由賓夕法尼亞大學佩雷??爾曼醫(yī)學院的研究人員領(lǐng)導的一個團隊使用先進的技術(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)果希望解決長期以來關(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。
“許多哺乳動物在其整個生命周期中都會在大腦中產(chǎn)生新的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元在大腦的可塑性或隨時間變化和適應(yīng)的能力中起著至關(guān)重要的作用。當大腦受損時，這種自我修復(fù)能力尤其重要，這就是發(fā)生在中風或腦損傷期間，”賓夕法尼亞大學佩雷??爾曼神經(jīng)科學教授、資深作者宋紅軍博士說。“這種可塑性對于理解阿爾茨海默氏癥等疾病也很重要，這些疾病會影響患者的記憶，以及其他功能。”
人類成人神經(jīng)發(fā)生的存在已經(jīng)爭論了幾十年。近一個世紀以來，神經(jīng)科學家一直認為，一旦哺乳動物的大腦成熟，其中就不會產(chǎn)生新的神經(jīng)元——現(xiàn)有的神經(jīng)元必須持續(xù)整個成年期。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，因為該大腦區(qū)域在學習、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)科學家很難解決這場爭論，因為他們還沒有一種簡單、敏感和具體的方法來識別成人腦組織樣本中新產(chǎn)生的未成熟神經(jīng)元。
Song、Ming 和他們的團隊在兩個強大且相對較新的工具的幫助下克服了這一挑戰(zhàn)。第一個是單核 RNA 測序，它基本上記錄了任何單個細胞中的所有基因活動。第二個是機器學習，這是一種人工智能，在這種情況下，研究人員用來篩選小鼠和人類的大量基因活動數(shù)據(jù)集，以了解成熟和未成熟海馬神經(jīng)元之間的細微差別。
使用這些方法，研究人員證實了從嬰兒期到 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胞的類型。未成熟的顆粒細胞通常至少占顆粒的百分之幾細胞群，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胞基因活動特征的廣泛模式，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胞在所有顆粒細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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