大脑可能不是"一个器官"：新研究称它由两套神经系统拼合而成

你有没有想过，我们脑子里那个被当成"一个整体"的大脑，可能其实是两套系统被硬塞进同一个颅腔里的结果？

一项新研究给出的答案有点反直觉：大脑或许并不是从单一来源发育而来的，而是由两群不同的细胞"推"到一起，才长成了我们看到的这一个器官的样子。这项研究发表在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）上。

"大脑看起来是一个器官，"研究共同作者、斯坦福大学发育生物学副教授凯尔·洛（Kyle Loh）在给媒体的邮件中说，"但我们发现，大脑的前半部分和后半部分来自不同的来源，它们被推到一起，才制造出单一器官的外观。"

两段发育旅程

要理解这个说法，得先回到教科书里的分区。人脑被分为三个主要区域——前脑、中脑和后脑，它们功能不同，但彼此连通。

前脑包含大脑半球，负责语言、计划和抽象思维这类高级认知过程；中脑是脑干最靠上的部分，连接前脑与后脑，是感觉信息和运动控制的关键中继站；后脑则包含脑干下部等结构，参与协调运动，也调控呼吸、睡眠和心率这些维持生命的基本功能。

问题在于，后脑一直很难研究。原因之一是，科学家在实验室条件下培育出有功能的后脑神经元，长期面临困难。

为了搞清楚为什么难，洛和团队观察了实验小鼠胚胎发育的早期阶段。他们把焦点放在原肠形成期——细胞开始组织成日后形成不同器官的结构的那一刻。研究人员辨认出两群不同的未成熟细胞，它们之后会发育成包括大脑在内的神经系统组织。

其中一群细胞表达一个叫 Otx2 的基因，这个基因参与引导前脑和中脑的早期发育；另一群细胞表达 Gbx2 基因，它参与中脑和后脑的发育。

这两个基因各自的功能此前已知，但它们在两群细胞中如此泾渭分明地表达，是这项新研究揭示的。随着这些细胞发育成完整的神经组织，两群细胞始终保持独立，并没有混在一起。

团队还检查了染色质——那种把 DNA 紧紧打包在细胞核里、并帮助调控细胞能用哪些基因的分子结构。他们发现，两群细胞的染色质构型不同，这进一步支持了它们走的是两条独立发育路径的判断。

这或许能解释，为什么科学家培育后脑神经元的尝试大多不成功。"以前制造后脑神经元的尝试，很可能是试图把前脑和中脑的前体细胞'劝'成后脑细胞，而我们的研究显示这做不到，"研究共同作者、洛实验室的研究生拉扬·乔凯（Rayyan Jokhai）在一份声明中说。

为什么这件事重要

利用实验中得到的这些信息，研究人员成功引导人类干细胞转变为有功能的后脑运动神经元——这类细胞参与控制运动。具体来说，这些细胞产生了难以培育的后脑区域所特有的蛋白质，那些区域帮助控制面部肌肉和吞咽相关肌肉。

在一些神经系统疾病中，包括脊髓性肌萎缩症和肌萎缩侧索硬化，运动神经元会退化，患者可能失去独立吞咽、说话和呼吸的能力。

"我们没法从患者后脑里取样活体运动神经元，去观察这些疾病如何攻击它们，"洛说，"在培养皿里培育出这些后脑运动神经元，给了我们研究这些疾病的一条路径。"展望下一步，团队希望用这些发现研究相关疾病，并找出新的治疗方法。

这项发现还可能揭示一些关于脊椎动物演化的根本问题。

研究作者考察了这两条发育路径究竟是人类独有，还是反映了一种古老得多的演化安排。他们转向此前已发表的其他物种数据——包括猕猴、斑马鱼和鸡——同样找到了表达这两个关键基因的两群不同细胞。

甚至在橡实虫身上——一种海洋无脊椎动物，其演化路线与脊椎动物在约 5.5 亿年前分道扬镳——他们再次发现了这两群不同的细胞。

"斯坦福的这项发现确立了，脊椎动物大脑的深层祖先在根本上是模块化的，"意大利那不勒斯费德里科二世大学生物学教授安娜·迪科斯莫（Anna Di Cosmo）说，她没有参与这项研究。"前部谱系（前脑/中脑）与后部谱系（后脑）之间的发育分离，可以追溯到非常古老的年代。"

洛的团队推测，在子宫里看到的这些发育轨迹，或许意味着这两群细胞曾经属于两套各自独立的神经系统。"在后来的演化中，这两套神经系统可能被推到一起，从而产生了看起来是一个整合大脑的东西，"洛说。

不过，这项研究并没有揭示这两条路径究竟在什么时候出现，也没有确定它们是如何整合的。"需要强调的是，这只是一个想法，随着科学家了解更多，它可能会改变，"洛说。

换句话说，大脑"由两套系统拼合而成"目前还是一个有待检验的推测，而不是已经坐实的结论。但它至少解释了一件很具体的事：为什么有些脑细胞在培养皿里那么难养——因为它们本来就不该被"劝"过去。