成年后的人类是否会长出新的脑细胞,这一直是一个备受争议的问题。近日发表于《科学》的一项研究为这一争议提供了关键证据。该研究成果可能有助于回答神经科学中最具争议性的问题之一,并引发一些推测,即这一过程可能被用于治疗抑郁症和阿尔茨海默病等疾病。
在培养物中生长的来自海马体的发育中脑细胞。 图片来源:ARTHUR CHIEN/SCIENCE PHOTO LIBRARY
在儿童、成年小鼠和猕猴中,新的神经元通过一种叫做神经发生的过程形成。这涉及到干细胞反复产生所谓的祖细胞,祖细胞增殖形成未成熟的神经元,随后发育成熟。
先前对成年人的研究发现,海马体中存在干细胞和未成熟的神经元。海马体这个大脑区域对学习和记忆至关重要,是儿童和一些成年动物神经发生的首要区域,但在成年人的海马体中尚未观察到祖细胞。没有参与这项研究的荷兰神经科学研究所的Evgenia Salta说:“我们缺少了这种联系,这是反对成年人大脑中形成新神经元的主要论点之一。”
为了找到这种联系,瑞典卡罗林斯卡学院的Jonas Frisén和同事首先着手创建能够准确识别祖细胞的机器学习模型。这项研究收集了6名年幼儿童的海马体样本,这些样本是在孩子去世后由其父母捐赠用于研究的。
研究人员利用从样本中提取的数据,训练人工智能模型基于约1万个基因的活动来识别祖细胞。“在儿童时期,祖细胞看起来与小鼠中的相似,因此我们可以轻松识别它们。”Frisén 说,“我们的思路是,我们可以获取儿童时期祖细胞的分子指纹,并用它来识别成年人中的这些细胞。”
为了测试这些模型,研究团队让它们在年轻小鼠的海马体样本中识别祖细胞。这些模型正确识别了83%的祖细胞,并将另一种细胞错误归类为祖细胞的概率低于1%。在另一项测试中,这些模型正确预测了在成年人大脑皮层样本中几乎不存在祖细胞,该大脑区域没有证据表明人类会发生神经发生。
“他们通过从人类儿童数据,到小鼠数据,再到成年人类数据,非常漂亮地验证了他们的模型。”英国伦敦国王学院的 Sandrine Thuret 说。
一旦这一验证完成,研究人员就可以通过使用这些模型来确定14名年龄在20岁至78岁之间死亡的人的海马体中的祖细胞,来测试神经发生是否发生在成年人身上。
至关重要的是,他们首先进行了一个步骤,增加了捕获祖细胞的几率,因为之前的研究表明,这在成年人中是非常罕见的。研究小组使用一种抗体来筛选死亡时正在分裂的脑细胞,包括非神经元细胞,如免疫细胞和任何祖细胞。这有助于排除常见的非分裂神经元细胞,如成熟神经元,从而更容易找到罕见的神经元。
然后,他们将那些分裂细胞的基因活动相关数据输入到模型中。“他们富集了分裂细胞,这使他们能够找到那些非常罕见的细胞,如果你把所有的细胞都放进去,就会错过这些细胞。”美国宾夕法尼亚大学的宋洪军(音译)说,之前的研究没有做到这一点。
该团队在9名捐赠者体内发现了祖细胞。“在啮齿动物中,众所周知环境和遗传因素会影响神经发生的程度,所以我的猜测是,人类之间的差异也是由于遗传和环境因素造成的。”Frisén 说。
这些结果使得研究人员认为,成年人神经发生是真实存在的。“它确实帮助该领域向前迈出了重要一步,因为它补充了这个缺失的环节。”Salta说。“神经元确实是由成年期间存在的细胞分裂产生的——这正是这篇论文确凿证实的。”Thuret说。
Thuret表示,未来或许有可能研究患有和不患有影响大脑疾病(如抑郁症和阿尔茨海默病)的成年人之间神经发生的差异。她推测,或许促进这一过程的药物可以减轻症状。
但美国耶鲁大学的Jon Arellano说,即使成年人的大脑中确实形成了新的脑细胞,数量也可能太少而无法用于治疗。然而,Thuret认为这不太可能是个问题。“在小鼠中我们看到,只需要非常少量的新神经元就对学习和记忆很重要。”
相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.adu9575
本文链接:有证据证明成年人类也会萌发新脑细胞http://www.sushuapos.com/show-11-22954-0.html
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