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基因等于命中注定?大脑发育中神经元的惊人可塑性

2005-05-26 11:59 未知 科学杂志 阅读 0
核心摘要: 最新研究发现,大脑发育过程中神经元会进行长距离迁移,其最终命运由周围环境信号而非基因蓝图决定。哈佛医学院的研究人员通过胎鼠实验证实,相同母细胞分裂出的神经元因迁移到不同皮层区域而分化成不同功能细胞。这一发现挑战了传统观点,为神经可塑性提供了有力证据,表明大脑皮层对环境具有高度适应性。

最近,科学家发现,在大脑发育期,大脑内部的神经细胞经常游动,其行程之遥远令研究人员始料不及。这些神经元在某处安居后,依靠周围细胞的信号指令履行自己的职责,而不是根据遗传纲要行事。这一发现挑战了传统观点,即大脑皮层是按照基因蓝图固定不变的。新研究有力证实,作为哺乳动物大脑最发达的部分,大脑皮层对环境具有极其灵活的适应性。

最新理论认为,一个神经元之所以在大脑视觉区域落户成为视觉神经细胞,并非基因如此规划,而是因为该细胞接受了附近视神经细胞发出的信号。假如它当时驻留在大脑听觉区域,可能就发展成了听觉神经细胞。早些年就有生物学家赞成神经元具有可塑性的观点,而新近的研究报告为此提供了翔实有力的证据。

哈佛医学院的康斯坦斯·L·塞寇博士和克里斯朵夫·沃尔士博士证实,在大脑发育过程中,从一个母细胞分裂出来的完全相同神经元,只因漫游到了截然不同的皮层区域,定居后就从事截然不同的职业。他们的报告发表在《科学》杂志上。沃尔士博士说:“人们一般把我们当作虚无主义者,所以我们没料到有什么事情能让我们惊讶。可是即便是我们也感到惊讶,没想到这些家伙能跑出那么远,远远脱离了它们的最初分裂地点。”

研究人员目前尚不清楚是什么决定着新生细胞何时停止在皮层之间的游动,然后驻留在大脑特定地点,但他们认为,比起自身携带的基因指令,外部空地的吸引作用可能更关键。塞寇博士说:“母细胞并不给它们的子女传授将来从事什么职业之类的具体信息,它们不会对一个子女说,你去视觉皮层,对另一个说,你去运动皮层。”

研究人员采用了一种可怖的技术手段来监测细胞游动规律:将具有记录作用的分子标签注射到胎鼠发育期的大脑中,然后通过屏幕监测,确定哪个神经元到哪里安家落户。加利福尼亚大学伯克利分校的神经生物学教授卡拉·莎兹博士评价道:“我想这个研究报告是我所看过的最棒的之一。做这种实验好比攀登珠穆朗玛峰,不是有很多人乐意干,也不是有很多人能干得来。他们干得很漂亮。”加州圣迭哥市索尔克研究院的神经生物学家丹尼斯·D·M·欧利里博士通过胎鼠脑组织移植,也证实了神经细胞的适应能力,称“那是技术水平的一大进步,是一项非常具有创新意义的研究”。

几十年来,对于胚胎神经元究竟是一张白板,还是预制的带有某种命运趋势的神经单位,神经生物学家们一直争论不休。有些研究曾显示,在发育期,神经元沿着固定通路以紧凑步伐向一个个皮层区域移动,似乎是在执行基因指令。此前,科学家们不能准确理解细胞的移动,无法对这种现象作出明确解释。这项新研究为神经发育可塑性提供了关键证据,表明环境信号在神经元命运决定中起主导作用。

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