脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

人们成年之后能不能形成新的神经元?这种情况至今仍然并没有统一的答案。

脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

 

假如检索“神经元”和“再造”,你或许会搜到一些冲突的结论,甚至可能是同一个新闻媒体给的。实际上,关于人类成年之后能不能形成新的脑神经元这种情况,学术界早已热情争辩了近近百年,到今天也没能得到一个统一的答案。

 

神经元的神经发生

 

1928 年,被称作“当代认知科学先行者”的圣迭戈·拉蒙-卡扎尔(Santiago Ramón y Cajal)声称,人们成年之后,人的大脑终究会形成新的神经元。在接下来的几十年间,这一观点快速变成了学术界的主流思想。

 

直至20世际八九十年代,诸多神经科学家慢慢发觉,在成年的啮齿类动物和非人灵长类动物脑中,依然能形成新的神经元,学习的过程被称作“神经发生”(neurogenesis)。哺乳类动物成年之后神经发生主要在2个地区:承担学习和记忆的海马体和负责味觉的嗅球。

 

1998年,国外索尔克微生物研究所(Salk Institute)的弗雷达探测·盖奇(Fred Gage)与同事在《自然·医学》发布了一项堪称经典的研究。她们利用了一种名叫溴脱氧尿苷(BrdU)的物质,这些物质与核苷类似,还可以在细胞瓦解时被细胞摄取,参加构成新细胞的DNA。这样一来,BrdU也就成了新细胞的“标识”

 

那时候,医生会利用这些物质精确测量癌细胞的建立速度,而盖奇与同事则想看神经元有没有被“加上标识”。结论立即辩驳了先前的“主流思想”:5名遗体捐献者的大脑中都看到了这些物质,而且都集中在海马体的齿状回地区。这是因为这儿的细胞要在注入BrdU之后才瓦解所形成的——其实就是大脑中构成了一个新的神经元。

 

脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

海马体(上)和经BrdU标识的细胞核(下面的图箭头符号)(图片出处:P. S. Eriksson et al., 1998)

 

的确有越来越多专家学者逐渐认可这一观点,但也有不少专家学者对此项研究给出了怀疑。一些人怀疑盖奇等检测的并不是都是神经元,有可能会渗入了别的能再生的细胞。此外,因为给身体注入BrdU很快就被严禁了,因而欠缺反复试验的证据。

 

核爆炸碳

 

尽管异议持续,但1998年的此项研究开启了人大脑神经产生研究的大门,越来越多神经科学家开始关注这种情况,并尝试得出自身的答案——不过,他的回答往往也差距很大。在其中甚为有意思的一项研究于2013年发表在《细胞》上,德国卡洛琳丝卡医科院的约纳斯·弗里森(Jonas Frisén)与同事利用了20个世纪五六十年代核爆炸试验的残余物,来研究人的大脑的神经发生。

 

从总体上,弗里森的研究思路和盖奇类似,都是想方法引进标识物,给新生的细胞打一个“标识”。终究生成DNA似乎是每一个细胞瓦解之前都会干的事,只需要在细胞DNA中测出了这些标识物,就代表有“新生细胞”存有。此次,弗里森与同事用到的标识物称为“核爆炸碳”

 

脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

图片出处:pixabay

 

核爆炸碳,说白了,来自核爆炸。1945-1963年,多个国家作出了大规模地面核爆炸实验,这种发生爆炸使空气中的放射性物质碳同位素——碳14的浓度值翻了一倍还多,这种碳却被称之为“核爆炸碳”。1963年,严禁核实验公约签署后,因为地球上物质循环的稀释作用,空气中的碳14成分逐渐平稳降低。现如今,空气中的碳14水准已经基本降回20个世纪50时代的水准。

 

空气中的碳14会跟着食物网进到人体中。在我们瓦解出新的细胞时,这种“核爆炸碳”便会在不知不觉间,被融合到新合成的DNA中,变成新生细胞的“年纪标示”

 

例如,假如一些细胞要在1960年所形成的,那样它们碳14成分毫无疑问高过最近两年所形成的细胞。弗里森与同事要做的,就是用质谱仪器剖析人的大脑不同区域的神经元中碳14含量,并比照在历史上空气碳14浓度的转变,就能知道这种细胞中是否存在新生细胞添加,甚至能精确到年。

 

脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

图上黑条为空气碳14浓度值,小红点为非神经元细胞DNA的碳14浓度值,横坐标轴为遗体捐献者的出生年。图上,生于规模性核实验前捐赠人DNA碳14浓度值高过空气水准,冲出生在规模性核实验后捐赠人DNA小于空气水准,这说测量的细胞在不断“升级”(图片出处:K. L. Spalding et al., 2013)

 

在弗里森以前的研究中,检查的全部14个嗅球里的碳14成分与捐赠人出生的时候空气中的碳14水准基本上相符合。换句话说,出生后嗅球里的神经元就没有再被“更换”过去了。

 

但是此次弗里森发觉,海马体的现象完全不一样。研究精英团队观察了不同年龄段的捐赠人的大脑,并测定了海马体中不同区域神经元的碳14成分。为了更精确地掌握神经元“升级”的时间和速度,研究者数值模拟了各种很有可能情况,及与检验结果比照。

 

数据显示,即便在人成年之后,人的大脑海马体齿状回区域内的神经元依然会不断创新。利用碳14标识出细胞年纪,研究者对比了不一样出世日期捐赠人神经元“升级”比例,大概估算出我们每天也会产生约1400个新神经元

 

脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

图上黑条为空气碳14浓度值,蓝点为海马体齿状回地区神经元DNA的碳14浓度值,呈现出了和非神经元细胞DNA相近的发展趋势(图片出处:K. L. Spalding et al., 2013)

 

冲突的研究

 

但是小故事都还没完毕。如同以前常说,有关人的大脑神经元能不能再生的研究五花八门,学术界基本上对嗅球达成了一致(即人们成年之后嗅球没法形成新神经元),但关于海马体的争议一直持续。

 

大家在开始所提到的两篇文章就是一个很好的事例。2018年3月,一项发表于《自然》的研究,利用荧光标记可能的“新生细胞”,并深层次观察了细胞形状,但没有发现一切处在“年青”状态的神经元。但是,就在那不到一个月以后,《细胞·干细胞》就发布了一篇结论完全相反的文章。研究者首次在个人死亡后没多久观察了海马体的神经元,并一样利用荧光标记来上色,而且觉得自己看到了很多未熟的神经元和正中间神经元祖细胞

 

一些神经科学家觉得,《自然》这篇论文用了一些物质来储存和稳定海马体机构样版,这可能阻拦荧光标记分子结构与靶细胞融合。盖奇也明确提出,人的大脑捐赠者的运动、工作压力、疾病和药品应用情况都会危害海马体新生神经元总数。

 

脑细胞用一个少一个吗?这一近百年争执乃至靠的是核实验证实

图片出处:pixabay

 

但是面对这些怀疑,此项研究的作者对研究成效仍然很有信心。论文的创作者之一,阿图罗·阿尔瓦雷斯-塔巴就认为“虽然研究存有局限,己经尽己所能,寻找全方位且细心,且研究了各个年龄段的许多样版”。而论文的第一作者肖战·索雷斯波尔(Shawn Sorrells)则从另一个视角回复:“退一步想,假如身体成年之后脑部神经再造确实这般少见,以致于大家这般全方位的检索都找不到得话,那它真的还能在学习和记忆层面发挥重要作用吗?

 

回答犹未可知

 

争执远未终止,在最近发表于《神经元》的一项研究中,斯坦福大学的乔恩·阿厉拉诺(Jon Arellano)、帕斯科·拉基奇(Pasko Rakic)与同事检查了6名遗体捐献者的大脑,特别是海马体的齿状回地区。

 

她们此次寻找的目标之一,是神经元中的双皮质素(DCX),一般只出现在未熟的神经元中。以上发表于《自然》《细胞·干细胞》的二项研究,和2019年发表于《自然·医学》的一项研究都找寻了DCX。此次阿厉拉诺的研究精英团队用了更加精细的方式,却没有发现一切DCX存有的印痕

 

他们还进一步利用核RNA来精确测量神经元的年纪,结论与DCX基本上符合,仅有0.003%的核RNA表明他们有可能是新所产生的神经元。因而,阿厉拉诺的团队临时站在了“神经元不容易再造”这一方。但对于以往结论反过来的论文,阿厉拉诺觉得那时候研究者用于鉴别DCX的办法存在的问题,很有可能获得“假阳”的结果,因而“这个结果并不可信”。

 

自然,依然有神经科学家怀疑此项研究的结果。瑞士苏黎世大学的塞巴斯蒂安·杰斯伯格就认为,如今判断成年人神经发生极其罕见还为时过早。“这篇论文表明欠缺证据证明神经发生,”他说道,“但欠缺直接证据当然不能证实神经发生就不存在。己经找到很多关于人类海马体存有神经发生的积极直接证据。如果认为单核心 RNA 测序无疑是“唯一的相对真理”,那将是一种科学合理误会。”

 

阿厉拉诺和杰斯伯格的观点基本上代表着双方的典型见解:“找不着新生神经元”“早已找到的并不是新生神经元”和“找不着并不代表不会有新生神经元”。而实情究竟如何,也只能等候将来更进一步的研究来给出答案了。

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