几百年来，科学家一直把大脑看作一个统一、完整的器官。但斯坦福大学医学院主导的一项新研究提出：我们所说的大脑，其实是两个在数亿年演化中独立形成的不同器官。
这项发现挑战了长期以来主流的脑发育模型。过去几十年，研究者普遍认为，在发育早期存在一种“祖细胞”，它最终分化出整个大脑。也就是说，大脑的所有部分都来自同一个发育源头。
但新的研究结果并不支持这一观点。研究显示，人类的大脑其实是由两套古老的神经系统“打包”在一起组成的——一套更原始，负责心跳、呼吸等维持生命的基本功能；另一套则让我们成为真正意义上的人，能够写诗、做数学，甚至思考自己的起源。
## 大脑其实有“两套系统”
成年大脑主要分为三个区域：前脑、中脑和后脑。前脑负责语言、意识和抽象推理等高级思维；后脑位于颅骨后部，常被称为脑干，控制呼吸、睡眠、心跳和饥饿感等自动维持生命的功能。后脑神经元还控制面部、舌头和喉咙的肌肉，影响说话和吞咽。
尽管后脑如此重要，科学家几十年来却一直难以在实验室中培育出人类后脑神经元。这一空白严重阻碍了对脑干相关疾病的研究，比如脊髓性肌萎缩症（SMA）和肌萎缩侧索硬化症（ALS，也称渐冻症）。
SMA是1岁以下儿童死亡的主要遗传原因之一。ALS通常在40至70岁之间确诊，会同时影响前脑和后脑。这两种疾病中，某些后脑神经元会逐渐停止工作，患者会失去吞咽能力，食物或液体误吸入肺部可能引发肺炎，最终连呼吸也会变得困难。
## 突破来自胚胎发育的最早阶段
研究者的突破来自对胚胎发育最早阶段——原肠胚形成期的研究。此时身体刚刚开始成形。研究人员发现，后脑走的是一条独立的发育路径，与产生前脑和中脑的路径是并行关系，而不是从后者分支出来的。
他们通过观察发育中的小鼠胚胎发现，存在两种不同的脑祖细胞。一种表达Otx2基因，注定发育成前脑和中脑；另一种表达Gbx2基因，注定形成后脑。这两种细胞群体从不重叠，从发育最早期就是互斥的。
研究团队随后检查了这些细胞的DNA包装方式，也就是染色质。染色质决定了细胞中哪些基因容易被读取，哪些被束之高阁。结果令人震惊：前神经外胚层（未来的前脑和中脑）与后神经外胚层（未来的后脑）有着根本不同的染色质构型。这些差异实际上把每种祖细胞“锁死”在各自命运中，就像两条永不相交的平行轨道上的旅人。
“以前试图制造后脑神经元的尝试，很可能是在试图把前脑和中脑的祖细胞‘诱导’成后脑细胞，而我们的研究表明这是不可能的，”共同第一作者Rayyan Jokhai说。
这一发现解释了该领域几十年来的困境——科学家一直试图把一种祖细胞变成另一种它从根本上无法成为的细胞。
## 首次在实验室培育出后脑神经元
有了这些知识，研究人员首次成功地将人类多能干细胞（一种能分化成人体任何细胞的细胞）诱导成了有功能的后脑运动神经元。这些实验室培育的神经元表现出真正后脑细胞的所有特征：它们能产生称为动作电位的电活动，并制造出标识后脑控制面部和吞咽肌肉区域的蛋白质。
研究者还回溯了5.5亿年的演化时间。他们发现，同样的“双起源”脑模式存在于鸡、斑马鱼，甚至橡子虫中——这种生活在海底的微小生物与人类有着遥远的共同祖先。而大约6亿至7亿年前与人类分道扬镳的水母，其身体两端各有一套神经系统。
“我们的研究表明，演化把两套已有的神经系统在空间上推到了一起，”资深作者Kyle Loh博士说。“大脑作为一个器官可能更高效，但我们依赖这种原始方式，把大脑做成两个独立的部分。”
## 为什么这项发现重要？
这项研究对SMA、ALS等脑干疾病的研究意义重大。此前，研究这些疾病几乎不可能，因为科学家无法从活着的患者身上获取脑干细胞。如今能在培养皿中培育这些神经元，为理解疾病机制打开了新可能。
甚至还有一个与肥胖治疗的意外联系：后脑中包含调节饥饿的神经回路——这正是司美格鲁肽等减肥药物的作用靶点。
研究人员希望进一步研究脊髓的发育起源，以及SMA和ALS究竟如何损害后脑神经元的功能。
“现在我们有了一个更好的模型来理解这些毁灭性疾病，并朝着再生疗法努力，”Jokhai说。“这是脑研究中一个非常令人兴奋的新前沿。”
热门跟贴