在我的了解中,似乎非神经生物学专业的人中有很多相信一个观点:成年人/动物个体中是没有新生神经元的。也就是说,在你逐渐变老的过程中,你的神经元死一个少一个,听上去是一个非常悲伤的故事。

有关成体中神经元不会再生的说法,确实曾是神经生物学早期观察手段不足条件下的一个假设。提出这个假设的也并不是什么无名之辈,而是神经生物学的开山鼻祖Cajal。他认为在成体内是没有神经元再生的。然而这个假设后来分别被间接的方法在人类上证否以及直接的实验手段在实验动物上证否,现在已经有充足的证据证明神经元能够通过神经干细胞再生,且这一过程在成体上也存在。

一 间接证据

关于人类大脑中有新生神经元的间接证据来的非常偶然。在20世纪下半叶,人类进行了大量的核试验,导致环境本底中有许多种同位素的丰度得到了显著的增长。其中碳14的丰度就大量的上升,而碳又恰好是构建生命的原材料之一——尤其重要的它是DNA的原材料。于是研究者想到,如果我们去研究不同年份死去的个体大脑神经元细胞核(注意是细胞核,因为细胞核内14C的浓度变化和DNA复制高度相关)内14C的浓度,它会和环境本底的浓度,以及体细胞14C的浓度有什么关联呢?

比如我们发现1960年死亡的病人海马细胞核中的14C浓度和1955年死亡的病人有差别,说明前者在1955-1960,也就是生命中最后的5年内,有新的神经元生长出来,因此这些新的细胞核才会具有和环境一致的14C浓度。

当然,严谨来说,因为一个病人无法在1955和1960年被解剖两次,所以这个证明过程不太严谨。(有点类似现在的单细胞测序中一个细胞无法在不同阶段被测序两次的烦恼)但是图一中其他不断更新的体细胞细胞核的曲线和海马神经元细胞核的曲线一致,就能说明有很大概率是海马中的神经元在不断再生导致了这一现象。虽然这个间接证据并不能完全推翻原来的假设,但它的研究手段很有意思,谁能想到人类历史上的大规模的核试验能够提供这么一个研究方法呢?

二 直接证据

要找直接证据证明成体中有神经元再生,也有不同的方法。最直接的方法当然是用成像,确实的看到一个神经元在成体中长出来(当然用人是做不了这种侵入式实验的,只能用小鼠做)。而更好实现的方法其实是——-如果证明存在神经元的DNA复制,那么就在成体中发生了神经元增殖。尽管这个想法听起来很简单,但是并不好实现,因为要找到一种既能够细胞增殖,又能标记神经元的marker——因为在大脑中除了神经元之外,还有大量的胶质细胞,所以需要特异性地标记这些新合成的DNA是属于神经元的。到1996年,Salk Institute的Gage实验室使用Brdu (溴脱氧尿苷)作为标记物证明了在成体大鼠的齿状回(Dentate Gyrus)中,存在神经元的增殖,并且增殖能力随着年龄增长而下降——这也和身体其他组织的性质是一样的。因此,成体中不存在神经元再生这个假设被证否了。

由于神经元再生和一系列神经疾病有密不可分的关系,从此之后,神经元再生成为了一个研究热点,使用大小鼠作为模式生物,也发现了在齿状回(DG),室管膜下区(SVZ)中存在神经干细胞以及干细胞niche(可以理解为干细胞增殖分化的场所)。

到21世纪后,随着双光子显微镜的发明,我们可以在活体的小鼠中长时间的实时成像,从而查看是否有新的神经元增殖,科学家找到了更为直接的影像证据。

双光子显微镜下的神经元再生

三 人类的神经元再生和相关的争议

在今年3月15有一篇Nature文章,指出他们用抗体染色的方法发现在人类个体中,神经元再生从儿童期后开始急速降低,曾经引起来广泛的讨论,有趣的是在随后的4月5号,又有人在Cell Stem Cell上发文章指出人类的神经元再生能力随着年龄增长是保持着的。对此我的观点是:在生物上要证明一个东西没有比证明一个东西存在要难的多得多,从一些抗体染色结果得出的“成年后很少观察到神经元再生”并不是足够强的证明。

我们知道小鼠和人类的大脑显然是非常不同的。在小鼠中发现的神经元再生机制在人类上也存在,但是他们的速率可能有很大的不同,而灵长类或许也有独有的神经再生机制和场所。或许在不久的将来,我们能够使用非人灵长类作为模式生物来研究灵长类的神经元再生,那时候得到的结论也显然会离人类的情况更近一些。最后我想强调的是,对于公众关心的智力,记忆能力等话题,其实更多和神经可塑性(Neural Plasticity)相关。也就是说你的神经元多一些和少一些,和你聪明还是笨并没有太大的联系。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:Eagles

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