huì)干擾細(xì)胞復(fù)制和神經(jīng)管中的傳導(dǎo)，在對(duì)因患酒精胎兒綜合癥而死亡的嬰兒的大腦進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其大腦腦細(xì)胞減少，且主要結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變形。

到妊娠第8周末，閉合的神經(jīng)管前端初步形成大腦，它與各器官、肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)有了初步的連接，這個(gè)時(shí)候大腦已有了反應(yīng)，能指揮某些身體部分做一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作，比如踢、彎手臂、彎腳趾、握拳、張口等。

三、神經(jīng)細(xì)胞增殖、遷移期

神經(jīng)組織的第二個(gè)快速發(fā)育階段稱為神經(jīng)細(xì)胞大量增殖、遷移期。時(shí)間大概為妊娠第9～24周，這是腦細(xì)胞分裂增殖的第一個(gè)高峰期。在這個(gè)階段，神經(jīng)細(xì)胞在神經(jīng)管位置上大量增殖并且從神經(jīng)管位置向周邊目標(biāo)位置移動(dòng)從而形成大腦的不同區(qū)域。在這期間增值速率是驚人的——1分鐘內(nèi)能夠生成50萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元。妊娠第8～13周被看作是個(gè)體一生中大腦發(fā)育最快的兩個(gè)時(shí)間段之一，另一個(gè)階段在出生后的第10周～2歲期間。大家都知道成人的腦細(xì)胞數(shù)量約有1000億個(gè)，人一生中利用到的大多數(shù)腦細(xì)胞就在這個(gè)時(shí)期形成。到妊娠第19周，大腦組織的主要部分已經(jīng)形成，具備了可被辨認(rèn)的大腦結(jié)構(gòu)。美國(guó)芝加哥醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)家Lise Eliot把這個(gè)階段的大腦發(fā)育狀態(tài)比作極其不完備的電話設(shè)施——好比全球60億人每人占有20部電話，所有的電話都沒(méi)有接通。通訊潛力是巨大的，但是這些電話之間的電話線路還沒(méi)有聯(lián)通。

神經(jīng)細(xì)胞的遷移主要由免疫球蛋白（immunoglobulin）和趨化因子（chemokines）驅(qū)動(dòng)。缺乏這些化學(xué)物質(zhì)將影響神經(jīng)元的遷移，導(dǎo)致腦體積較小、軸突生長(zhǎng)不良、智力發(fā)育遲滯;而另一個(gè)極端是過(guò)量的免疫球蛋白可能與精神分裂癥有關(guān)。除了上述兩種化學(xué)物質(zhì)，神經(jīng)生長(zhǎng)因子（nerve grouth factor，NGF）對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育也有重要作用。神經(jīng)生長(zhǎng)因子是一種特殊的復(fù)合蛋白，它對(duì)中樞及周圍神經(jīng)元的發(fā)育、分化、生長(zhǎng)、再生和功能特性的表達(dá)均具有重要的調(diào)控作用，同時(shí)它也能誘導(dǎo)神經(jīng)元的死亡。那些沒(méi)有接收到神經(jīng)生長(zhǎng)因子的軸突會(huì)逐漸退化，其胞體最終會(huì)走向死亡。有人認(rèn)為每一個(gè)神經(jīng)元都攜帶了一個(gè)“自殺程序”，神經(jīng)元的軸突如果沒(méi)有在一定時(shí)間內(nèi)與恰當(dāng)?shù)妮S突后神經(jīng)細(xì)胞建立聯(lián)系，它們就必須開啟一個(gè)名為“細(xì)胞凋亡（apoptosis）”的過(guò)程來(lái)殺死自己。細(xì)胞凋亡不同于細(xì)胞壞死，它不屬于病理過(guò)程。在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中，總是先產(chǎn)生過(guò)量的神經(jīng)元，然后啟動(dòng)“細(xì)胞凋亡”機(jī)制，以保證中樞神經(jīng)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確匹配傳入軸突和突觸后細(xì)胞的數(shù)目。雖然神經(jīng)生長(zhǎng)因子無(wú)法從食材中獲取，但這個(gè)時(shí)期孕婦需要攝入大量?jī)?yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，不管是神經(jīng)細(xì)胞的增值還是體積增大，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)均發(fā)揮著重要作用。新生兒腦中氨基酸濃度遠(yuǎn)高于成人，對(duì)保證腦內(nèi)蛋白質(zhì)快速合成有著極其重要的作用。反過(guò)來(lái)講，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良對(duì)細(xì)胞增值期的影響是永久性的，因此在這一期間要給孕婦提供足夠富含蛋白質(zhì)的食物。

在神經(jīng)細(xì)胞的增殖和遷移期間，還伴隨著神經(jīng)細(xì)胞的髓鞘化（myelination），即神經(jīng)細(xì)胞的突起上被一層絕緣的脂質(zhì)鞘覆蓋。這使神經(jīng)興奮在沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)時(shí)速度加快，并保證其定向傳導(dǎo)，避免神經(jīng)傳導(dǎo)間的相互干擾。髓鞘化開始于脊髓，然后是后腦、中腦和前腦。不同的神經(jīng)纖維髓鞘化不一致。例如聽(tīng)神經(jīng)在出生時(shí)幾乎所有纖維均含有較多的髓鞘;而視神經(jīng)僅在眼眶一段有少量髓鞘。不過(guò)整體而言，髓鞘化的速度較慢，甚至可以持續(xù)數(shù)十年，所以我們?cè)?個(gè)月～4歲小孩身上經(jīng)常能看到由發(fā)燒、高熱引起的全身抽搐，這在醫(yī)學(xué)上稱為“高熱驚厥”。這主要是由于嬰幼兒的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不完善，大腦皮質(zhì)的抑制功能差，神經(jīng)髓鞘未完全形成，一旦受到外界刺激（如高熱等），興奮容易擴(kuò)散而引起抽搐。

到妊娠第24周末，胎兒大腦中許多神經(jīng)元都已各就其位，這是胎兒發(fā)育中的一個(gè)重要里程碑，腦的發(fā)育使胎兒有了一些新的行為能力。比如胎兒20周時(shí)，聲音就可以使其興奮。當(dāng)醫(yī)生用胎兒鏡對(duì)子宮內(nèi)部進(jìn)行檢查時(shí)，胎兒就會(huì)用手遮住眼睛來(lái)?yè)豕猓@說(shuō)明此時(shí)的胎兒有了視覺(jué)。胎兒24周左右就開始能感覺(jué)到疼痛了，所以從此以后止痛藥物開始派上用場(chǎng)了。

四、突觸大量形成期

神經(jīng)組織的第三個(gè)快速發(fā)育階段是突觸大量形成時(shí)期。在妊娠期最后的3個(gè)月，已經(jīng)各就各位的神經(jīng)元開始分化（differentiates），通過(guò)擴(kuò)展纖維的方式與周圍的神經(jīng)細(xì)胞建立聯(lián)系形成突觸結(jié)構(gòu)。突觸是神經(jīng)細(xì)胞與其靶細(xì)胞相互通訊的位點(diǎn)。突觸的形成標(biāo)志著“全球60億人的電話線路”開始接通。突觸形成的過(guò)程比較長(zhǎng)，一直要延續(xù)到胎兒出生后的兩三年。突觸形成的速度非常快，最高速度可達(dá)到每秒新生180萬(wàn)個(gè)突觸。

在開始階段，大量的神經(jīng)元相互之間是隨機(jī)地建立聯(lián)系，隨后，由于空間有限，不是所有的突觸都能得到進(jìn)一步的增強(qiáng)或在其基礎(chǔ)上建立新的連接，大腦無(wú)情地將最微弱的突觸連接刪除掉。這時(shí)，決定哪些突觸該留下哪些突觸該刪除的重要因素是環(huán)境刺激。哺乳動(dòng)物的大腦具有一個(gè)特征，即“用進(jìn)廢退”。受到周圍環(huán)境刺激的神經(jīng)細(xì)胞繼續(xù)建立起新的突觸，形成更加精細(xì)的交流系統(tǒng)，從而能進(jìn)行更為復(fù)雜的腦皮層功能。較少受到刺激的神經(jīng)細(xì)胞很快就會(huì)喪失它的連接性纖維，其結(jié)局就是萎縮和死亡。這個(gè)過(guò)程的學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)是“突觸裁剪”。已有研究發(fā)現(xiàn)，在童年和少年時(shí)代，大腦每天要喪失200億個(gè)突觸。因此，在突觸形成的高峰期，使大腦受到恰如其分的刺激，進(jìn)行“突觸裁剪”是至關(guān)重要的。對(duì)于孕婦來(lái)說(shuō)，在這一階段給予胎兒適宜的觸覺(jué)刺激、聽(tīng)覺(jué)刺激、視覺(jué)刺激和味覺(jué)刺激等會(huì)促進(jìn)胎兒日后的觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和味覺(jué)等感覺(jué)能力的發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，孕婦在懷孕期間如果活動(dòng)太少，日后寶寶出生后，動(dòng)作協(xié)調(diào)度會(huì)有所影響。

在最后的這3個(gè)月里，胎兒對(duì)外界環(huán)境的反應(yīng)越來(lái)越多了，由于胎兒已占據(jù)了整個(gè)子宮，逐漸也不怎么移動(dòng)了。也有人認(rèn)為，這時(shí)的大腦相對(duì)成熟，并能夠抑制行動(dòng)了，這也可能對(duì)身體活動(dòng)的減少產(chǎn)生了影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]高英茂.組織學(xué)和胚胎學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2010.

[2]付秋芳，修巧燕.大腦潛能與開發(fā)[M].濟(jì)南：山東人民出版社，2001.

[3]詹姆斯·卡拉特.生物心理學(xué)[M].蘇顏捷，等，譯.北京：人民郵電出版社，2011.

基金項(xiàng)目：本研究得到倍優(yōu)天地教育科技有限公司望京旗艦店的大力配合和支持

作者簡(jiǎn)介：邱香（1980-），女，心理學(xué)講師，理學(xué)博士，研究方向：認(rèn)知發(fā)展與腦機(jī)制。