你无法教老狗新把戏——或者说你可以吗？教科书告诉我们，婴儿早期提供了一个狭窄的机会窗口，在此期间，感觉体验会塑造神经回路连接的方式，以处理声音和其他输入。在这一“关键期”缺乏适当的刺激会对大脑发育产生永久性和不利的影响。
但新的研究表明，可以诱导成年小鼠大脑的听觉系统恢复到类似于婴儿早期的不成熟状态，从而提高动物学习新声音的能力。该研究结果于周四发表在《科学》杂志上，为恢复患有神经疾病的人类患者的大脑功能，以及提高成年人学习语言和乐器的能力提供了新的潜在途径。
在小鼠中，会经历一个关键期，在此期间，大脑皱褶外表面（即皮层）的一部分中的神经元对处理声音高度敏感。这种可塑性状态使它们能够加强大脑回路内的某些连接，微调它们的听觉反应，并增强它们区分不同音调的能力。在人类中，一个类似的关键期可能标志着语言习得的开始。但是，高度的可塑性会迅速下降，并持续一生，这使得学习变得越来越困难。
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2011年，圣裘德儿童研究医院的发育神经生物学家杰伊·布伦登和他的同事报告说，连接听觉皮层和丘脑的回路的关键期大约在同一时间发生。（丘脑将来自感觉器官的信息传递到相应的皮层区域）。这些发育窗口似乎是由一种称为腺苷的分子控制的，这种分子的水平在关键期结束后会升高。这会抑制两个区域中细胞之间的通信。
在最新的研究中，研究人员想确定停止腺苷信号传递是否会恢复听觉皮层的可塑性。在一组实验中，他们使用微电极来测量健康成年小鼠的听觉皮层中的神经元如何响应纯音。将反应与那些基因工程改造过的缺乏腺苷结合的细胞表面受体的动物的反应进行了比较。分析显示，缺乏腺苷受体的小鼠的听觉皮层中的细胞对的频率范围比野生型小鼠的更大。
为了进一步研究，布伦登和他的同事以其他几种方式抑制了腺苷信号传递。他们设计了自己的小鼠品系，当小鼠达到成熟时，其丘脑细胞中的腺苷受体可以被删除。丘脑将纤维发送到皮层处理声音的区域。这种基因工程扩大了听觉皮层细胞响应的声音频率，提高了小鼠对声音的感知能力，并提高了它们区分相似音调的能力。用药物阻断腺苷信号传递对健康小鼠也有同样的效果。“如果这种[信号传递]机制被阻断，足以将关键的可塑性扩展到成年后期，”该研究的资深作者、发育神经生物学家斯坦尼斯拉夫·扎哈连科说，并补充说，这些发现可能有助于提高成年人学习语言的效率。“对两三岁的孩子来说，学习语言非常容易，但针对成年人的语言学习课程效果不佳，即使成年人仍然能够有效地学习其他技能，”他说。“但是，如果我在抑制丘脑中腺苷产生或信号传递的同时参加语言课程，我将更快地获取信息，将其保留更长时间，并且可能会失去我的口音。”
研究人员还认为，他们的发现可以为中风以及耳鸣（耳朵嗡嗡作响）等疾病提供新的治疗方法。他们认为，阻断腺苷信号传递的药物可以通过恢复可塑性，以及通过“重新训练”健康周围区域来响应受损区域正常处理的声音，来规避听觉皮层的中风损伤。
然而，并非所有人都对结果信服。“这项工作中部署的技术范围非常令人印象深刻，”伦敦大学学院耳科研究所的神经科学家詹妮弗·林登说，她没有参与这项研究。“[但是]我怀疑关于破坏丘脑中的腺苷信号传递会恢复听觉皮层的可塑性并改善听觉的结论。”她说，干扰腺苷信号传递可能会改变丘脑中神经元的兴奋性。这将使人们不清楚观察到的可塑性和听力变化是专门由抑制腺苷信号传递引起的，还是由于丘脑中另一个内部细胞通路的活动改变引起的。
林登补充说，调查这个问题很重要，因为改变丘脑神经元的兴奋性可能会损害听觉。她说：“数十年的研究已将听觉大脑结构中兴奋性的增加与耳鸣中的幻觉声音感知联系起来。”“如果破坏腺苷信号传递会改善皮质可塑性，但也产生诸如耳鸣之类的听力问题，那么它将不是改善人类听觉的有效方法。”
但是，布伦登和他的同事坚持他们的主张。他说，腺苷的增加会减少丘脑中信号分子谷氨酸的释放，从而降低听觉皮层中神经元的活动。“腺苷信号传递的减少足以恢复成年人的皮质可塑性，而青少年中腺苷受体的激活足以阻止它，”布伦登解释说。“我们不认为其他可能改变丘脑兴奋性的过程在成人听觉皮层可塑性或听觉变化的存在或不存在中没有作用，尽管我们不知道已描述的此类过程，并且在之前的出版物中已经排除了一些。”