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成熟大脑中的新细胞

admin  发表于 2017年09月22日

Elizabeth Gould的老鼠和猴子对成年大脑能产生新神经元这一革命性结论作出了许多贡献

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普林斯顿大学举行周末聚会,绿树掩映的哥特式校园被各色喷泉和盛装的划船手淹没了。帐蓬和一群群窃窃低语的校友点缀着各个庭院。一切都那么恰如其分,似乎各得其所。然而格林楼却是另一番景象。Elizabeth Gould的实验室正在建设之中,这位神经科学家不会被误认为是校友:工作衫随意地套在T恤上,还身着牛仔裤。她承认自己常常感到和保守的校园不合节拍。

与有关大脑的严谨理论背景不同是的,Gould及其同事弄出了一些事端,在这个过程中,她对过去十年某些最激动人心的发现作出了贡献。她及其他数位神经科学家的研究清楚表明,哺乳动物(包括灵长目动物)的成年大脑的某些区域产生了新神经元。此外,这些细胞能因应急情况和没有压力的环境而死去,却能在动物因处于学习状态而产生的富营养环境中兴旺发达,并且它们可能在记忆中发挥作用。直到最近,成熟大脑静止不变这一理论仍被奉为教条——也就是说除嗅球外,不会自形成任何细胞。这一观点的基石之一出自耶鲁大学Pasko Rakic的研究,此人考察了猕猴,没有发现产生新神经元的任何证据(产生新神经元的过程称为神经发生)。从此该观点一直占据主流地位,即灵长目动物(实际上一般是指哺乳动物)出生时就具备了它们一生中的全部神经元。据认为,这种神经元稳定性是长期记忆所必需的。20世纪80年代后期,Gould作为博士后研究人员在洛克菲勒大学的Bruce S.McEven实验室研究激素对大脑的影响,她在老鼠海马中发现了新神经元的证据,这时她感到困惑不解。Gould从Femando Nottebohm(也在洛克菲勒大学)的开拓性研究中得知,神经发生出现于成年鸟中,例如金丝雀和斑胸草雀产生神经细胞来学习新歌,但是Gould及其实验室同伴知道在哺乳动物方面还没有发现类似的情况。她回忆道:“我们确实感到迷茫。直到我们深入研究文献后,才发现了海马产生新神经元的证据。”

上述早期研究从未引起广泛重视。Joseph Altman(现普渡大学荣誉教授)和神经学家Michad S. Kaplan从20世纪60年代开始就独立地记录了老鼠和其他哺乳动物的神经发生。他们在嗅球、海马(对记忆而言重要的是一个区域)发现了神经发生,而且最引人注目的是在与高级思维有关的脑新皮质发现了神经生长。Gould说道:“但是没有人注意到这些结果,这是此前出现的这方而的经典事例。”

在对老鼠的研究中.Gould证明,她改变海马接受的正常激素路径时,细胞就死去,并似乎是为了进行补偿,更多的细胞产生了。她说:“那是我对神经发生感兴趣和我意识到什么发生了的真正开始”1992年和1993年,她发表关于该现象的第一批论文但没有引起多大关注。

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Gould继续做实验来揭示神经发生的各个方面。她发现,应急抑制神经元的产生、海马中的损伤刺激新细胞的发育。她认为这些东西具有重要意义,因为它意味着脑在受伤后能愈合或诱导愈合。

1997年,Gould去普林斯顿大学当助理教授。随后几年内,她及其合作者报导,如果动物生活在复杂环境中并从事学习,新神经元就存活下来。美国加州拉霍亚索尔克生物学研究所的Fred H.Gage也报道了这样的发现。

Gould在老鼠方面的研究得出了与原有结论相互矛盾的结果,这已经令她很困惑了。随后她又观察到狨和猕猴的海马中也出现新神经元。在灵长目动物中发现神经发生这一消息遭到了怀疑和顽固反对,一些人说Gould的方法存在缺陷。不过,她的观点很快就得到了证实,原因是Rakic在猕猴和Gage在人类海马方面的研究作出了肯定回答。这些发现推动了对神经发生的研究,因为它们表明了修复大脑和阐明记忆形成的可能性。

突然的露脸使Gould有点不知所措,她并不喜欢大肆张扬,特别不喜欢为张扬这一切而远离心爱的实验研究。她说自己呆在实验室里的时候最幸福,在显微镜下研究大脑切片,她发现了切片的美丽,这令她想起了儿时作艺术家的愿望。并且她乐于涉足宁静的研究领域——她在美国加州大学洛杉矶分校学习心理学时就对此作出了选择。她说:“我没兴趣去做那些别人已经打算一个月后做的实验,除非我早已着手研究它。你必须挑那些真正吸引你和你真正好奇的事情做,而不要仅仅因为想先于其他人发布新发现而做。”

这些日子里她的好奇心令她四处出击。一个未解决的中心问题就是新形成的海马神经元起何作用。它们建立新路径或记忆吗?会取代它们已建立路径中的成熟神经元吗?今年,Gould及其同事报告,这类神经元与痕迹记忆(trace memory)的形成有关,而痕迹记忆对暂时信息具有重要意义。Gould解释:“我们有证据表明新细胞受学习的影响,这就是新细胞为学习所必需的证据。”现在,她打算用狨做类似的研究,以观察她在鼠中的发现是否存在于灵长目动物之中。

39岁的Gould还在重复和扩展几年前的研究,在这项研究中她发现猕猴新皮质的神经发生现象,这一发现依然存有争议。由于皮质的重要性,这项发现具有重大意义。虽然迄令还没有任何人报道相同的发现,但是伊利诺斯大学的William T. Greenough说Gould的发现“并不让他感到惊奇,他们未公布的老鼠方面的数据也支持相同的结论。”

此外Gould已着手研究睡眠剥夺在神经发生中的作用,这一兴趣是在去年由她第三个孩子的出生而激发的。她笑着说:“我获得这一灵感之前,我从未考虑睡眠方面的问题。并且她的好奇心由这样的可能性激起,即我们根据实验室条件了解到的许多东西可能是歪曲的。

Gould指出:“我们的实验动物极不正常。它们无限制地吃食饮水。而对认知经验毫无兴趣。我们知道,如果你在这样的条件下圈养一种动物,它的大多数新神经元会在产生后几个星期凋亡。Gould正在设计更接近老鼠和狨野外生活的环境,希望这样能够逼近大脑的真实状况。“这的确提出了下面的问题:我们正在研究的许多东西是否真是剥夺效应。”

就算有可能改变另一个教条,Gould也不会感到惊奇。她说,“肯定会存在某些新东西,这些东西可能让你进入别人不会发现的研究领域,否则你就不可能作出真正的贡献,你也许该另辟蹊径,找点别的事情做做。”

 

【刘田岷/译 向俊/校】


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