顛覆認知!新實驗表明成人大腦不會再生成新神經元

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 08 日 17:30 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

過去半個世紀以來,神經科學界最激烈的辯論之一就是人類大腦在成年之後是否還有新神經元生成,決定了大腦是否具備自我汰舊換新的能力。最近一項新研究顛覆了自 1990 年代以來科學家對成人神經生成的狂熱。實驗表明,人類大腦在青春期後就完全停止發育,如果你在成人大腦中還發現神經生成,不好意思,那是萬中選一的極罕見現象。



「成人大腦無法生成新神經元」是神經生物學界長達好幾世紀的「教條」,所以 1960 年代美國麻省理工學院生物學家約瑟‧奧特曼(Joseph Altman)首先透過囓齒類動物實驗,提出新神經元可能會於成年哺乳動物的大腦生成時,並未受到大家重視;直到 1980 年代紐約洛克菲勒大學神經科學家 Fernando Nottebohm 證實,新的神經元確實在鳴禽動物大腦的某些區域生成並發揮作用,1990 年代後更多實驗證據不斷冒出,才開始吸引大批神經科學家投入相關領域研究。

不過能在成年大腦新生神經的區域不多,其中一區是位於海馬迴(hippocampus)內的齒狀迴(dentate gyrus,簡稱 DG),海馬迴認為是負責學習記憶與情緒反應,因此新生神經元常認為有助於促進形成新記憶及其他認知功能,大量研究都朝著治療阿茲海默症、抑鬱症等腦部疾病發展,甚至已有研究人員提出抗抑鬱藥物如氟西汀(商品名「百憂解」,Prozac)能隨神經生成而發揮更佳效用。

但 30 年過去,曾是 Fernando Nottebohm 實驗室旗下的研究生 Arturo Alvarez-Buylla,現為以醫科和生物技術聞名的加州大學舊金山分校(UCSF)神經外科教授,其實驗室人員最近發表的新論文直接顛覆早期研究:不好意思,在成人海馬迴發現神經生成(neurogenesis)是極其罕見的現象,根據他們 59 份腦部樣本研究結果證明,神經生成在童年時期大幅下降,13 歲以後基本上再也檢測不到新的神經元。

也就是說,人類和囓齒或鳴禽動物不同,牠們的大腦某些區域終其一生都會持續產生新神經元,但人類大腦卻自青春期之後就不會再發生這種現象。這一新發現將對大量現有研究提出挑戰,不過作者倒是樂觀,他們說這可能為人類大腦如何在沒有新神經元供應的情況下適應學習打開另一扇研究大門。

▲ 綠色部分為海馬迴中的新生神經元,從左至右分別為新生兒、13 歲、35 歲的大腦樣本。(Source:加州大學舊金山分校

新研究由 Arturo Alvarez-Buylla 實驗室研究員 Shawn Sorrells、UCSF 神經學助理教授 Mercedes Paredes 等人領導,論文發表在《自然》期刊,研究樣品包括 37 個屍檢樣本和 22 個癲癇患者經手術治療摘除的組織。

團隊分析這些樣本中新生神經元和神經乾細胞數量變化,以各種抗體鑑定不同類型的細胞,發現新生兒的齒狀迴確實有大量神經生成證據,但幼嬰的齒狀迴神經生成數量已減少 5 倍;1~7 歲的兒童期間,新神經元數量持續下降 23 倍,13 歲之後神經生成已完全消失。

沒有新神經元生成意味著大腦不能無限期記憶學習,隨著時間推移,人終將不可避免淡忘某些事,但研究人員相信,神經生成缺失不一定是件壞事,反而能區別人類大腦與其他動物有何不同。

Arturo Alvarez-Buylla 已經預見這份新研究將引來激烈辯論,比如瑞典幹細胞專家 Jonas Frisén 已經反駁該團隊使用的抗體標記不可靠,且有其他團隊使用相同檢測技術觀察到成人神經生成;加拿大英屬哥倫比亞大學神經科學專家 Jason Snyder 則說,這項實驗已經可以說是神經生物學中最好的研究之一,但由於研究神經生成非常困難,高質量腦組織樣品供不應求,且每個樣本只能告訴你大腦的某個部位在某個時間點發生了什麼,以前也有研究間接證明成人海馬迴有神經生成,所以這領域的意見依然會持續分歧。

(首圖來源:shutterstock)