雄心勃勃的研究產生了新的人類大腦細胞圖譜

實驗室助手在日內瓦附近的尚堡的美麗理念大學醫院神經精神病形態學部門中拿着一個健康大腦的半球，這是2011年3月14日的照片。REUTERS/Denis Balibouse/文件照片

華盛頓，10月12日(路透社) - 科學家們以比以往任何時候都更詳細地檢查人類大腦的細胞水平，確定了大量的細胞類型 - 超過3300種 - 這些細胞類型分佈在我們最複雜的器官中，形成了一本可能有助於確定神經疾病的細胞基礎並促進新療法的圖譜。

週四公佈的雄心勃勃的研究還檢查了人類大腦與其他靈長類動物 - 黑猩猩、大猩猩、恆河猴和狨猴 - 之間的相似之處和差異，闡明瞭一些區分我們與進化近親的因素，真正使我們成為人類。

這項工作發表在《科學》和其他兩本期刊上的21篇研究中，得到了美國政府國家衞生研究院大腦計劃細胞普查網絡財團的支持。

人類大腦在其實用性 - 感知、運動、閲讀、寫作、説話、思考等方面 - 和其細胞多樣性方面都非常複雜。

神經元 - 或神經細胞 - 是大腦的基本單位，接收感覺輸入，向肌肉傳遞命令，並在此過程中傳遞電信號。大腦包括近1000億個神經元和更多的非神經元細胞。所有這些都組織在數百個不同的大腦結構中，管理着各種功能。

研究發現了3,313種細胞類型，大約是先前已知數量的10倍，還確定了每種細胞類型使用的完整基因集，同時繪製了它們在大腦中的區域分佈。

“整個大腦細胞圖譜為我們作為人類所能做的一切提供了細胞基礎，”西雅圖艾倫大腦科學研究所的神經科學家埃德·萊恩（Ed Lein）説道，他是研究人員之一。

不同的細胞類型具有不同的特性，並且很可能在疾病中受到不同的影響，萊恩説。

一個意外的發現是，細胞多樣性集中在大腦的進化較早的部分 - 中腦和後腦 - 而不是負責高級認知功能（包括學習、決策、感知、記憶和語言）的新皮質。

像阿爾茨海默病、帕金森病和肌萎縮側索硬化（ALS）等與大腦相關的疾病是最棘手的。

“大多數大腦疾病仍然沒有治癒甚至治療方法，這個圖譜應該作為加速理解疾病詳細細胞基礎和瞄準下一代治療藥物的進展的基準，”萊恩説。

研究人員繪製了與阿爾茨海默病（最常見的痴呆症類型）以及包括精神分裂症、躁鬱症和重度抑鬱症在內的各種神經精神障礙相關的基因開關和大腦細胞類型。

他們確認了小膠質細胞（一種大腦中的免疫細胞）與阿爾茨海默病之間的聯繫，並揭示了某些類型的大腦神經元與精神分裂症之間的聯繫，這是一種以與現實脱離為特徵的嚴重精神疾病。

此外，研究人員通過比較顳葉皮層（新皮質的一個區域，與語言理解等其他更高級的認知功能有關）在人類和我們最近的進化近親黑猩猩和大猩猩中尋找人類特有的特徵。

儘管細胞組織相似，但在人類和另外兩個物種中發現了一些基因的不同應用，包括許多與神經連接有關的基因。

“這意味着人類的皮層神經元存在加速特化，這可能有助於皮層迴路功能的差異和我們獨特的認知能力，”艾倫研究所神經科學家特里格夫·巴肯説。

萊因補充説，與黑猩猩和大猩猩相比，在人類中發生的某些細胞類型的分子修飾可能影響它們“如何連接在一起 - 或這些連接的可塑性 - 並且可能是使人類大腦獨特的重要部分。”

科學家們預計大腦研究還有很長的路要走。

“我們只是剛剛開始勾畫人類大腦的複雜性，”加州大學聖地亞哥分校表觀基因組學中心主任、研究人員之一彭仁説。“還需要更多的工作來充分理解大腦結構和功能的多樣性、變異性和功能。”