研究人员表示,他们发现了明确证据,表明人类大脑在成年期仍然可以持续生成新神经元,这一发现可能解决了数十年来的争论。
这种新神经元的生长被称为“神经生成”,发生在海马体,这是大脑中一个与学习、记忆和情感密切相关的部分。
“简而言之,我们的研究为成年人的大脑能否生长新神经元的长期辩论划上了句号,”来自瑞典卡罗林斯卡学院的联合首席研究作者Marta Paterlini在一封电子邮件中告诉《生命科学》。
其他专家也同意这项研究为成人神经生成提供了有力的支持。
虽然单一研究并不能构成绝对证据,但“这对促进成年人的神经生成理论来说是强有力的支持”,未参与该研究的威尔康奈尔医学院伯克神经科学研究所CEO Rajiv Ratan博士说。
“这是伟大的科学为临床神经科学界铺平道路的完美例子,”他对《生命科学》表示。
为了利用新技术,研究团队结合了先进的方法,包括单细胞核RNA测序和机器学习,对来自国际生物银行的脑组织样本进行排序和分析。这篇论文于7月3日发表在《科学》杂志上。
RNA,作为DNA的“表亲”,反映了细胞内“开启”的基因,而机器学习则是一种通常用于处理大量数据集的人工智能。
自20世纪60年代以来,研究人员已经知道老鼠、老鼠和一些非人类灵长类动物在海马体的齿状回一生中能生成新的脑细胞。
但获取来自成年人的高质量脑组织样本是极具挑战性的。
“人类组织来自尸检或手术,所以处理样本的方式——放入固定剂的时间、使用的化学品、切片的厚度——可能会掩盖这些新生细胞,”Paterlini说。
新技术的应用使研究团队克服了这一挑战。
他们分析了24个个体的海马细胞超过40万个单个细胞核,此外还使用其他技术研究了10个脑样本。
这些样本来自0至78岁的人,包括六名儿童和四名青少年。
通过两种前沿成像方法,研究团队绘制了组织中新细胞的位置图。
他们发现一群正在分裂的前体细胞正坐落在完全形成神经元的旁边,这与动物研究中发现的成人人工干细胞所在的位置相同。
“我们不仅在婴儿和幼儿中看到了这些分裂的前体细胞;我们还在青少年和成年人中发现了它们,”Paterlini说。“其中包括可以自我更新并衍生出其他脑细胞的干细胞。”
更新的技术使研究人员能够在各种发育阶段检测新脑细胞,并进行一些几年前无法进行的研究,Ratan补充道。
研究团队还使用荧光标签标记了正在增殖的细胞。
这使他们能够构建一个机器学习算法,基于以往对啮齿动物的研究确定他们知道会转变为神经发生干细胞的细胞。
Ratan称这是应对青少年和成年人研究脑细胞形成挑战的“巧妙方法”。
如预期一般,孩子们的脑中产生的新脑细胞较青少年或成年人更多。
与此同时,14个成年脑中,有9个使用一种技术显示了神经生成的迹象,而10个使用第二种技术分析的成人脑中则有新细胞。
关于少数没有发现新细胞的脑,Paterlini表示,现在还为时尚早,就成年人脑中有新细胞与没有新细胞的差异得出结论。
下一步,研究人员可以探索那些产生新脑细胞的成年人是否是响应神经疾病(如阿尔茨海默病)而产生,或者成人神经生成是否是大脑健康的标志,已参与该研究的马萨诸塞总医院重症监护主任W. Taylor Kimberly博士说。
“他们能够在干草堆中找到这些针,”Kimberly告诉《生命科学》。“一旦你检测到它们,并了解它们的调控,”科学家们就可以研究如何随时间跟踪这些前体细胞,并观察它们的存在如何与疾病相关。
他设想将痴呆症患者与老年认知能力保持活跃的“超级老龄化”个体进行对比。
如果能够揭示神经生成与疾病之间的联系,或许可以开辟治疗的新途径。
“尽管针对人类的精确治疗策略仍在积极研究中,”Paterlini表示,“但我们成年大脑能够产生新神经元这一事实改变了我们对终身学习、从伤害恢复以及神经可塑性的未开发潜力的理解。”
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