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原创劳钲凯、徐楠杰细胞世界收录于合集#神经细胞生物学50个
“糟糕，不会是要长脑子了吧？”这些简简单单的表情包因为憨态可掬在网络上颇受大家喜爱，只是偶尔有人会直愣愣地过来泼冷水，说：“想得美！”
可惜，这盆冷水冷得颇有些道理。
我们人类之所以能够发展出如此多彩的文明，是因为人拥有目前地球上最为发达的大脑。人的大脑能量惊人，潜力巨大，但正如明暗相济，强弱相生，像大脑这样重要的人体器官却不能像皮肤那样——一般受伤后几天就能恢复如新。人脑的这个特点导致绝大部分的大脑损伤都会伴随终身，这也是为什么与大脑损伤相关的疾病都难以治愈的主要原因。所以，许多人其实是带着沉重的痛苦在祈求：被损伤的大脑如果能再长一长，该多好啊。
我们人类的大脑，真的能够再生吗？这是一个必须追问的问题。
图1：“不会是要长脑子了吧”表情包让人忍俊不禁
在探究人类大脑的再生之前，我们首先要知道生物体再生的过程和必备条件是什么。再生，从宏观上表现为身体器官重新生长补全的过程，在微观上则需要大量细胞分裂后转化为特定的细胞形态来替换补充器官中损伤的细胞。可以简单地认为，再生能力与细胞分裂能力高度相关。细胞分裂能力则与物种和年龄有直接关系：动物进化程度越低等、年龄越小，身体器官越不成熟，其细胞分裂活性越强，也就相对更容易再生，这也可以解释为什么小孩子的恢复能力更强。除了自然界存在的一些低等动物——比如蝾螈科动物——的大脑可以在发育阶段部分再生外，人们普遍认为成年后哺乳类动物的大脑由于高度发达，已经不再能够产生细胞分裂，进而丧失了再生的功能。然而年的一个发现打破了世人的认知，美国维斯塔研究所的科学家以斯拉·艾伦（EzraAllen）首次在成年的啮齿类哺乳动物的大脑中发现了细胞分裂的踪影。也就是说，哺乳类动物大脑存在再生的可能性！
图2：再生涉及细胞的分裂与分化过程。图片改编自网络
大脑中的主要功能细胞称为“神经元”(neuron)，这些神经元之间相互连接形成的神经网络是产生智力的基础。那么在哺乳类动物大脑中发现的分裂的细胞是否真的补充了大脑中的神经元呢？答案是肯定的。在年代，得益于放射性同位素标记法技术，以加拿大麦吉尔大学的伯纳德·梅西耶（BernardMessier）和美国纽约大学的约瑟夫·奥特曼（JosephAltman）为代表的科学家们通过追踪成年啮齿类动物大脑内的细胞分裂后的去向发现了一群神经胶质细胞（neuroglia）。这些分裂细胞中确实有一部分分化成为了新的神经元，并且如同溪流一样汇入了已有的大脑神经网络中。这些能够在动物成年后分裂生长成为神经元的细胞，也被称为“成年神经干细胞”。
图3：组合成神经网络的神经细胞，每一个神经细胞就像是网络信号基站，帮助信息在大脑中传递与整合。图片来源于网络
既然啮齿类动物大脑中存在再生潜能，那么人类大脑中是不是也有类似的现象呢？年，美国索尔克生物研究所的弗雷德·盖奇（FredGage）团队在捐献的人类大脑中也发现了细胞分裂和分化为神经元的现象，这个结论给大脑再生研究打了一剂强心针，似乎人类大脑再生指日可待。然而现实给科学家们泼了一大盆冷水。该报导问世后的近20年中，不断有研究人员公开表示无法找到人类的成年神经干细胞，质疑的声音此起彼伏。美国加州大学旧金山分校的阿图罗·阿尔瓦雷斯-拜拉（ArturoAlvarez-Buylla）教授发现人脑中的细胞分裂在出生后1-2年中快速下降，成年人大脑中的新生神经元稀少到难以检测。这些支持和反对的大量证据不断涌现，持不同观点的科学家至今无法说服对方，成年人脑再生的研究面临搁浅的风险。
新一代测序技术的成熟使得科学家可以大规模地分析大脑中每一个细胞的特征，帮助科学家们揭开了多种动物中神经元再生的神秘面纱。年，美国宾夕法尼亚大学的华人科学家——宋洪军团队结合了机器学习与深度学习等信息学方法，在老年人大脑海马体中发现了发育未成熟的神经元，提出了成年神经干细胞扩增的新证据，为人类大脑再生研究的突破带来新的希望。
那么，我们大脑中新生的神经元具有什么作用呢？已有研究表明，健康成年人大脑中的海马体区域平均一天就能生成多个新的神经元，好比是每天增加条光纤的宽带，既可以帮助改善网络速度，也可以补偿每天多少有些损坏的其他光纤，让大脑这个巨大的网络机器可以长期稳定运行。而动物研究表明，当大脑中的神经元再生功能受阻、大脑机能处于年久失修的状态时，学习、记忆、回忆、识别、情绪等高级大脑功能就会受到严重损伤。有趣的是，适量的新生神经元能够整合到大脑认知核团海马体的神经环路中，介导记忆的产生；而过多的新生神经元则会干扰已有神经环路的认知功能，甚至引发遗忘。
图4：承载信息的光纤连接了整个信号网络。图片来自于网络
一个世纪的探索和近几十年成年神经干细胞的发现打开了人脑再生的大门，表明了成年人甚至老年人也具有“长脑子”的生理学基础。对生理情况下人脑再生调节机制以及在疾病中应用的研究调查工作依然任重而道远。期望有朝一日，我们可以实现人脑再生的梦想，让灵魂的居所不再是“一次性用品”。
作者简介：
劳钲凯上海交通大学医学院，研究生
徐楠杰上海交通大学医学院研究员，研究方向：神经细胞发育与退变
原标题：《成年人还能“长脑子”吗？》
