Fast and Efficient Connections in the Brain 快速且高效率的腦部連結

發育中的大腦有數十億個神經元和連結，驅動著我們的思考、感覺和行為，使我們能夠活動與學習。這些腦部連結必須極其迅速而且有效率，高效率的大腦能夠經由相關路徑完成複雜的任務，在全腦中達到最快的訊息傳遞。快速而高效率的大腦，學習成效也更好^[1,2]。

腦部結構由腦神經元之間數十億個連結組成，構成無比複雜的大腦迴路 (網絡)，這是我們日常活動、動作協調和執行複雜任務的基礎^[3]。在新生兒到幼年時期，每一秒鐘可形成超過百萬個新的連結(Connection)^[4]。大腦形成數個區域「樞紐」，就像不同航線的樞紐城市，這些樞紐是區域的訊息中心，直接與遠端樞紐傳遞訊息，同時從相鄰的腦區接收訊息，大幅提高了大腦的效率^[5]。

 

腦部發育的重要程序

腦部發育的重要程序包括神經生成、突觸生成、髓鞘化及突觸修剪。人在出生時，腦部的神經元大致都已經形成。出生以後，腦部大多數的發育程序主要在於建立既有神經元之間的連結，以利各個腦區的訊息傳遞。

 

提升腦部連結速度和效率的程序

腦部連結的進行從局部到全面性，形成複雜的網絡。有兩種連結種類，包括結構性連結及功能性連結，結構性連結是腦部內解剖部位的連結，例如經由軸突的連結，結構性連結則是指腦部各個不同功能(例如運動、視覺、及執行控制) 區域之的同步活動^[3]。以下是提升腦部連結速度和效率的重要程序。

1. 突觸生成 Synaptogenesis

突觸對大腦的連結非常重要，發育成熟的神經元，包含樹突、細胞體和軸突，能夠透過突觸連結，將訊息傳遞至其他神經元^[6]。研究顯示，早期的突觸新生是由體內調控，但是隨著年齡增加，後來形成的新突觸會受到環境刺激的影響，例如學習、新的經驗和練習等刺激帶來的反應。

2. 突觸修剪 Synaptic pruning

大腦的整合作用與神經元活性相關，也就是活躍的突觸和連結會得到強化，而較不活躍的突觸和連結則會被削弱或消除^[7]。經過一段時間的快速增生後，突觸修剪會消除多餘的連結，進而提高效率並減少所需的熱量^[5]。突觸修剪是腦部發育和整合的關鍵步驟，學習和經驗等環境刺激能夠觸發健康的修剪，使我們的大腦變得更有效率。

3. 髓鞘形成 Myelination

有多項因素會影響大腦的效率，包括連結距離、連結數量，更重要的是如何透過軸突有效傳遞訊息。具體而言，大腦成熟的一大重點是由富含脂質的髓鞘包覆軸突，這個過程稱為髓鞘形成。軸突的作用如同電話線，負責對遠端的神經元發送電訊號 (動作電位)。髓鞘負責發揮絕緣作用，使電訊號在不同的腦區之間快速有效率的傳遞，提高訊號沿著軸突傳遞的速度，並盡可能減少訊號損失和熱量消耗。 髓鞘形成是學習的關鍵，與處理速度和認知表現有關，例如語言和閱讀技能^[8,9]以及工作記憶^[10]。

4. 突觸傳遞 Synaptic transmission

突觸傳遞是神經元透過突觸與另一個細胞傳遞訊息的生物過程，這些突觸連結不盡相同，從簡單的個別細胞接觸，到細胞間的網路，最終構成整個大腦的複雜連結^[11]。突觸傳遞可分為電性和化學性，化學性突觸傳遞是從突觸前神經元釋出神經傳導物質，經由突觸間隙擴散到另一個神經元，並與特定的突觸後受體相結合。

 

提升連結速度和效率的因素

大腦結構在生命初期就已經奠定基礎，之後持續受到遺傳因子、環境條件和經驗的交互作用所影響。早期的營養和經驗會影響大腦結構的發育，是日後學習、行為和健康的基礎。其他重要因素包括社會經濟地位、體能活動、與父母/照護者的互動，及睡眠^[12-14]。

 

良好的營養對大腦連結非常重要

對於大腦的結構和功能發展，營養是根本要素，能夠提供熱量，並且影響神經化學物質，例如神經傳導物質和受體合成。一些特定的營養素，已證實對於腦部發育特別重要，包括神經鞘磷脂、蛋白質、鐵、膽鹼、鋅、銅、碘、硒、維生素 A、葉酸、長鏈多元不飽和脂肪酸及膽固醇^[15-18]。

磷脂對於腦細胞和具保護作用的髓鞘的生成不可或缺，以維持腦細胞和髓鞘的完整性、結構和功能。神經鞘磷脂 (sphingomyelin) 是腦中含量最豐富的脂質之一，也是母乳中豐富的磷脂之一，佔母乳脂質含量的 27%^[19]。在臨床前及臨床試驗中，都已證實神經鞘磷脂的效益。在臨床上，一項極低出生體重早產兒的研究發現，使用神經鞘磷脂強化配方奶，在 18 個月齡時行為量表分數、訊息處理及持續注意力皆有所改善^[20]。近期的一項觀察性研究發現，神經鞘磷脂與髓鞘形成有關^[21]。資料顯示，在腦部快速發育期間，從飲食中攝取這些成分非常重要。

嬰兒配方奶粉中的某些蛋白質原料來源，如 α-乳白蛋白的某些原料來源含有複合脂質。換句話說，這些原料來源不僅含有蛋白質，也包含在母乳中發現的磷脂。專利製程可使 α 乳白蛋白原料中的神經鞘磷脂含量比其他蛋白質來源含量高出兩倍^[22]。

良好的營養及積極學習、正向、適齡的刺激，可強化大腦連結，提高孩子的認知能力，同時消除多餘未使用的連結，使大腦更加快速有效率。

參考資料

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2. Weiler M, Harris NS, Marcus DJ, et. J Learn Disabil. 2000;33(6):538-50.
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