鳴鳥研究揭示人類大腦自我修復(fù)與神經(jīng)發(fā)生的潛在路徑

研究團(tuán)隊(duì)利用高分辨率電子顯微鏡觀察到了神經(jīng)發(fā)生——新生神經(jīng)元的誕生與遷移過程。

波士頓大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，斑胸草雀大腦中存在一種令人驚訝的機(jī)制，這一發(fā)現(xiàn)或許可以解釋為何人類再生腦細(xì)胞的能力有限。

研究團(tuán)隊(duì)借助高分辨率電子顯微鏡，觀察到了神經(jīng)發(fā)生——即新生神經(jīng)元的誕生與遷移過程。
這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了此前關(guān)于大腦如何整合新細(xì)胞并進(jìn)行自我修復(fù)的假設(shè)。

"我們發(fā)現(xiàn)，在鳴鳥成年大腦中，新生神經(jīng)元的行為就像在茂密叢林中開辟道路的探險(xiǎn)者，"本杰明·斯科特說道。他是波士頓大學(xué)文理學(xué)院心理與腦科學(xué)系的助理教授，也是該研究的通訊作者。

隧道式遷移的神經(jīng)元

雖然人類大多數(shù)器官會頻繁進(jìn)行細(xì)胞更新，但我們的大腦卻基本上只能依賴出生時已有的神經(jīng)元。

相比之下，魚類、爬行動物和鳥類一生都能持續(xù)進(jìn)行神經(jīng)發(fā)生，使它們的大腦能夠定期更新——這是大多數(shù)哺乳動物所不具備的能力。

這一差異促使研究人員探究：為何人類大腦的再生能力如此有限？能否利用在其他物種中發(fā)現(xiàn)的生物機(jī)制，為人類大腦開發(fā)未來的再生療法？

斑胸草雀是一種澳大利亞的小型鳴禽，因其學(xué)習(xí)和完美演繹復(fù)雜鳴唱的卓越能力，成為神經(jīng)科學(xué)研究的主要對象。通過研究發(fā)聲學(xué)習(xí)，專家們得以深入了解動物大腦如何習(xí)得新技能并掌握復(fù)雜的聲音。

波士頓大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，斑胸草雀大腦中的神經(jīng)發(fā)生涉及一個異常“霸道”的遷移過程。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員使用先進(jìn)的顯微技術(shù)觀察到，新生神經(jīng)元以“隧道式”的方式在大腦中穿行——它們不是小心翼翼地繞過成熟細(xì)胞，而是直接推擠、擠壓這些成熟細(xì)胞，強(qiáng)行抵達(dá)自己的目的地。

這種“霸凌”行為表明，盡管新生細(xì)胞的產(chǎn)生有助于大腦修復(fù)和學(xué)習(xí)，但它是通過一種破壞性的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的——強(qiáng)行擠入已有的神經(jīng)環(huán)路之中。

神經(jīng)退行性疾病

斯科特提出，神經(jīng)元這種“隧道式”遷移的破壞性本質(zhì)，可能既有助于學(xué)習(xí)和修復(fù)，也可能威脅到已有記憶的完整性。

由于人類大腦是復(fù)雜、終身記憶以及精細(xì)個性特征的儲存庫，我們無法承受“霸凌”神經(jīng)元在我們灰質(zhì)中橫沖直撞的代價(jià)。

為了保持記憶的完整，我們犧牲了自我修復(fù)的能力。

這種進(jìn)化上的權(quán)衡使我們更容易患上腦部疾病和與年齡相關(guān)的功能衰退。

然而，這一發(fā)現(xiàn)也有樂觀的一面：它證明了神經(jīng)元無需依賴“膠質(zhì)細(xì)胞支架”就能遷移——而這類支架此前被認(rèn)為對大腦修復(fù)至關(guān)重要。

這意味著，即使人類大腦中缺少了那些結(jié)構(gòu)，神經(jīng)再生或許仍有可能實(shí)現(xiàn)。

“大多數(shù)膠質(zhì)細(xì)胞支架在人類出生后就會消失，而這種消失此前被視為成年大腦神經(jīng)發(fā)生的障礙，”斯科特解釋說。“但我們的研究表明，鳥類的新生神經(jīng)元并不需要這種膠質(zhì)細(xì)胞支架。這令人興奮，因?yàn)樗馕吨竽X修復(fù)可能并不需要特殊的膠質(zhì)細(xì)胞支架。”

波士頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已將研究推進(jìn)到基因?qū)用妗Ｋ麄冋谑褂脝渭?xì)胞RNA測序技術(shù)，“竊聽”這些隧道式神經(jīng)元與周圍鄰居之間的“對話”。

他們想知道“如何”以及“為何”：一個神經(jīng)元怎么知道何時停止推擠？我們能否教會人類細(xì)胞做同樣的事情？

科學(xué)家們希望解開這些基本的生物學(xué)秘密，最終為人類神經(jīng)學(xué)帶來突破性進(jìn)展。

該研究成果于4月17日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》期刊上。

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