研究团队发现了一种新型人脑细胞,而这些细胞从未在小鼠或其他实验室动物大脑中发现。


来源|中国生物技术网


关于人类大脑最令人感兴趣的问题之一,也是神经科学家们最难回答的问题之一,就是到底是什么让我们的大脑与其他动物的大脑区别开来。

 

Allen脑科学研究所的研究员Ed Lein博士说:“我们并不清楚是什么让人类大脑变得如此特别。从细胞和回路层面研究这些差异是一个很好的起点,而且我们现在已经有了新工具来进行研究。”

 

这项827日发表在《Nature Neuroscience》上的新研究,或许找到了揭示这个难题的答案了。这个由Lein和匈牙利赛格德大学的神经科学家Gábor Tamás博士领导的研究团队发现了一种新型人脑细胞,而这些细胞从未在小鼠或其他实验室动物大脑中发现。



 

Tamás和赛格德大学的博士生Eszter Boldog将这些新细胞称为“玫瑰果神经元”,围绕这些细胞中心的细胞轴突形成的密集束看上去就像一朵花瓣脱落的玫瑰。这些新发现的细胞属于抑制性神经元,它们对大脑中其他神经元的活动起到了抑制作用。

 



玫瑰果神经元

 

该研究尚未证明这种特殊的脑细胞是人类独有的。但是该细胞并不存在于啮齿类动物体内,所以这项研究可能又向只存在于人类或灵长类动物的特化神经元中添加了一个新成员。

 

研究人员尚未了解这种细胞在人类大脑中的作用,但因为它们不存在于小鼠大脑中,这使得利用实验室动物建立人类大脑疾病模型非常困难。Tamás表示,该实验室的下一步工作之一是在神经精神障碍患者的死亡脑组织样本中寻找玫瑰果神经元,以确定这种特化细胞是否会被人类疾病改变。

 

结合不同的技术

 

在该研究中,研究人员使用两位男性的死亡脑组织样本,他们死时50多岁,并将遗体捐献用于研究。研究人员获取了大脑皮质的顶层切片,这一最外层的大脑区域负责人类意识以及我们认为只属于人类的许多其他功能。与其他动物相比,人类的这个大脑区域与身体体积相比要大得多。

 

Lein说:“这是大脑最复杂的部分,通常被认为是自然界中最复杂的结构。”

 

Tamás的实验室利用一种经典的神经科学方法对人类大脑进行了研究,并对细胞结构和电学特性进行了详细分析。在Allen研究所,Lein领导的团队发现了一系列使得人类大脑细胞与小鼠大脑细胞不同的基因。

 

几年前,Tamás访问了Allen研究所,展示了他对人类大脑细胞特化类型的最新研究.这两个研究团队很快发现,他们使用截然不同的技术却发现了相同的细胞。

 




Tamás说:“我们意识到,我们通过不完全不同的角度发现了相同的细胞种类。”因此他们决定合作。

 

Allen研究所的团队通过与J. Craig Venter研究所的合作发现,玫瑰果细胞能够激活一组独特的基因,这是他们所研究的任何小鼠脑细胞类型中都没有的遗传特征。塞格德大学的研究人员发现,玫瑰果神经元与人脑皮层不同部位的另一种神经元形成突触,称为锥体神经元。

 

研究作者之一,Allen脑科学研究所的高级科学家Rebecca Hodge博士说,这项人类大脑皮层研究首次结合不同的技术来研究细胞类型。

 

Hodge说:“虽然这些技术单独使用也非常有效,但是它们无法让我们了解到细胞的全貌。如果将它们结合使用,我们就能获得关于细胞的各种互相补充的信息,而这很可能让我们弄清楚细胞在大脑中是如何工作的。”

 

如何研究人类?

 

玫瑰果神经元的独特之处在于,它们只附着于它们细胞“同伴”的一个特殊部位,这表明它们可能以一种非常特殊的方式控制信息流。

 

如果把所有的抑制性神经元想象成汽车的刹车,玫瑰果神经元能够使你把车停在非常特殊的位置。比如,它们像是一个只在杂货店工作的刹车,而且不是所有的汽车(其他的动物)都拥有这种刹车。

 

Tamás说:“这种特殊的细胞类型(或者说是汽车类型)能够在其他细胞无法停止的地方停下来。参与到啮齿动物大脑中的‘交通’过程的‘汽车’或细胞无法在这些位置停下来。”

 

研究人员接下来的工作是在大脑中的其他位置寻找玫瑰果神经元,并探索它们在大脑疾病中的潜在作用。尽管科学家们还不知道玫瑰果神经元是否真的只属于人类,但是它们不存在于啮齿类动物大脑中的这一事实再次表明,实验室小鼠并非人类疾病的完美模型,尤其是对于神经疾病来说。

 

Allen脑科学研究所的高级科学家Trygve Bakken博士说:“人类大脑并非只是小鼠大脑的扩大版。多年来人们一直在关注这个问题,但是我们的这项研究从多个角度阐明了这个问题。”

 

Tamás说:“我们的很多器官都可以在动物模型中合理地建模。但是,让我们与动物王国的其他部分区别开来的是我们大脑的能力和输出。这使我们成为独特的人类。因此事实证明,使用动物模型来模拟人类是非常困难的。”

 

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