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基于此，2025年7月31日，韩国三星医疗中心Jung Hee Lee研究团队在Nature communications杂志发表了“Differential impacts of social isolation and enriched environment on multi-sensory brain-wide functionality and network segregation”揭示了社交隔离与丰富环境对全脑多感官功能及网络分离的不同影响。

为了阐明环境如何影响大脑发育，将雄性小鼠在生命早期（4至11周龄）暴露于两种环境中：社交隔离环境和丰富环境并利用感觉刺激诱发的BOLD fMRI和静息态fMRI研究了这两种环境对小鼠大脑功能的影响。本文结果显示，社交隔离导致大脑网络的分离程度降低，尤其影响了嗅觉和视觉网络。相反，丰富环境在维持网络分离的同时，增强了高级感觉和视觉皮层的功能。此外，处于丰富环境的小鼠表现出更佳的躯体感觉-运动功能反应。作者结合使用感觉刺激诱发的BOLD fMRI和静息态fMRI揭示了局部和全局水平的变化。该研究扩展了对环境因素如何影响大脑功能的理解，并强调了触觉、视觉和嗅觉等物理和社交线索的重要性，可能为精神疾病的治疗提供启示。

图一 实验设计

该研究首先展示了三种不同的饲养环境，小鼠在断奶后28天（P28）被安置到相应环境中持续7周。fMRI实验在接下来的一周进行。

为观察社交隔离和丰富环境的影响，作者采用了以下环境条件：标准笼具中的单只隔离小鼠（标准单只，SS）；标准笼具中的群体饲养小鼠（标准群体，SG）；以及丰富笼具中的群体饲养小鼠（丰富群体，EG）。SG组小鼠为典型实验室饲养条件下的对照组，SS组代表社交隔离模型，EG组代表物理环境丰富模型。因此，SS组与SG组之间的显著差异可反映社交隔离的影响，而EG组与SG组之间的差异则可反映丰富环境的影响。此外，EG组与SS组之间的差异可反映物理环境丰富和社交环境共同作用的效果。在7周的饲养期间，每周测量所有小鼠的体重。四周龄、初始体重约为14克的小鼠接受不同的饲养环境，持续7周至11周龄导致各组间体重增加出现显著差异。特别是，SS组从第2周开始体重增加显著，且SS组与EG组之间的这种差异一直持续到第7周。

图二 丰富环境组（EG）中增强的躯体感觉运动区

通过对右侧胡须垫（WP）进行电刺激，引发了胡须躯体感觉通路的全脑范围反应。在与胡须网络相关的脑区观察到了刺激诱发的BOLD fMRI反应，这些区域包括初级和次级胡须感觉皮层（S1BF/S2）、初级和次级运动皮层（M1/M2）、丘脑的腹后内侧核和丘脑后核（VPM/PO）。反应还出现在前后顶叶皮层（PPCa）、外侧苍白球（GPe）、黑质网状部（SNr）、丘脑腹外侧核（VAL）、未定带（ZI）以及中缝核（MRN）。PO和VAL显示出丰富环境的影响。与标准饲养（SS）组相比，丰富环境（EG）组小鼠的初级躯体感觉皮层后肢区（S1HL）反应明显减弱，仿佛“触觉音量”被调低。

有趣的是，作为联合皮层的V2am却呈现出相反趋势：在SS组中反应显著增强，EG组也略有上升。类似“U型曲线”的激活模式也出现在与视觉网络紧密相连的RSCd区域。SS和EG环境都让它比普通饲养（SG）更“活跃”，但差异主要体现在与SG组的比较中。虽然足垫刺激初期会短暂加快呼吸频率，但这种生理反应并未引发脑成像中的运动伪影，也没有因供氧增加而“点亮”非目标脑区。更引人注目的是，在大脑同侧区域，EG组的S2和PO区激活程度显著更高。这提示丰富环境可能增强了感觉信息的整合。

图三 社交隔离组中受损的皮层视觉环路

鉴于在胡须垫和前爪刺激下，SS组和EG组均观察到V2am活动增强，作者进行了视觉刺激（VIS）实验以评估视觉网络的高级反应是否也得到增强。

双眼视觉刺激在视觉网络内引发了强烈的双侧BOLD fMRI反应，涉及V1/V2、SCo以及LP，此外还包括ACCd、RSCd、PPCa和MEC等联合区域。SS组在V1的活动有所降低。然而，与SG组和SS组相比，EG组在V2lm的反应显著增强，表明存在丰富环境效应。有趣的是，之前在胡须垫和前爪刺激下呈现U型趋势（即在EG组和SS组均增强）的V2am在视觉刺激下并未表现出增强的反应。与SG组相比，SS组在PPCa的活动显著降低，表明存在社交隔离效应。与EG组相比，SS组在RSCd、VP（VPM + VPL）和PO的活动也显著降低，提示这是丰富环境和社交隔离的混合效应。有趣的是，S1FL和M1的反应极性在SS组与SG/EG组之间有所不同：SS组表现为微弱的平均正向反应，而SG组和EG组则表现为负向反应。作者还探究了左右半球的反应是否相似或存在不对称性，发现大脑对双眼视觉刺激的反应总体上是对称的。作者的数据表明，视觉刺激在V2lm、RSCd、VP和PO等区域引发了EG组的增强反应或SS组的减弱反应，而主要反应区域V1的变化较小。此外，与躯体感觉刺激不同，视觉刺激导致SS组在PPCa等具有联合功能的皮层区域的反应减弱。

图四 环境对感觉行为的影响

为了评估为期7周的环境变化对小鼠感觉功能的影响，作者进行了一系列全面的行为测试。这些测试包括用于视觉对比度的视动视觉测试、用于多感官整合的物体偏好测试、用于嗅觉功能和工作记忆的嗅觉习惯化测试、用于躯体感觉功能的热板痛觉和触觉测试、用于运动和焦虑的旷场测试、用于焦虑的高架十字迷宫测试以及用于社交互动的互动行为测试。

使用视动装置通过呈现三种不同对比度的旋转圆柱图案来评估小鼠的视觉对比度。对于标准对比度图案，观察到最高的头部追踪反应频率，各组之间没有显著差异。所有组对较低对比度图案（深色和浅色）的头部追踪反应都较少，组间也没有显著差异。SG组在所有对比度下表现出一致的视觉对比能力。相比之下，EG组对深色对比度的感知能力低于标准对比度，而SS组对浅色对比度的头部追踪反应低于标准对比度。

为了评估环境条件对小鼠单模态与多模态刺激感觉处理的影响，使用视觉、触觉以及视觉-触觉结合的物体进行了物体偏好测试。对探索时间比率（计算为探索每个物体的时间占总探索时间的比例）的分析显示，多模态（视觉-触觉结合）刺激在各组间无显著差异。然而，作者观察到各组对单模态刺激有明显的偏好。EG组对视觉刺激物体的探索率显著高于SS组。值得注意的是，只有EG组对视觉物体的偏好显著高于偶然水平，表明在丰富环境中对视觉刺激的偏好增加。相反，SS组似乎更偏好触觉物体而非视觉物体，这可能表明由于社交隔离导致了感觉偏好的转变。这些结果表明，环境条件可能选择性地调节对特定感觉模态的偏好，而不是影响对多模态与单模态刺激的整体偏好。

作者还进行了嗅觉习惯化测试以评估嗅觉功能和工作记忆，该测试检测了在四次试验中对重复呈现的柠檬烯气味刺激的嗅闻次数。SG组和EG组均表现出习惯化模式，在第2至第4次试验中嗅闻频率逐渐降低。相比之下，SS组未能表现出习惯化，在所有试验中均保持较高的嗅闻频率。值得注意的是，SS组在第四次试验中的嗅闻频率显著高于EG组，表明SS组的嗅觉功能可能较不敏感或工作记忆受损。

在测量疼痛敏感性的热板测试中，大多数小鼠能耐受疼痛长达30秒各组间无显著差异。在5分钟的旷场测试中，SG组表现出比其他两组明显更大的运动量，表现为总移动距离更长。然而，对中心区域停留时间显示各组间无显著差异。但在10分钟的高架十字迷宫测试中，SS组进入开放臂的次数显著少于EG组。然而，各组间的总移动距离无显著差异。这些结果表明，尽管SS组和EG组表现出相当的运动活动水平，但SS组表现出比EG组更多的焦虑样行为。

EG组和SS组小鼠之间的总接触时间似乎高于SG组。然而，SS组的鼻接触行为显著多于SG组。