胎儿期的神经发育

邱香，牛勇

摘要：在个体的各种生理组织发育过程中，神经组织的发育至关重要。本研究按照胎儿期大脑的功能和结构的发育特点将胎儿大脑发育分为神经管形成期、神经细胞大量增殖迁移期和突触大量形成期三个阶段，并详细介绍了每个阶段大脑发育的主要特点和注意事项。了解胎儿期的大脑发育不仅能帮助人们进行更为科学、合理的备孕，也对相关人员进行科学研究或早期教育具有重要的参考价值。

关键词：胎儿期;大脑;神经发育

中图分类号：R714.51     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2014）41-0085-03

一、引言

伦敦大学学院的发育生物学lewis wolpert教授曾说过：“你一生中最重要的时期，不是出生、结婚或死亡，而是原肠胚时期”（1991），原肠胚时期是胚胎发育早期的一个阶段。Wolpert认为如果一个人在发育的早期出了问题，此后就会麻烦不断。对于人类而言，在所有生理组织发育中最重要的要数神经组织的发育。神经组织由神经细胞和神经胶质细胞组成，是神经系统包括中枢神经系统（脑和脊髓）和外周神经系统的主要构成成分。胎儿期神经发育的重要性主要体现在以下两点：第一，所有正常成人的日常生活和工作都以健康的高级神经中枢——脑为前提，大脑的任何部位的一点点发育不良或损伤都会给人们的生活带来巨大的困难;第二，发育中的神经组织很容易受到伤害，在受精卵发育成一个足月的婴儿的40周内，身体的各部分对外界致畸因子的敏感性各不相同，比如腿对致畸因子的敏感性主要集中在妊娠第4～8周;牙对致畸因子的敏感性主要集中在妊娠第6～16周，这中间中枢神经系统对致畸因子的敏感性跨越时间最长，从妊娠第3周一直延续到出生。与此同样重要的是，神经发育的早期阶段受到营养不良、有毒化学物质以及病毒的影响造成的伤害要比这些不良因素对后面的发育阶段的影响所带来的伤害要大得多。例如缺碘会使成年人甲状腺功能不足而精神不振，从而导致婴儿智力发育迟滞;接触酒精会使成人酒醉，再糟糕一点就是发酒疯、呕吐一番。因此，了解胎儿期的大脑发育不仅能帮助人们进行更为科学、合理的备孕，也对相关人员进行科学研究或早期教育具有重要的参考价值。

神经系统具有极其复杂和精密的结构和功能，这决定了它在胚胎发育中将经历及其精细的构建过程。神经系统的发生发育主要包括神经管的形成，神经细胞的增殖、迁移、分化和髓鞘化，突触的形成和裁减等。按照神经系统的功能和结构的发育特点，可将胎儿期的神经发育分为神经管形成期、神经细胞大量增殖迁移期和突触大量形成期三个快速发育阶段。

二、神经管形成期

新生命旅程开始于卵子受精和第一次细胞分裂。卵子受精后的第3周，神经板生成，这是最早的神经组织。这时通常也是妈妈发现受孕成功的阶段，在确定自己即将成为父母时，胎儿的脑部组织也开始发育。神经板先是卷成神经沟（neuralgroove），沟缘相遇形成神经管。神经板中存在着所谓的胚胎神经干细胞，它是胚胎干细胞的一种，呈柱状，正是它的不断增殖并逐渐分化和迁移，才形成了神经系统的各种不同的神经元和某些神经胶质细胞。很长时间以来，人们认为哺乳动物只有胚胎时期和出生后不久才存有神经干细胞，因此在采用细胞移植来修复病损的神经组织时，所用的移植细胞多取自胎儿。但现在，越来越多的研究发现成年哺乳动物中枢神经系统也存在神经干细胞，这就为人类神经系统损伤的修复和神经退行性疾病，如老年痴呆和巴金森氏病的修复提供了更多的可能。

神经管的前后端顺利闭合，就会形成胎儿的大脑和脊髓，一般在妊娠第26天左右，神经管前端闭合且体积开始膨大，形成真正意义上的人脑。正常情况下，胚胎第4周末神经管应完全闭合，神经管能否正常形成并闭合在很大程度上取决于先天遗传因素，但也可能受到环境致畸因子的影响而无法闭合。如果头侧的神经沟没有闭合，就会形成无脑畸形（anencephaly），无脑畸形胎儿可发育到足月，但出生后存活短暂;如果尾侧的神经沟没有闭合，就会形成脊髓裂（myeloschisis），脊髓裂胎儿的总体情况好于无脑畸形胎儿，但能否存活也要视脊髓裂的程度而定。另外，如果孕妇体内缺少必要的营养物质，例如叶酸，也会导致神经管无法正常闭合。叶酸能维持细胞遗传基因，调节细胞分裂，合成DNA、RNA，而DNA、RNA是神经管发育不可缺的物质。叶酸缺乏会造成胎儿脑部受损或智障，并出现上文提到的脊椎裂、无脑畸形的病况。鉴于叶酸对胎儿神经系统发育的重要性，我国卫生部从2009年开始实施“增补叶酸预防神经管缺陷”项目，全国准备怀孕的农村妇女可免费增补叶酸。只要在怀孕前3个月～孕早期3个月服用，能将神经管缺陷病症降低90%左右。前面提到的酒精胎儿综合征除了影响儿童身体结构的发育，酒精还会干扰细胞复制和神经管中的传导，在对因患酒精胎儿综合症而死亡的婴儿的大脑进行研究发现，其大脑脑细胞减少，且主要结构也发生了变形。

到妊娠第8周末，闭合的神经管前端初步形成大脑，它与各器官、肌肉和神经系统有了初步的连接，这个时候大脑已有了反应，能指挥某些身体部分做一些简单的动作，比如踢、弯手臂、弯脚趾、握拳、张口等。

三、神经细胞增殖、迁移期

神经组织的第二个快速发育阶段称为神经细胞大量增殖、迁移期。时间大概为妊娠第9～24周，这是脑细胞分裂增殖的第一个高峰期。在这个阶段，神经细胞在神经管位置上大量增殖并且从神经管位置向周边目标位置移动从而形成大脑的不同区域。在这期间增值速率是惊人的——1分钟内能够生成50万个神经元。妊娠第8～13周被看作是个体一生中大脑发育最快的两个时间段之一，另一个阶段在出生后的第10周～2岁期间。大家都知道成人的脑细胞数量约有1000亿个，人一生中利用到的大多数脑细胞就在这个时期形成。到妊娠第19周，大脑组织的主要部分已经形成，具备了可被辨认的大脑结构。美国芝加哥医学院神经生物学家Lise Eliot把这个阶段的大脑发育状态比作极其不完备的电话设施——好比全球60亿人每人占有20部电话，所有的电话都没有接通。通讯潜力是巨大的，但是这些电话之间的电话线路还没有联通。

神经细胞的迁移主要由免疫球蛋白（immunoglobulin）和趋化因子（chemokines）驱动。缺乏这些化学物质将影响神经元的迁移，导致脑体积较小、轴突生长不良、智力发育迟滞;而另一个极端是过量的免疫球蛋白可能与精神分裂症有关。除了上述两种化学物质，神经生长因子（nerve grouth factor，NGF）对神经细胞的发育也有重要作用。神经生长因子是一种特殊的复合蛋白，它对中枢及周围神经元的发育、分化、生长、再生和功能特性的表达均具有重要的调控作用，同时它也能诱导神经元的死亡。那些没有接收到神经生长因子的轴突会逐渐退化，其胞体最终会走向死亡。有人认为每一个神经元都携带了一个“自杀程序”，神经元的轴突如果没有在一定时间内与恰当的轴突后神经细胞建立联系，它们就必须开启一个名为“细胞凋亡（apoptosis）”的过程来杀死自己。细胞凋亡不同于细胞坏死，它不属于病理过程。在神经发育过程中，总是先产生过量的神经元，然后启动“细胞凋亡”机制，以保证中枢神经系统能够准确匹配传入轴突和突触后细胞的数目。虽然神经生长因子无法从食材中获取，但这个时期孕妇需要摄入大量优质蛋白质。研究发现，不管是神经细胞的增值还是体积增大，蛋白质营养均发挥着重要作用。新生儿脑中氨基酸浓度远高于成人，对保证脑内蛋白质快速合成有着极其重要的作用。反过来讲，蛋白质营养不良对细胞增值期的影响是永久性的，因此在这一期间要给孕妇提供足够富含蛋白质的食物。

在神经细胞的增殖和迁移期间，还伴随着神经细胞的髓鞘化（myelination），即神经细胞的突起上被一层绝缘的脂质鞘覆盖。这使神经兴奋在沿神经纤维传导时速度加快，并保证其定向传导，避免神经传导间的相互干扰。髓鞘化开始于脊髓，然后是后脑、中脑和前脑。不同的神经纤维髓鞘化不一致。例如听神经在出生时几乎所有纤维均含有较多的髓鞘;而视神经仅在眼眶一段有少量髓鞘。不过整体而言，髓鞘化的速度较慢，甚至可以持续数十年，所以我们在6个月～4岁小孩身上经常能看到由发烧、高热引起的全身抽搐，这在医学上称为“高热惊厥”。这主要是由于婴幼儿的神经系统发育不完善，大脑皮质的抑制功能差，神经髓鞘未完全形成，一旦受到外界刺激（如高热等），兴奋容易扩散而引起抽搐。

到妊娠第24周末，胎儿大脑中许多神经元都已各就其位，这是胎儿发育中的一个重要里程碑，脑的发育使胎儿有了一些新的行为能力。比如胎儿20周时，声音就可以使其兴奋。当医生用胎儿镜对子宫内部进行检查时，胎儿就会用手遮住眼睛来挡光，这说明此时的胎儿有了视觉。胎儿24周左右就开始能感觉到疼痛了，所以从此以后止痛药物开始派上用场了。

四、突触大量形成期

神经组织的第三个快速发育阶段是突触大量形成时期。在妊娠期最后的3个月，已经各就各位的神经元开始分化（differentiates），通过扩展纤维的方式与周围的神经细胞建立联系形成突触结构。突触是神经细胞与其靶细胞相互通讯的位点。突触的形成标志着“全球60亿人的电话线路”开始接通。突触形成的过程比较长，一直要延续到胎儿出生后的两三年。突触形成的速度非常快，最高速度可达到每秒新生180万个突触。

在开始阶段，大量的神经元相互之间是随机地建立联系，随后，由于空间有限，不是所有的突触都能得到进一步的增强或在其基础上建立新的连接，大脑无情地将最微弱的突触连接删除掉。这时，决定哪些突触该留下哪些突触该删除的重要因素是环境刺激。哺乳动物的大脑具有一个特征，即“用进废退”。受到周围环境刺激的神经细胞继续建立起新的突触，形成更加精细的交流系统，从而能进行更为复杂的脑皮层功能。较少受到刺激的神经细胞很快就会丧失它的连接性纤维，其结局就是萎缩和死亡。这个过程的学术术语是“突触裁剪”。已有研究发现，在童年和少年时代，大脑每天要丧失200亿个突触。因此，在突触形成的高峰期，使大脑受到恰如其分的刺激，进行“突触裁剪”是至关重要的。对于孕妇来说，在这一阶段给予胎儿适宜的触觉刺激、听觉刺激、视觉刺激和味觉刺激等会促进胎儿日后的触觉、听觉、视觉和味觉等感觉能力的发展。有研究发现，孕妇在怀孕期间如果活动太少，日后宝宝出生后，动作协调度会有所影响。

在最后的这3个月里，胎儿对外界环境的反应越来越多了，由于胎儿已占据了整个子宫，逐渐也不怎么移动了。也有人认为，这时的大脑相对成熟，并能够抑制行动了，这也可能对身体活动的减少产生了影响。

参考文献：

[1]高英茂.组织学和胚胎学[M].北京：人民卫生出版社，2010.

[2]付秋芳，修巧燕.大脑潜能与开发[M].济南：山东人民出版社，2001.

[3]詹姆斯·卡拉特.生物心理学[M].苏颜捷，等，译.北京：人民邮电出版社，2011.

基金项目：本研究得到倍优天地教育科技有限公司望京旗舰店的大力配合和支持

作者简介：邱香（1980-），女，心理学讲师，理学博士，研究方向：认知发展与脑机制。