鳴鳥研究揭示人類大腦自我修復與神經發生的潛在路徑

研究團隊利用高分辨率電子顯微鏡觀察到了神經發生——新生神經元的誕生與遷移過程。

波士頓大學的研究人員發現，斑胸草雀大腦中存在一種令人驚訝的機制，這一發現或許可以解釋為何人類再生腦細胞的能力有限。

研究團隊借助高分辨率電子顯微鏡，觀察到了神經發生——即新生神經元的誕生與遷移過程。
這一發現挑戰了此前關于大腦如何整合新細胞并進行自我修復的假設。

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

隧道式遷移的神經元

雖然人類大多數器官會頻繁進行細胞更新，但我們的大腦卻基本上只能依賴出生時已有的神經元。

相比之下，魚類、爬行動物和鳥類一生都能持續進行神經發生，使它們的大腦能夠定期更新——這是大多數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現的生物機制，為人類大腦開發未來的再生療法？

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

波士頓大學的研究發現，斑胸草雀大腦中的神經發生涉及一個異常“霸道”的遷移過程。

在這項新研究中，研究人員使用先進的顯微技術觀察到，新生神經元以“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胞，而是直接推擠、擠壓這些成熟細胞，強行抵達自己的目的地。

這種“霸凌”行為表明，盡管新生細胞的產生有助于大腦修復和學習，但它是通過一種破壞性的機制來實現的——強行擠入已有的神經環路之中。

神經退行性疾病

斯科特提出，神經元這種“隧道式”遷移的破壞性本質，可能既有助于學習和修復，也可能威脅到已有記憶的完整性。

由于人類大腦是復雜、終身記憶以及精細個性特征的儲存庫，我們無法承受“霸凌”神經元在我們灰質中橫沖直撞的代價。

為了保持記憶的完整，我們犧牲了自我修復的能力。

這種進化上的權衡使我們更容易患上腦部疾病和與年齡相關的功能衰退。

然而，這一發現也有樂觀的一面：它證明了神經元無需依賴“膠質細胞支架”就能遷移——而這類支架此前被認為對大腦修復至關重要。

這意味著，即使人類大腦中缺少了那些結構，神經再生或許仍有可能實現。

“大多數膠質細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發生的障礙，”斯科特解釋說。“但我們的研究表明，鳥類的新生神經元并不需要這種膠質細胞支架。這令人興奮，因為它意味著大腦修復可能并不需要特殊的膠質細胞支架。”

波士頓大學團隊現已將研究推進到基因層面。他們正在使用單細胞RNA測序技術，“竊聽”這些隧道式神經元與周圍鄰居之間的“對話”。

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

科學家們希望解開這些基本的生物學秘密，最終為人類神經學帶來突破性進展。

該研究成果于4月17日發表在《當代生物學》期刊上。

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