由賓夕法尼亞大學(xué)佩雷??爾曼醫(yī)學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用先進(jìn)的技術(shù)表明，在稱為海馬體的大腦關(guān)鍵記憶區(qū)域中，未成熟的可塑性神經(jīng)元在整個(gè)人類生命周期中大量存在。本月發(fā)表在《自然》雜志上的研究結(jié)果希望解決長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于“成人神經(jīng)發(fā)生”——在成熟的人類大腦中產(chǎn)生新的未成熟神經(jīng)元——存在的爭(zhēng)議。這一發(fā)現(xiàn)還為深入研究成人神經(jīng)發(fā)生及其在記憶、情緒、行為和大腦疾病中的作用鋪平了道路。
“許多哺乳動(dòng)物在其整個(gè)生命周期中都會(huì)在大腦中產(chǎn)生新的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在大腦的可塑性或隨時(shí)間變化和適應(yīng)的能力中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)大腦受損時(shí)，這種自我修復(fù)能力尤其重要，這就是發(fā)生在中風(fēng)或腦損傷期間，”賓夕法尼亞大學(xué)佩雷??爾曼神經(jīng)科學(xué)教授、資深作者宋紅軍博士說。“這種可塑性對(duì)于理解阿爾茨海默氏癥等疾病也很重要，這些疾病會(huì)影響患者的記憶，以及其他功能。”
人類成人神經(jīng)發(fā)生的存在已經(jīng)爭(zhēng)論了幾十年。近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，神經(jīng)科學(xué)家一直認(rèn)為，一旦哺乳動(dòng)物的大腦成熟，其中就不會(huì)產(chǎn)生新的神經(jīng)元——現(xiàn)有的神經(jīng)元必須持續(xù)整個(gè)成年期。最終，研究開始提供成人大腦、小鼠、人類和其他哺乳動(dòng)物，特別是嗅覺(氣味)區(qū)域和海馬體中新產(chǎn)生的未成熟神經(jīng)元的證據(jù)。海馬體中的未成熟神經(jīng)元曾經(jīng)并將繼續(xù)受到特別關(guān)注，因?yàn)樵摯竽X區(qū)域在學(xué)習(xí)、記憶和情緒調(diào)節(jié)中起主要作用，并且在阿爾茨海默病患者的大腦中減少。
然而，在過去的幾年里，其他研究沒有發(fā)現(xiàn)人類海馬體中有顯著的成人神經(jīng)發(fā)生的證據(jù)。神經(jīng)科學(xué)家很難解決這場(chǎng)爭(zhēng)論，因?yàn)樗麄冞€沒有一種簡(jiǎn)單、敏感和具體的方法來(lái)識(shí)別成人腦組織樣本中新產(chǎn)生的未成熟神經(jīng)元。
Song、Ming 和他們的團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)強(qiáng)大且相對(duì)較新的工具的幫助下克服了這一挑戰(zhàn)。第一個(gè)是單核 RNA 測(cè)序，它基本上記錄了任何單個(gè)細(xì)胞中的所有基因活動(dòng)。第二個(gè)是機(jī)器學(xué)習(xí)，這是一種人工智能，在這種情況下，研究人員用來(lái)篩選小鼠和人類的大量基因活動(dòng)數(shù)據(jù)集，以了解成熟和未成熟海馬神經(jīng)元之間的細(xì)微差別。
使用這些方法，研究人員證實(shí)了從嬰兒期到 92 歲的廣泛人類大腦樣本中存在未成熟的海馬神經(jīng)元，主要是一種稱為顆粒細(xì)胞的類型。未成熟的顆粒細(xì)胞通常至少占顆粒的百分之幾細(xì)胞群，甚至在老年人的大腦中。研究人員沒有在成人大腦的其他區(qū)域發(fā)現(xiàn)大量未成熟的神經(jīng)元。
該分析揭示了未成熟顆粒細(xì)胞基因活動(dòng)特征的廣泛模式，并顯示了該模式如何在正常衰老過程中發(fā)生變化，在人和小鼠之間存在差異，以及在阿爾茨海默病中如何改變。與之前的研究一致，研究人員發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默氏癥大腦中未成熟顆粒細(xì)胞在所有顆粒細(xì)胞中的比例大大降低——與年齡匹配的非阿爾茨海默氏癥大腦相比，減少了一半以上。
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