鸣鸟研究揭示人类大脑自我修复与神经发生的潜在路径

研究团队利用高分辨率电子显微镜观察到了神经发生——新生神经元的诞生与迁移过程。

波士顿大学的研究人员发现，斑胸草雀大脑中存在一种令人惊讶的机制，这一发现或许可以解释为何人类再生脑细胞的能力有限。

研究团队借助高分辨率电子显微镜，观察到了神经发生——即新生神经元的诞生与迁移过程。

这一发现挑战了此前关于大脑如何整合新细胞并进行自我修复的假设。

"我们发现，在鸣鸟成年大脑中，新生神经元的行为就像在茂密丛林中开辟道路的探险者，"本杰明·斯科特说道。他是波士顿大学文理学院心理与脑科学系的助理教授，也是该研究的通讯作者。

隧道式迁移的神经元

虽然人类大多数器官会频繁进行细胞更新，但我们的大脑却基本上只能依赖出生时已有的神经元。

相比之下，鱼类、爬行动物和鸟类一生都能持续进行神经发生，使它们的大脑能够定期更新——这是大多数哺乳动物所不具备的能力。

这一差异促使研究人员探究：为何人类大脑的再生能力如此有限？能否利用在其他物种中发现的生物机制，为人类大脑开发未来的再生疗法？

斑胸草雀是一种澳大利亚的小型鸣禽，因其学习和完美演绎复杂鸣唱的卓越能力，成为神经科学研究的主要对象。通过研究发声学习，专家们得以深入了解动物大脑如何习得新技能并掌握复杂的声音。

波士顿大学的研究发现，斑胸草雀大脑中的神经发生涉及一个异常“霸道”的迁移过程。

在这项新研究中，研究人员使用先进的显微技术观察到，新生神经元以“隧道式”的方式在大脑中穿行——它们不是小心翼翼地绕过成熟细胞，而是直接推挤、挤压这些成熟细胞，强行抵达自己的目的地。

这种“霸凌”行为表明，尽管新生细胞的产生有助于大脑修复和学习，但它是通过一种破坏性的机制来实现的——强行挤入已有的神经环路之中。

神经退行性疾病

斯科特提出，神经元这种“隧道式”迁移的破坏性本质，可能既有助于学习和修复，也可能威胁到已有记忆的完整性。

由于人类大脑是复杂、终身记忆以及精细个性特征的储存库，我们无法承受“霸凌”神经元在我们灰质中横冲直撞的代价。

为了保持记忆的完整，我们牺牲了自我修复的能力。

这种进化上的权衡使我们更容易患上脑部疾病和与年龄相关的功能衰退。

然而，这一发现也有乐观的一面：它证明了神经元无需依赖“胶质细胞支架”就能迁移——而这类支架此前被认为对大脑修复至关重要。

这意味着，即使人类大脑中缺少了那些结构，神经再生或许仍有可能实现。

“大多数胶质细胞支架在人类出生后就会消失，而这种消失此前被视为成年大脑神经发生的障碍，”斯科特解释说。“但我们的研究表明，鸟类的新生神经元并不需要这种胶质细胞支架。这令人兴奋，因为它意味着大脑修复可能并不需要特殊的胶质细胞支架。”

波士顿大学团队现已将研究推进到基因层面。他们正在使用单细胞RNA测序技术，“窃听”这些隧道式神经元与周围邻居之间的“对话”。

他们想知道“如何”以及“为何”：一个神经元怎么知道何时停止推挤？我们能否教会人类细胞做同样的事情？

科学家们希望解开这些基本的生物学秘密，最终为人类神经学带来突破性进展。

该研究成果于4月17日发表在《当代生物学》期刊上。

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