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科學家隱憂,打美式足球可能會改變青少年大腦結構
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  加州大學柏克萊分校(University of California, Berkeley)、杜克大學(Duke University)和北卡羅萊納大學教堂山分校( University of North Carolina at Chapel Hill)的新研究顯示,從事單一球季的高中美式足球就可能足以引起大腦結構的微觀變化。

  此研究是 11 月《疾病神經生物學》(Neurobiology of Disease)雜誌的封面故事,是第一個探究運動如何影響青少年大腦的研究。

  研究人員在足球賽季季前和季後,使用一種新型磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技術,掃描 16 名 15~17 歲高中球員的腦部。他們發現大腦前部和後部的灰質(grey matter)結構發生重大變化。灰質是中樞神經系統大量神經元聚集的部位,神經元之間有許多化學突觸為通信途徑,是處理資訊的地方,容易發生結構變化。所有實驗的參與者均戴著頭盔,且沒有人頭部受到構成腦震盪的衝擊。

  「顯然,即使在短時間,重複性的動作也能引起大腦變化。」加州大學柏克萊分校電氣工程和計算機科學教授 Chunlei Liu 說。「青少年階段是大腦還在發育的時期,尚未完全成熟,因此有許多關鍵的生物發育仍在進行。目前尚不清楚觀察到的變化如何影響大腦未來的成熟和發育。」

  在頭上輕輕敲打一下可能沒什麼好擔心的,但越來越多證據表明,對頭顱的重複撞擊,像是打曲棍球或美式足球的過程所累積的撞擊,或是軍事戰鬥受到的爆炸傷害,都可能導致長期認知下降和增加神經系統疾病的風險,即使這些撞擊都不致導致腦震盪。

  過去十年間,研究人員發現,數量驚人的退役士兵及職業美式足球運動員,都表現出一種新發現的神經退行性疾病,稱為慢性創傷性腦病變(chronic traumatic encephalopathy,CTE),特徵是大腦會累積致病性的 tau 蛋白。雖然目前還未徹底理解此病,但知道的是 CTE 會導致情緒障礙、認知能力下降,最終讓患者有移動障礙。CTE 的明確診斷只能透過驗屍時檢查大腦 tau 蛋白進行。

  這些發現引發對重複撞擊頭部是否會對青少年造成腦損傷,以及是否有機會早期察覺這些變化的隱憂。

  「有很多新出現的證據表明,參加衝撞性高的運動項目可造成大腦改變,分子層級上,我們可觀察到與帕金森氏症(Parkinson’s disease)、失智症(dementia)等神經退行性疾病相關的致病蛋白積累。」Liu 表示。「我們想知道致病蛋白的積累何時開始?這種情況發生的時間有多早?」

  大腦由白質與灰質構成,白質負責在不同大腦區域之間來回傳遞訊息,灰質是神經元緊密聚集的部位,使大腦產生特有的皺紋。最近的磁共振成像表明,打一兩季高中足球會削弱主要存於大腦內部的白質。Liu 和團隊想知道重複的頭部撞擊是否也會影響大腦灰質。

  研究人員使用稱為擴散峰度磁振造影技術(diffusion kurtosis imaging,DKI)的新型 MRI 來檢查構成灰質的複雜神經纏結。他們發現,足球賽季結束後,球員大腦灰質組織發生了變化,這些變化與安裝在球員頭盔內的加速度感測器(accelerometer)測得的頭部撞擊次數和位置有關。

  這些變化集中在大腦皮層的前部和後部,也就是負責記憶、注意力和認知的部位,也發生於中心位置的視丘(thalamus)和殼核(putamen),它們負責傳遞感覺訊息和協調肢體運動。

  ▲ 磁共振成像(MRI)腦部掃描顯示,單一球季高中足球比賽就可以引起年輕球員大腦灰質的微觀變化。 這些變化位於大腦的前部和後部,也就是最容易發生撞擊的部位,也可能發生在大腦深處。(Source:加州大學柏克萊分校)

  「雖然我們的研究還未觀察到該變化導致的後果,但有新的證據表明這種變化長期之下有害。」Liu 說。

  研究人員表示,學生的認知功能在整個賽季並未發生明顯變化,目前尚不清楚大腦這些變化是否為永久性。

  「年輕球員的大腦微觀結構仍在迅速發展,這可能會抵銷頭部撞擊造成的變化。」加州大學柏克萊分校電子工程與計算機科學系博士後研究員、也是該研究的第一作者 Nan-Ji Gong 表示。

  然而,研究人員仍然提醒從事衝撞運動的青少年要小心謹慎,需監測自己的大腦結構和認知能力。

  「考慮到美式足球和其他能影響大腦的運動在青少年間如此普及,我認為探究在什麼年齡之後大腦最能承擔這些後果,相當重要且合理。」Liu 說。

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  (首圖來源:Flickr/K.M. Klemencic CC BY 2.0)